JP3421891B2 - 高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents
高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JP3421891B2 JP3421891B2 JP13840795A JP13840795A JP3421891B2 JP 3421891 B2 JP3421891 B2 JP 3421891B2 JP 13840795 A JP13840795 A JP 13840795A JP 13840795 A JP13840795 A JP 13840795A JP 3421891 B2 JP3421891 B2 JP 3421891B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractory metal
- amorphous
- substrate
- film
- heat treatment
- 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
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
る工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に非晶
質薄膜の形成工程を有する半導体装置の製造方法に関す
るものである。本発明は、例えば、微細な素子構造をも
つ半導体集積回路装置等、各種の半導体装置の製造の際
に用いることができる。
体装置の分野では、集積度向上等のための素子の微細化
がますます進行している。
スタの拡散層はますますシャロー化している。MOS型
半導体装置では、ゲート配線幅が縮小化し、このため拡
散層の深さを浅くしないと、ショートチャンネル効果が
増大し、ソース/ドレイン耐圧が劣化する。例えば、ゲ
ート配線幅0.25μmに対し、拡散層の深さは、0.
08μm以下程度が必要になる。
インのシート抵抗は増大する。その結果、素子の応答速
度が劣化するという問題が発生する。ゲート遅延時間を
τpdとすると、 動作集波数f〜1/τpd の関係にあることより、動作集波数の向上が望めなくな
る。これは、特にマイクロプロセッサ、その内でも特
に、高速動作を要求されるMPU等には不利になる。そ
こで、その対策として、ソース/ドレイン上にのみに選
択的に低抵抗のTiSi2 を形成するサリサイド(SA
LICIDE)技術が注目されている。
OSLSIプロセス例を以下に示す(図11〜図1
3)。
(ここではSi基板)上に素子分離領域12(LOCO
S−SiO2 )及びゲート領域を形成する。ゲート領域
は、ゲート材15(ポリSi、ポリサイド等)、ゲート
絶縁膜17(SiO2 等)、SiO2 等のサイドウォー
ル16a,16bを備える。即ち、LDD領域14a,
14bの形成用イオン注入を行い、その後ゲートサイド
ウォール16a,16bを形成し、ソース/ドレイン1
3a,13b形成のためのイオン注入を行い、図のMO
Sトランジスタ構造を得る。
13a,13b上の自然酸化膜の完全除去を施す。その
後、全面に例えばTiを50nm程度成膜する。熱処理
(例えば、第1熱処理はN2 雰囲気で600℃、第2熱
処理はN2 雰囲気中で800℃でシリサイド化)を施
し、ソース/ドレイン13a,13bのSiと該成膜し
たTiとを反応させ、低抵抗のTiSi2 を選択的に形
成する。アンモニア−過酸化水素水混合液等に浸すこと
で、絶縁膜12上に残されたTiのみを選択エッチング
する。これにより図12のシリサイド層10a,10b
が形成された構造を得る。
9の形成を行う。更に接続孔19内を、Blk−W(ブ
ランケットタングステン)等で埋め込み(埋め込み材を
符号21′で示す。符号20′は、下地密着層としての
TiN等である)、さらに、その上ヘAl−Si等のA
l系合金を成膜して配線材料層としこれをパターニング
することで配線領域23aを形成させる。これにより図
13の構造を得る。符号22aはバリアメタル層(Ti
N等)である。
と、ソース/ドレインの抵抗が、従来より1桁程度低下
する利点を有する。しかし、素子の微細化に伴い、拡散
層領域も微細化が進行している。この影響で、狭部のソ
ース/ドレイン部にTiSi2等のシリサイドを形成さ
せることで、TiSi2 が凝集し、結果としてシート抵
抗の低減化が望めない問題がある(これについては、日
