JP2598479B2 - 集積回路の製造方法 - Google Patents
集積回路の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は集積回路製造技術に関するものであり、とく
に接点領域と、その接点領域の上部の冶金学的障壁の形
成に関するものである。
に接点領域と、その接点領域の上部の冶金学的障壁の形
成に関するものである。
(従来の技術および発明が解決しようとする課題) 集積回路の製造においては、シリコンが単結晶状態で
基板として、および多結晶状態でゲート電極および相互
接続のために一般に用いられている。アルミニウムが導
体として一般的に用いられ、とくに接点または相互接続
を形成するために用いられる。問題の1つは、シリコン
がアルミニウムのようなある種の金属に溶解し、または
それらの金属中に拡散することである。したがって、た
とえば、シリコン基板中に形成されているソース領域ま
たはドレイン領域に接点窓をあけることにより接点が形
成され、その接点開口部をふさぐためにアルミニウムが
用いられる時に、シリコンがいくらか溶融して、接点か
ら下方へ延びる一般に「スパイク」と呼ばれているもの
が形成される結果となる。スパイクがソース/ドレイン
領域あるいはその他の下側の領域全体に広がったとする
と、トランジスタは「くぎを打たれた接合」により壊さ
れることになる。
基板として、および多結晶状態でゲート電極および相互
接続のために一般に用いられている。アルミニウムが導
体として一般的に用いられ、とくに接点または相互接続
を形成するために用いられる。問題の1つは、シリコン
がアルミニウムのようなある種の金属に溶解し、または
それらの金属中に拡散することである。したがって、た
とえば、シリコン基板中に形成されているソース領域ま
たはドレイン領域に接点窓をあけることにより接点が形
成され、その接点開口部をふさぐためにアルミニウムが
用いられる時に、シリコンがいくらか溶融して、接点か
ら下方へ延びる一般に「スパイク」と呼ばれているもの
が形成される結果となる。スパイクがソース/ドレイン
領域あるいはその他の下側の領域全体に広がったとする
と、トランジスタは「くぎを打たれた接合」により壊さ
れることになる。
このようなことが起ることを避けるために、シリコン
基板アルミニウムの接点物質の間の反応に対する治金学
的障壁として窒化チタンを使用できる。したがって、ア
ルミニウムが窒化チタン層によりシリコンから分離され
ると、スパイクの発生が減少させられ、または完全に無
くされる。純チタンと窒素を反応させることにより窒化
チタンを得ることができるが、障壁の質を高くすること
は困難である。第1に、薄すぎない障壁層が望ましい。
第2に、窒化チタンで形成された障壁層は不純物を痕跡
量だけ必ず含むことである。障壁中に含まれている酸素
のような不純物は窒化チタンの粒界に沿ってシリコン原
子が障壁中を拡散することを禁止することにより障壁の
質を改善するものであると信ぜられている。また、応力
を受けている層はシリコンの拡散を阻止するのにあまり
効果がないと信ぜられるから、障壁層は引張り応力を受
けた状態においてはならない。したがって低い引張り応
力または圧縮応力が好ましい。
基板アルミニウムの接点物質の間の反応に対する治金学
的障壁として窒化チタンを使用できる。したがって、ア
ルミニウムが窒化チタン層によりシリコンから分離され
ると、スパイクの発生が減少させられ、または完全に無
くされる。純チタンと窒素を反応させることにより窒化
チタンを得ることができるが、障壁の質を高くすること
は困難である。第1に、薄すぎない障壁層が望ましい。
第2に、窒化チタンで形成された障壁層は不純物を痕跡
量だけ必ず含むことである。障壁中に含まれている酸素
のような不純物は窒化チタンの粒界に沿ってシリコン原
子が障壁中を拡散することを禁止することにより障壁の
質を改善するものであると信ぜられている。また、応力
を受けている層はシリコンの拡散を阻止するのにあまり
効果がないと信ぜられるから、障壁層は引張り応力を受
けた状態においてはならない。したがって低い引張り応
力または圧縮応力が好ましい。
通常は、接点開口部の上にシリコン基板中の領域また
はチタンが付着された後で、窒素雰囲気中での反応によ
り窒化チタンが形成されると、接点領域中のチタンのい
くらかがシリコンと反応してチタンのケイ化物を生成す
る。チタンのケイ化物は基板中の領域へ低抵抗値の接点
を形成する。しかし、チタンのケイ化物は障壁物質では
なく、チタンのケイ化物の量が多すぎると接合に洩れを
ひき起すことがある。
はチタンが付着された後で、窒素雰囲気中での反応によ
り窒化チタンが形成されると、接点領域中のチタンのい
くらかがシリコンと反応してチタンのケイ化物を生成す
る。チタンのケイ化物は基板中の領域へ低抵抗値の接点
を形成する。しかし、チタンのケイ化物は障壁物質では
なく、チタンのケイ化物の量が多すぎると接合に洩れを
ひき起すことがある。
更に、チタンのケイ化物は窒化チタンと比較して比較
的迅速に生成し、その結果として、接点開口部にチタン
が置かれ、そのチタンが窒素雰囲気中で反応したとする
と、窒化チタンの量より比較的多量のチタンケイ化物が
生成される。チタン−シリコンの反応速度とチタン−窒
素の反応速度はそれら2つの層の厚さを決定する。それ
