JP2848333B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JP2848333B2
JP2848333B2 JP13667996A JP13667996A JP2848333B2 JP 2848333 B2 JP2848333 B2 JP 2848333B2 JP 13667996 A JP13667996 A JP 13667996A JP 13667996 A JP13667996 A JP 13667996A JP 2848333 B2 JP2848333 B2 JP 2848333B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor substrate
diffusion layer
forming
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP13667996A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09102469A (ja
Inventor
俊一郎 佐藤
俊樹 新村
哲也 田桑
耕児 占部
義明 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP13667996A priority Critical patent/JP2848333B2/ja
Publication of JPH09102469A publication Critical patent/JPH09102469A/ja
Priority to US08/866,330 priority patent/US6440828B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2848333B2 publication Critical patent/JP2848333B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に半導体基板とオーミックコンタクトを
形成する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】層間絶縁膜に設けた開口部(コンタクト
ホール)を介して半導体基板と低抵抗な接続を形成する
ために、高融点金属膜を形成した後、熱処理により半導
体基板と反応させて高融点金属膜のシリサイド層を形成
する方法を用いる。特にチタニウム膜の場合、N型半導
体およびP型半導体のいずれに対してもショットキー障
壁が小さいからどちらのタイプの半導体とも低抵抗接続
形成が可能であり、かつ還元性が強く、半導体基板表面
の自然酸化膜を還元して容易にシリサイド層が形成可能
であるから、これに関する種々の方法が提案されてい
る。
【0003】例えば、第38回春季応用物理学会予稿集
30p−W−7には、シリコン基板上にチタニウム膜を
5〜40nm形成して、熱処理した後でコンタクト抵抗
を測定した結果、チタニウム膜の膜厚が10nm以下で
は膜厚が薄くなるに従がってコンタクト抵抗が急激に上
昇することを報告している。
【0004】一方、特開平4−215424号公報に
は、砒素をイオン注入して非晶質化し、膜厚100nm
のチタニウム膜を形成した後、500℃以下の低温で熱
処理する技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の方
法では、単結晶状態で熱処理してシリサイド化するもの
であるからコンタクト抵抗の絶対値が高くなり、かつ高
温熱処理を必要とするから半導体基板に既に形成してあ
る不純物領域が不所望に拡散してしまい素子特性に悪影
響を及ぼしてしまう。
【0006】後者の方法では、低温熱処理を採用するこ
とができるが、チタニウム膜の膜厚を100nmと厚く
形成するために成長時間が長く、多くの原材料を必要と
するためにコスト高となる。さらに非晶質状のシリコン
と厚いチタニウム膜とにより厚いシリサイド層が形成さ
れる。しかしながら非晶質(アモルファス)状態のシリ
コンと反応させてシリサイド層を形成する高融点金属の
膜厚があまり厚いとかえってコンタクト抵抗が増加して
しまう。これは厚いシリサイド層に拡散層の不純物が拡
散して、拡散層中の不純物、特に高融点金属シリサイド
と拡散層の界面近傍の不純物濃度が小さくなりコンタク
ト抵抗が高くなる。特にコンタクトホール(層間絶縁膜
に形成された開口部)が直径0.5μm以下、もしくは
一辺0.5μm以下の正方形の微細コンタクトの場合に
この傾向が顕著になる。
【0007】他方、LSIの高集積化が進むにつれてコ
ンタクトホールのアスペクト比は高くなり、高アスペク
ト比のコンタクトホールには、コンタクトホール底にス
パッタリング法などの従来の方法で高融点金属又は高融
点金属シリサイドを十分に形成することは困難となって
くる。そこで化学気相成長法(CVD法)によって高融
点金属又は高融点金属シリサイドを形成することによっ
てコンタクトホールの底の被覆率の低下を抑える検討を
行った。しかしながらコンタクトホールの底の拡散層表
面が単結晶の時は、P+ 拡散層とN+ 拡散層で形成され
るTi膜厚が異なり、このために一方の膜厚を最適化す
る時、もう一方の膜厚が厚すぎればリーク電流が増加
し、薄すぎれば電気抵抗が増大するなどのデバイスの電
気特性が低下するという問題があった。
【0008】したがって本発明の目的は、低温熱処理が
可能で特に微細コンタクトにおいてコンタクト抵抗を減
少させることができる半導体装置に製造方法を提供する
ことである。
【0009】本発明の他の目的は、高アスペクト比のコ
ンタクトホールの底の被覆率の低下を抑え、かつコンタ
クトホールの底の拡散層表面の導電型による高融点金属
又は高融点金属シリサイドの膜厚差を抑制し、これによ
り所定の電気特性を得ることが可能な半導体装置に製造
