JP3031343B2 - 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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JP3031343B2
JP3031343B2 JP10218781A JP21878198A JP3031343B2 JP 3031343 B2 JP3031343 B2 JP 3031343B2 JP 10218781 A JP10218781 A JP 10218781A JP 21878198 A JP21878198 A JP 21878198A JP 3031343 B2 JP3031343 B2 JP 3031343B2
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博文 角
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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
方法に関する。本発明は特に、金属シリサイド層を有す
る半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体装置の分野において、金
属シリサイド層を有する装置が提案され、また実用に供
されている。金属シリサイド層はバリアメタルとして用
いられるほか、セルフアラインで(自己整合的に)シリ
サイドを形成し、これをコンタクト抵抗・拡散層抵抗の
低下や、相互配線抵抗の低下のために用いることが知ら
れている(シリサイド形成プロセスについては、プレス
ジャーナル社「月刊Semiconductor Wo
rld」,1987年12月号、139〜148頁参
照)。
【0003】従来、半導体装置の拡散層上に、抵抗を低
下させるべくセルフアラインでシリサイドを形成する場
合、例えばシリサイド中で最も低抵抗のチタンシリサイ
ド(TiSi)によりシリサイド層を形成した場合に
は、半導体領域の拡散層中に存在しているドーパント
(例えばAs等)の吸い込みにより、ジャンクションの
破壊が起こることがあった。また、セルフアラインでチ
タンシリサイドを形成する際に、あらかじめ堆積して形
成したチタンの膜厚が厚いと、拡散層部のシリコンがチ
タンに吸収されて、いわゆるシリコンがチタンに食われ
る形になり、チタンのつき抜け、すなわちチタンが直接
基板の半導体領域に接することが生じて、やはりジャン
クションの破壊が起こることがあるという問題があっ
た。
【0004】また例えば4M−SRAM程度の半導体装
置においては、ジャンクション深さは1200Å程度と
浅いため、堆積するチタンの膜厚を500Å以下と非常
に薄くする必要があり(形成するTiSi膜厚を100
0Å以下とする)、そのためシート抵抗が高めになると
いう問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点を解決せんとするもので、その目的は、金属シ
リサイド層を有する半導体装置の製造方法において、金
属シリサイド層を形成する場合に、ドーパントの吸い込
み、及び金属(メタル)のつき抜けを防止し、もってジ
ャンクションの破壊を防ぐとともに、低抵抗化をも達成
できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、 (I)シリコンからなる半導体領域上のコンタクト領域
の上表面が半導体露出領域になっている該半導体領域に
対して、 (II)少なくとも該コンタクト領域上にドープされて
いないシリコン層を形成する工程と、 (III)該シリコン層上にチタン層を形成するととも
に、該チタン層の厚さは、該シリコン層の全厚みの半導
体が該チタン層を構成するチタンと反応し、さらに該チ
タン層の残余のチタンが、このシリコン層が形成されて
いるコンタクト領域における上記半導体領域の半導体の
一部と反応する量のチタンを与える厚さであるものと
し、かつ、チタンがシリコンと反応するに際し、チタン
の全膜厚の2.2倍のシリコンが消費される該2.2倍
量のうち、1.5倍量分が上記シリコン層から与えら
れ、残り0.7倍量分が上記半導体領域の半導体から与
えらるものとすることにより、該シリコン層とこのシリ
コン層が形成されているコンタクト領域における上記半
導体領域の半導体の一部と該チタンとを反応させ、上記
シリコン層表面のコンタクト領域に対応する部分のみに
選択的にチタンシリサイド層を形成する工程と、 (IV)該チタンシリサイド層上に電極を形成する工程
とを具備するように構成する。
【0007】本発明を構成を、後記詳述する本発明の一
実施例を示す図1の例示を用いて説明すると、次のとお
りである。
【0008】本発明の製造方法は、シリコンからなる
導体領域上のコンタクト領域の上表面が半導体露出領域
になっている材料を用意する工程(工程I)を有する
が、図2(d)が、用意された材料の構造を示す。即ち
第1図の例示では、図1(c)に示すように、半導体領
域1をなす基板上に酸化膜11(この一部がゲート酸化
膜を形成することになる)が形成されており、工程Iに
おいて該酸化膜11を除去することにより、図2(d)
に示すコンタクト領域12が露出した材料(基板)を用
意する。
【0009】次に工程IIにおいて、少なくとも該コン
タクト領域にドープされていないシリコン層を形成する
のであるが、図示例示では、図2(e)が該工程II終