ら2つの物質の反応速度は独立に制御することはできな
いから、それら2つの層が同時に形成される時には、そ
れら2つの層の相対的な厚さを制御することは可能でな
かった。実際に、チタンのケイ化物の厚い層は接点中に
高い引張り応力を生ずるから、チタンのケイ化物の非常
に薄い層を形成したい。
的迅速に生成し、その結果として、接点開口部にチタン
が置かれ、そのチタンが窒素雰囲気中で反応したとする
と、窒化チタンの量より比較的多量のチタンケイ化物が
生成される。チタン−シリコンの反応速度とチタン−窒
素の反応速度はそれら2つの層の厚さを決定する。それ
ら2つの物質の反応速度は独立に制御することはできな
いから、それら2つの層が同時に形成される時には、そ
れら2つの層の相対的な厚さを制御することは可能でな
かった。実際に、チタンのケイ化物の厚い層は接点中に
高い引張り応力を生ずるから、チタンのケイ化物の非常
に薄い層を形成したい。
従来の技術の別の問題は、直接熱反応によりチタンの
ケイ化物を生成する場合に、制御された量の酸素または
その他の元素を窒化チタン膜中に加えられないことであ
る酸素またはその他の元素は窒化チタン中の粒界を充す
ものと信ぜられている。
ケイ化物を生成する場合に、制御された量の酸素または
その他の元素を窒化チタン膜中に加えられないことであ
る酸素またはその他の元素は窒化チタン中の粒界を充す
ものと信ぜられている。
したがって、本発明の目的は従来の方法のそれらの問
題を解決することである。
題を解決することである。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明によれば、集積回路
の下地シリコン領域への電気的コンタクトを絶縁材層の
コンタクト開口においてつくり、そのコンタクトの上に
冶金学的障壁を形成する方法であって、a)シリコン基
板に少なくとも1個のドーピングされたトランジスタ領
域を設ける段階と、b)そのシリコン基板上に絶縁材層
を形成し、絶縁材層にトランジスタ領域までの少なくと
も1個のコンタクト開口を限定してトランジスタ領域の
コンタクト部分でシリコン基板を露出する段階と、c)
絶縁材および露出されたコンタクト部分の上に第1チタ
ン層をつくる段階と、d)段階a)、b)およびc)に
よりつくられた構造物を窒素またはアンモニアを含む第
1の雰囲気中で加熱して、チタン層を絶縁材上の冶金学
的障壁としての窒化チタン層に変換するとともに、コン
タクト部分における窒化チタン層の下に低抵抗シリサイ
ドコンタクトに変換する段階、を含む方法において、段
階b)の後であって段階c)の前に、段階a)および
b)の結果として得られた構造物を、酸素および窒素の
内の少なくとも一方を含む第2の雰囲気内で700℃から1
000℃の範囲の温度で加熱してシリコン基板の露出部分
を反応させ、コンタクト開口内にシリコンと酸素および
窒素の内の少なくとも一方とを含む化合物としての制限
領域を、絶縁材層より実質的に薄く形成する段階e)を
含み、段階d)は段階a)、b)、c)およびe)によ
り形成される構造について行われ、それにより段階d)
において制御領域がシリサイドコンタクトの形成速度を
低下させて冶金学的障壁に対するシリサイドコンタクト
の厚さを制御することを特徴とする。
の下地シリコン領域への電気的コンタクトを絶縁材層の
コンタクト開口においてつくり、そのコンタクトの上に
冶金学的障壁を形成する方法であって、a)シリコン基
板に少なくとも1個のドーピングされたトランジスタ領
域を設ける段階と、b)そのシリコン基板上に絶縁材層
を形成し、絶縁材層にトランジスタ領域までの少なくと
も1個のコンタクト開口を限定してトランジスタ領域の
コンタクト部分でシリコン基板を露出する段階と、c)
絶縁材および露出されたコンタクト部分の上に第1チタ
ン層をつくる段階と、d)段階a)、b)およびc)に
よりつくられた構造物を窒素またはアンモニアを含む第
1の雰囲気中で加熱して、チタン層を絶縁材上の冶金学
的障壁としての窒化チタン層に変換するとともに、コン
タクト部分における窒化チタン層の下に低抵抗シリサイ
ドコンタクトに変換する段階、を含む方法において、段
階b)の後であって段階c)の前に、段階a)および
b)の結果として得られた構造物を、酸素および窒素の
内の少なくとも一方を含む第2の雰囲気内で700℃から1
000℃の範囲の温度で加熱してシリコン基板の露出部分
を反応させ、コンタクト開口内にシリコンと酸素および
窒素の内の少なくとも一方とを含む化合物としての制限
領域を、絶縁材層より実質的に薄く形成する段階e)を
含み、段階d)は段階a)、b)、c)およびe)によ
り形成される構造について行われ、それにより段階d)
において制御領域がシリサイドコンタクトの形成速度を
低下させて冶金学的障壁に対するシリサイドコンタクト
の厚さを制御することを特徴とする。
(実施例) 以下図面を参照して本発明を詳しく説明する。
まず半導体集積回路の種々の部分の代表的な横断面図
が示されている第1図を参照する。たとえばシリコンで
構成されている基板10の上にソース領域12とドレイン領
域12が形成されている。それらの領域12の典型的な厚さ
(深さ)は0.1〜0.5μmで、イオン注入または拡散によ
り一般に形成される。ゲート電極14がソース領域とドレ
イン領域の間の全体として中心部に形成され、ゲート誘