方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板に達する開口部(コンタクトホール)を有する絶縁
膜を前記半導体基板上に形成する工程と、高融点金属膜
を形成する工程と、熱処理により、前記半導体基板と前
記高融点金属膜を反応させて高融点金属シリサイド層を
形成する工程とを含む半導体装置の製造方法において、
前記高融点金属膜を形成する前に前記開口部に露出した
半導体基板の表面を非晶質化した後、前記開口部の底に
前記高融点金属膜を3〜10nmの膜厚に形成する半導
体装置の製造方法にある。ここで前記半導体基板の表面
を非晶質化する方法として、ホウ素、フッ化ホウ素(B
2 )、リン又は砒素のイオン注入を用いることができ
る。この場合、前記開口部を通して接続される半導体基
板の表面に素子領域が形成されており、前記素子領域が
N型拡散層の場合はリン又は砒素をイオン注入し、前記
素子領域がP型拡散層の際はホウ素又はフッ化ホウ素を
イオン注入して前記半導体基板の非晶質化を行うことが
好ましい。
【0011】また、前記開口部が複数個設けられてお
り、前記複数個の開口部を通してリン又は砒素をイオン
注入してそれぞれの半導体基板の表面を非晶質化する工
程と、前記複数の開口部のうち接続される素子領域がP
型拡散層の開口部のみを通してホウ素又はフッ化ホウ素
を前記リン又は砒素よりも高濃度でイオン注入する工程
とを含むことができる。あるいは、前記開口部が複数個
設けられており、前記複数個の開口部を通してホウ素又
はフッ化ホウ素をイオン注入してそれぞれの半導体基板
の表面を非晶質化する工程と、前記複数の開口部のうち
接続される素子領域がN型拡散層の開口部のみを通して
リン又は砒素を前記ホウ素又はフッ化ホウ素よりも高濃
度でイオン注入する工程とを含むことができる。
【0012】また前記高融点金属膜がチタニウム膜であ
ることが好ましく、さらにチタニウム膜の形成後、全面
に窒化チタニウム膜をスパッタ法又は化学気相成長法に
より形成する工程を含むことがより好ましく、この窒化
チタニウム膜上にタングステン膜を化学気相成長法によ
り全面成長させた後、前記タングステン膜を前記窒化チ
タニウム膜が露出するまで全面エッチングして前記開口
部内にのみに前記タングステン膜を残す工程を含むこと
ができる。また、シリサイド層を形成する熱処理を40
0〜500℃と低温で行うことができる。
【0013】このように本発明では非晶質(アモルファ
ス)化した半導体基板表面に高融点金属膜を形成して高
融点シリサイド層を形成するから、その形成を低温熱処
理で行うことができ、これにより他の素子領域への悪影
響を抑制することができる。また前記高融点金属膜の膜
厚を、3nm以上にしたからコンタクト抵抗を小さくす
るのに必要な高融点金属シリサイド層の膜厚が得られ、
10nm以下にしたから厚くなり過ぎた高融点金属シリ
サイド層中に多くのP型やN型の不純物が拡散してき
て、P型拡散層やN型拡散層中の不純物濃度が減少して
コンタクト抵抗が高くなることが防止される。
【0014】本発明の発明者の実験検討結果を図9に示
す。図9はコンタクトホールが0.5μm□の場合、P
+ 型拡散層に対するコンタクト抵抗について、コンタク
トホール底部のTi膜厚の依存性を示す。
【0015】単結晶シリコン基板表面とTi膜とを熱処
理によりシリサイド層を形成した場合は、×印を鎖線で
結んだデータに示すように、Ti膜の膜厚が増加するに
従ってコンタクト抵抗が減少している。このように膜厚
が増加してコンタクト抵抗が減少するのは従来の認識で
ある。
【0016】これに対して、アモルファス(非晶質)シ
リコン基板表面とTi膜とを熱処理によりシリサイド層
を形成した場合は、●印を実線で結んだデータに示すよ
うに、Ti膜の膜厚が10nmより厚くなるか、あるい
は3nmより薄くなるとコンタクト抵抗が急激に増加
し、低いコンタクト抵抗は膜厚が3nm以上で10nm
以下の範囲であることがわかる。
【0017】さらに本発明の別の特徴は、半導体基板に
達する開口部(コンタクトホール)を前記半導体基板上
の絶縁膜に形成する工程と、前記開口部に露出した半導
体基板上に高融点金属又は高融点金属シリサイドを形成
する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記開
口部に露出した半導体基板表面を非晶質化した後、前記
開口部の底に化学気相成長法により前記高融点金属又は
高融点金属シリサイドを形成する半導体装置の製造方法
にある。ここで前記半導体装置の表面を非晶質化する方
法がイオン注入であることが好ましく、この場合、硼
素、フッ化硼素(BF2 )、リン又は砒素であることが
出来る。また、前記高融点金属はチタニウム(Ti)で
あることが好ましく、この場合、TiはTiCl4 を還
元することにより600℃以下の形成温度で形成される
ことが出来る。
【0018】このように本発明では、化学気相成長法に
より高融点金属又は高融点金属シリサイドを形成するか
ら高アスペクト比の開口部(コンタクトホール)の底の
被覆率の低下を抑えることが出来、この形成に先立って
半導体基板表面を非晶質化しておくから導電型による高
融点金属又は高融点金属シリサイドの膜厚差を抑制し、
これにより所定の電気特性を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。
【0020】図1および図2は本発明の第1の実施の形
態の製造方法における主要工程を示す断面図である。
【0021】まず図1(A)において、P型シリコン基
板1の主面に選択的にシリコン酸化膜3が形成され、素
子領域として、N- 型拡散層2が形成され、N- 型拡散
層2内にP+ 型拡散層4が形成され、他の箇所にN+
拡散層5が形成されている。またP+ 型拡散層4とN+
型拡散層5はシリコン酸化膜3により区画されかつシリ
コン酸化膜3によりたがいに分離している。