了時の状態であり、図示例ではCVDSi(エピタキシ
ャルSi、もしくはポリSi)をシリコン層2として用
いて、これを形成した。
【0010】次に、上記シリコン層2上にチタン層を形
成するとともに、該チタン層の厚さは、該シリコン層の
全厚みの半導体が該チタン層を構成するチタンと反応
し、さらに該チタン層の残余のチタンが、このシリコン
層が形成されているコンタクト領域における上記半導体
領域の半導体の一部と反応する量のチタンを与える厚さ
であるものとし、かつ、チタンがシリコンと反応するに
際し、チタンの全膜厚の2.2倍のシリコンが消費され
る該2.2倍量のうち、1.5倍量が上記シリコン層か
ら与えられ、残り0.7倍量分が上記半導体領域の半導
体から与えらるものとすることにより、該シリコン層と
このシリコン層が形成されているコンタクト領域におけ
る上記半導体領域の半導体の一部と該チタンとを反応さ
せ、上記シリコン層表面のコンタクト領域に対応する部
分のみに選択的にチタンシリサイド層を形成する工程
(工程III)については、図示例ではまず図3(f)
の例示のようにチタンからなる金属層3を形成し、次い
で図3(g)に工程IIIの終了時の状態で示すよう
に、コンタクト領域のみに選択的に金属シリサイド層4
(チタンシリサイド層)を形成する。この場合、チタン
からなる金属層である金属層3の厚さは、該シリコン層
2の全厚みのシリコンが該金属層3を構成する金属と反
応し、さらに該金属層3の残余の金属が、このシリコン
層2が形成されているコンタクト領域における上記半導
体領域(シリコン基板1)の半導体(シリコン)の一部
と反応する量の金属の量である厚さであるものとし、か
つ、チタンからなる金属層3の膜厚の2.2倍の半導体
(シリコン)が、金属層3との反応に消費される場合
に、シリコン層2の厚さは、そのうちの1.5倍の半導
体(シリコン)が与えられる膜厚とし、残りの0.7倍
の分は、半導体領域をなす例えば基板1のシリコンが
費されて、この結果金属(チタン)シリサイド層が形成
されるように、シリコン層2の厚みに対して、チタンか
らなる金属層3の厚みを設定する。
【0011】次に工程IVにおいて、該金属シリサイド
層4上に電極を形成する(この構造は特に図示せず)。
【0012】上記のように、本発明においては、直接半
導体領域1上に金属層を形成して金属シリサイドを得る
方法とは異なり、半導体領域1のコンタクト領域13に
シリコン層2を形成し(工程II)、その後金属シリサ
イド層4を形成する(工程III)手段を採る。この結
果、直接半導体領域1からシリサイド形成のために必要
な分の全量の半導体材料(シリコン等)が吸収されるの
と異なり、上記形成したシリコン層2がシリサイド形成
の供給源となるので、半導体領域1の食われによる拡散
層中のドーパントのとりこみや、また拡散層中のシリコ
ン等の食われが抑制され、このため、ジャンクションの
破壊を生じさせることを防止できる。かつこれにより、
拡散層の低抵抗化をも実現できるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図1ないし図3を参照して説明する。この実施例
は、本発明を、いわゆるLDD(Lightly Do
prd Drain)構造を有するシリコン半導体装置
に適用したもので、特に、半導体領域の拡散層上部の露
出シリコン部(図示符号12の部分に該当)にCVD選
択成長によりエピタキシャルSi、またはポリSiを形
成し、その後金属(本例ではチタン)層を形成して(符
号3参照)、シリコンとシリサイド化反応を生じさせる
ように具体化したものである。
【0014】なお当然のことではあるが、本発明は以下
に述べる実施例によって限定されるものではない。
【0015】図1を参照する。本実施例では、半導体基
板としてシリコン基板を用い、これが半導体領域1を構
成する。本例では該半導体領域1上に、LOCOS(素
子間分離用酸化領域)5を形成するとともに、チャンネ
ルストップイオン注入により、チャンネルストップ領域
6を形成して、図1(a)の構造を得る。
【0016】LOCOS5形成後、ゲート酸化を施し、
酸化膜11(本例ではSiO2 )を形成し、さらにポリ
シリコン等でゲート配線を形成してゲート7を得、図1
(b)の構造にする。
【0017】次に、LDDイオン注入を行って、低濃度
不純物拡散領域であるLDD領域を形成して、図1
(c)の構造とする。
【0018】次いで、ゲート7を少なくとも覆うように
図の全体に二酸化シリコン(SiO2 )膜をCVD等の
適宜手段で形成し、これを通常の手段によりエッチバッ
クして、ゲート7の側部にサイドウォール71を形成す
る。このエッチバックにより、上記酸化膜11及びさら
に形成した二酸化シリコン膜の、ゲート7の下部のゲー
ト酸化膜11’部分及びサイドウォール71の箇所以外
は除去されて、その部分が半導体領域が露出した状態に
なる。すなわち、これによりコンタクト領域12が露出
されて、本発明の工程Iが終了するのである。その後ソ
ース/ドレインイオン注入を行い、拡散アニールを施し
て、ソース/ドレイン領域82を形成する。この状態が
図2(d)に示す構造である。
【0019】次に上記露出した半導体(本例ではシリコ
ン)領域であるコンタクト領域12に、本例ではCVD
により、エピタキシャルSi、もしくはポリSiを成長
させて、シリコン層2を形成する。図示例ではコンタク
ト領域12にのみ、選択的にシリコン層2を成長させ
た。また、このCVD等によるシリコン層2の形成は、
拡散層(ソース/ドレイン領域82等)が広がらない程
