JP2799304B2 - 半導体素子のコンタクト導電層形成方法並に半導体素子のジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法 - Google Patents
半導体素子のコンタクト導電層形成方法並に半導体素子のジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のコン
タクト導電層形成方法並に半導体素子のジャンクション
およびコンタクト導電層形成方法に関し、特に高集積度
半導体素子の製造に適した、コンタクト導電層形成方法
並にジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法に
関する。また、本発明は、高集積度半導体ＭＯＳ素子製
造に適したケイ化物導電層形成方法に関する。
タクト導電層形成方法並に半導体素子のジャンクション
およびコンタクト導電層形成方法に関し、特に高集積度
半導体素子の製造に適した、コンタクト導電層形成方法
並にジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法に
関する。また、本発明は、高集積度半導体ＭＯＳ素子製
造に適したケイ化物導電層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積度化と共に、単
位素子の大きさが縮小され、これに伴い、トランジスタ
のゲート電極の幅が縮小され、全体の抵抗とコンタクト
抵抗とが増大してきている。
位素子の大きさが縮小され、これに伴い、トランジスタ
のゲート電極の幅が縮小され、全体の抵抗とコンタクト
抵抗とが増大してきている。
【０００３】コンタクト抵抗を減少する試みとして、コ
ンタクトを形成する部位のシリコン基板に金属ケイ化物
を形成する技術が開発され、これによって、トランジス
タのソースまたはドレインのコンタクト抵抗を減少させ
ることができ、更に、トランジスタのコンタクト抵抗に
伴う速度低下の問題も解決できるようになった。
ンタクトを形成する部位のシリコン基板に金属ケイ化物
を形成する技術が開発され、これによって、トランジス
タのソースまたはドレインのコンタクト抵抗を減少させ
ることができ、更に、トランジスタのコンタクト抵抗に
伴う速度低下の問題も解決できるようになった。
【０００４】このような従来の技術としては、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、またはＳｉ化合物などのような耐火金属を半導体基
板上に蒸着し、Ｎ2、Ｈ2あるいはＡｒ雰囲気中で熱処理
を行なってケイ化物膜を成長させる各種の技術がある。
ｏ、またはＳｉ化合物などのような耐火金属を半導体基
板上に蒸着し、Ｎ2、Ｈ2あるいはＡｒ雰囲気中で熱処理
を行なってケイ化物膜を成長させる各種の技術がある。
【０００５】Ｔｉケイ化物の形成方法の例を図４に示
す。この例では、シリコン基板１０の上に酸化シリコン
膜１１を形成した後、該酸化シリコン膜１１の不純物拡
散領域１５上に位置する部分にエッチングを施してコン
タクト孔を形成する。次いで、上記工程を経た基板の全
表面上にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理を施して、ケ
イ化物１４を形成する。すなわち、シリコン基板１０上
にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理することにより、シ
リコンとＴｉとが結合してケイ化物１４が形成される。
す。この例では、シリコン基板１０の上に酸化シリコン
膜１１を形成した後、該酸化シリコン膜１１の不純物拡
散領域１５上に位置する部分にエッチングを施してコン
タクト孔を形成する。次いで、上記工程を経た基板の全
表面上にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理を施して、ケ
イ化物１４を形成する。すなわち、シリコン基板１０上
にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理することにより、シ
リコンとＴｉとが結合してケイ化物１４が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術におけるケイ化熱処理の際、Ｓｉ原子は金属の結
晶粒界において卓越した拡散特性を有するので、結晶粒
界と接するＳｉ基板部分において、ケイ化物層が部分的
に強く形成され、その結果、シリコン基板へのケイ化物
浸入（silicide encroachment）が激しくなるという問
題がある。
来技術におけるケイ化熱処理の際、Ｓｉ原子は金属の結
晶粒界において卓越した拡散特性を有するので、結晶粒
界と接するＳｉ基板部分において、ケイ化物層が部分的
に強く形成され、その結果、シリコン基板へのケイ化物
浸入（silicide encroachment）が激しくなるという問
題がある。
【０００７】これによって、素子の電気的特性が悪化
し、コンタクト部位のジャンクション漏洩電流が大きく
なるという問題がある。また、浅いジャンクション法
（shallow junction method）を適用する場合には、ジ
ャンクションスパイクによるジャンクションショートが
生じる可能性があるという問題がある。
し、コンタクト部位のジャンクション漏洩電流が大きく
なるという問題がある。また、浅いジャンクション法
（shallow junction method）を適用する場合には、ジ
ャンクションスパイクによるジャンクションショートが
生じる可能性があるという問題がある。
【０００８】不均一なケイ化物浸入（silicide encroac
hment）が発生すると、素子の動作間に、空乏層領域と
ケイ化物領域とが接するようになり、このとき空乏層領
域のケイ化物とＳｉとの界面のような欠陥が存在するよ
うになるので、ジャンクション漏洩電流が大きくなると
いう問題がある。
hment）が発生すると、素子の動作間に、空乏層領域と
ケイ化物領域とが接するようになり、このとき空乏層領
域のケイ化物とＳｉとの界面のような欠陥が存在するよ
うになるので、ジャンクション漏洩電流が大きくなると
いう問題がある。
【０００９】更に、Ｓｉと不均一に形成された先鋭なケ
イ化物との界面上の電界集中によるツェナー降伏現象が
生じる可能性もあるという問題がある。
イ化物との界面上の電界集中によるツェナー降伏現象が
生じる可能性もあるという問題がある。