【0022】この半導体基板上に膜厚1.5μmのBP
SG膜6をCVD法により層間絶縁膜として形成し、通
常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、
このBPSG膜6にP+ 型拡散層4およびN+ 型拡散層
5にそれぞれ達する直径0.5μmの第1および第2の
コンタクトホール(開口部)7,8を形成する。P+
拡散層4およびN+ 型拡散層5にが小さくてコンタクト
ホール7,8の位置合わせの余裕が無い場合、図1
(A)に示すように、コンタクトホール7,8がこれら
拡散層4,5からはみ出してしまう。
【0023】次に図1(B)において、第2のコンタク
トホール8内およびその周辺上をフォトレジスト膜9で
マスクした状態で、第1のコンタクトホール7を通して
フッ化ホウ素(BF2 )をP+ 型拡散層4の表面および
その周囲の基板表面にイオン注入する。イオン注入の条
件は10〜30keVの加速エネルギーで5×1014
cm2 から5×1015/cm2 の注入量とする。この際
に、BF2 のイオン注入のダメージにより第1のコンタ
クトホール7に露出した基板表面が非晶質化する。すな
わち、P+ 型拡散層4の表面は、図で×で示すアモルフ
ァスシリコン層10となる。
【0024】次に図1(C)において、フォトレジスト
膜9を除去した後、第1のコンタクトホール7内および
その周辺上をフォトレジスト膜11でマスクした状態
で、第2のコンタクトホール8を通してリンをN+ 型拡
散層5の表面およびその周囲の基板表面にイオン注入す
る。イオン注入の条件は10〜70keVの加速エネル
ギーで3×1014/cm2 から1×1015/cm2 の注
入量とする。この際にもリンのイオン注入のダメージに
より第2のコンタクトホール8に露出した基板表面が非
晶質化する。すなわち、N+ 型拡散層5の表面は、図で
×で示すアモルファスシリコン層12となる。
【0025】次に図2(A)において、フォトレジスト
膜11を除去した後、スパッタ法によりTi膜(チタニ
ウム膜)13およびTiN膜(窒化チタニウム膜)14
を順次形成する。
【0026】Ti膜13はコンタクトホール7,8の底
に3〜10nmの厚さとなるように決める。たとえばス
パッタ装置のターゲットとこの半導体基板(半導体ウェ
ハ)間に配設されたコリメート板のアスペクト比を3と
すると、コンタクトホール7,8の底での被覆率(ホー
ル底での膜厚/平坦部(BPSG膜の上面)での膜厚)
が13%程度であるため平坦部で23〜77mの膜厚
に形成すればよい。尚、コリメート板は多数の孔を設け
た板であり、この孔を通過させることにより基板の法線
に近いスパッタ粒子のみを通過させて半導体基板に衝突
させるものである。
【0027】TiN膜14は、次の工程であるアニール
の際にTi膜13が窒化されるのを防ぎ、さらにその次
の工程においてW(タングステン)が成長する際のバリ
ア膜の役割を果すものであり、平坦部でおよそ膜厚10
0nmに形成すればよい。このTiN膜14が無いと次
の工程の熱処理によりTi膜13が窒化されるため、さ
らに厚いTi膜が必要となる。
【0028】次に図2(B)において、窒素雰囲気中で
400〜500℃で10〜60分間熱処理する。
【0029】これによりTi膜13はコンタクトホール
7,8の底でP+ 型拡散層4およびN+ 型拡散層5と反
応してチタンシリサイド層15を形成する。
【0030】さらにこの熱処理により、アモルファス層
10,12は結晶性が回復し、ほぼ単結晶となるととも
に電気的に活性化されて、位置がずれていた箇所にも単
結晶のP型拡散層4′およびN型拡散層5′がP+ 型拡
散層4およびN+ 型拡散層5とそれぞれ連続的に接続し
て形成される。これにより第1および第2のコンタクト
ホール7,8がそれぞれP型拡散層およびN型拡散層か
らはみ出してしまうことはなく、素子特性を悪化するこ
ともない。
【0031】電気的活性化率は850℃程度の高温アニ
ールを行った時を100%とすると、400〜500℃
の低温アニールでは10〜50%程度と低く、接合の逆
方向電流が10倍程度高くなることがあるが、通常の半
導体装置ではこの程度の電流では電気特性上特に問題と
はならない。
【0032】次に図2(C)において、TiN膜14上
全面に化学気相法により、タングステン(W)16を
0.5μm程度の厚さに形成し、コンタクトホール7,
8を埋込んだ後、上面のTiN膜14が露出するまでエ
ッチングし、コンタクトホール7,8の内部にのみタン
グステン膜16を残す。その後、スパッタ法により、た
とえばAl(アルミ)に0.5%のCu(銅)を添加し
たAl合金膜17を0.5μm程度の厚さに形成し、通
常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術により、
Al合金膜17,TiN膜14,Ti膜13を所望の形
状にパターニングしてAl配線とする。
【0033】上記したように、コンタクトホールの底に
Ti膜を3nm以上で10nm以下の膜厚に形成するの
は、Ti膜を3nmより薄いとコンタクト抵抗を小さく
するのに必要なTiシリサイド層の膜厚が薄過ぎて、十
分にコンタクト抵抗を下げることはできなくなり、10
nmより厚いとこんどは、Tiシリサイド層が厚く形成
され過ぎてTiシリサイド層中に多くのP型やN型の不
純物が拡散してきて、P型拡散層やN型拡散層中の不純
物濃度、特にこれら拡散層の接続箇所の部分の不純物濃
度が減少してコンタクト抵抗が高くなってしまうことが
あるからであり、また、高アスペクト比のコンタクトホ
ール底にスパッタ法により10nmより厚く形成するの
は実質的に困難であるからである。特に、P型拡散層に
接続した微細なコンタクトの抵抗が高くなりやすい。本
発明により、P型拡散層に対しては150Ω程度、N型
拡散層に対しては100Ω程度のコンタクト抵抗が得ら
れる。