度の温度で行うことが好ましい。これによって、本発明
の工程IIが終了し、図2(e)の構造を得る。
【0020】そして、金属層3を形成させ、本例ではチ
タン層を形成させて、図3(f)の構造とする。
【0021】さらにシリサイド化アニールを行って、チ
タンと反応すべきシリコンが存在しているところのみ、
自己整合的にシリサイド形成する。すなわち、コンタク
ト領域12及び、ポリシリコン等から成るゲート7に対
応する部分においてシリサイド化が進行し、これらの部
分にチタンシリサイドである金属シリサイド層4が形成
される。その後、アンモニア水、過酸化水素水等で選択
エッチングを行って、拡散層部、つまりソース/ドレイ
ン領域82上に、抵抗の低い金属シリサイド層4を形成
させ、図3(g)の構造を得る。
【0022】上記が本発明の選択的に金属シリサイド層
4を形成する工程に該当するのであるが、本実施例で
は、上記かかるシリサイド形成工程(シリサイド化アニ
ール工程)において、CVDシリコンはチタンとの反応
にすべて消費され、さらに100〜500Å程度半導体
領域をなす基板シリコンともチタンを反応させるように
設計した。
【0023】このように本実施例では本発明を適用し
て、コンタクト領域12にシリコン層2を形成するよう
にしたわけであるが、仮に、例えばXj(ドーズ深さ)
が1500Åである拡散層上に、上記シリコン層2を形
成することなく、直接金属シリサイド層4を形成したと
すれば、堆積する金属層3であるチタン層を、500Å
以下と膜厚限定する必要があり、さらにそのために、シ
ート抵抗も3〜5Ω/□となって、低抵抗化に限度があ
る。しかし本実施例では、露出した半導体領域1である
シリコンの領域に、シリコン層2(ここではCVDシリ
コン)を1500Å程度堆積して形成したので、形成可
能なチタン層の膜厚も例えば800Å程度まで厚く形成
することが可能となった。その結果得られるシート抵抗
も、1Ω前後ないしはそれ以下と、低抵抗のものが得ら
れ。
【0024】本実施例では、さらに、図3(g)の状態
から、金属シリサイド層4上に電極を形成した。
【0025】本実施例おいては、上記のごとく、金属
シリサイド形成時にCVD選択Siによりシリコン層2
を形成し、これにより半導体材料の金属との反応分を補
うことにより、素子のペネトレーション防止及び拡散層
の低抵抗化を可能としたものであって、ストイキメトリ
ー(化学量論)に応じた半導体(シリコン)消費分をあ
る程度上記選択Si等により補うことによって、従来技
術の問題点であったドーパトのすいこみ、及び金属
(チタン等)のつき抜けを防止したものであり、同時に
低抵抗化を実現したものである。
【0026】即ち、金属がチタンであるので、例えば堆
積により形成されたチタンの全膜厚の2.2倍のシリコ
ンが消費されることがわかっているが、本実施例ではそ
のうちの1.5倍量程度のみCVDSiで補い、残り
0.7倍分を半導体領域であるシリコン基板と反応させ
ることにより、下地との密着性も得られるようにしたも
である。
【0027】
【発明の効果】上述のごとく本発明に係る半導体装置の
製造方法によれば、金属シリサイド層を形成してもドー
パントの吸い込み、及び金属のつき抜けを防止でき、し
たがってジャンクションの破壊を防ぐことができ、かつ
低抵抗化をも達成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を工程順に断面図で示すも
のである(1)。
【図2】 本発明の一実施例を工程順に断面図で示すも
のである(2)。
【図3】 本発明の一実施例を工程順に断面図で示すも
のである(3)。
【符号の説明】
1・・・半導体領域、12・・・コンタクト領域、2・
・・シリコン層(CVDSi)、3・・・金属層(チタ
ン層)、4・・・金属シリサイド層(TiSi2 層)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/872

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコンからなる半導体領域上のコンタク
    ト領域の上表面が半導体露出領域になっている該半導体
    領域に対して、 少なくとも該コンタクト領域上にドープされていないシ
    リコン層を形成する工程と、 該シリコン層上にチタン層を形成するとともに、該チタ
    ン層の厚さは、該シリコン層の全厚みの半導体が該チタ
    ン層を構成するチタンと反応し、さらに該チタン層の残
    余のチタンが、このシリコン層が形成されているコンタ
    クト領域における上記半導体領域の半導体の一部と反応
    する量のチタンを与える厚さであるものとし、かつ、チ
    タンがシリコンと反応するに際し、チタンの全膜厚の
    2.2倍のシリコンが消費される該2.2倍量のうち、
    1.5倍量分が上記シリコン層から与えられ、残り0.
    7倍量分が上記半導体領域の半導体から与えらるものと
    することにより、該シリコン層とこのシリコン層が形成
    されているコンタクト領域における上記半導体領域の半
    導体の一部と該チタンとを反応させ、上記シリコン層表
    面のコンタクト領域に対応する部分のみに選択的にチタ
    シリサイド層を形成する工程と、 該チタンシリサイド層上に電極を形成する工程とを具備
    する半導体装置の製造方法。
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