JP2955814B2 - シリサイドプラグ形成方法 - Google Patents
シリサイドプラグ形成方法Info
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- JP2955814B2 JP2955814B2 JP6021886A JP2188694A JP2955814B2 JP 2955814 B2 JP2955814 B2 JP 2955814B2 JP 6021886 A JP6021886 A JP 6021886A JP 2188694 A JP2188694 A JP 2188694A JP 2955814 B2 JP2955814 B2 JP 2955814B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）の大き
い超高集積素子に適切なシリサイドプラグ形成方法に関
する。
関し、特に縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）の大き
い超高集積素子に適切なシリサイドプラグ形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】素子のデイメンション（ｄｉｍｅｎｓｉ
ｏｎ）がディープ−サブミクロン（ｄｅｅｐ−ｓｕｂｍ
ｉｃｒｏｎ）以下に小型化することによってコンタクト
ホールの大きさも縮小する。素子の集積度が増加すれば
コンタクトホールの縦横比が増加し、大きい縦横比を有
する小さいコンタクトホールに通常のスパッタリング金
属化工程を行えば、コンタクトホールに大きい凹部また
は空隙が形成される。したがってディープ−サブミクロ
ン素子の製造において、コンタクトホールを詰める技
術、すなわちコンタクトにプラグを形成する技術は重要
な技術である。
ｏｎ）がディープ−サブミクロン（ｄｅｅｐ−ｓｕｂｍ
ｉｃｒｏｎ）以下に小型化することによってコンタクト
ホールの大きさも縮小する。素子の集積度が増加すれば
コンタクトホールの縦横比が増加し、大きい縦横比を有
する小さいコンタクトホールに通常のスパッタリング金
属化工程を行えば、コンタクトホールに大きい凹部また
は空隙が形成される。したがってディープ−サブミクロ
ン素子の製造において、コンタクトホールを詰める技
術、すなわちコンタクトにプラグを形成する技術は重要
な技術である。
【０００３】このような多層配線のためのコンタクトプ
ラグの形成工程は、素子の高集積化にしたがうコンタク
トホールの増加に起因してその重要性は日に日に増大さ
れている。バイアプラグの形成工程としては次のような
方法がある。ＣＶＤタングステン膜をコンタクトホール
に蒸着させてタングステンプラグを形成方法と、ポリシ
リコン膜をコンタクトホールに蒸着させてポリプラグを
形成する方法とがある。タングステンプラグを形成する
方法は、二つあり、その一つはブランケットＣＶＤタン
グステン膜を利用することであり、他の一つは選択的Ｃ
ＶＤタングステン膜を利用することである。
ラグの形成工程は、素子の高集積化にしたがうコンタク
トホールの増加に起因してその重要性は日に日に増大さ
れている。バイアプラグの形成工程としては次のような
方法がある。ＣＶＤタングステン膜をコンタクトホール
に蒸着させてタングステンプラグを形成方法と、ポリシ
リコン膜をコンタクトホールに蒸着させてポリプラグを
形成する方法とがある。タングステンプラグを形成する
方法は、二つあり、その一つはブランケットＣＶＤタン
グステン膜を利用することであり、他の一つは選択的Ｃ
ＶＤタングステン膜を利用することである。
【０００４】図１〜図４は従来のブランケットＣＶＤタ
ングステン膜を用いたタングステンプラグの形成工程図
である。図１を参照すれば、シリコン基板や多重金配線
の際、下部金属層のような出発物質１１上に酸化膜のよ
うな絶縁膜１２を蒸着し、パターニングしてコンタクト
ホール１３を形成する。次に図２のように、基板全面に
わたって接着層１４、例えばＴｉ膜、ＴｉＷ膜、ＴｉＮ
膜、またはＴｉ／ＴｉＮ膜などを蒸着する。さらに図３
のように、ブランケットＣＶＤタングステン膜１５を前
記コンタクトホール１３に詰めるように肉厚に蒸着す
る。
ングステン膜を用いたタングステンプラグの形成工程図
である。図１を参照すれば、シリコン基板や多重金配線
の際、下部金属層のような出発物質１１上に酸化膜のよ
うな絶縁膜１２を蒸着し、パターニングしてコンタクト
ホール１３を形成する。次に図２のように、基板全面に
わたって接着層１４、例えばＴｉ膜、ＴｉＷ膜、ＴｉＮ
膜、またはＴｉ／ＴｉＮ膜などを蒸着する。さらに図３
のように、ブランケットＣＶＤタングステン膜１５を前
記コンタクトホール１３に詰めるように肉厚に蒸着す
る。
【０００５】最後に図４のように、ブランケットＣＶＤ
タングステン膜１５をエッチングバックして前記コンタ
クトホール１３にタングステンプラグを形成する。選択
的ＣＶＤタングステン膜を利用してタングステンプラグ
を形成する方法は、図１に示すように、コンタクトホー
ル１３を形成して出発物質を露出させ、この露出された
出発物質上にのみ選択的にＣＶＤタングステン膜を蒸着
させてタングステンプラグを形成することである。
タングステン膜１５をエッチングバックして前記コンタ
クトホール１３にタングステンプラグを形成する。選択
的ＣＶＤタングステン膜を利用してタングステンプラグ
を形成する方法は、図１に示すように、コンタクトホー
ル１３を形成して出発物質を露出させ、この露出された
出発物質上にのみ選択的にＣＶＤタングステン膜を蒸着
させてタングステンプラグを形成することである。
【０００６】ブランケットタングステンプラグ技術は、
コンタクトホールに空隙が発生したり、低接着性を補う
ために接着層を形成しなければならないという欠点があ