【0034】次に図3および図4を参照して本発明の第
2の実施の形態の製造方法を説明する。尚、図3および
図4において図1および図2と同一もしくは類似の箇所
は同じ符号を付してある。
【0035】まず図3(A)の工程は図1(A)の工程
と同様である。
【0036】しかし図3(B)において、第1および第
2のコンタクトホール7,8の両者を通してリンを70
keVの加速エネルギーで3×1014/cm2 以上の注
入量でイオン注入する。このイオン注入により、コンタ
クトホール7,8にそれぞれ露出したP+ 型拡散層4お
よびN+ 型拡散層5の表面およびその周囲の基板表面
は、図で×で示すアモルファスシリコン20になる。
【0037】リンの注入量が3×1014/cm2 より小
さいと、アモルファスシリコン層20が形成されないか
ら、注入量が3×1014/cm2 以上にする。
【0038】次に図3(C)において、第2のコンタク
トホール8内およびその周辺上をフォトレジスト膜21
でマスクした状態で、第1のコンタクトホール7を通し
て、P+ 型拡散層4の表面およびその周囲の基板表面
に、ホウ素を20〜50keVの加速エネルギーで1〜
5×1015/cm2 の注入量でイオン注入する。
【0039】ホウ素は軽いので、1×1016/cm2
上の注入量でないとシリコン基板を非晶質化できない
が、ここでは前の工程のリンのイオン注入で非晶質化し
てアモルファスシリコン層20が形成されているので1
×1016/cm2 より小さい注入量でよいが、図3
(B)の工程におけるリンの注入量より多くして拡散層
4の表面や位置がずれた箇所に形成される拡散層4をP
型に維持する必要がある。
【0040】次に図4(A)において、フォトレジスト
膜21を除去した後、図2(A)と同様に、スパッタ法
によりTi膜13及びTiN膜14を順次形成する。T
i膜13はコンタクトホール7,8の底に3〜10nm
の厚さに形成し、TiN膜14は平坦部で100nm程
度の厚さにする。
【0041】次に図4(B)において、窒化雰囲気中で
400〜500℃で10〜60分間熱処理をし、コンタ
クトホール7,8の底にTiシリサイド層19を形成す
る。この熱処理によりアモルファス層20は単結晶とな
り、リン及びホウ素が電気的に活性化されて、位置がず
れていた箇所にも単結晶のP型拡散層4′およびN型拡
散層5′がP+ 型拡散層4およびN+ 型拡散層5とそれ
ぞれ連続的に接続して形成される構造となる。
【0042】この第2の実施の形態では、P型不純物と
してホウ素をイオン注入しているため、第1の実施の形
態のフッ化ホウ素に比べ、低温、短時間でアモルファス
層17を単結晶にし、電気的活性が可能である。その理
由は、フッ化ホウ素ではフッ素がこれらの転換を阻害す
るためである。
【0043】次に図4(C)において、図2(C)と同
様に、タングステン16をコンタクトホール7,8を埋
込んだ後、Al合金膜17を形成し、Al合金膜17,
TiN膜14,Ti膜13を所望の形状にパターニング
してAl配線を完成する。
【0044】この第2の実施の形態では、第1の実施の
形態と比較して、フォトレジスト膜が1回少ないため、
工程数も少なくでき、安いコストで製造できるという利
点を有する。
【0045】次に図5乃至図7を参照して本発明の第3
の実施の形態の製造方法を説明する。尚、図5乃至図7
において図1および図2と同一もしくは類似の箇所は同
じ符号を付してある。
【0046】P型シリコン基板1に形成されたP+ 型拡
散層4とN+ 型拡散層5にそれぞれ達する第1および第
2のコンタクトホール7,8をBPSG膜6に形成し
(図5(A))、フォトレジスト膜9をマスクにして第
1のコンタクトホール7を通してBF2 をイオン注入
し、アモルルファスシリコン層10を形成し(図5
(B))、フォトレジスト膜11をマスクにして第2の
コンタクトホール8を通してリンをイオン注入し、アモ
ルルファスシリコン層12を形成(図5(C))するま
では、第1の実施の形態の図1(A)乃至(C)とそれ
ぞれ同じである。
【0047】しかしこの第3の実施の形態では図6
(A)において、800〜900℃の温度で10〜30
分間、窒素中で熱処理を行なうと、アモルファスシリコ
ン層10,12は単結晶となり、イオン注入されたBF
2 のホウ素とリンは電気的にほぼ100%活性化され
て、P+ 型拡散層4と位置がずれた箇所のP型拡散層
4′により第1のコンタクトホール7がP型領域からは
み出すことがなく、N+ 型拡散層5と位置がずれた箇所
のN型拡散層5′により第2のコンタクトホール8がN
型領域からはみ出すことがない状態となる。
【0048】次に図6(B)において、第1および第2
のコンタクトホール7,8を通して砒素を30keVの
加速エネルギーで2×1014/cm2 より大きい注入量
で、かつ、図5(B)の工程で第1のコンタクトホール
7のみを通してイオン注入したBF2 よりもかなり小さ
な注入量でイオン注入する。この砒素のイオン注入によ
り、第1および第2のコンタクトホール7,8の底表面
は再度、図で×で示すアモルファスシリコン層22とな
る。
【0049】ヒ素をイオン注入する場合、2×1014
cm2 よりも注入量が小さいとシリコン基板表面にアモ
ルファス層を形成することができず、一方、イオン注入
したBF2 よりも注入量が多いいと、P+ 型拡散層4の
表面を含め第1のコンタクトホール7内の基板表面がN
型となってしまう。
【0050】次に図6(C)において、第1および第2
の実施の形態と同様に、スパッタによりTi膜13及び
TiN膜14を順次形成する。Ti膜13はコンタクト
ホール7,8の底に3〜10nmの厚さに形成し、Ti
N膜14は平坦部で100nm程度の厚さにする。
【0051】次に図7(A)において、窒素雰囲気中で
400〜500℃で10〜60分間の熱処理を行ない、
コンタクトホールの底にTiシリサイド層25を形成す
る。この熱処理によりアモルファス層22は単結晶とな