【００１０】本発明の目的は、上記従来技術における不
均一なケイ化物層のジャンクションへの浸入問題を解決
して高信頼度のジャンクション電気特性を得ることがで
き、酸化シリコン膜で安定化されたジャンクションの表
面においてのＳｉ原子のダングリングボンドを効果的に
安定化して、ケイ化物コンタクトを有するトランジスタ
の信頼性および電気的特性を向上させることが可能な、
半導体素子のコンタクト導電層形成方法並に半導体素子
のジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法を提
供することにある。
均一なケイ化物層のジャンクションへの浸入問題を解決
して高信頼度のジャンクション電気特性を得ることがで
き、酸化シリコン膜で安定化されたジャンクションの表
面においてのＳｉ原子のダングリングボンドを効果的に
安定化して、ケイ化物コンタクトを有するトランジスタ
の信頼性および電気的特性を向上させることが可能な、
半導体素子のコンタクト導電層形成方法並に半導体素子
のジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
は、半導体基板の所定部位と導電層との間のコンタクト
導電層形成方法において、 （１）半導体基板上に絶縁膜を形成した後、コンタクト
を形成する部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔を形成
する工程と、 （２）上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成した後、Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素か
らなる陽イオンを上記金属層に注入する工程と、 （３）上記工程を経た上記半導体基板に、上記金属層に
注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の結晶粒界
面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダングリン
グボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、上記
金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位において
ケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す工程
と を含んでなることを特徴とする。
に、本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
は、半導体基板の所定部位と導電層との間のコンタクト
導電層形成方法において、 （１）半導体基板上に絶縁膜を形成した後、コンタクト
を形成する部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔を形成
する工程と、 （２）上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成した後、Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素か
らなる陽イオンを上記金属層に注入する工程と、 （３）上記工程を経た上記半導体基板に、上記金属層に
注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の結晶粒界
面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダングリン
グボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、上記
金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位において
ケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す工程
と を含んでなることを特徴とする。
【００１２】この場合、上記（２）の工程の上記金属層
は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用い
て形成することを特徴とする。
は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用い
て形成することを特徴とする。
【００１３】またこの場合、上記金属は、Ｃｏ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１
つであることを特徴とする。
Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１
つであることを特徴とする。
【００１４】
【００１５】またこの場合、上記（３）の工程では、上
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように施す熱処理と、上
記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位におい
て上記ケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処理
とを、同時に施すことを特徴とする。
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように施す熱処理と、上
記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位におい
て上記ケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処理
とを、同時に施すことを特徴とする。
【００１６】またこの場合、上記陽イオンを上記金属層
の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属
のダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処
理は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層
を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属
に適した温度で実施することを特徴とする。