る。同様に選択的タングステンプラグ技術は、二つのコ
ンタクトホールの深さが異なり、これを同時に詰めると
いう選択的成長条件を満足させる特別の処理を必要とす
るという欠点を有している。
コンタクトホールに空隙が発生したり、低接着性を補う
ために接着層を形成しなければならないという欠点があ
る。同様に選択的タングステンプラグ技術は、二つのコ
ンタクトホールの深さが異なり、これを同時に詰めると
いう選択的成長条件を満足させる特別の処理を必要とす
るという欠点を有している。
【０００７】多結晶シリコン膜を利用したポリプラグ形
成方法も、ブランケットポリシリコン膜を利用したポリ
プラグ形成方法と選択的なシリコン膜を利用したポリプ
ラグの形成方法の二つがある。ブランケットポリシリコ
ン膜を利用したポリプラグ形成方法は、図１〜図４に示
したブランケットＣＶＤタングステンプラグ形成方法に
類似している。すなわち出発物質上にコンタクトホール
を形成し、基板全面にわたって不純物のドーピングされ
たポリシリコン膜を蒸着し、熱処理した後エッチングバ
ックしてポリプラグを形成する。ブランケットポリプラ
グ技術は、ブランケットタングステンプラグ形成の際発
生される問題点を完全に解決することができる。すなわ
ち蒸着時に良好なカバレージ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）と均
一性（ｃｏｎｆｏｒｍｉｔｙ）を提供し、大量生産時に
最適な有用な技術である。しかしながら、ポリプラグは
非常にコンタクト抵抗が大きいという問題点がある。
成方法も、ブランケットポリシリコン膜を利用したポリ
プラグ形成方法と選択的なシリコン膜を利用したポリプ
ラグの形成方法の二つがある。ブランケットポリシリコ
ン膜を利用したポリプラグ形成方法は、図１〜図４に示
したブランケットＣＶＤタングステンプラグ形成方法に
類似している。すなわち出発物質上にコンタクトホール
を形成し、基板全面にわたって不純物のドーピングされ
たポリシリコン膜を蒸着し、熱処理した後エッチングバ
ックしてポリプラグを形成する。ブランケットポリプラ
グ技術は、ブランケットタングステンプラグ形成の際発
生される問題点を完全に解決することができる。すなわ
ち蒸着時に良好なカバレージ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）と均
一性（ｃｏｎｆｏｒｍｉｔｙ）を提供し、大量生産時に
最適な有用な技術である。しかしながら、ポリプラグは
非常にコンタクト抵抗が大きいという問題点がある。
【０００８】バイアプラグを形成する従来の技術の中
で、選択的なシリサイドプラグを形成するものがある。
この選択的なシリサイドプラグを形成する方法には、選
択的なエピタキシャル層を利用するシリサイドプラグの
形成方法と、ポリプラグを利用するシリサイドプラグの
形成方法と、がある。
で、選択的なシリサイドプラグを形成するものがある。
この選択的なシリサイドプラグを形成する方法には、選
択的なエピタキシャル層を利用するシリサイドプラグの
形成方法と、ポリプラグを利用するシリサイドプラグの
形成方法と、がある。
【０００９】図５〜図８は従来選択的なエピタキシャル
層を用いたシリサイドプラグの形成工程図である。ま
ず、シリコン基板や多層配線構造において、下部金属層
のような出発物質２１上に、酸化膜のような絶縁膜２２
を蒸着し、パターニングしてコンタクトホール２３を形
成する（図５）。コンタクトホール２３に選択的なエピ
タキシャル層２４を成長させてコンタクトホール２３
を、その深さの１／２程度まで詰める。ＣｏまたはＴｉ
などの金属膜２５をその上に蒸着する（図６参照）。熱
処理してシリサイド膜２６を形成し（図７参照）、未反
応の金属膜２５を酸溶液で除去すればコンタクトホール
２３にシリサイドプラグが形成される。ポリプラグを利
用したシリサイドプラグの形成方法は、ＩＥＥＥ Ｔｒ
ａｎｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，４０，３
７１，１９９３．に開示されている。
層を用いたシリサイドプラグの形成工程図である。ま
ず、シリコン基板や多層配線構造において、下部金属層
のような出発物質２１上に、酸化膜のような絶縁膜２２
を蒸着し、パターニングしてコンタクトホール２３を形
成する（図５）。コンタクトホール２３に選択的なエピ
タキシャル層２４を成長させてコンタクトホール２３
を、その深さの１／２程度まで詰める。ＣｏまたはＴｉ
などの金属膜２５をその上に蒸着する（図６参照）。熱
処理してシリサイド膜２６を形成し（図７参照）、未反
応の金属膜２５を酸溶液で除去すればコンタクトホール
２３にシリサイドプラグが形成される。ポリプラグを利
用したシリサイドプラグの形成方法は、ＩＥＥＥ Ｔｒ
ａｎｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，４０，３
７１，１９９３．に開示されている。
【００１０】図９〜図１６は従来のポリシリコンプラグ
を用いたシリサイドプラグの形成工程図である。図９を
参照すれば、シリコン基板３１上にフィールド酸化工程
によりフィールド酸化膜３２を形成し、ｎ型不純物をイ
オン注入してｎ+ 型不純物領域３３を形成する。次に、
一次ポリシリコン膜３５を蒸着させ、パターニングして
フィールド酸化膜３２上にポリシリコン膜３５を残す。
基板３１の全面に絶縁膜３４を塗布し、パターニングし
てポリシリコン膜３５及びｎ+ 型不純物領域３３にコン
タクトホール３６、３７を形成する。この２つのコンタ
クトホール３６、３７は互いに異なる深さを有する。
を用いたシリサイドプラグの形成工程図である。図９を
参照すれば、シリコン基板３１上にフィールド酸化工程
によりフィールド酸化膜３２を形成し、ｎ型不純物をイ