経マグロウヒル社「NIKKEI MICRODEVI
CES」1994年6月号52頁以降の記事「0.35
μmMOSFETは材料一変まずサリサイドの導入始ま
る」に記載がある)。
るSALICIDE(以下「サリサイド」とする)の薄
膜化が必要になる。しかし、薄膜化するとTiSi2 の
安定形成は困難になる。形成するTiSi2 は凝集し、
一層、狭部でのサリサイドのシート抵抗の低減化は望め
なくなる。上記のような事情であるから、狭部において
も凝縮しにくく、薄いサリサイドの開発が望まれてい
る。
抗の増大もしくはその原因となるシリサイドの凝集は、
以下のような原因によるのではないかと推測されてい
る。即ち、Ti成膜前のSi基板上の自然酸化膜除去が
不充分のため、もしくはTi成膜前の前処理(通常はH
F処理を行う。)後、大気中にさらすため、酸素の吸着
で不均一な自然酸化膜が付着している。この状態でTi
を形成させ、シリサイド化熱処理を加えるために、シリ
サイド化反応が不均一に進行する。その結果として、シ
リサイド形成後の熱処理で不均一なシリサイドが再結晶
化で安定化しようとするために、シリサイドの凝集が発
生しやすくなるという機構ではないかと考えられてい
る。
装置を真空(低圧)にして前処理を行うことで、自然酸
化膜の再付着を防ぐことができる。その方法として、平
行平板を有するArイオンエッチング装置を用いて前処
理を行う方法が提案されている。しかしこのイオンエッ
チング技術では、自然酸化膜の除去を行う程度のスパッ
タを行うには、1kV以上のArイオンの加速が必要に
なる。そのため、高イオンエネルギーでシリコン基板表
面が荒れ、その後のシリサイド化反応時、不均一なシリ
サイド化で、ストレスが大きくなり、部分的にシリサイ
ド膜が剥がれる場合があるという問題を有している。
線が長く張りめぐらされた部分を、平行平板のプラズマ
中にさらすことになるため、薄いゲート酸化膜がプラズ
マダメージの影響で破壊するおそれがあるという問題も
発生している。
定して形成させるためのメカニズムを明らかにし、かつ
それにそったプロセスの開発が強く望まれている。
鑑みてなされたもので、微細化したデバイスについて有
利に適用できる非晶質薄膜を形成できる半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。例えば、薄いTi
膜を安定して形成できる非晶質薄膜形成によって、凝集
のないTiSi2等を形成し、また、これを従来のプロ
セスの延長線上で実現できるようにしてLSI等のコス
トを抑制可能とし、更にトランジスタルールが縮小して
も、薄膜サリサイドを安定して形成でき、よってソース
/ドレイン抵抗の低減化が可能となり、応答速度が向上
する半導体装置で、かつ高集積度、高集波数、低電圧、
低消費電力のものを安定して作ることができる半導体装
置を製造できる方法を提供することを目的とする。
造方法は、高融点金属を成膜する工程を有する半導体装
置の製造方法において、高融点金属をシリコン基板上に
直接成膜するとともに、該高融点金属の成膜前に被成膜
基板にプラズマ処理を行って基板の自然酸化膜を除去
し、高融点金属の薄膜を形成することにより非晶質高融
点金属を得、その後該非晶質高融点金属が下地シリコン
基板と反応し、下地基板酸化物とは反応しない第一の熱
処理を行い、未反応の非晶質高融点金属を除去し、再度
下地シリコン基板と前記非晶質高融点金属とが反応する
前記第一の熱処理より高温の第二の熱処理を行い、これ
により前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界面に
おいて両者を反応させる工程を備えることを特徴とす
る。この構成をとることによって、上記目的が達成され
る。
高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方
法において、高融点金属をシリコン基板上に直接成膜す
るとともに、該高融点金属の成膜前に被成膜基板にプラ
ズマ処理を行って基板の自然酸化膜を除去し、高融点金
属の薄膜を形成することにより非晶質高融点金属を得る
とともに該成膜と同時に該非晶質高融点金属が下地シリ
コン基板と反応し、下地基板酸化物とは反応しない第一
の熱処理を行って該非晶質高融点金属と下地シリコン基
板との反応を進行させ、未反応の非晶質高融点金属を除
去し、再度下地シリコン基板と前記非晶質高融点金属と
が反応する前記第一の熱処理より高温の第二の熱処理を