の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属
のダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処
理は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層
を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属
に適した温度で実施することを特徴とする。
【００１７】またこの場合、注入する上記陽イオンは、
コンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合には
ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+ イオンから選択したいずれか１
つのイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型が
Ｎ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+ イオンから選択
したいずれか１つのイオンであることを特徴とする。
コンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合には
ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+ イオンから選択したいずれか１
つのイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型が
Ｎ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+ イオンから選択
したいずれか１つのイオンであることを特徴とする。
【００１８】また、本発明の半導体素子のジャンクショ
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を蒸着する工程と、ＰＨ2 +またはＰＨ + のイオンを上記
金属層内にドーピングする工程と、上記工程を経た上記
半導体基板に熱処理を施して、リンイオンは上記半導体
基板内に拡散されてＮ型不純物ジャンクションを形成
し、ケイ化物層を形成し、水素イオンは上記金属層の金
属の結晶粒界面に散布され、また上記金属層の金属のダ
ングリングボンドと結合するようにする工程とを含んで
なることを特徴とする。
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を蒸着する工程と、ＰＨ2 +またはＰＨ + のイオンを上記
金属層内にドーピングする工程と、上記工程を経た上記
半導体基板に熱処理を施して、リンイオンは上記半導体
基板内に拡散されてＮ型不純物ジャンクションを形成
し、ケイ化物層を形成し、水素イオンは上記金属層の金
属の結晶粒界面に散布され、また上記金属層の金属のダ
ングリングボンドと結合するようにする工程とを含んで
なることを特徴とする。
【００１９】この場合、上記熱処理を、上記ＰＨ2 +また
は上記ＰＨ + イオンがリンイオンと水素イオンとに分解
されて、水素イオンが上記金属層の金属の結晶粒界面に
散布され、また上記金属層の金属イオンのダングリング
ボンドと結合する段階と、上記リンイオンが上記半導体
基板に拡散されて不純物ジャンクションを形成し、ケイ
化物層を形成する段階とに分けて施すことを特徴とす
る。
は上記ＰＨ + イオンがリンイオンと水素イオンとに分解
されて、水素イオンが上記金属層の金属の結晶粒界面に
散布され、また上記金属層の金属イオンのダングリング
ボンドと結合する段階と、上記リンイオンが上記半導体
基板に拡散されて不純物ジャンクションを形成し、ケイ
化物層を形成する段階とに分けて施すことを特徴とす
る。
【００２０】またこの場合、上記Ｎ型不純物ジャンクシ
ョンに代えてＰ型不純物ジャンクションを形成する場合
には、上記金属層に注入する上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ
+ イオンに代えて、ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ + イオンを用
いることを特徴とする。
ョンに代えてＰ型不純物ジャンクションを形成する場合
には、上記金属層に注入する上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ
+ イオンに代えて、ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ + イオンを用
いることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下本発明の半導体素子のコンタ
クト導電層形成方法の実施の形態を、添付図面を参照し
て説明する。
クト導電層形成方法の実施の形態を、添付図面を参照し
て説明する。
【００２２】まず、図１Ａに示すように、半導体基板２
０上に絶縁膜２２を形成した後、コンタクトを形成する
部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔２３を形成する。
０上に絶縁膜２２を形成した後、コンタクトを形成する
部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔２３を形成する。
【００２３】次に、図１Ｂに示すように、上記工程を経
た半導体基板の全表面に金属層２４を形成した後、図２
Ｃに示すように、上記金属層２４に陽イオンを注入す
る。
た半導体基板の全表面に金属層２４を形成した後、図２
Ｃに示すように、上記金属層２４に陽イオンを注入す
る。
【００２４】次に、図２Ｄに示すように、上記工程を経
た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を形成す
る。
た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を形成す
る。
【００２５】金属層２４は、シリコンと反応してケイ化
物を形成する金属を用いて形成するが、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した高融点金属
の１つを用いるとよい。
物を形成する金属を用いて形成するが、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した高融点金属