オン注入してｎ+ 型不純物領域３３を形成する。次に、
一次ポリシリコン膜３５を蒸着させ、パターニングして
フィールド酸化膜３２上にポリシリコン膜３５を残す。
基板３１の全面に絶縁膜３４を塗布し、パターニングし
てポリシリコン膜３５及びｎ+ 型不純物領域３３にコン
タクトホール３６、３７を形成する。この２つのコンタ
クトホール３６、３７は互いに異なる深さを有する。
【００１１】図１０に示すように、基板全面にわたっ
て、スパッタリングによりＴｉＮ／Ｔｉ膜３８を７０ｎ
ｍと６０ｎｍの深さで蒸着し、窒素雰囲気において６０
０℃の温度で熱処理する。このＴｉＮ／Ｔｉ膜３８は接
着層及びシリサイドストッパの役割をする。図１１に示
すように、前記コンタクトホール３６、３７が全部充填
されるように低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）によりドーピ
ングされないポリシリコン膜３９を１μｍ程度の厚さに
形成させる。次に、ＴｉＮ／Ｔｉ膜３８が露出される時
までポリシリコン膜３９をエッチングバックしてコンタ
クトホール３６、３７内にのみポリシリコン膜が残るよ
うにする（図１２）。これによってコンタクトホール３
６、３７にポリプラグ４０、４１が形成される。プラグ
形成工程の際、ＴｉＮ／Ｔｉ膜３８は除去されず残って
いる。
て、スパッタリングによりＴｉＮ／Ｔｉ膜３８を７０ｎ
ｍと６０ｎｍの深さで蒸着し、窒素雰囲気において６０
０℃の温度で熱処理する。このＴｉＮ／Ｔｉ膜３８は接
着層及びシリサイドストッパの役割をする。図１１に示
すように、前記コンタクトホール３６、３７が全部充填
されるように低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）によりドーピ
ングされないポリシリコン膜３９を１μｍ程度の厚さに
形成させる。次に、ＴｉＮ／Ｔｉ膜３８が露出される時
までポリシリコン膜３９をエッチングバックしてコンタ
クトホール３６、３７内にのみポリシリコン膜が残るよ
うにする（図１２）。これによってコンタクトホール３
６、３７にポリプラグ４０、４１が形成される。プラグ
形成工程の際、ＴｉＮ／Ｔｉ膜３８は除去されず残って
いる。
【００１２】図１３に示すように、ニッケル膜４２をス
パッタリング法により５００ｎｍの厚さに蒸着し、Ａｒ
雰囲気において６００℃の温度で熱処理してコンタクト
ホール３６、３７内のポリプラグ４０、４１を完全にニ
ッケルシリサイド（Ｎｉ3 Ｓｉ）４３、４４とする（図
１４）。次に、図１５に示すように、反応しないニッケ
ル膜４２を７０％のＮＨＯ3 溶液で選択的に除去してコ
ンタクトホール３６、３７内にシリサイドプラグ４
３’、４４’を形成する。最後に図１６に示すように、
金属配線膜（Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕＤ）４５を基板全面に形
成する。
パッタリング法により５００ｎｍの厚さに蒸着し、Ａｒ
雰囲気において６００℃の温度で熱処理してコンタクト
ホール３６、３７内のポリプラグ４０、４１を完全にニ
ッケルシリサイド（Ｎｉ3 Ｓｉ）４３、４４とする（図
１４）。次に、図１５に示すように、反応しないニッケ
ル膜４２を７０％のＮＨＯ3 溶液で選択的に除去してコ
ンタクトホール３６、３７内にシリサイドプラグ４
３’、４４’を形成する。最後に図１６に示すように、
金属配線膜（Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕＤ）４５を基板全面に形
成する。
【００１３】前述したように、ＴｉＮ／Ｔｉ膜３８がシ
リサイドストッパとして作用するので、深さの異なる２
つのコンタクトホール３６、３７に同時にシリサイドプ
ラグを形成することができる。シリサイドプラグの形成
工程の際要求される金属の物性は以下の通りである。ソ
ース／ドレーン領域または１層配線が完了された後プラ
グ形成工程が行われるので金属シリサイド形成温度が低
く、シリサイド形成時に金属原子が安定し、かつシリサ
イド比抵抗が低いことが要求される。
リサイドストッパとして作用するので、深さの異なる２
つのコンタクトホール３６、３７に同時にシリサイドプ
ラグを形成することができる。シリサイドプラグの形成
工程の際要求される金属の物性は以下の通りである。ソ
ース／ドレーン領域または１層配線が完了された後プラ
グ形成工程が行われるので金属シリサイド形成温度が低
く、シリサイド形成時に金属原子が安定し、かつシリサ
イド比抵抗が低いことが要求される。
【００１４】 （表１）主要金属のシリサイド形成温度、溶融点、シリサイド形成時の移動原子 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− シリサイド 形成温度 溶融点（℃） 移動原子 Ｐｔシリサイド Ｐｔ2Ｓｉ ２００−５００ １１００ Ｐｔ *ＰｔＳｉ ３００ １２３０ Ｐｔ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− シリサイド 形成温度 溶融点（℃） 移動原子 Ｎｉシリサイド Ｎｉ2Ｓｉ ２００−３５０ １３１８ Ｎｉ ＮｉＳｉ ３５０−７５０ ９９２ Ｎｉ ＮｉＳｉ2 ≦７５０ １１００ Ｎｉ5Ｓｉ2 ４００ １２８２ *Ｎｉ3Ｓｉ ４５０ １１６５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− シリサイド 形成温度 溶融点（℃） 移動原子 Ｃｏシリサイド Ｃｏ2Ｓｉ ３５０−５００ １３３２ Ｃｏ ＣｏＳｉ ３７５−５００ １４６０ Ｓｉ ＣｏＳｉ2 ５５０ １３６２ Ｃｏ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− シリサイド 形成温度 溶融点（℃） 移動原子 Ｔｉシリサイド ＴｉＳｉ ５００ １９２０ Ｓｉ ＴｉＳｉ2 ６００ １５４０ Ｓｉ
