JP3093600B2 - 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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JP3093600B2 JP07049293A JP4929395A JP3093600B2 JP 3093600 B2 JP3093600 B2 JP 3093600B2 JP 07049293 A JP07049293 A JP 07049293A JP 4929395 A JP4929395 A JP 4929395A JP 3093600 B2 JP3093600 B2 JP 3093600B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコンで構成さ
れる配線層にシリサイド層を形成して動作の高速化を図
った半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から半導体装置の配線層として多結
晶シリコンを用いたものが提案され、かつその配線抵抗
を低減して動作速度を高めるために配線層にシリサイド
層を形成したものが提案されている。例えば、図3はそ
の一例を製造工程順に示す図である。先ず、図3(a)
に示すように、シリコン基板21を酸化して素子分離酸
化膜22とゲート酸化膜23を形成し、その上にCVD
法により100nm〜200nm程度の多結晶シリコン
膜24を堆積し、さらにスパッタ法により100nm〜
300nm程度のWSi膜(タングステンシリサイド
膜)25を形成する。
【0003】次いで、フォトリソグラフィ法ににより、
これらのWSi膜25と多結晶シリコン膜24をパター
ニングし、図3(b)に示すようにゲート電極26を形
成する。その後、ゲート電極26をマスクとして不純物
のイオン注入を行って低濃度の浅いソース・ドレイン拡
散層29を形成する。この後、不純物活性化を含めLD
D構造を形成するために約800℃の高温減圧CVD法
により鎖線で示すようにSiO2 膜27を約200nm
程度堆積し、これを反応性イオンエッチングによってエ
ッチングして図3(c)に示すようにゲート電極26の
側面にSiO2膜27を残して側壁を形成する。
【0004】この側壁27を形成することにより、WS
i膜25の上面が露出されるため、その後のイオン注入
の際のマスクとして、全面に約800℃の高温減圧CV
D膜28を20nm程度成長する。しかしながら、この
WSi膜25の熱処理工程で大気の酸素の巻き込みがあ
ると、WSi膜25が深く酸化され、図3(d)に示す
ようにWSi膜25の上面に異常酸化膜28Aが形成さ
れる。この異常酸化膜28AはSiO2 とWO3 からな
るものと考えられ体積膨張は約2.7倍に達し、この異
常酸化膜28Aによってゲート電極26の抵抗は大幅に
増大し、またしばしば膜が剥がれるといった問題が生じ
る。
【0005】この異常酸化膜が形成される原因について
検討すると、このWSi膜25の異常酸化は図3(b)
後の酸化膜27の形成工程では生じていないことから、
WSiが結晶化されていることが前提となっている。こ
の異常酸化に対して特開平4−266031号公報に記
載されている説明では、この現象はWSix 膜がアモル
ファス状態では酸素混入雰囲気に晒したときにWSix
中のSiが主として酸化されて酸化膜(SiO2 )が形
成され、これが表面を覆ってその後の酸化が抑えられ
る。これに対して、WSix 膜が結晶化されてWSi2
結晶粒が表面を覆っていると酸素混入雰囲気に晒したと
き酸化によるSiの消費に対してSiの供給が不十分と
なりWが直接酸化される事態になるものと思われる。
【0006】このため、前記公報では、1度目の熱処理
により、金属シリサイドが結晶化した後に、酸素混入の
熱処理に先立って露出している金属シリサイド膜表面を
再度シリコン膜で覆い、その後に酸化熱処理してシリコ
ン膜を酸化膜に変換することで金属シリサイド膜の異常
酸化を防止するようにしている。
【0007】また、他の対策として、特開平2−740
31号公報では、シリサイドが結晶化した後、露出シリ
サイド表面を500℃以下で処理して酸化膜を被膜を形
成している。このため、低温での処理のため、結晶化さ
れたWSi2 表面が酸化されることがなく、WSiの酸
化が防止される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
公報に記載の対策では、1度目の熱処理によってシリサ
イドが結晶化された後の熱処理前にシリコン膜で表面を