の１つを用いるとよい。
【００２６】金属層２４に注入する陽イオンとしては、
Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素のイオンを使用す
る。
Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素のイオンを使用す
る。
【００２７】上記の熱処理においては、まず金属層２４
に注入された陽イオンが金属層２４の金属の結晶粒界面
に散布し、また金属層２４の金属の原子のダングリング
ボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、金属層
２４と半導体基板２０の表面とが接する部位においてケ
イ化物層２５が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
に注入された陽イオンが金属層２４の金属の結晶粒界面
に散布し、また金属層２４の金属の原子のダングリング
ボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、金属層
２４と半導体基板２０の表面とが接する部位においてケ
イ化物層２５が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
【００２８】上記の金属層２４に注入された陽イオンが
金属層２４の金属の結晶粒界面に散布し、また金属の原
子のダングリングボンドと結合するように施す熱処理
と、金属層２４と半導体基板２０の表面とが接する部位
においてケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処
理とは、同時に実施してもよい。
金属層２４の金属の結晶粒界面に散布し、また金属の原
子のダングリングボンドと結合するように施す熱処理
と、金属層２４と半導体基板２０の表面とが接する部位
においてケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処
理とは、同時に実施してもよい。
【００２９】上記の陽イオンを散布させるために施す熱
処理は３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層２５を形成するための
ケイ化熱処理は、上記金属層２４の金属に適した温度で
実施する。
処理は３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層２５を形成するための
ケイ化熱処理は、上記金属層２４の金属に適した温度で
実施する。
【００３０】金属層２４に注入する陽イオンは、コンタ
クト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+ イオンから選択したいずれか１つ
のイオンを用い、コンタクト下部の半導体の導電型がＮ
型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+ イオンから選択し
たいずれか１つのイオンを用いるとよい。
クト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+ イオンから選択したいずれか１つ
のイオンを用い、コンタクト下部の半導体の導電型がＮ
型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+ イオンから選択し
たいずれか１つのイオンを用いるとよい。
【００３１】本発明の半導体素子のジャンクションおよ
びコンタクト導電層形成方法の実施の形態は、以下のと
おりである。
びコンタクト導電層形成方法の実施の形態は、以下のと
おりである。
【００３２】半導体基板上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜
にコンタクト孔を形成する。
にコンタクト孔を形成する。
【００３３】次に、上記工程を経た半導体基板の全表面
に金属層を形成する。
に金属層を形成する。
【００３４】次に、該金属層にＨ+イオンが含まれた不
純物をイオン注入してドーピングする。
純物をイオン注入してドーピングする。
【００３５】次に、上記工程を経た半導体基板に熱処理
を施して、水素イオンを金属層の金属の結晶粒界面に散
布させ、また金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させる。
を施して、水素イオンを金属層の金属の結晶粒界面に散
布させ、また金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させる。
【００３６】更に、金属層と半導体基板とが接する部位
にケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
にケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
【００３７】上記の、水素イオンを金属層の金属の結晶
粒界面に散布させ、また金属層の金属原子のダングリン
グボンドと結合させる熱処理工程と、ケイ化熱処理工程
とを単一の工程で実施して、水素イオンの散布及び金属
原子のダングリングボンドとの結合と、ケイ化反応とが
同時に実施されるようにしてもよい。
粒界面に散布させ、また金属層の金属原子のダングリン
グボンドと結合させる熱処理工程と、ケイ化熱処理工程
とを単一の工程で実施して、水素イオンの散布及び金属
原子のダングリングボンドとの結合と、ケイ化反応とが
同時に実施されるようにしてもよい。
【００３８】水素イオンを散布させ、また金属層の金属
原子のダングリングボンドと結合させるために施す熱処
理は、３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層を形成するためのケイ
化熱処理は金属層の金属に適した温度で実施する。
原子のダングリングボンドと結合させるために施す熱処
理は、３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層を形成するためのケイ
化熱処理は金属層の金属に適した温度で実施する。
【００３９】また本発明の半導体素子のジャンクション
およびコンタクト導電層形成方法の実施のもう１つの形
態は、以下のとおりである。
およびコンタクト導電層形成方法の実施のもう１つの形
態は、以下のとおりである。