る。イオン注入された砒素がこの熱処理により電気的に
活性化されても、P+ 型拡散層4および位置がずれた箇
所のP型拡散層4′はP型のままである。
【0052】次に図7(B)において、第1および第2
の実施の形態と同様に、タングステン16をコンタクト
ホール7,8を埋込んだ後、Al合金膜17を形成し、
Al合金膜17,TiN膜14,Ti膜13を所望の形
状にパターニングしてAl配線を完成する。
【0053】この第3の実施の形態では、N+ 型拡散層
5のリンとP+ 型拡散層4は電気的にほぼ100%活性
化されているため、接合の逆方向電流は途中工程でアモ
ルファスを形成しないで高温熱処理をする製法による接
合のレベルとほぼ同じである。したがって、逆方向電流
を小さくする必要があるデバイスにはこの実施の形態の
方法が有効である。
【0054】またこの第3の実施の形態において、砒素
をイオン注入してアモルファス層22を形成している
が、この方法でP+ 型拡散層に対するコンタクト抵抗が
高くなる場合は、砒素の代わりにBF2 をイオン注入し
たほうが良い。または、第1のコンタクトホールを通し
てP+ 型拡散層の表面およびその周囲にBF2 をイオン
注入し、第2のコンタクトホールを通してN+ 型拡散層
の表面およびその周囲にリンをイオン注入するようにす
れば、P+ 型拡散層およびN+ 型拡散層の両方に対して
最も低いコンタクト抵抗が得られる。
【0055】次に図8を参照して本発明の第4の実施の
形態の製造方法を説明する。この第4の実施の形態は、
コンタクトホールとその下の接続する拡散層との位置合
わせに余裕がある場合である。
【0056】図8(A)において、P型シリコン基板3
1の主面に選択的にシリコン酸化膜33が形成され、素
子領域として、N- 型拡散層32が形成され、N- 型拡
散層32内にP+ 型拡散層34が形成され、他の箇所に
+ 型拡散層35が形成されている。またP+ 型拡散層
34とN+ 型拡散層35はシリコン酸化膜33により区
画されかつシリコン酸化膜33によりたがいに分離して
いる。
【0057】この半導体基板上に膜厚1.5μmのBP
SG膜36をCVD法により層間絶縁膜として形成し、
通常のリソグラフィ技術とドライエッチング技術によ
り、このBPSG膜36にP+ 型拡散層34およびN+
型拡散層35にそれぞれ達する第1および第2のコンタ
クトホール(開口部)37,38を形成する。
【0058】P+ 型拡散層34およびN+ 型拡散層35
の平面積は大きくて位置合わせに余裕があり、コンタク
トホール37,38がこれら拡散層34,35からはみ
出てしまうことが無い。
【0059】このような場合、次の図8(B)におい
て、第3の実施の形態と同様に、ヒ素を第1および第2
のコンタクトホール37,38を通してイオン注入する
か、あるいはBF2 を第1および第2のコンタクトホー
ル37,38を通してイオン注入してアモルファスシリ
コン層39をコンタクトホールの底に形成すればよい。
この時、砒素の注入量はP+ 型拡散層34中のP型不純
物量より少なく、BF2の注入量はN+ 型拡散層35中
のN型不純物量より少なくする。その後のTi膜および
TiN膜の形成、熱処理、配線形成は第1乃至第3の実
施の形態と同様である。
【0060】図10および図11は本発明の第5の実施
の形態の製造方法における主要工程を示す断面図であ
る。
【0061】図10(A)、(B)、(C)は図1
(A)、(B)、(C)と同様である。すなわち、P型
シリコン基板1の主面にフィールド絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜3が形成され、素子領域として、N- 型拡散層
2が形成され、N- 型拡散層2内にP+ 型拡散層4が形
成され、他の箇所にN+ 型拡散層5が形成されて、層間
絶縁膜であるBPSG膜6にP+ 型拡散層4およびN+
型拡散層5にそれぞれ達する第1および第2のコンタク
トホール(開口部)7,8が形成される(図10
(A))。次に、第2のコンタクトホール8内およびそ
の周辺上をフォトレジスト膜9でマスクした状態で、第
1のコンタクトホール7を通してフッ化ホウ素(B
2 )をP+ 型拡散層4の表面およびその周囲の基板表
面にイオン注入することにより第1のコンタクトホール
7に露出したP+ 型拡散層4の表面は、図で×で示すア
モルファス(非晶質)シリコン層10となる(図10
(B))。次に、フォトレジスト膜9を除去した後、第
1のコンタクトホール7内およびその周辺上をフォトレ
ジスト膜11でマスクした状態で、第2のコンタクトホ
ール8を通してリンをN+ 型拡散層5の表面およびその
周囲の基板表面にイオン注入することにより第2のコン
タクトホール8に露出したN+ 型拡散層5の表面は、図
で×で示すアモルファス(非晶質)シリコン層12とな
る(図10(C))。
【0062】次に図11(A)において、フォトレジス
ト膜11を除去した後、プラズマ化学気相成長法(プラ
ズマCVD法)によりTi膜(チタニウム膜)41を形
成する。
【0063】基板加熱温度450℃〜600℃、成膜圧
力1〜100Torr、TiCl45〜20sccm、
2 1000〜2000sccm、Ar200〜500
sccmの条件で行う。Tiの成長膜厚は3〜20nm
である。
【0064】コンタクトホール底では、Tiシリサイド
15が成長し拡散層表面に非晶質層があるためTiCl
4 を流してからTi41が成長するまでの遅れ時間が無
く、P+ 型拡散層4とN+ 型拡散層5とで等しい膜厚の
Tiシリサイド層15を形成することができる。Ti4
1の被覆率を100%とするとTiシリサイド層15の
成長膜厚は7.5〜50nm程度である。
【0065】続けてLPCVD法によりTiN膜42を
形成する。このときの条件は、基板加熱温度450℃〜
650℃、成膜圧力1〜100Torr、TiCl4
0〜50sccm、NH3 50〜100sccm、N2