導体16により基板10の上面から分離されるゲート誘導体
16は典型的にはシリコン酸化物、シリコン窒化物、また
はシリコンのオキシニトライド(oxynjtride)であっ
て、厚さが100〜400オングストロームである。図からわ
かるように、厚さが典型的には200〜1000オングストロ
ームであるシリコン酸化物の層18がゲート電極の上壁と
側壁および基板10の上面を覆う。後で説明するように、
接点開口部をあける前にソース領域とドレイン領域はシ
リコン酸化物層18を通じて直接イオン注入することによ
り形成される。イオン注入の後で、熱処理を行って注入
イオンを活性化し、それらのイオンを横方向と下の方向
へ移動させる。
が示されている第1図を参照する。たとえばシリコンで
構成されている基板10の上にソース領域12とドレイン領
域12が形成されている。それらの領域12の典型的な厚さ
(深さ)は0.1〜0.5μmで、イオン注入または拡散によ
り一般に形成される。ゲート電極14がソース領域とドレ
イン領域の間の全体として中心部に形成され、ゲート誘
導体16により基板10の上面から分離されるゲート誘導体
16は典型的にはシリコン酸化物、シリコン窒化物、また
はシリコンのオキシニトライド(oxynjtride)であっ
て、厚さが100〜400オングストロームである。図からわ
かるように、厚さが典型的には200〜1000オングストロ
ームであるシリコン酸化物の層18がゲート電極の上壁と
側壁および基板10の上面を覆う。後で説明するように、
接点開口部をあける前にソース領域とドレイン領域はシ
リコン酸化物層18を通じて直接イオン注入することによ
り形成される。イオン注入の後で、熱処理を行って注入
イオンを活性化し、それらのイオンを横方向と下の方向
へ移動させる。
その後で、比較的厚い誘電体層20を形成する。この誘
電体層の形成は典型的には化学蒸着(CVD)法により行
う。誘電体層20はシリコン酸化物、シリコンオキシニト
ライドまたは窒化シリコンで構成できる。誘電体層20の
典型的な厚さは0.5〜1.0μmである。この構造に接点開
口部21をエッチングによりあける。ソース領域およびド
レイン領域12へ電気接点を取付けられるように、接点開
口部21は誘電体層20と、それの下側のシリコン酸化物領
域18を貫通してソース領域およびドレイン領域12の一部
を露出させている様子が図に示されている。多結晶シリ
コンゲート電極14が二酸化シリコンすなわちシリコン酸
化物18の層とCVD誘電体層20により覆われたままである
ことに気がつくであろう。このように、第1図は本発明
に従って処理する用意ができている。しかし、本発明は
ソース領域とドレイン領域だけに接点を設けることに限
定されるものではなく、集積回路の別の部分へも接点を
設けることができることにも注意されたい。
電体層の形成は典型的には化学蒸着(CVD)法により行
う。誘電体層20はシリコン酸化物、シリコンオキシニト
ライドまたは窒化シリコンで構成できる。誘電体層20の
典型的な厚さは0.5〜1.0μmである。この構造に接点開
口部21をエッチングによりあける。ソース領域およびド
レイン領域12へ電気接点を取付けられるように、接点開
口部21は誘電体層20と、それの下側のシリコン酸化物領
域18を貫通してソース領域およびドレイン領域12の一部
を露出させている様子が図に示されている。多結晶シリ
コンゲート電極14が二酸化シリコンすなわちシリコン酸
化物18の層とCVD誘電体層20により覆われたままである
ことに気がつくであろう。このように、第1図は本発明
に従って処理する用意ができている。しかし、本発明は
ソース領域とドレイン領域だけに接点を設けることに限
定されるものではなく、集積回路の別の部分へも接点を
設けることができることにも注意されたい。
本発明の方法の好適な実施例に従って、次の工程は反
応熱サイクル工程である。この工程は従来の炉管内で、
または熱を発生させるために高輝度赤外線灯を用いる急
速熱処理装置のいずれかを行うことができるこのサイク
ル中の温度は700〜1100℃の範囲であるが、800℃が好ま
しい。この熱サイクル中の雰囲気は、形成される制御層
の希望の組成に応じて、酸素または水素またはそのいず
れかを含む化合物で構成される。
応熱サイクル工程である。この工程は従来の炉管内で、
または熱を発生させるために高輝度赤外線灯を用いる急
速熱処理装置のいずれかを行うことができるこのサイク
ル中の温度は700〜1100℃の範囲であるが、800℃が好ま
しい。この熱サイクル中の雰囲気は、形成される制御層
の希望の組成に応じて、酸素または水素またはそのいず
れかを含む化合物で構成される。
この反応サイクル中に領域22を形成する(第2図)。
この好適な実施例において領域22は制御層を構成し、一
般式SiOaObNcの化合物で構成される。この化学式におい
ては、a,b,cは、領域22の化学組成を反応熱サイクル工
程中に混合気体の選択によりある範囲で制御できること
を示す。たとえば、窒素ガスまたはアンモニアガスが存
在しないと、シリコン酸化物(SiO2)が生成され、その
シリコン酸化物が制御層として用いられる。しかし、領
域22がそれの化学組成の一部として窒素を含むように、
この第1の熱サイクル中に窒素がある態様で雰囲気中に
存在することが通常意図される。領域22の典型的な厚さ
は20〜50オングストロームであるが、20オングストロー
ムが好ましい。
この好適な実施例において領域22は制御層を構成し、一
般式SiOaObNcの化合物で構成される。この化学式におい
ては、a,b,cは、領域22の化学組成を反応熱サイクル工
程中に混合気体の選択によりある範囲で制御できること
を示す。たとえば、窒素ガスまたはアンモニアガスが存
在しないと、シリコン酸化物(SiO2)が生成され、その
シリコン酸化物が制御層として用いられる。しかし、領
域22がそれの化学組成の一部として窒素を含むように、
この第1の熱サイクル中に窒素がある態様で雰囲気中に
存在することが通常意図される。領域22の典型的な厚さ
は20〜50オングストロームであるが、20オングストロー
ムが好ましい。
反応サイクルに続いて、たとえば高真空中でのスパッ
タリングまたは電子ビーム蒸着によりチタン層24を形成
する。チタン層24の典型的な厚さは200〜2000オングス
トロームであるが、700オングストロームが好ましい。
タリングまたは電子ビーム蒸着によりチタン層24を形成
する。チタン層24の典型的な厚さは200〜2000オングス
トロームであるが、700オングストロームが好ましい。
第3図は第2の反応熱サイクル後の第2図に示されて
いる構造の一部を拡大図で示すものである。この第2の
熱サイクルは従来の炉または急速熱処理装置で行うこと
ができる。このサイクル中の温度は550〜800℃であり、
それの持続時間は5秒〜5分(急速熱処理による場合)
または10分〜1時間(炉管を用いる場合)である。好適
な方法においては、従来の炉管を650℃で15分間用い
る。この第2の熱サイクル中の雰囲気は窒素ガス(N2)
またはアンモニア(NH3)の態様の窒素を含むが、窒素
ガスとアンモニアガスの組合わせを使用することもでき
る。その組合わせにアルゴンを混合することもできる。
また、反応ガス混合物中に酸素または水蒸気を低い割合
で加えることもできる。
いる構造の一部を拡大図で示すものである。この第2の
熱サイクルは従来の炉または急速熱処理装置で行うこと
ができる。このサイクル中の温度は550〜800℃であり、
それの持続時間は5秒〜5分(急速熱処理による場合)
または10分〜1時間(炉管を用いる場合)である。好適
な方法においては、従来の炉管を650℃で15分間用い
る。この第2の熱サイクル中の雰囲気は窒素ガス(N2)
またはアンモニア(NH3)の態様の窒素を含むが、窒素
ガスとアンモニアガスの組合わせを使用することもでき
る。その組合わせにアルゴンを混合することもできる。
また、反応ガス混合物中に酸素または水蒸気を低い割合
で加えることもできる。
反応性雰囲気中での集積回路(すなわち、製造中のウ
ェハー)のこの熱サイクルにより種々の領域が形成され
る。したがって、第3図を参照して、第2図のソース/
ドレイン領域12の上部の制御層12はもはや示されていな
いが、その代りに、ソース/ドレイン領域12の上面から
下方へ延びる領域30が形成されている。領域30は主とし
てチタンのケイ化物で構成されるが、領域30には少量の
酸素と窒素が含まれることがある。一般に、領域30の組
成は一般式TixOyNzSirにより記述される。領域30はトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域12への低抵抗値の電気
接点を形成する。
ェハー)のこの熱サイクルにより種々の領域が形成され
る。したがって、第3図を参照して、第2図のソース/
ドレイン領域12の上部の制御層12はもはや示されていな
いが、その代りに、ソース/ドレイン領域12の上面から
下方へ延びる領域30が形成されている。領域30は主とし
てチタンのケイ化物で構成されるが、領域30には少量の
酸素と窒素が含まれることがある。一般に、領域30の組
成は一般式TixOyNzSirにより記述される。領域30はトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域12への低抵抗値の電気
接点を形成する。
この好適な実施例においては領域30は接点領域内にの
み設けられることがわかる。その領域の厚さはたとえば
600オングストロームである。
み設けられることがわかる。その領域の厚さはたとえば
600オングストロームである。
層32が第3図において最も上の層として示されてい
る。その層32は、第2の熱サイクル中にチタン層24と雰
囲気中に含まれている窒素との反応により生成された窒
化チタンで主として構成される。しかし、治金学的障壁
としての領域32の機能を促進するために、領域32には酸
素を含むことが好ましい。窒化チタン層内の粒界に沿う
物質の急速な拡散を阻止するために、酸素をその粒界に
沿って含まさなければならないと現在考えられている。
層32の一般式はTiuOrNwである。
る。その層32は、第2の熱サイクル中にチタン層24と雰
囲気中に含まれている窒素との反応により生成された窒
化チタンで主として構成される。しかし、治金学的障壁
としての領域32の機能を促進するために、領域32には酸
素を含むことが好ましい。窒化チタン層内の粒界に沿う
物質の急速な拡散を阻止するために、酸素をその粒界に
沿って含まさなければならないと現在考えられている。
層32の一般式はTiuOrNwである。