【００４０】まず、半導体基板上に絶縁膜を形成し、該
絶縁膜にコンタクト孔を形成する。
絶縁膜にコンタクト孔を形成する。
【００４１】次に、上記の工程を経た半導体基板の全表
面に金属層を蒸着する。
面に金属層を蒸着する。
【００４２】次に、ＰＨ2 +またはＰＨ+等のイオンを金
属層内にドーピングする。
属層内にドーピングする。
【００４３】次に、上記の工程を経た半導体基板に熱処
理を施して、リンイオンは半導体基板内に拡散されてＮ
型不純物ジャンクションを形成し、ケイ化物層を形成
し、水素イオンは金属層の金属の結晶粒界面に散布され
るようにする。
理を施して、リンイオンは半導体基板内に拡散されてＮ
型不純物ジャンクションを形成し、ケイ化物層を形成
し、水素イオンは金属層の金属の結晶粒界面に散布され
るようにする。
【００４４】上記の熱処理を、上記ＰＨ2 +または上記Ｐ
Ｈ + イオンがリンイオンと水素イオンとに分解されて、
水素イオンが金属層の金属の結晶粒界面に散布され、ま
た金属イオンのダングリングボンドと結合する段階と、
リンイオンが半導体基板に拡散されて不純物ジャンクシ
ョンを形成し、ケイ化物層を形成する段階とに分けて実
施してもよい。
Ｈ + イオンがリンイオンと水素イオンとに分解されて、
水素イオンが金属層の金属の結晶粒界面に散布され、ま
た金属イオンのダングリングボンドと結合する段階と、
リンイオンが半導体基板に拡散されて不純物ジャンクシ
ョンを形成し、ケイ化物層を形成する段階とに分けて実
施してもよい。
【００４５】Ｎ型不純物ジャンクションに代えてＰ型不
純物ジャンクションを形成する場合には、金属層に注入
するＰＨ2 +または上記ＰＨ + イオンに代えて、ＢＦ2 +、
ＢＦ+、ＢＣｌ + イオンを用いる。
純物ジャンクションを形成する場合には、金属層に注入
するＰＨ2 +または上記ＰＨ + イオンに代えて、ＢＦ2 +、
ＢＦ+、ＢＣｌ + イオンを用いる。
【００４６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００４７】まず、図１Ａに示すように、半導体基板２
０に、必要な回路要素を形成するため、Ｎ型あるいはＰ
型不純物（図は、Ｎ型不純物の場合について表示）をド
ーピングした不純物領域２１を形成し、基板全面を絶縁
膜２２で覆った後、コンタクトを形成するべき不純物領
域２１上に、既存のホトエッチング工程によってコンタ
クト孔２３を形成する。
０に、必要な回路要素を形成するため、Ｎ型あるいはＰ
型不純物（図は、Ｎ型不純物の場合について表示）をド
ーピングした不純物領域２１を形成し、基板全面を絶縁
膜２２で覆った後、コンタクトを形成するべき不純物領
域２１上に、既存のホトエッチング工程によってコンタ
クト孔２３を形成する。
【００４８】次に、図１Ｂに示すように、Ｔｉ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｈｆから選定した１つの金属を
ＣＶＤ法またはスパッタリング法によって半導体基板２
０と絶縁膜２２の上に塗布して、薄い金属層２４を形成
する。
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｈｆから選定した１つの金属を
ＣＶＤ法またはスパッタリング法によって半導体基板２
０と絶縁膜２２の上に塗布して、薄い金属層２４を形成
する。
【００４９】次いで、図２Ｃに示すように、イオン加速
装置により、ＰＨ3ガスソースを用いてＰＨ2 +、ＰＨ+、
Ｈ+などの水素を含むイオンあるいは分子イオンを用意
する。これらのイオンを、約８０Ｋｅｖ、２．０×１０
16ｉｏｎ／ｃｍ2程度の強さで半導体基板２０と絶縁膜
２２との上の金属層２４の表面にイオン注入してドーピ
ングする。
装置により、ＰＨ3ガスソースを用いてＰＨ2 +、ＰＨ+、
Ｈ+などの水素を含むイオンあるいは分子イオンを用意
する。これらのイオンを、約８０Ｋｅｖ、２．０×１０
16ｉｏｎ／ｃｍ2程度の強さで半導体基板２０と絶縁膜
２２との上の金属層２４の表面にイオン注入してドーピ
ングする。
【００５０】次に、図２Ｄに示すように、温度４００〜
４５０℃で、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で熱処理を施して、
金属層２４に注入された水素イオンが再配置され、金属
の結晶粒界に散布された後、結晶粒界に存在する金属原
子のダングリングボンドと結合するようにする。次い
で、選択した各金属に適した温度と時間とを設定してケ
イ化熱処理を実行して、半導体基板２０の表面と金属層
２４との間にケイ化物層２５を形成する。
４５０℃で、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で熱処理を施して、
金属層２４に注入された水素イオンが再配置され、金属
の結晶粒界に散布された後、結晶粒界に存在する金属原
子のダングリングボンドと結合するようにする。次い
で、選択した各金属に適した温度と時間とを設定してケ
イ化熱処理を実行して、半導体基板２０の表面と金属層
２４との間にケイ化物層２５を形成する。
【００５１】このとき、金属の結晶粒界に散布される
か、あるいはダングリングボンドと結合した、水素イオ
ンのために、金属の結晶粒界を通してのＳｉイオンの拡
散度と金属層の結晶粒を通してのＳｉイオンの拡散度と
が同程度となる。このため、ケイ化反応に際し、Ｓｉ表
面と金属層とが接する界面において、金属とＳｉ原子と
のケイ化結合反応が均一に起こる。従って、Ｓｉ基板
（不純物領域）内に成長したケイ化物層が均一に成長し
てＳｉ表面に浸入するので、均一なケイ化物とＳｉ基板
とのインタフェースが形成される。
か、あるいはダングリングボンドと結合した、水素イオ
ンのために、金属の結晶粒界を通してのＳｉイオンの拡
散度と金属層の結晶粒を通してのＳｉイオンの拡散度と
が同程度となる。このため、ケイ化反応に際し、Ｓｉ表
面と金属層とが接する界面において、金属とＳｉ原子と
のケイ化結合反応が均一に起こる。従って、Ｓｉ基板
（不純物領域）内に成長したケイ化物層が均一に成長し
てＳｉ表面に浸入するので、均一なケイ化物とＳｉ基板
とのインタフェースが形成される。
【００５２】図３は、本発明のコンタクト導電層形成方
法をより詳しく説明するためのコンタクト部位の断面図
である。
法をより詳しく説明するためのコンタクト部位の断面図
である。