2000〜5000sccmであり、TiNの膜厚は3
0〜50nmである。
【0066】次に図11(B)において、図2(C)と
同様に、TiN膜42上全面に化学気相法によりタング
ステン(W)を形成し、コンタクトホール7,8を埋込
んだ後、上面のTiN膜42が露出するまでエッチング
し、コンタクトホール7,8の内部にのみタングステン
膜16を残し、Al合金膜17を形成し、Al合金膜1
7,TiN膜42,Ti膜41を所望の形状にパターニ
ングしてAl配線とする。
【0067】以上説明したようにこの実施の形態では、
コンタクトホールに露出したSi基板の表面が非晶質で
活性なため、TiCl4 を流しながらTiが成長するま
での遅れ時間が無く、P+ SiとN+ Siで等しい膜厚
のTiを形成することが可能となり、デバイスの電気特
性の低下を抑えることができる。
【0068】Tiが成長するまでの遅れ時間のP+ Si
とN+ Siの差は成長温度が低い方が顕著であるため、
本発明の効果はTiの成長温度が低いほど著しく、特に
600℃以下で効果が大きい。
【0069】またこの実施の形態においてTi膜41は
CVD法で形成しているため、スパッタ法に比べ被覆性
が優れており、高アスペクト比のコンタクトホール底に
も容易に10nmTi(Tiシリサイドは25nm)が
形成可能であり、Ti膜41のコンタクト底での膜厚は
特には10nm以下とする必要はないが、厚過ぎるとコ
ンタクト抵抗の上昇等の発生が問題になる場合には10
nm以下とした方がよい。
【0070】これに対して図12は上記本発明と異な
り、コンタクトホールを開口後、図10(B)および
(C)の工程を行わないで、コンタクトホールの底に露
出する単結晶のP+ 型拡散層表面上および単結晶のN+
型拡散層表面上にTi膜を化学気相成長法によりTiC
4 を還元して形成した場合のTi膜の膜厚を示すグラ
フであり、P+ 型拡散層表面上の膜厚(P+ )とN+
拡散層表面上の膜厚(N+)とが大きく異なることが判
る。これはTiCl4 を流してからTiが成長するまで
の遅れ時間がP+ SiとN+ Siとで異なるからであ
る。このため一方の膜厚を最適化する時に、もう一方の
膜厚が厚すぎればリーク電流が増加したり電気抵抗が増
加し、薄すぎればやはり電気抵抗が増加するなどのデバ
イスの電気抵抗が低下するという問題を有する。
【0071】尚、以上のそれぞれの実施の形態では高融
点金属としてTiを例示したが、他の高融点金属でも同
様の効果が期待できる。
【0072】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
晶質(アモルファス)化した半導体基板表面に高融点金
属膜を形成して高融点シリサイド層を形成するから、そ
の形成を、例えば400〜500℃の低温熱処理で行な
うことができ、これにより既に形成されてある他の素子
領域への悪影響を抑制することができる。
【0073】また前記高融点金属膜の膜厚を、3nm以
上にしたからコンタクト抵抗を小さくするのに必要な高
融点金属シリサイド層の膜厚が得られ、10nm以下に
したから高融点金属シリサイド層中に多くのP型やN型
の不純物が拡散してきて、P型拡散層やN型拡散層中の
不純物濃度が減少してコンタクト抵抗が高くなることが
防止される。
【0074】また本発明では、化学気相成長法により高
融点金属又は高融点金属シリサイドを形成するから高ア
スペクト比の開口部(コンタクトホール)の底の被覆率
の低下を抑えることが出来、さらにこの形成に先立って
半導体基板表面を非晶質化しておくからP型拡散層上と
N型拡散層上とにおける高融点金属又は高融点金属シリ
サイドの膜厚差を抑制することができ、これにより所定
のデバイス電気特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図2】図1の続きの工程を順に示す断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図4】図3の続きの工程を順に示す断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図6】図5の続きの工程を順に示す断面図である。
【図7】図6の続きの工程を順に示す断面図である。
【図8】本発明の第4の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図9】本発明の効果を示す図である。
【図10】本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。
【図11】図10の続きの工程を順に示す断面図であ
る。
【図12】本発明とは異なる製造方法の不都合を示す図
である。
【符号の説明】
1,31 P型シリコン基板 2,32 N- 型拡散層 3,33 シリコン酸化膜 4,34 P+ 型拡散層 4′ ずれた箇所に形成されたP型拡散層 5,35 N+ 型拡散層 5′ ずれた箇所に形成されたN型拡散層 6,36 BPSG膜 7,37 第1のコンタクトホール(開口部) 8,38 第2のコンタクトホール(開口部) 9,11,21 フォトレジスト膜 10,12,20,22,39 アモルファスシリコ
ン層 13 Ti膜 チタニウム膜) 14 TiN膜(窒化チタニウム膜) 15,19 Tiシリサイド層 16 タングステン膜 17 Al合金膜 41 Ti膜 42 TiN膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 占部 耕児 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 山田 義明 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−254574(JP,A) 特開 平7−211903(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/336 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/78