【００１５】１）シリサイド形成温度 シリサイドプラグはソース／ドレーン接合のみならず、
多層配線構造のコンタクトホールにも使用されるので最
終の金属配線層がＡｌ−Ｓｉ膜の工程温度で共融温度が
５５７℃であることを考慮するとシリサイドの形成温度
が低ければ低いほどよい。（表１）は主なシリサイドの
形成温度を示したものである。表１に示すように、Ｎｉ
3Ｓｉは形成温度が４５０℃であり、ＰｔＳｉは３００
℃である。したがってＮｉ3Ｓｉプラグの形成工程は、
形成温度がＰｔＳｉプラグの形成工程より１００℃以上
高い。低温工程である方が素子の安定性を確保すること
ができるので、形成温度が５５０℃，６００℃であるＣ
ｏＳｉ2，ＴｉＳｉ2などは金属配線層であるＡｌ−Ｃｕ
膜の形成温度５７０℃よりやや低いか、または高いので
排除される。
多層配線構造のコンタクトホールにも使用されるので最
終の金属配線層がＡｌ−Ｓｉ膜の工程温度で共融温度が
５５７℃であることを考慮するとシリサイドの形成温度
が低ければ低いほどよい。（表１）は主なシリサイドの
形成温度を示したものである。表１に示すように、Ｎｉ
3Ｓｉは形成温度が４５０℃であり、ＰｔＳｉは３００
℃である。したがってＮｉ3Ｓｉプラグの形成工程は、
形成温度がＰｔＳｉプラグの形成工程より１００℃以上
高い。低温工程である方が素子の安定性を確保すること
ができるので、形成温度が５５０℃，６００℃であるＣ
ｏＳｉ2，ＴｉＳｉ2などは金属配線層であるＡｌ−Ｃｕ
膜の形成温度５７０℃よりやや低いか、または高いので
排除される。
【００１６】図１７，１８及び図１９，２０においては
シリサイド形成時に移動する原子の違いによるプラグの
形態を示すものである。図１９および２０に示すよう
に、シリコン原子が移動する場合には、ポリプラグ５３
から金属層５４へシリコン原子Ｓi が移動するので、シ
リサイドプラグがコンタクトホールにのみ形成されるの
でなく、コンタクトホールの周囲にも形成され、以後の
上層配線層の形成の時絶縁膜が形成された時に短絡など
を起こすおそれがあるから素子の特性が低下する。
シリサイド形成時に移動する原子の違いによるプラグの
形態を示すものである。図１９および２０に示すよう
に、シリコン原子が移動する場合には、ポリプラグ５３
から金属層５４へシリコン原子Ｓi が移動するので、シ
リサイドプラグがコンタクトホールにのみ形成されるの
でなく、コンタクトホールの周囲にも形成され、以後の
上層配線層の形成の時絶縁膜が形成された時に短絡など
を起こすおそれがあるから素子の特性が低下する。
【００１７】しかし、図１７及び図１８に示すように、
金属原子が移動する場合、金属層４４から、ポリプラグ
４３へ金属原子が移動するから、コンタクトホールにの
みシリサイドプラグが形成される。したがって金属原子
が移動する金属の方がシリサイドプラグの形成により適
切である。
金属原子が移動する場合、金属層４４から、ポリプラグ
４３へ金属原子が移動するから、コンタクトホールにの
みシリサイドプラグが形成される。したがって金属原子
が移動する金属の方がシリサイドプラグの形成により適
切である。
【００１８】２）シリサイドの電気の性質 シリサイドプラグ材料の比抵抗が低ければ低いほど、接
合の面抵抗が減少して寄生抵抗が減少される。（表２）
は主なシリサイドの比抵抗を比較したもので、Ｎｉ3Ｓ
ｉ はＰｔＳｉに比べて２倍である。ＰｔＳｉに比べて
Ｎｉ3Ｓｉ プラグ使用の時電気的な特性は低下する。
合の面抵抗が減少して寄生抵抗が減少される。（表２）
は主なシリサイドの比抵抗を比較したもので、Ｎｉ3Ｓ
ｉ はＰｔＳｉに比べて２倍である。ＰｔＳｉに比べて
Ｎｉ3Ｓｉ プラグ使用の時電気的な特性は低下する。
【００１９】 （表２）主要シリサイドの比抵抗比較 ───────────────────────────── シリサイド 比抵抗（１０-6Ω・cm） Ｐｔ シリサイド Ｐｔ2Ｓｉ *ＰｔＳｉ ２８−４０ ───────────────────────────── シリサイド 比抵抗（１０-6Ω・cm） Ｎｉ シリサイド Ｎｉ2Ｓｉ ２０−２５ ＮｉＳｉ １４−５０ ＮｉＳｉ2 ３４−６０ Ｎｉ5Ｓｉ2 １４９．５ *Ｎｉ3Ｓｉ ８２ ───────────────────────────── シリサイド 比抵抗（１０-6Ω・cm） Ｃｏ シリサイド Ｃｏ2Ｓｉ ６０−１３０ ＣｏＳｉ ９０−１７０ ＣｏＳｉ2 １８−２５ ──────────────────────────── シリサイド 比抵抗（１０-6Ω・cm） Ｔｉ シリサイド ＴｉＳｉ ６３±６ ＴｉＳｉ2 １０−２５ ───────────────────────────── シリサイド 比抵抗（１０-6Ω・cm） Ｂ−ｄｏｐｅｄ ｐｌｏｙ−Ｓｉ ＞１０００ ＣＶＤ−Ｗ 〜１０
【００２０】３）金属酸化物の形成エネルギ 金属酸化物の形成エネルギはシリサイド形成のための熱
処理工程の際、工程の安定性を示す重要な変数である。
処理工程の際、工程の安定性を示す重要な変数である。
【００２１】 （表３）主要シリサイドとその金属酸化物の形成熱（ΔH°F）（Kcal/g・atom ） ────────────────────────────────── ─ 金属元素 シリサイド シリサイドΔＨ 酸化物 酸化物Δ Ｈ ─────────────────────────────────── Ｐｔ Ｐｔ2Ｓｉ -６．９〜 ＰｔＯ -８．５ ＰｔＳｉ -７．９〜 Ｐｔ3Ｏ4 -５．６ ＰｔＯ2 -１０．７ Ｎｉ Ｎｉ2Ｓｉ -１０．５〜１１．８ ＮｉＯ -２９．２ ＮｉＳｉ -１０．２ Ｎｉ2Ｏ3 -２３．４ ＮｉＳｉ2 -６．９ Ｎｉ5Ｓｉ2 -１０．３ Ｎｉ2Ｓｉ -８．９ Ｃｏ Ｃｏ2Ｓｉ -９．２ ＣｏＯ -２８．６ ＣｏＳｉ -１２．０ Ｃｏ3Ｏ4 -３０．０ ＣｏＳｉ2 -８．２ Ｔｉ ＴｉＳｉ -１５．５ ＴｉＯ -６７．５ ＴｉＳｉ2 -１０．７ Ｔｉ3Ｏ5 -７５．０ ＴｉＯ2 -７３．４ -７３．０