【００５３】金属層２４に注入された水素イオンは、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）を通しても拡散されるので、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）と半導体基板２０（シリコン基
板）との界面に存在するダングリングボンドと結合す
る。さらに、これらの水素イオンは、金属の結晶粒２６
の結晶粒界２７に存在するダングリングボンドとも結合
するが、この結果、結晶粒界２７におけるＳｉイオンの
拡散度が低下する。従って、結晶粒２６の内部と結晶粒
界２７とにおけるＳｉイオンの拡散度が均一化されて、
ケイ化物の成長が均一となる。
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）を通しても拡散されるので、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）と半導体基板２０（シリコン基
板）との界面に存在するダングリングボンドと結合す
る。さらに、これらの水素イオンは、金属の結晶粒２６
の結晶粒界２７に存在するダングリングボンドとも結合
するが、この結果、結晶粒界２７におけるＳｉイオンの
拡散度が低下する。従って、結晶粒２６の内部と結晶粒
界２７とにおけるＳｉイオンの拡散度が均一化されて、
ケイ化物の成長が均一となる。
【００５４】本発明の導電層形成方法を、トランジスタ
のソースとドレインとの形成に適用する場合の一例は、
以下の通りである。
のソースとドレインとの形成に適用する場合の一例は、
以下の通りである。
【００５５】すなわち、半導体基板上にトランジスタの
ゲート電極を形成した後、絶縁膜で全面を覆い、該絶縁
膜にコンタクト孔を形成する。次いで、基板上に金属層
を塗布した後、ドーパントが含まれたイオン（Ｎ型の場
合はＰＨ2 +、ＰＨ+イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、Ｂ
Ｆ+）をイオン注入する。次に、熱処理を施してリンイ
オンや硼素イオンは基板に拡散させてジャンクションを
形成し、Ｈ+イオンやＦ+イオンは金属層の金属の結晶粒
界に散布され、金属原子のダングリングボンドと結合す
るようにする。こうして、結晶粒界を通してのＳｉ原子
の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板上に形成され
るケイ化物層が均一に形成されるようになる。この方法
によって、浅いジャンクションを形成するための制御が
可能であり、基板に形成された不均一なケイ化物浸入
（silicide encroachment）を減少させることができ
る。こうして、従来技術の問題点であるケイ化物と接触
するジャンクションの電気的特性の不具合を大いに改善
することが可能となる。
ゲート電極を形成した後、絶縁膜で全面を覆い、該絶縁
膜にコンタクト孔を形成する。次いで、基板上に金属層
を塗布した後、ドーパントが含まれたイオン（Ｎ型の場
合はＰＨ2 +、ＰＨ+イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、Ｂ
Ｆ+）をイオン注入する。次に、熱処理を施してリンイ
オンや硼素イオンは基板に拡散させてジャンクションを
形成し、Ｈ+イオンやＦ+イオンは金属層の金属の結晶粒
界に散布され、金属原子のダングリングボンドと結合す
るようにする。こうして、結晶粒界を通してのＳｉ原子
の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板上に形成され
るケイ化物層が均一に形成されるようになる。この方法
によって、浅いジャンクションを形成するための制御が
可能であり、基板に形成された不均一なケイ化物浸入
（silicide encroachment）を減少させることができ
る。こうして、従来技術の問題点であるケイ化物と接触
するジャンクションの電気的特性の不具合を大いに改善
することが可能となる。
【００５６】上記実施例においては、金属層形成後に水
素イオン注入を実施したが、水素イオンに代えて、素子
の電気的特性に影響を及ぼさないＦ+イオンやＣｌ-イオ
ンなどを金属の表面にイオン注入してもよい。この場合
にも、コンタクトにおいて同様の効果が得られる。
素イオン注入を実施したが、水素イオンに代えて、素子
の電気的特性に影響を及ぼさないＦ+イオンやＣｌ-イオ
ンなどを金属の表面にイオン注入してもよい。この場合
にも、コンタクトにおいて同様の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】金属層に水素イオンを注入した後、熱処
理を施すと、水素イオンが金属の結晶粒界に散布され、
また金属のダングリングボンドと結合し、金属の結晶粒
界を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の結晶粒を通
してのＳｉイオンの拡散度とが同程度となるので、ケイ
化反応に際し、Ｓｉ表面と金属層とが接する界面におい
て、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に起こ
る。従って、Ｓｉ基板（不純物領域）内に成長したケイ
化物層が均一に成長してＳｉ表面に浸入するので、均一
なケイ化物とＳｉ基板とのインタフェースが形成され
る。
理を施すと、水素イオンが金属の結晶粒界に散布され、
また金属のダングリングボンドと結合し、金属の結晶粒
界を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の結晶粒を通
してのＳｉイオンの拡散度とが同程度となるので、ケイ
化反応に際し、Ｓｉ表面と金属層とが接する界面におい
て、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に起こ
る。従って、Ｓｉ基板（不純物領域）内に成長したケイ
化物層が均一に成長してＳｉ表面に浸入するので、均一
なケイ化物とＳｉ基板とのインタフェースが形成され
る。
【００５８】本発明の導電層形成方法を、トランジスタ
のソースとドレインとの形成に適用する場合には、ドー
パントが含まれたイオン（Ｎ型の場合はＰＨ2 +、ＰＨ+
イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、ＢＦ+）を金属層に注入
した後熱処理を施すと、リンイオンや硼素イオンが基板
に拡散されてジャンクションを形成し、Ｈ+イオンやＦ+