被覆するという、特開平4−266031号公報の対策
では、シリコン膜を形成した後の酸化処理の工程数が余
分にかかり、工程数が増えるという問題がある。
【0009】また、500℃以下でSiO2 堆積すると
いう、特開平2−74031号公報の対策では、膜中不
純物の増加や薄膜の均一性の悪化等の膜品質の低下によ
り特性の不安定を招き、またイオン注入の拡散のための
熱処理工程と異常酸化防止用の膜を堆積する工程が2工
程かかり、工程数が増えるという問題が生じる。
【0010】
【発明の目的】本発明は、製造工程を増やすことなく、
しかも特性の安定化を図る一方で、シリサイド層の異常
酸化を防止することを可能にした半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、L
DD構造の半導体装置の製造に際し、半導体基板上にゲ
ート酸化膜を形成する工程と、ゲート酸化膜上に多結晶
シリコン膜を堆積する工程と、多結晶シリコン膜上に高
融点金属シリサイド層を形成する工程と、高融点金属シ
リサイド層及び多結晶シリコン膜をパターニングしゲー
ト電極を形成する工程と、ゲート電極をマスクとして不
純物のイオン注入を行って低濃度の浅いソース・ドレイ
ン拡散層を形成する工程と、半導体基板及びゲート電極
を覆うシリコン酸化膜を堆積する工程と、シリコン酸化
膜をエッチングしてゲート電極側面に残し側壁とする
程と、高融点金属シリサイド層の表面に酸化処理により
薄い酸化膜を形成する工程と、薄い酸化膜の形成後に高
温減圧CVD法により酸化膜成長を行う工程とを含む半
導体装置の製造方法であって、半導体基板を熱処理炉に
入れる際に、炉内への大気中の酸素の混入を防止し、そ
の後500℃より高い高温で緩やかな酸化処理を行って
薄い酸化膜を形成することを特徴とする。
【0012】例えば、半導体基板を熱処理炉に入れる際
に、炉内に窒素を充満させておき、炉内への大気中の
素の混入を防止する。また、シリサイド層が高融点金属
シリサイド層であり、その表面に熱処理によりシリコン
酸化膜を形成する場合には500℃以上の高温処理中
で緩やかな酸化を行うことが好ましい。
【0013】
【作用】シリサイド層上に酸化膜を成長すべく、半導体
基板を炉内に入れる際に炉内への大気中の酸素の混入を
防ぐことで、シリサイド層が急激に酸化されることが防
止でき、シリサイド層における異常酸化が防止される。
また、その後に高温で酸化膜を形成することで、高品質
の酸化膜の形成が可能となる。
【0014】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明をMOS型半導体装置に適用した一実
施例を製造工程順に示す断面図である。先ず、図1
(a)に示すように、シリコン基板11の表面に酸化処
理を施し、SiO2 膜(シリコン酸化膜)からなる素子
分離酸化膜12とゲート酸化膜13を形成する。そし
て、その上にCVD法によって100nm〜200nm
程度の厚さの多結晶シリコン膜14を堆積し、続いてス
パッタ法によって100nm〜300nm程度のWSi
膜(タングステンシリサイド膜)15を形成する。
【0015】次いで、図1(b)のように、フォトレジ
ストを用いたフォトリソグラフィ法により、これらのW
Si膜15と多結晶シリコン膜14をパターニングし、
ゲート電極16及び図外の配線を形成する。その後、ゲ
ート電極をマスクとして不純物のイオン注入を行って低
濃度の浅いソース・ドレイン拡散層19を形成する。
【0016】その後、図1(c)に鎖線で示すように、
不純物活性化を含め、LDD構造を形成するために約8
00℃の高温減圧CVD法によりSiO2 膜(シリコン
酸化膜)17を約200nm程度堆積し、続いてこれを
反応性イオンエッチングによってエッチングすることで
ゲート電極側面にSiO2 膜17を残し、側壁とする。
このエッチングによりWSi膜15の上面は露出され
る。
【0017】しかる後、図1(d)のように、全面に約
800℃の高温減圧CVD法によりSiO2 膜18を2
0nm程度成長する。このSiO2 膜18は、後工程で
のLDD構造を形成する際のイオン注入に際して、ゲー
ト電極をマスクするためのものである。このとき、入炉
時に炉内と炉下にN2 を充満させ、大気の酸素混入を遮
断して急激な酸化を防ぐようにする。これにより、高温
熱処理によって形成される良質の薄い酸化膜によってW
Si膜の表面が覆われることになり、この場合、WSi
膜15の異常酸化が生じることなくSiO2 膜18が成
長できる。
【0018】ここで、本発明においては、図2に示すよ
うに、前記したイオン注入のマスク用の高温減圧CVD