【００２２】（表３）はシリサイドとその金属酸化物の
形成エネルギを示すものである。例えばチタニウムの場
合、チタニウム酸化物の形成エネルギ（表３の“−”表
示から発熱反応であることが示されている）の絶対値
が、Ｐｔ、ＮｉまたはＣｏのような他の金属と比較する
時もっとも大きい。これはシリサイド形成のための熱処
理雰囲気の気体中にある酸素等のような不純物が、チタ
ニウムとは反応するが、酸化物の形成エネルギの小さい
Ｎｉ、Ｐｔ等のような金属とは殆ど反応しないので、Ｎ
ｉ、Ｐｔ等のような金属は、熱処理時の雰囲気の気体中
の酸素等のような不純物によっては何の影響も受けない
ことを意味する。特にＰｔの場合は、熱処理時の雰囲気
において、Ｎｉに比べて酸素と敏感に反応しないので、
工程性及び生産性が優れる。
形成エネルギを示すものである。例えばチタニウムの場
合、チタニウム酸化物の形成エネルギ（表３の“−”表
示から発熱反応であることが示されている）の絶対値
が、Ｐｔ、ＮｉまたはＣｏのような他の金属と比較する
時もっとも大きい。これはシリサイド形成のための熱処
理雰囲気の気体中にある酸素等のような不純物が、チタ
ニウムとは反応するが、酸化物の形成エネルギの小さい
Ｎｉ、Ｐｔ等のような金属とは殆ど反応しないので、Ｎ
ｉ、Ｐｔ等のような金属は、熱処理時の雰囲気の気体中
の酸素等のような不純物によっては何の影響も受けない
ことを意味する。特にＰｔの場合は、熱処理時の雰囲気
において、Ｎｉに比べて酸素と敏感に反応しないので、
工程性及び生産性が優れる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、ブラ
ンケットタングステンプラグ技術は、空隙が発生し、接
着力が低いので接着層が必要であるという問題点があ
り、エッチングバックして前記コンタクトホール１３に
タングステンプラグを形成する。選択的なタングステン
プラグ技術は、異なる深さを有する２個のコンタクトホ
ールを詰める選択的な成長条件を同時に満足させなけれ
ばならないので、特別な処理を必要とし、よって工程上
多い制約がある。本発明は縦横比の大きい超高集積素子
に適当なＰｔＳｉプラグの形成方法を提供することにそ
の目的がある。
ンケットタングステンプラグ技術は、空隙が発生し、接
着力が低いので接着層が必要であるという問題点があ
り、エッチングバックして前記コンタクトホール１３に
タングステンプラグを形成する。選択的なタングステン
プラグ技術は、異なる深さを有する２個のコンタクトホ
ールを詰める選択的な成長条件を同時に満足させなけれ
ばならないので、特別な処理を必要とし、よって工程上
多い制約がある。本発明は縦横比の大きい超高集積素子
に適当なＰｔＳｉプラグの形成方法を提供することにそ
の目的がある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、シリコン基板上に絶縁層を蒸着し、パターニング
してコンタクトホールを形成するステップと、前記コン
タクトホールに完全に詰められるようにブランケットシ
リコン膜を基板全面にわたって肉厚に蒸着するステップ
と、前記絶縁膜が露出されるまでブランケットシリコン
膜をエッチングバックしてシリコンプラグを形成するス
テップと、基板全面にわたって薄膜の白金膜を蒸着する
ステップと、２５０〜３５０℃の温度範囲の熱処理工程
により白金シリサイドを形成するステップと、未反応の
白金膜を除去してコンタクトホールにシリサイドプラグ
を形成するステップと、を含むシリサイドプラグを形成
する方法が提供される。
れば、シリコン基板上に絶縁層を蒸着し、パターニング
してコンタクトホールを形成するステップと、前記コン
タクトホールに完全に詰められるようにブランケットシ
リコン膜を基板全面にわたって肉厚に蒸着するステップ
と、前記絶縁膜が露出されるまでブランケットシリコン
膜をエッチングバックしてシリコンプラグを形成するス
テップと、基板全面にわたって薄膜の白金膜を蒸着する
ステップと、２５０〜３５０℃の温度範囲の熱処理工程
により白金シリサイドを形成するステップと、未反応の
白金膜を除去してコンタクトホールにシリサイドプラグ
を形成するステップと、を含むシリサイドプラグを形成
する方法が提供される。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳述する。図
２１に示すように、シリコン基板６１に酸化膜のような
絶縁屋６２を蒸着し、パターンニングしてコンタクトホ
ール６３を形成する。コンタクトホール６３は、シリサ
イドの形成された薄い接合のソース／ドレーン領域を有
するシリコン基板のソース／ドレーン領域上に形成され
ることもあり、ポリサイドの形成されたタングステンシ
リサイド（ＷＳｉ２）などのような耐熱シリサイドなど
に形成されることもある。また、ＭｏＳｉ２／Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ／ＭｏＳｉ２のような多層配線金属において、
ＭｏＳｉ２上に形成された耐熱処理を施された（ｒｅｆ
ｒａｃｔｏｒｙｃａｐｐｅｄ）Ａｌ配線上に形成される
こともある。
２１に示すように、シリコン基板６１に酸化膜のような
絶縁屋６２を蒸着し、パターンニングしてコンタクトホ
ール６３を形成する。コンタクトホール６３は、シリサ
イドの形成された薄い接合のソース／ドレーン領域を有
するシリコン基板のソース／ドレーン領域上に形成され
ることもあり、ポリサイドの形成されたタングステンシ
リサイド（ＷＳｉ２）などのような耐熱シリサイドなど