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に達する開口部を有する絶縁
    膜を前記半導体基板上に形成する工程と、高融点金属膜
    を形成する工程と、熱処理により、前記半導体基板と前
    記高融点金属膜を反応させて高融点金属シリサイド層を
    形成する工程とを含、前記高融点金属膜を形成する前
    に前記開口部に露出した半導体基板の表面をホウ素、フ
    ッ化ホウ素(BF 2 )、リン又は砒素のイオン注入によ
    非晶質化した後に、前記開口部の底に前記高融点金属
    膜を3〜10nmの膜厚に形成する半導体装置の製造方
    であって、前記開口部が複数個設けられており、前記
    複数個の開口部を通してリン又は砒素をイオン注入して
    それぞれの半導体基板の表面を非晶質化する工程と、前
    記複数の開口部のうち接続される素子領域がP型拡散層
    の開口部のみを通してホウ素又はフッ化ホウ素を前記リ
    ン又は砒素のイオン注入よりも高濃度でイオン注入する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板に達する開口部を有する絶縁
    膜を前記半導体基板上に形成する工程と、高融点金属膜
    を形成する工程と、熱処理により、前記半導体基板と前
    記高融点金属膜を反応させて高融点金属シリサイド層を
    形成する工程とを含み、前記高融点金属膜を形成する前
    に前記開口部に露出した半導体基板の表面をホウ素、フ
    ッ化ホウ素(BF 2 )、リン又は砒素のイオン注入によ
    り非晶質化した後に、前記開口部の底に前記高融点金属
    膜を3〜10nmの膜厚に形成する半導体装置の製造方
    法であって、前記開口部が複数個設けられており、前記
    複数個の開口部を通してホウ素又はフッ化ホウ素をイオ
    ン注入してそれぞれの半導体基板の表面を非晶質化する
    工程と、前記複数の開口部のうち接続される素子領域が
    N型拡散層の開口部のみを通してリン又は砒素を前記ホ
    ウ素又はフッ化ホウ素のイオン注入よりも高濃度でイオ
    ン注入する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記高融点金属膜がチタニウム膜である
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記
    載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板に達する開口部を有する絶縁
    膜を前記半導体基板上に形成する工程と、チタニウム膜
    を形成する工程と、熱処理により、前記半導 体基板と前
    記チタニウム膜を反応させてチタンシリサイド層を形成
    する工程とを含み、前記チタニウム膜を形成する前に前
    記開口部に露出した半導体基板の表面を非晶質化した後
    に、前記開口部の底に前記チタニウム膜を3〜10nm
    の膜厚に形成する半導体装置の製造方法であって、前記
    チタニウム膜の形成後、全面に窒化チタニウム膜をスパ
    ッタ法又は化学気相成長法により形成する工程を含み、
    且つ前記チタンシリサイド層を形成する熱処理温度が4
    00〜500℃であることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 前記窒化チタニウム膜上にタングステン
    膜を化学気相成長法で全面成長させた後、前記タングス
    テン膜を前記窒化チタニウム膜が露出するまで全面エッ
    チングして前記開口部内にのみに前記タングステン膜を
    残す工程を含むことを特徴とする請求項4記載の半導体
    装置の製造方法。
JP13667996A 1995-07-28 1996-05-30 半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JP2848333B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13667996A JP2848333B2 (ja) 1995-07-28 1996-05-30 半導体装置の製造方法
US08/866,330 US6440828B1 (en) 1996-05-30 1997-05-30 Process of fabricating semiconductor device having low-resistive contact without high temperature heat treatment

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7-193689 1995-07-28
JP19368995 1995-07-28
JP13667996A JP2848333B2 (ja) 1995-07-28 1996-05-30 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09102469A JPH09102469A (ja) 1997-04-15
JP2848333B2 true JP2848333B2 (ja) 1999-01-20

Family