イオンは金属層の金属の結晶粒界に散布され、金属原子
のダングリングボンドと結合するので、結晶粒界を通し
てのＳｉ原子の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板
上に形成されるケイ化物層が均一に形成され、また、浅
いジャンクションを形成するための制御が可能となり、
基板に形成された不均一なケイ化物浸入（silicide enc
roachment）を減少させることができる。
のソースとドレインとの形成に適用する場合には、ドー
パントが含まれたイオン（Ｎ型の場合はＰＨ2 +、ＰＨ+
イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、ＢＦ+）を金属層に注入
した後熱処理を施すと、リンイオンや硼素イオンが基板
に拡散されてジャンクションを形成し、Ｈ+イオンやＦ+
イオンは金属層の金属の結晶粒界に散布され、金属原子
のダングリングボンドと結合するので、結晶粒界を通し
てのＳｉ原子の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板
上に形成されるケイ化物層が均一に形成され、また、浅
いジャンクションを形成するための制御が可能となり、
基板に形成された不均一なケイ化物浸入（silicide enc
roachment）を減少させることができる。
【００５９】こうして、均一なケイ化物層の形成が可能
となり、従来技術の問題点であるジャンクションショー
トの問題や、高いジャンクション漏洩電流および低い信
頼性などの問題の解決が可能となる。
となり、従来技術の問題点であるジャンクションショー
トの問題や、高いジャンクション漏洩電流および低い信
頼性などの問題の解決が可能となる。
【００６０】さらに、特定の点にケイ化物コンタクトに
用いることにより、良好な電気的特性を得ることが可能
となる。
用いることにより、良好な電気的特性を得ることが可能
となる。
【００６１】さらに、金属層に注入された水素イオン
は、ケイ化物熱処理の際、絶縁酸化膜に沿っても拡散す
るので、シリコン基板と絶縁膜との間の界面に存在する
Ｓｉダングリングボンドを安定化することができるの
で、ジャンクション漏洩電流を減少させることが可能と
なる。
は、ケイ化物熱処理の際、絶縁酸化膜に沿っても拡散す
るので、シリコン基板と絶縁膜との間の界面に存在する
Ｓｉダングリングボンドを安定化することができるの
で、ジャンクション漏洩電流を減少させることが可能と
なる。
【図１】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法の製造工程断面図である。
法の製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法の製造工程断面図である。
法の製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法で形成されたコンタクト部位の断面図である。
法で形成されたコンタクト部位の断面図である。
【図４】従来の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
で形成されたコンタクト部位の断面図である。
で形成されたコンタクト部位の断面図である。
２０…半導体基板、 ２１…不純物領域、 ２２…絶縁膜、 ２３…コンタクト孔、 ２４…金属層、 ２５…ケイ化物層、 ２６…結晶粒、 ２７…結晶粒界
Claims (9)
- 【請求項１】半導体基板の所定部位と導電層との間のコ
ンタクト導電層形成方法において、 （１）半導体基板上に絶縁膜を形成した後、コンタクト
を形成する部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔を形成
する工程と、 （２）上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成した後、Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素か
らなる陽イオンを上記金属層に注入する工程と、 （３）上記工程を経た上記半導体基板に、上記金属層に
注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の結晶粒界
面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダングリン
グボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、上記
金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位において
ケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す工程
とを含んでなることを特徴とする半導体素子のコンタク
ト導電層形成方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（２）の工程の上記金属
層は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用
いて形成することを特徴とする半導体素子のコンタクト
導電層形成方法。 - 【請求項３】請求項２に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記金属は、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１つ
であることを特徴とする半導体素子のコンタクト導電層
形成方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（３）の工程では、上記
金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の
結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダ
ングリングボンドと結合するように施す上記熱処理と、
上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位にお
いて上記ケイ化物層が形成されるようにする上記ケイ化
熱処理とを、同時に施すことを特徴とする半導体素子の
コンタクト導電層形成方法。 - 【請求項５】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記陽イオンを上記金属層の