に形成されることもある。また、ＭｏＳｉ２／Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ／ＭｏＳｉ２のような多層配線金属において、
ＭｏＳｉ２上に形成された耐熱処理を施された（ｒｅｆ
ｒａｃｔｏｒｙｃａｐｐｅｄ）Ａｌ配線上に形成される
こともある。
【００２６】図２２に示すように、低圧蒸着法（ＬＰＣ
ＶＤ）により６００℃以上においてブランケット（全面
を覆う）ポリシリコン膜６４をコンタクトホール６３の
全体に詰まるように、肉厚に基板全体にわたって形成す
る。この時ポリシリコン膜６４の代わりに非晶質シリコ
ン膜を５００℃の温度で蒸着することもある。図２３に
示すように、ブランケットポリシリコン膜６４を前記絶
縁膜６２が露出される時までエッチングバックしてシリ
コンプラグ６５を形成する。
ＶＤ）により６００℃以上においてブランケット（全面
を覆う）ポリシリコン膜６４をコンタクトホール６３の
全体に詰まるように、肉厚に基板全体にわたって形成す
る。この時ポリシリコン膜６４の代わりに非晶質シリコ
ン膜を５００℃の温度で蒸着することもある。図２３に
示すように、ブランケットポリシリコン膜６４を前記絶
縁膜６２が露出される時までエッチングバックしてシリ
コンプラグ６５を形成する。
【００２７】図２４に示すように、スパッタリングによ
り基板全面にわたって薄膜の白金膜６６を蒸着する。図
２５に示すように、２５０〜３５０℃の温度で３０分間
熱処理してシリコンプラグ６５を白金シリサイド６７に
変える。この時雰囲気体は窒素ガス、アルゴンガスまた
はフォーミングガス（ｆｏｒｍｉｎｇ ｇａｓ；Ｎ2／
Ｈ2） である。図２６に示すように、王水を利用して未
反応の白金膜６６を除去すれば、コンタクトホール６３
内にシリサイドプラグ６７’が形成される。
り基板全面にわたって薄膜の白金膜６６を蒸着する。図
２５に示すように、２５０〜３５０℃の温度で３０分間
熱処理してシリコンプラグ６５を白金シリサイド６７に
変える。この時雰囲気体は窒素ガス、アルゴンガスまた
はフォーミングガス（ｆｏｒｍｉｎｇ ｇａｓ；Ｎ2／
Ｈ2） である。図２６に示すように、王水を利用して未
反応の白金膜６６を除去すれば、コンタクトホール６３
内にシリサイドプラグ６７’が形成される。
【００２８】以上説明したように、本発明のシリサイド
プラグ形成方法によれば、次の効果がある。 １．シリサイドプラグ形成行程はソース／ドレーン接合
または多層配線の下層配線が完了された後施すので低温
である必要があるが、従来のニッケルシリサイド形成温
度が６００℃であるのに比べて、本発明の白金シリサイ
ドの場合には３００℃であるので、従来よりも３００℃
以上温度を下げることができる。したがって、多層配線
の場合には従来のシリサイド行程は適用できないが、本
発明では適用可能となり、従来より低温行程なので素子
の安定性が向上する。 ２．従来のニッケルシリサイド（Ｎi3Ｓi）の溶融点
（１１６５℃）に比べて本発明の白金シリサイド（Ｐt
Ｓi）の溶融点（１２３０℃）の方が高いのでＥＭ（エ
レクトロマイグレーション）特性がよい。 ３．シリサイドの比抵抗を比較してみると、Ｎi3Ｓiは
８２μΩcmであり、ＰtＳiは２８〜４０μΩcmであっ
た。すなわち、ＰtＳiの方がＮi3Ｓiよりも２分の１以
下であるので、Ｎi3Ｓiプラグに比べてＰtＳiプラグの
寄生抵抗が減少することとなって電気的な特性が改善さ
れる。 ４．金属酸化物の形成エネルギを比較してみると、白金
の酸化物形成エネルギがニッケルより大分小さいので、
シリサイド形成のための熱処理の際、ニッケルシリサイ
ドより行程の安定性を図ることができる。すなわち熱処
理時の酸素原子等の汚染物はＰt／ＰtＳi界面を形成す
る層として作用するから、行程の面から有利に作用する
利点がある。 ５．白金とシリコンとの組成比はＰt：Ｓi＝１：１であ
るので、Ｎi：Ｓi＝３：１の組成比を有するＮiに比べ
てシリサイド形成行程の際、白金の消耗量はニッケルに
比べて小さい。したがって高コストのＰtの消耗が少な
いという経済的利点がある。
プラグ形成方法によれば、次の効果がある。 １．シリサイドプラグ形成行程はソース／ドレーン接合
または多層配線の下層配線が完了された後施すので低温
である必要があるが、従来のニッケルシリサイド形成温
度が６００℃であるのに比べて、本発明の白金シリサイ
ドの場合には３００℃であるので、従来よりも３００℃
以上温度を下げることができる。したがって、多層配線
の場合には従来のシリサイド行程は適用できないが、本
発明では適用可能となり、従来より低温行程なので素子
の安定性が向上する。 ２．従来のニッケルシリサイド（Ｎi3Ｓi）の溶融点
（１１６５℃）に比べて本発明の白金シリサイド（Ｐt
Ｓi）の溶融点（１２３０℃）の方が高いのでＥＭ（エ
レクトロマイグレーション）特性がよい。 ３．シリサイドの比抵抗を比較してみると、Ｎi3Ｓiは
８２μΩcmであり、ＰtＳiは２８〜４０μΩcmであっ
た。すなわち、ＰtＳiの方がＮi3Ｓiよりも２分の１以
下であるので、Ｎi3Ｓiプラグに比べてＰtＳiプラグの
寄生抵抗が減少することとなって電気的な特性が改善さ
れる。 ４．金属酸化物の形成エネルギを比較してみると、白金
の酸化物形成エネルギがニッケルより大分小さいので、
シリサイド形成のための熱処理の際、ニッケルシリサイ
ドより行程の安定性を図ることができる。すなわち熱処
理時の酸素原子等の汚染物はＰt／ＰtＳi界面を形成す
る層として作用するから、行程の面から有利に作用する
利点がある。 ５．白金とシリコンとの組成比はＰt：Ｓi＝１：１であ
るので、Ｎi：Ｓi＝３：１の組成比を有するＮiに比べ
てシリサイド形成行程の際、白金の消耗量はニッケルに
比べて小さい。したがって高コストのＰtの消耗が少な
いという経済的利点がある。