ID=26470184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13667996A Expired - Fee Related JP2848333B2 (ja) 1995-07-28 1996-05-30 半導体装置の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2848333B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3399814B2 (ja) * 1997-11-27 2003-04-21 科学技術振興事業団 微細突起構造体の製造方法
KR100443079B1 (ko) * 2002-08-19 2004-08-02 삼성전자주식회사 반도체 장치의 제조방법
KR100562650B1 (ko) * 2004-06-25 2006-03-20 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자 제조 방법
KR101669470B1 (ko) * 2009-10-14 2016-10-26 삼성전자주식회사 금속 실리사이드층을 포함하는 반도체 소자
JP6004765B2 (ja) * 2012-06-13 2016-10-12 住友重機械工業株式会社 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置
JP2014090051A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Renesas Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09102469A (ja) 1997-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5767004A (en) Method for forming a low impurity diffusion polysilicon layer
KR100362751B1 (ko) 반도체소자의콘택트홀및그형성방법
US8456007B2 (en) Chemical vapor deposition of titanium
KR0147241B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법
US5652180A (en) Method of manufacturing semiconductor device with contact structure
US7078777B2 (en) Semiconductor device having a low-resistance gate electrode
US4337476A (en) Silicon rich refractory silicides as gate metal
US5103272A (en) Semiconductor device and a method for manufacturing the same
US5834846A (en) Semiconductor device with contact structure and method of manufacturing the same
US5563448A (en) Ohmic contact structure of a highly integrated semiconductor device having two resistance control layers formed between a metal electrode and the substrate
US5904564A (en) Method for fabricating MOSFET having cobalt silicide film
US5552340A (en) Nitridation of titanium, for use with tungsten filled contact holes
JPH05102078A (ja) シリコン基板上に2つの層を形成させる方法及びシリコン基板上の接点領域の充填物を形成する方法
JPH04226026A (ja) 半導体装置の製造方法
US6329277B1 (en) Method of forming cobalt silicide
US5413943A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US5286678A (en) Single step salicidation process
EP0472804B1 (en) Copper germanium compounds capable of being produced at low temperature
JP2848333B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US5858846A (en) Salicide integration method
US6686277B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US6225222B1 (en) Diffusion barrier enhancement for sub-micron aluminum-silicon contacts
US5329161A (en) Molybdenum boride barrier layers between aluminum and silicon at contact points in semiconductor devices
JP3361971B2 (ja) 窒化金属変換方法および半導体装置の製造方法
JP2586816B2 (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19981006

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees