JP2738684B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置、特に高集積度・高速の半導体集
積回路の製造方法に関するものである。 従来の技術 半導体集積回路の高密度化に伴って構成要素であるMO
SFETも縮小されるが、かかる装置においては深さ方向の
縮小化も実施しなくては正常なFET動作を維持すること
はできない。このことは高速動作が可能でかつ接合リー
ク電流の少ないMOSFETを構成することと相反する。 以上の問題を解決するために最近注目されているのが
シリコンにおける不純物高濃度層より低抵抗な高融点金
属のシリサイド層を合金反応を用いて自己整合的に形成
する技術(シリサイド化接合法)である。特に素子間分
離用酸化膜上においてアルミ配線とソース/ドレイン拡
散域とのコンタクトを形成するため、概略を第3図に示
すごとくポリシリコンゲート電極の側壁に絶縁物を被着
し、前記ポリシリコンゲート電極の上部ポリシリコンと
ソース/ドレイン域のシリコン基板を露出させた状態で
高融点金属をシリコン基板全面に堆積する。この高融点
金属被膜上に局部的に非晶質シリコン層を形成する際、
後に形成される高融点金属シリサイドのうちゲート電極
上のものとソース/ドレイン域上のものが短絡すること
を防ぐため、非晶質シリコンのゲート電極側の端をゲー
ト電極から有限の距離に設定する方法が例えばアイ・イ
ー・ディー・エム84(1984年)第118頁から第121頁(IE
DM84(1984)pp118〜121)に発表されている。 発明が解決しようとする問題点 基板結晶シリコンに堆積被着した高融点金属の合金反
応により自己整合的に高融点金属シリサイドを形成する
技術においては、これを大規模集積回路に適用する限
り、高融点金属シリサイド膜形成後に為される熱処理
(例えば注入不純物の活性化や層間絶縁膜のフローな
ど)を経ても膜の均一性が維持されることが必要であ
る。しかし現在までのところ、特に前記アイ・イー・デ
ィー・エム84(1984年)第11頁から第121頁(IEDM84(1
984)pp118〜121)のように高融点金属としてチタンを
用いる場合、チタンシリサイド膜形成時には均一性の良
好な膜質が得られても、後の比較的高温・長時間の熱処
理(900℃以上、30分間以上)の際にチタンシリサイド
膜が凝集することによって表面粗れが生じシリサイドの
亀裂部ではシリコン基板が露出するという問題があっ
た。 また第3図に示した従来例の模式のごとく、整形され
た非晶質シリコンの端がソース/ドレイン域の中間部に
ある場合、非晶質シリコン下層のチタン層はその下層に
基板結晶シリコンが存在するにもかかわらず主に上層の
非晶質シリコンと反応することにより大部分はシリコン
基板表面より上側にチタンシリサイド層を形成する。こ
れに対してソース/ドレイン域上にありかつ上層に非晶
質シリコン層のない領域のチタン層は基板結晶シリコン
と反応することにより大部分はシリコン基板表面より下
側にチタンシリサイド層が埋設される。つまりソース/
ドレイン域上で事前に形成された非晶質シリコン層の端
近傍においてチタンシリサイド層に段差が生じる。これ
に起因して、第1にソース/ドレイン域上のチタンシリ
サイドが段差部にて断線する可能性が高くなる。チタン
膜を35nm,非晶質シリコン膜を70nmとした場合、非晶質
シリコン膜の下部のソース/ドレイン域では約95nm,非
晶質シリコンがないソース/ドレインでは約85nmのチタ
ンシリサイド膜が形成されるが、この2領域の接続部の
チタンシリサイド膜厚は35nm程度となる。第2にソース
/ドレイン域への不純物注入をチタンシリサイド膜形成
以前または以後に行うにかかわらず基板結晶シリコンに
段差が生じているため同一拡散層内において形成される
拡散層の深さに不均一性が生じる。このことはDRAMセル
用スイッチングトランジスタなどゲート長のみならずソ
ース/ドレイン域も微細化する必要のあるときデバイス
の正常動作を維持する上で問題となる。 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、耐熱性が
良好であり、微細なソース/ドレイン域に均一なチタン
シリサイド層と浅い拡散深さを有すMOSFETを主体とした