第3図には層32と誘電体層20の間に層34も示されてい
る。領域34は僅かな酸素とシリコンを含む窒化チタンで
主として構成される。この化合物は第2の反応熱サイク
ル中に生成され、その反応熱サイクル中にチタン層24の
チタンが誘電体層20の誘電体(ガラス)と反応する。誘
電体層20は典型的にはシリコンを含む。
る。領域34は僅かな酸素とシリコンを含む窒化チタンで
主として構成される。この化合物は第2の反応熱サイク
ル中に生成され、その反応熱サイクル中にチタン層24の
チタンが誘電体層20の誘電体(ガラス)と反応する。誘
電体層20は典型的にはシリコンを含む。
この第2の反応熱サイクル中に領域30と32を形成する
には、ソース/ドレイン領域12と基板10の間に形成され
るダイオードの諸特性が劣化しないように、ソース領域
12またはドレイン領域12の厚さより領域30の厚さを薄く
保たなければならない。また、先に述べたように、領域
32には酸素を含ませるべきである。第2の反応熱サイク
ルの前に制御層22を形成することによりそれらの要求を
共に満すことができる。主としてケイ化物で構成されて
いる領域30が、制御層22が存在しなかった場合の大きさ
より小さいように、制御層22は領域30に含まれている反
応物質の輸送を妨げる。制御層22はケイ化物の生成速度
を低くするが、その制御層は領域32の形成速度にはほと
んど影響を及ぼさない。制御層22は領域32に含ませる酸
素の供給源としても機能する。制御層22からの酸素はチ
タン中に入る。制御層22の厚さと組成を適切に選択する
ことにより、領域30と32の厚さを希望の値に制御でき
る。先に述べたように制御層22はこのサイクル中に消費
されるから、この制御層のことを「犠牲」層と呼ぶこと
ができる。したがって、第1の熱サイクルの後に接点開
口部の露出されている部分に制御層22を形成することに
より、低抵抗値の電気接点(領域30)と、その電気接点
の上側の良い治金学的障壁(層32)とを同時に形成でき
る。次に、第3図に示されているこの構造を接点開口部
を埋めることを含めて、標準的な方法に従って処理でき
る。
には、ソース/ドレイン領域12と基板10の間に形成され
るダイオードの諸特性が劣化しないように、ソース領域
12またはドレイン領域12の厚さより領域30の厚さを薄く
保たなければならない。また、先に述べたように、領域
32には酸素を含ませるべきである。第2の反応熱サイク
ルの前に制御層22を形成することによりそれらの要求を
共に満すことができる。主としてケイ化物で構成されて
いる領域30が、制御層22が存在しなかった場合の大きさ
より小さいように、制御層22は領域30に含まれている反
応物質の輸送を妨げる。制御層22はケイ化物の生成速度
を低くするが、その制御層は領域32の形成速度にはほと
んど影響を及ぼさない。制御層22は領域32に含ませる酸
素の供給源としても機能する。制御層22からの酸素はチ
タン中に入る。制御層22の厚さと組成を適切に選択する
ことにより、領域30と32の厚さを希望の値に制御でき
る。先に述べたように制御層22はこのサイクル中に消費
されるから、この制御層のことを「犠牲」層と呼ぶこと
ができる。したがって、第1の熱サイクルの後に接点開
口部の露出されている部分に制御層22を形成することに
より、低抵抗値の電気接点(領域30)と、その電気接点
の上側の良い治金学的障壁(層32)とを同時に形成でき
る。次に、第3図に示されているこの構造を接点開口部
を埋めることを含めて、標準的な方法に従って処理でき
る。
しかし、本発明の別の実施例に従って、別の障壁層が
形成される。第4図を参照して、この別の処理に従っ
て、別のチタン層40を、たとえば400〜2000オングスト
ロームの厚さで層32の上面に次に形成し、集積回路(ウ
ェハー)に対して窒素ガスまたはアンモニアガスの窒化
雰囲気中で第3の熱サイクルを行う。その結果として、
厚さが400〜2000オングストローム、好ましくは700オン
グストローム、の窒化チタンの層42が形成されることに
なる。この熱サイクルは650℃の温度で30分間行う。こ
の第3の熱サイクル中に、チタン層40が窒化チタン層42
へ完全に変るように、既に形成されている障壁層32がソ
ース/ドレイン領域12または基板10からチタン層40への
シリコンの拡散を阻止する。(この理由から、第4図に
おいて上側の層には参照符号40と42がつけられている。
層40と42は異なる時に生ずる)このような結果のため
に、窒化チタン層の最終的な全体の厚さを正確に制御で
きることがわかるであろう。
形成される。第4図を参照して、この別の処理に従っ
て、別のチタン層40を、たとえば400〜2000オングスト
ロームの厚さで層32の上面に次に形成し、集積回路(ウ
ェハー)に対して窒素ガスまたはアンモニアガスの窒化
雰囲気中で第3の熱サイクルを行う。その結果として、
厚さが400〜2000オングストローム、好ましくは700オン
グストローム、の窒化チタンの層42が形成されることに
なる。この熱サイクルは650℃の温度で30分間行う。こ
の第3の熱サイクル中に、チタン層40が窒化チタン層42
へ完全に変るように、既に形成されている障壁層32がソ
ース/ドレイン領域12または基板10からチタン層40への
シリコンの拡散を阻止する。(この理由から、第4図に
おいて上側の層には参照符号40と42がつけられている。