金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属の
ダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処理
は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層を
形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属に
適した温度で実施することを特徴とする半導体素子のコ
ンタクト導電層形成方法。 - 【請求項６】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、注入する上記陽イオンは、コ
ンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオンから選択したいずれか１つ
のイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型がＮ
型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオンから選択し
たいずれか１つのイオンであることを特徴とする半導体
素子のコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項７】半導体素子のジャンクションおよびコンタ
クト導電層形成方法において、 半導体基板上に絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト
孔を形成する工程と、 上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層を蒸着
する工程と、 ＰＨ2 +またはＰＨ+のイオンを上記金属層内にドーピン
グする工程と、 上記工程を経た上記半導体基板に熱処理を施して、リン
イオンは上記半導体基板内に拡散されてＮ型不純物ジャ
ンクションを形成し、ケイ化物層を形成し、水素イオン
は上記金属層の金属の結晶粒界面に散布され、また上記
金属層の金属のダングリングボンドと結合するようにす
る工程とを含んでなることを特徴とする半導体素子のジ
ャンクションおよびコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項８】請求項７に記載の半導体素子のジャンクシ
ョンおよびコンタクト導電層形成方法において、上記熱
処理を、上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ+イオンがリンイオ
ンと水素イオンとに分解されて、水素イオンが上記金属
層の金属の結晶粒界面に散布され、また上記金属層の金
属イオンのダングリングボンドと結合する段階と、上記
リンイオンが上記半導体基板に拡散されて不純物ジャン
クションを形成し、ケイ化物層を形成する段階とに分け
て施すことを特徴とする半導体素子のジャンクションお
よびコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項９】請求項７に記載の半導体素子のジャンクシ
ョンおよびコンタクト導電層形成方法において、上記Ｎ
型不純物ジャンクションに代えてＰ型不純物ジャンクシ
ョンを形成する場合には、上記金属層に注入する上記Ｐ
Ｈ2 +または上記ＰＨ+イオンに代えて、ＢＦ2 +、ＢＦ+、
ＢＣｌ+イオンを用いることを特徴とする半導体素子の
ジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940027132A KR0147870B1 (ko) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 반도체 소자의 콘택 전도층 형성방법 |
| KR1994-27132 | 1994-10-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124945A JPH08124945A (ja) | 1996-05-17 |
| JP2799304B2 true JP2799304B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=19395707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7186975A Expired - Fee Related JP2799304B2 (ja) | 1994-10-24 | 1995-07-24 | 半導体素子のコンタクト導電層形成方法並に半導体素子のジャンクションおよびコンタクト導電層形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5801086A (ja) |
| JP (1) | JP2799304B2 (ja) |
| KR (1) | KR0147870B1 (ja) |
Families Citing this family (13)
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|---|---|---|---|---|
| KR100399904B1 (ko) * | 1996-06-21 | 2003-12-24 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의베리어금속층형성방법 |
| US5885896A (en) * | 1996-07-08 | 1999-03-23 | Micron Technology, Inc. | Using implants to lower anneal temperatures |
| KR100265838B1 (ko) * | 1997-06-30 | 2000-09-15 | 김영환 | 반도체장치의콘택홀형성방법 |
| US5940726A (en) * | 1997-11-06 | 1999-08-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method for forming an electrical contact for embedded memory |
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