【図１】従来ブラケットＣＶＤタングステン膜を用いた
タングステンプラグの形成工程図である。
タングステンプラグの形成工程図である。
【図２】従来ブラケットＣＶＤタングステン膜を用いた
タングステンプラグの形成工程図である。
タングステンプラグの形成工程図である。
【図３】従来ブラケットＣＶＤタングステン膜を用いた
タングステンプラグの形成工程図である。
タングステンプラグの形成工程図である。
【図４】従来ブラケットＣＶＤタングステン膜を用いた
タングステンプラグの形成工程図である。
タングステンプラグの形成工程図である。
【図５】従来選択的なエピタキシャル層を用いたシリサ
イドプラグの形成工程図である。
イドプラグの形成工程図である。
【図６】従来選択的なエピタキシャル層を用いたシリサ
イドプラグの形成工程図である。
イドプラグの形成工程図である。
【図７】従来選択的なエピタキシャル層を用いたシリサ
イドプラグの形成工程図である。
イドプラグの形成工程図である。
【図８】従来選択的なエピタキシャル層を用いたシリサ
イドプラグの形成工程図である。
イドプラグの形成工程図である。
【図９】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイドプ
ラグの形成工程図である。
ラグの形成工程図である。
【図１０】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１１】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１２】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１３】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１４】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１５】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１６】従来ポリシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図１７】シリサイドプラグの形成の際、移動する原子
によるプラグの形態変化（金属原子移動）を示した図で
ある。
によるプラグの形態変化（金属原子移動）を示した図で
ある。
【図１８】シリサイドプラグの形成の際、移動する原子
によるプラグの形態変化（金属原子移動）を示した図で
ある。
によるプラグの形態変化（金属原子移動）を示した図で
ある。
【図１９】シリサイドプラグの形成の際、移動する原子
によるプラグの形態変化（シリコン原子移動）を示した
図である。
によるプラグの形態変化（シリコン原子移動）を示した
図である。
【図２０】シリサイドプラグの形成の際、移動する原子
によるプラグの形態変化（シリコン原子移動）を示した
図である。
によるプラグの形態変化（シリコン原子移動）を示した
図である。
【図２１】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図２２】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図２３】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図２４】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図２５】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
【図２６】本発明のシリコンプラグを用いたシリサイド
プラグの形成工程図である。
プラグの形成工程図である。
６１ シリコン基板 ６２ 絶縁膜 ６３ コンタクトホール ６４ シリコン膜 ６５ シリコンプラグ ６６ 白金（Ｐｌａｔｉｎｕｍ：Ｐｔ）膜 ６７ 白金シリサイド ６７’ シリサイドプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−270333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−3250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48017（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−173127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−156584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−98874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−192047（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−129725（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】 シリコン基板（６１）上に絶縁層（６
２）を蒸着し、パターニングしてコンタクトホール（６
３）を形成するステップと、 前記コンタクトホール（６３）に完全に詰められるよう
にブランケットシリコン膜（６４）を基板全面にわたっ
て肉厚に蒸着するステップと、 前記絶縁膜が露出されるまでブランケットシリコン膜
（６４）をエッチングバックしてシリコンプラグ（６
５）を形成するステップと、 基板全面にわたって薄膜の白金膜（６６）を蒸着するス
テップと、 ２５０〜３５０℃の温度範囲の熱処理工程により前記コ