半導体装置を提供することを目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題を解決するために、ソース又はドレ
イン領域が高融点金属シリサイドにより裏打ちされたMO
SFETをシリコン基板上に形成するに際し、ゲート電極の
上面及び側壁を絶縁膜により予め完全に被覆しておいた
上で、高融点金属であるチタンを前記シリコン基板全面
に被着し、次にこれを大気に晒すことなく連続的に非晶
質シリコン層を被着し、ゲート電極の上面から前記ソー
ス又はドレイン領域を経て素子間分離絶縁膜上にかけて
非晶質シリコン層を局部的に形成した上で熱処理により
チタンのシリサイド化反応を起こし、その後湿式選択エ
ッチによりチタンのシリサイドを残したまま未反応のチ
タン及びチタンシリサイド以外の化合物を除去すること
により、ゲート電極の上面からソース又はドレイン領域
を経て素子間分離絶縁膜まで一様に主に非晶質シリコン
との反応により生成されたチタンシリサイドの被膜を局
部的に形成し、その後チタンシリサイド膜を介してソー
ス、ドレイン領域に不純物をイオン注入することにより
ソース、ドレイン拡散層を形成するものである。 作用 本発明は上記した方法により、たとえば900℃,30分間
以上の熱処理に対する耐性に優れ、ソース又はドレイン
拡散域においてシリサイドの膜質、膜厚及び不純物拡散
深さが均一でありかつ基板結晶シリコン中に生ずる欠陥
が少なく微細に有利なチタンシリサイド化接合を有すMO
SFETを得ることができる。 実 施 例 第1図は本発明の一実施例におけるチタンシリサイド
化接合を有すMOSFETの断面図であり、第2図はこれを形
成するための工程断面図である。第2図Aにおいて、1
はp-型基板結晶シリコン(100)で比抵抗は1〜1.5Ω・
cmとする。2は素子間分離用に形成された酸化膜であ
る。極く薄いゲート酸化膜4(例えば10nm程度)を介し
てn+拡散の施されたポリシリコン8と物理的雰囲気ある
いは化学的雰囲気で堆積されたタングステンシリサイド
7により構成されたポリサイドゲート電極の上部を電気
的に絶縁するためにゲート電極被覆酸化膜5を化学的雰
囲気堆積により約20nm形成しておく。このゲート電極を
マスクとしてnチャンネルMOSFETのLDD領域(n-拡散層1
1)を形成するためリンイオン注入を行う。次にゲート
電極の側壁を電気的に絶縁するためとLDD構造のnチャ
ンネルMOSFETを構成するために通常の方法で約20nmの酸
化膜サイドウォールを形成するがこれはゲート電極上部
の酸化膜と合わせてゲート電極被覆酸化膜5を形成する
(第2図B)。基板結晶シリコン1表面ソース/ドレイ
ン域の自然酸化膜を除去するとともにシリコンの活性面
を露出させるため、アルゴンイオンによる逆スパッタリ
ングを行った。この直後同一真空槽内において基板結晶
シリコン1の全面に、金属チタン層12をDCマグネトロン
スパッタ法により35nm堆積し、さらに真空中における連
続蒸着により非晶質シリコン層13を全面にRFマグネトロ
ンスパッタ法により73nm堆積した(第2図C)。これに
より、金属チタン層内に酸素が混入することを防止でき
るため、シリサイドの耐熱性を向上させることができ
る。この後通常のホトレジストのパターンニングとドラ
イエッチングの方法により金属チタン層12上で非晶質シ
リコン層13の整形を行う。このときのドライエッチング
条件としては非晶質シリコン13の金属チタン12に対する
選択比が充分高いものとし、かつ非晶質シリコン層13の
パターンがゲート電極被覆酸化膜5の上部からその側
壁、ソース/ドレイン域を経て素子間分離用酸化膜2の
上部までに及び、ひとつのソース/ドレイン域全面を覆
うものとする(第2図D)。 次に残留ガスの影響が少なく窒素ガスの導入が可能な
ランプアニーラーにより熱処理し、非晶質シリコン層13
の下部の金属チタン層12のシリサイド化を行う。酸化膜
上の金属チタン層12のうち上層に非晶質シリコン層13が
ない領域では窒化チタンが形成されるかあるいは未反応
の金属チタンが残るがこれらはNH4OH+H2O2+H2O液によ
りチタンシリサイドに対して選択的に除去することがで
きる。こうして第2図Eにおけるごとくチタンシリサイ
ド層6が形成される。この状態で浅いn+接合を形成する
ため高ドーズ量のヒ素イオン注入を行うがこのときの注
入エネルギーは約80keVとし、形成された約80nmのチタ
ンシリサイド層6の上層部2分の1に飛程が収まるよう
にする。化学的雰囲気堆積法により層間絶縁膜3を形成
した後、注入不純物の活性化と層間絶縁膜3の稠密化の
ため電気炉により900℃,30分間の熱処理を行う。次に素
子間分離用酸化膜2の領域のチタンシリサイド層6の上
部にコンタクトホールを開孔した直後、アルミ薄膜をス
パッタリング法により堆積し、パターニングすることに
よりアルミ配線9を形成する(第2図F)。必要に応じ
て水素ガス混入の窒素雰囲気中で450℃程度の熱処理を
行うことによりコンタクトホール開孔時のドライエッチ
ングによるダメージが回復し、良好な電気特性をもつチ
タンシリサイド化接合MOSFETが得られた。またスパッタ
堆積により形成した非晶質シリコン13と金属チタン12の
反応により形成されたチタンシリサイド6は基板結晶シ
リコンとの反応により形成されたものより耐熱性に優
れ、900℃・30分間程度の熱処理を経てもチタンシリサ
イドの凝集による表面粗れが何ら生じない。 なお本実施例においては高融点金属としてチタンを用
いたが、他の材質としてタングステン・モリブテン・タ
ンタル・コバルト・クロム・ニッケル・ジルコニウムを
用いることも可能である。さらにチタンシリサイド層6
を素子間分離用酸化膜2上、ゲート電極被覆酸化膜5上
に配線することによりゲート電極・アルミ配線に次ぐ第
3の配線として使用することも可能である。この配線の
シート抵抗は前記のチタンシリサイド層の厚さ約80nmと
した場合で約3Ω/□となる。 発明の効果 以上のように本発明は半導体装置の高集積化・高速化
に伴い、MOSFETのソース/ドレインなど接合深さが浅く
かつ均一な拡散層上に耐熱性が高く、段差・不均一性の
ない高融点金属シリサイド層を裏打ちするとともに、こ
の延長を素子間分離酸化膜及びゲート電極被覆酸化膜上
の配線としての機能をもたすことを可能にするものであ
り、超微細な半導体装置の製造に大きく寄与するもので
ある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例における半導体装置の断面
図、第2図はこれの製造方法を説明するための断面図、
第3図はこの形式における従来の半導体装置の断面図で
ある。 1……P-型基板結晶シリコン、2……素子間分離酸化
膜、3……層間絶縁膜、4……ゲート酸化膜、5……ゲ
ート電極被覆酸化膜、6……チタンシリサイド層、7…
…タングステンシリサイド層、8……n+型ポリシコン、
9……アルミ配線、10……n+拡散層、11……n+拡散層、
12……金属チタン層、13……非晶質シリコン層。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.ソース又はドレイン領域が高融点金属シリサイドに
    より裏打ちされたMOSFETをシリコン基板上に形成するに
    際し、ゲート電極の上面及び側壁を絶縁膜により予め完
    全に被覆しておいた上で、高融点金属であるチタンを前
    記シリコン基板全面に被着し、次にこれを大気に晒すこ
    となく連続的に非晶質シリコン層を被着し、前記ゲート
    電極の上面から前記ソース又はドレイン領域を経て素子
    間分離絶縁膜上にかけて非晶質シリコン層を局部的に形
    成した上で熱処理により前記チタンのシリサイド化反応
    を起こし、その後湿式選択エッチにより前記チタンのシ
    リサイドを残したまま未反応のチタン及びチタンシリサ
    イド以外の化合物を除去することにより、前記ゲート電
    極の上面からソース又はドレイン領域を経て素子間分離
    絶縁膜まで一様に主に非晶質シリコンとの反応により生
    成されたチタンシリサイドの被膜を局部的に形成し、そ
    の後前記チタンシリサイド膜を介してソース、ドレイン
    領域に不純物をイオン注入することによりソース、ドレ
    イン拡散層を形成することを特徴とした半導体装置の製
    造方法。
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