行い、これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板
との界面において両者を反応させる工程を備えることを
特徴とする。この構成をとることによって、上記目的が
達成される。
高融点金属をシリコン基板上に成膜する工程を有する半
導体装置の製造方法において、最終的に金属化合物を形
成させない領域上のみに基板窒化物を形成させ、高融点
金属の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行って基板
の自然酸化膜を除去し、高融点金属の薄膜を形成するこ
とにより非晶質高融点金属を得るとともに該成膜と同時
に該非晶質高融点金属が下地シリコン基板と反応する第
一の熱処理を行って該非晶質高融点金属と下地シリコン
基板との反応を進行させ、更に下地シリコン基板と前記
非晶質高融点金属とが反応する前記第一の熱処理より高
温の第二の熱処理を行い、その後未反応の非晶質高融点
金属を除去し、これにより前記非晶質高融点金属とシリ
コン基板との界面において両者を反応させる工程を備え
ることを特徴とする。この構成をとることによって、上
記目的が達成される。本発明の半導体装置の製造方法
は、また、高融点金属をシリコン基板上に成膜する工程
を有する半導体装置の製造方法において、該高融点金属
の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行って基板の自
然酸化膜を除去し、次いで高融点金属窒化物を形成し、
その後高融点金属薄膜を形成することにより非晶質高融
点金属を得、更に下地シリコン基板と該非晶質高融点金
属とが反応する熱処理を行い、その後未反応の非晶質高
融点金属を除去し、これにより前記非晶質高融点金属と
シリコン基板との界面において両者を反応させる工程を
備えることを特徴とする。この構成をとることによっ
て、上記目的が達成される。本発明の半導体装置の製造
方法は、また、高融点金属をシリコン基板上に成膜する
工程を有する半導体装置の製造方法において、シリコン
基板上に高融点金属薄膜を形成することにより非晶質高
融点金属を得、次いで該非晶質高融点金属上に高融点金
属窒化物を形成し、次に第1ステップの熱処理と該第1
ステップの熱処理より高温の第2ステップの熱処理を行
って下地シリコン基板と非晶質高融点金属とを反応さ
せ、その後未反応の非晶質高融点金属を除去し、これに
より前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界面にお
いて両者を反応させる工程を備えることを特徴とする。
この構成をとることによって、上記目的が達成される。
しい態様を採ることができる。
を有する構造で、基板上に非結晶チタンを形成する。そ
の後、下地基板と反応し、かつ下地基板酸化物と反応し
ない程度の第一の熱処理を不活性ガス雰囲気で行う。基
板酸化膜上等のチタン膜のみ除去する。その後、再度、
下地基板とチタンが反応する第一の熱処理温度以上の第
二の熱処理を加える。以上の態様の製造方法で、好まし
く実施できる。
を有する構造で、真空ないし低圧下(in−situ)
で遷移金属を形成させる直前に1e11/cm3 以上の
プラズマ密度を有するエッチング装置で自然酸化膜の除
去を行い、基板上に非結晶性チタンを形成する。その
後、下地基板と反応し、かつ下地基板酸化物と反応しな
い程度の第一の熱処理を不活性ガス雰囲気で行う。基板
酸化膜上等のチタン膜のみ除去する。その後、再度、下
地基板とチタンが反応する第一の熱処理温度以上の第二
の熱処理を加える。以上の態様の製造方法で、好ましく
実施できる。
を有する構造において、最終的に金属化合物を形成させ
ない領域上のみに基板窒化物を形成させる。次に、真空
(低圧)で遷移金属を形成させる直前に1e11/cm
3 以上のプラズマ密度を有するエッチング装置で自然酸
化膜の除去を行う。基板上に非結晶性チタンを形成す
る。下地基板と反応し、かつ下地基板窒化物と反応しな
い程度の熱処理を不活性ガス雰囲気中で行う。以上の態
様の製造方法で、好ましく実施できる。
を有する構造で、真空ないし低圧下(in−situ)
で遷移金属を形成させる直前に1e11/cm3 以上の
プラズマ密度を有するエッチング装置で自然酸化膜の除
去を行う。基板上にチタン窒化物を堆積し、非結晶性チ
タンを形成する。下地基板と反応する程度の熱処理を不
活性ガス雰囲気中で行う。以上の態様の製造方法で、好