酸化膜の入炉時に500℃以下で入炉を行い、炉内を真
空引きし、かつ炉内をN2 で充満状態にした後、約80
0℃に温度を上げCVD膜を成長させると、WSi膜1
5の異常酸化を防止できる。この理由は、500℃以下
で入炉すると、入炉時の急激な酸化を防いで、その後N
2 中での800℃熱処理でWSi膜15上に薄い酸化膜
を形成でき、その後の酸化膜成長を行ってもWSi膜1
5上の薄い酸化膜によりWSi膜15の異常酸化が防止
できる。
【0019】因みに、本発明の製造方法により形成した
酸化膜と、前記した特開平2−74031号公報のよう
に500℃以下で成長した酸化膜とを比較した場合、公
報記載の技術では20nm以下の膜厚均一性(R/2
X)が5〜10%であったのに対し、本発明方法では高
温減圧CVD酸化膜を使用しているために1〜6%程度
と膜厚均一性の向上が図れ、さらにはトランジスタの特
性安定を得ることが可能とされた。
【0020】ここで、前記実施例では本発明のシリサイ
ド層としてWSiの場合を例として説明しているが、M
o(モリブデン)、Ti(チタン)等の金属を用いたシ
リサイド層においても同様に本発明を適用することがで
きる。ただし、この場合は使用する金属の種類によって
前記した温度を多少相違させることが必要となることも
ある。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、LDD構
造の半導体装置の高融点金属シリサイド層の表面に
理により酸化膜を形成するに際し、半導体基板を熱処理
炉に入れる際に炉内への大気中の酸素混入を防止し、そ
の後500℃より高い温度で緩やかな処理を行うの
で、高融点金属シリサイド層における急激な酸化を防止
して異常酸化を防止でき、かつ一方では高温の酸化によ
り高品質の酸化膜を形成することができる。
【0022】例えば、半導体基板を熱処理炉に入れる際
に、炉内に窒素を充満させておくことで、炉内への大気
中の酸素の混入を防止することができる。また、シリサ
イド層が高融点金属シリサイド層の場合には500℃
以上の高温、例えば800℃の処理中で緩やかな酸化を
行うことで、シリサイド層の異常酸化を防ぎ、高品質の
酸化膜が形成される。
【0023】また、本発明の方法では、特開平4−26
6031号公報の技術に比較して、シリコン膜の形成や
その後の酸化工程が削減でき、製造工程が簡略化でき
る。また、特開平2−74031号公報の技術に比較し
て、高温での酸化膜成長を行うことができ、膜厚均一性
が向上され、高品質化が可能となる。また、不純物の活
性化のための高温熱処理と酸化膜成長を1工程で行うこ
とが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製造工程順に示す断面図で
ある。
【図2】本発明における工程の一部の温度管理の状態を
説明するための図である。
【図3】従来の製造方法の一例を工程順に示す断面図で
ある。
【符号の説明】
11 シリコン基板 14 多結晶シリコン膜 15 WSi膜 16 ゲート電極 17 SiO2 膜 18 SiO2
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/336

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する
    工程と、該ゲート酸化膜上に多結晶シリコン膜を堆積す
    る工程と、該多結晶シリコン膜上に高融点金属シリサイ
    ド層を形成する工程と、該高融点金属シリサイド層及び
    前記多結晶シリコン膜をパターニングしゲート電極を形
    成する工程と、該ゲート電極をマスクとして不純物のイ
    オン注入を行って低濃度の浅いソース・ドレイン拡散層
    を形成する工程と、前記半導体基板及び前記ゲート電極
    を覆うシリコン酸化膜を堆積する工程と、該シリコン酸
    化膜をエッチングして前記ゲート電極側面に残し側壁と
    する工程と、前記高融点金属シリサイド層の表面に酸化
    処理により薄い酸化膜を形成する工程と、前記薄い酸化
    膜の形成後に高温減圧CVD法により酸化膜成長を行う
    工程とを含む半導体装置の製造方法であって、前記半導
    体基板を熱処理炉に入れる際に、炉内への大気中の酸素
    の混入を防止し、その後500℃より高い高温で緩やか
    な酸化処理を行って前記薄い酸化膜を形成することを特
    徴とするLDD構造の半導体装置の製造方法。
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