ンタクトホール(６３)内に白金シリサイド（６７）を形
成するステップと、 未反応の白金膜（６６）を除去するステップと、 を含むシリサイドプラグの形成方法。 - 【請求項２】 シリコン基板（６１）は、ソース／ドレ
ーン領域の形成された基板である請求項１記載のシリサ
イドプラグの形成方法。 - 【請求項３】 絶縁膜として、酸化膜が使用される請求
項１記載のシリサイドプラグの形成方法。 - 【請求項４】 ブランケットシリコン膜（６４）とし
て、ポリシリコン膜を使用する請求項１記載のシリサイ
ドプラグの形成方法。 - 【請求項５】 ポリシリコン膜を低圧蒸着法により６０
０℃以上において蒸着する請求項４記載のシリサイドプ
ラグの形成方法。 - 【請求項６】 ブランケットシリコン膜（６４）とし
て、非晶質シリコン膜を使用する請求項１記載のシリサ
イドプラグの形成方法。 - 【請求項７】 非晶質シリコン膜を低圧蒸着法により約
５００℃の温度において蒸着する請求項６記載のシリサ
イドプラグの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6021886A JP2955814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | シリサイドプラグ形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6021886A JP2955814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | シリサイドプラグ形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221096A JPH07221096A (ja) | 1995-08-18 |
| JP2955814B2 true JP2955814B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=12067597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6021886A Expired - Fee Related JP2955814B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | シリサイドプラグ形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955814B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030001860A (ko) * | 2001-06-28 | 2003-01-08 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성방법 |
| US7056794B2 (en) * | 2004-01-09 | 2006-06-06 | International Business Machines Corporation | FET gate structure with metal gate electrode and silicide contact |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52156584A (en) * | 1976-06-22 | 1977-12-27 | Nec Corp | Multilayer wiring type semiconductor device |
| JPS5698874A (en) * | 1980-01-07 | 1981-08-08 | Nec Corp | Preparation of semiconductor device |
| JPS57192047A (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | Wiring layer in semiconductor device and manufacture thereof |
| JPS583250A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-10 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6248017A (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-02 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH01270333A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US5059554A (en) * | 1989-06-23 | 1991-10-22 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Method for forming polycrystalline silicon contacts |
| JP2821631B2 (ja) * | 1989-11-30 | 1998-11-05 | ソニー株式会社 | シリサイド膜の形成方法 |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP6021886A patent/JP2955814B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07221096A (ja) | 1995-08-18 |
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