層40と42は異なる時に生ずる)このような結果のため
に、窒化チタン層の最終的な全体の厚さを正確に制御で
きることがわかるであろう。
先に説明したように、本発明の二重障壁層の面は制御
層の面とは独立に実施できるが、最良の結果を得るため
に、それら2つの面を組合わせて実施することが好まし
い。第5図、第6図および第7図は制御層を含むこと無
しに本発明の二重障壁層を適用することを示すものであ
る。
層の面とは独立に実施できるが、最良の結果を得るため
に、それら2つの面を組合わせて実施することが好まし
い。第5図、第6図および第7図は制御層を含むこと無
しに本発明の二重障壁層を適用することを示すものであ
る。
まず第5図を参照して、基板10はたとえば単結晶シリ
コンで形成され、電気接点を形成すべきソース領域また
はドレイン領域のような代表的な領域12を含む。領域12
の次にゲート電極14が形成される。そのゲート電極はた
とえば多結晶で構成され、ゲート酸化物層16により下側
の基板10が分離される。シリコン酸化物、ケイ酸ガスラ
ス(PSG)またはホウケイ酸ガスラス(BPSG)のような
比較的厚い誘電体層20が基板10の表面と、ゲート電極14
の上側および側壁を覆う。第1〜3図に層18として示さ
れているゲート電極14の上側と側壁を覆う薄い酸化物層
は省くことができ、したがって第5〜7図には示されて
いない。
コンで形成され、電気接点を形成すべきソース領域また
はドレイン領域のような代表的な領域12を含む。領域12
の次にゲート電極14が形成される。そのゲート電極はた
とえば多結晶で構成され、ゲート酸化物層16により下側
の基板10が分離される。シリコン酸化物、ケイ酸ガスラ
ス(PSG)またはホウケイ酸ガスラス(BPSG)のような
比較的厚い誘電体層20が基板10の表面と、ゲート電極14
の上側および側壁を覆う。第1〜3図に層18として示さ
れているゲート電極14の上側と側壁を覆う薄い酸化物層
は省くことができ、したがって第5〜7図には示されて
いない。
領域12のうち接点を形成すべき部分を少なくとも露出
させるために接点開口部がエッチングされる。拡散され
るようになり、または治金学的障壁となる、遷移金属の
ような物質、とくにチタンの層24が第5図に示されてい
る。その層24は接点開口部をあけた後で付着する。層24
の厚さは典型的には400〜2000オングストロームである
が、700オングストロームが好ましい。
させるために接点開口部がエッチングされる。拡散され
るようになり、または治金学的障壁となる、遷移金属の
ような物質、とくにチタンの層24が第5図に示されてい
る。その層24は接点開口部をあけた後で付着する。層24
の厚さは典型的には400〜2000オングストロームである
が、700オングストロームが好ましい。
層24を形成した後で、集積回路(または集積回路を含
んでいるウェハー)を窒化性雰囲気中で熱サイクルし
て、チタン(または他の物質)がその雰囲気と反応でき
るようにする。この熱サイクルは従来の炉管内で行うこ
とができ、または先に述べたように500〜800℃の温度で
急速熱処理装置内で行うことができる。炉管処理の場合
には、サイクル時間は典型的には10〜240分間である650
℃の温度を15分間用いることが好ましい。たとえば加熱
用電球を用いる急速熱処理の場合には、熱処理の時間は
典型的には15秒〜10分間である。熱サイクル中の雰囲気
は窒素ガスまたはアンモニアガスあるいはそれらの混合
ガスであり、形成する層の希望の組成に応じて少量の水
素、酸素または水蒸気を含むことがある。この反応のサ
イクル中に、チタン層24が、主として窒化チタンを含む
層50に変えられる。しかし、窒化チタンの粒界に沿って
含まれる水素または酸素により、それ以上の量の水素、
酸素または水蒸気が層50の性能を改良する。これによ
り、接点開口部を埋める接点プラグまたは相互接続中へ
の領域10または12からのシリコンの移動または拡散に対
する接点治金学的障壁としての窒化チタン層50の性能を
向上させる。また、この第1の熱サイクル中に、チタン
のケイ化物の領域が、接点開口部内のチタン層24の下側
部分とソース/ドレイン領域12の間の反応により接点開
口部中にチタンのケイ化物の領域52が形成される。
んでいるウェハー)を窒化性雰囲気中で熱サイクルし
て、チタン(または他の物質)がその雰囲気と反応でき
るようにする。この熱サイクルは従来の炉管内で行うこ
とができ、または先に述べたように500〜800℃の温度で
急速熱処理装置内で行うことができる。炉管処理の場合
には、サイクル時間は典型的には10〜240分間である650
℃の温度を15分間用いることが好ましい。たとえば加熱
用電球を用いる急速熱処理の場合には、熱処理の時間は
典型的には15秒〜10分間である。熱サイクル中の雰囲気
は窒素ガスまたはアンモニアガスあるいはそれらの混合
ガスであり、形成する層の希望の組成に応じて少量の水
素、酸素または水蒸気を含むことがある。この反応のサ
イクル中に、チタン層24が、主として窒化チタンを含む
層50に変えられる。しかし、窒化チタンの粒界に沿って
含まれる水素または酸素により、それ以上の量の水素、
酸素または水蒸気が層50の性能を改良する。これによ
り、接点開口部を埋める接点プラグまたは相互接続中へ
の領域10または12からのシリコンの移動または拡散に対
する接点治金学的障壁としての窒化チタン層50の性能を
向上させる。また、この第1の熱サイクル中に、チタン
のケイ化物の領域が、接点開口部内のチタン層24の下側
部分とソース/ドレイン領域12の間の反応により接点開
口部中にチタンのケイ化物の領域52が形成される。
この第1の熱サイクルの後で、チタンで形成すること
が好ましい別の層40を窒化チタン層50の上面に付着す
る。層40の厚さは400〜2000オングストロームである。
次に第2の熱サイクルを行って層40を雰囲気と反応させ
る。その雰囲気は第1の熱サイクル中の雰囲気と同じで
あるが、この第2の熱サイクルは650℃で30分間行うこ
とが好ましい。その結果、チタン層40が雰囲気と反応し
て層40とほぼ同じ厚さの窒化チタン層42を形成する。し
たがって、第7図には、同じ層に同じ参照符号を付ける
のではなく、参照符号40(チタンを示す)から参照符号
42(窒化チタンを示す)へ変化する、2つの参照符号40
と42を付けて示している。
が好ましい別の層40を窒化チタン層50の上面に付着す
る。層40の厚さは400〜2000オングストロームである。
次に第2の熱サイクルを行って層40を雰囲気と反応させ
る。その雰囲気は第1の熱サイクル中の雰囲気と同じで
あるが、この第2の熱サイクルは650℃で30分間行うこ
とが好ましい。その結果、チタン層40が雰囲気と反応し
て層40とほぼ同じ厚さの窒化チタン層42を形成する。し
たがって、第7図には、同じ層に同じ参照符号を付ける
のではなく、参照符号40(チタンを示す)から参照符号
42(窒化チタンを示す)へ変化する、2つの参照符号40
と42を付けて示している。
第2の熱サイクル中に領域10または12から、あるいは
チタンのケイ化物領域52からのシリコンが層42中へ移動
すなわち拡散することが、窒化チタン層50の存在のため
に阻止される。第1の熱サイクル中に形成されたチタン
のケイ化物領域52(第6図)は層50の下側の領域に限ら
れる。したがって、第2の熱サイクル中に、第4図を参
照して先に説明したように、最初に形成された窒化チタ
ン層、この場合には層50(第4図では層32と34)が、第
2のチタン層40の全てが窒化チタン層42へ完全に変えら
れるように、治金学的障壁として機能する。これによ
り、得られた構造における窒化チタンの最終的な全体の
厚さを制御できる。
チタンのケイ化物領域52からのシリコンが層42中へ移動
すなわち拡散することが、窒化チタン層50の存在のため
に阻止される。第1の熱サイクル中に形成されたチタン
のケイ化物領域52(第6図)は層50の下側の領域に限ら
れる。したがって、第2の熱サイクル中に、第4図を参
照して先に説明したように、最初に形成された窒化チタ
ン層、この場合には層50(第4図では層32と34)が、第
2のチタン層40の全てが窒化チタン層42へ完全に変えら
れるように、治金学的障壁として機能する。これによ
り、得られた構造における窒化チタンの最終的な全体の
厚さを制御できる。
チタンのケイ化物層52の最終的な厚さは最初に形成さ
れたチタン層24の厚さにより主として決定される。窒化
チタン(領域50と42を含む)の最終的な厚さは、両方の
付着されたチタン層の厚さにより決定される。2つのチ
タン層の厚さを制御し、最初に形成された窒化チタン層
の拡散障壁特性を利用することにより、窒化チタン層と
チタンのケイ化物層の相対的な厚さを制御できる。
れたチタン層24の厚さにより主として決定される。窒化
チタン(領域50と42を含む)の最終的な厚さは、両方の
付着されたチタン層の厚さにより決定される。2つのチ
タン層の厚さを制御し、最初に形成された窒化チタン層
の拡散障壁特性を利用することにより、窒化チタン層と
チタンのケイ化物層の相対的な厚さを制御できる。
したがって、この二重障壁層法を用いることにより、
接点開口部内の熱処理により形成された窒化物とケイ化
物の厚さを独立に制御することが可能である。形成され
たチタンのケイ化物層は低抵抗値の電気接点として、ま
たは低シート抵抗値の導体あるいは両方として使用でき
る。窒化チタンは治金学的障壁として、または局部的相
互接続物質として、あるいは両方として使用される。
接点開口部内の熱処理により形成された窒化物とケイ化
物の厚さを独立に制御することが可能である。形成され
たチタンのケイ化物層は低抵抗値の電気接点として、ま
たは低シート抵抗値の導体あるいは両方として使用でき
る。窒化チタンは治金学的障壁として、または局部的相
互接続物質として、あるいは両方として使用される。
第1図は比較的厚い誘電体物質を貫通してソース領域と
ドレイン領域まで形成された接点開口部を有する集積回
路中のトランジスタの種々の領域の横断面図、第2図は
本発明に従って制御層とチタン層を形成した後の第1図
に示されている構造を示す横断面図、第3図は反応サイ
クルの後の第2図に示されている接点部の拡大横断面
図、第4図は上側に第2のチタン層が付加された第3図
の構造と、窒化性雰囲気中の熱反応後の同じ構造を示す
横断面図、第5図は制御層を用いることなしに本発明に
従って処理されたトランジスタの一部を示す横断面図、
第6図は窒化性雰囲気中での熱サイクルの後の第5図に
示されている構造を示す横断面図、第7図は第2のチタ
ン層の形成と熱サイクルにおいて窒化性雰囲気中でのそ
の第2のチタン層の反応後の第6図に示されている構造
を示す横断面図である。 10……基板、12……シース/ドレイン領域、14……ゲー
ト電極、16……ゲート誘電体層、18……シリコン酸化物
層、20……誘電体層、21……接点開口部、22……制御
層、24,40……チタン層、30,52……チタンのケイ化物
層、32,34,42,50……窒化チタン層。
ドレイン領域まで形成された接点開口部を有する集積回
路中のトランジスタの種々の領域の横断面図、第2図は
本発明に従って制御層とチタン層を形成した後の第1図
に示されている構造を示す横断面図、第3図は反応サイ
クルの後の第2図に示されている接点部の拡大横断面
図、第4図は上側に第2のチタン層が付加された第3図
の構造と、窒化性雰囲気中の熱反応後の同じ構造を示す
横断面図、第5図は制御層を用いることなしに本発明に
従って処理されたトランジスタの一部を示す横断面図、
第6図は窒化性雰囲気中での熱サイクルの後の第5図に
示されている構造を示す横断面図、第7図は第2のチタ
ン層の形成と熱サイクルにおいて窒化性雰囲気中でのそ
の第2のチタン層の反応後の第6図に示されている構造
を示す横断面図である。 10……基板、12……シース/ドレイン領域、14……ゲー
ト電極、16……ゲート誘電体層、18……シリコン酸化物
層、20……誘電体層、21……接点開口部、22……制御
層、24,40……チタン層、30,52……チタンのケイ化物
層、32,34,42,50……窒化チタン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー、ウォレン、ヒル アメリカ合衆国コロラド州、コロラド、 スプリングス、クリークサイド、レー ン、138、アパートメント、ビー (56)参考文献 特公 昭62−42385(JP,B2) 米国特許3983264(US,A) 米国特許4675073(US,A)
Claims (7)
- 【請求項1】集積回路の下地シリコン領域(12)への電
気的コンタクトを絶縁材層(20)のコンタクト開口(2
1)においてつくり、そのコンタクトの上に冶金学的障
壁(32)を形成する方法であって、 a)シリコン基板に少なくとも1個のドーピングされた
トランジスタ領域(12)を設ける段階と、 b)そのシリコン基板上に絶縁材層(20)を形成し、上
記絶縁材層に上記トランジスタ領域までの少なくとも1
個のコンタクト開口(21)を限定して上記トランジスタ
領域のコンタクト部分で上記シリコン基板を露出する段
階と、 c)上記絶縁材および上記露出されたコンタクト部分の
上に第1チタン層(24)をつくる段階と、 d)上記段階a)、b)およびc)によりつくられた構
造物を窒素またはアンモニアを含む第1の雰囲気中で加
熱して、上記チタン層を上記絶縁材上の冶金学的障壁
(32)としての窒化チタン層に変換するとともに、上記
コンタクト部分における窒化チタン層の下に低抵抗シリ
サイドコンタクト(30)に変換する段階、 を含む方法において、 上記段階b)の後であって上記段階c)の前に、上記段
階a)およびb)の結果として得られた構造物を、酸素
および窒素の内の少なくとも一方を含む第2の雰囲気内
で700℃から1000℃の範囲の温度で加熱して上記シリコ
ン基板の上記露出部分を反応させ、上記コンタクト開口
内にシリコンと酸素および窒素の内の少なくとも一方と
を含む化合物としての制御領域(22)を、上記絶縁材層
より実質的に薄く形成する段階e)を含み、上記段階
d)は上記段階a)、b)、c)およびe)により形成
される構造について行われ、それにより上記段階d)に
おいて上記制御領域が上記シリサイドコンタクト(30)
の形成速度を低下させて上記冶金学的障壁(32)に対す
るシリサイドコンタクト(30)の厚さを制御することを
特徴とする方法。 - 【請求項2】前記制御領域は酸素および窒素の両方を含
む前記第2の雰囲気内で前記露出された下地層を反応さ
せることによってつくられ、それにより上記制御領域
(22)がシリコン、酸素および窒素を含む化合物から成
っていることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】前記第1チタン層(24)を冶金学的な第1
の障壁(32)に変換する前記段階中、前記第1の雰囲気
に酸素または水素またはそのいずれか一方を含む化合物
を導入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1
または2に記載の方法。 - 【請求項4】前記第2の雰囲気が窒素を含んでいること
を特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項5】前記制御層が前記冶金学的障壁(32)内の
粒界に窒素を供給することを特徴とする請求項4記載の
方法。 - 【請求項6】前記絶縁材層がシリコンを含んでいること
を特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項7】前記第2の雰囲気が酸素を含み、それによ
り前記制御領域(22)が前記冶金学的障壁(32)内の粒
界に酸素を供給することを特徴とする請求項1記載の方
法。
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