ましく実施できる。
を素子分離領域とし、配線領域をゲート配線とした構造
に適した態様の製造方法で、実施できる。
を、ICPソフトエッチング装置とした態様の製造方法
で、実施できる。
を、TCPソフトエッチング装置とした態様の製造方法
で、実施できる。
を、ヘリコン波を用いたソフトエッチング装置とした態
様の製造方法で、実施できる。
を、ECRソフトエッチング装置とした態様の製造方法
で、実施できる。
metal)や近似貴金属(near noble
metal)、例えば、Ti、Co、Ni、W、Mo、
Zr、Hf、Pt、Pd等を挙げることができる。
得ることができ、これにより、性能の良い半導体装置を
得ることができる。
も、薄膜サリサイドを安定して形成できる構成とするこ
とが可能である。これによりソース/ドレイン抵抗の低
減化が可能となり、LSI等の応答速度の向上を図るこ
とができる。
費電力のLSI等を安定して作ることができる。
現でき、LSI等の半導体作製コストは抑制できる。
るので、プロセスマージンが広がる。かつ、微細化した
狭いところも、安定してシリサイドを形成できる。
度、低Vdcの装置を用いて形成できる。このようにす
ると、イオンの加速エネルギーは小さくなり、Si基板
に及ぼすイオン衝撃は小さいために、Si結晶欠陥を生
じさせにくい。かつ高密度プラズマなので、エッチング
レートは大きい。また、生成するプラズマもウェハーに
対して均一に形成しているので、均一で所望の良好な加
工が達成できる。
理を真空中で行うと、エッチング表面は、Ti成膜前
も、クリーンな状態を保つことができる。
つ凝集のないTiSi2 等のシリサイドを形成すること
ができる。
お、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
れを利用してシリサイドを形成し、半導体装置を得る場
合に具体化したものである。即ち、この実施例において
は、狭部においても凝縮が発生しにくく、かつ、薄いT
iSi2 を良好に安定に形成できる製造方法、及びそれ
を用いた電子回路素子の構造の製造方法を示す。
基づく。即ち、TiSi2 の凝集発生メカニズムとし
て、TiSi2 形成に伴う結晶変化が挙げられる。Ti
Si2は一般に、C49結晶構造、及びC54結晶構造
の2種類が存在する。このうち、C54結晶構造が、低
抵抗で安定したシリサイドと考えられている。本発明者
の知見によれば、C54結晶構造のシリサイドを形成し
ている状態で、例えば、900℃の熱処理を加えること
で、C54微細結晶が、該900℃の温度で粒界拡散を
伴い、再結晶化が促進する。結果としてC49結晶に相
変化する。この影響で、C49の再結晶時に、結晶の収
縮が起こり凝集する。
面に不均一な酸化膜が存在していると、上記の粒界拡散
はより助長される。これらの凝集メカニズムは、形成す
るシリサイドの膜厚が厚い場合で発生するメカニズムと
考えられる。
凝集メカニズムの他に、薄膜効果で安定したシリサイド
を形成できにくいことが、本発明者によるTEM分析よ
り判明した。
の、シリサイド形成前のTiの結晶状態を示すTEM結
果を図面化したものを示す。
膜厚が20nmの場合である。図2から理解されるよう
に、Ti膜厚が20nm以上だと、安定したTiの結晶
の存在が確認できる。図2中、符号Bで結晶Tiを示
す。一方、図1は本発明適用の場合であって、Tiの膜
厚が10nmの場合である。Ti膜厚が10nmにおい
ては、Ti結晶は形成せず、図示の如く細かなアモルフ
ァス状態であることがわかる。図1中、かかるアモルフ
ァスTiを符号Aで示す。これらの状態でそれぞれに対
して、サリサイドプロセスを適用すると、N2 中2ステ
ップアニールであると、図2の如き通常の厚膜(20n
m以上のTi膜厚)では、Tiは、Siとの界面部でT
iSi2 化反応が進行すると同時に、窒素の反応は極く
表面層で反応し、同時にチェンバー内の残留酸素、もし
くはTi最表面層に吸着している酸素等とも反応する。
最終的には、安定したTiSi2 を形成する。一方、図
1に示すようなアモルファス状態を有するTiにおい
て、同じプロセスを適用すると、この場合はTiは非常
に活性で、反応しやすい状態である。TiはSi界面部
でSiとの反応も生ずるが、それ以上に雰囲気である窒
素、もしくは残留酸素と甚だしく反応を生じる。結果と
して、10nmの殆どが窒化、もしくは酸化反応となる
(Ti/Si界面部には自然酸化膜が存在しているの
で、薄いTiと自然酸化膜の反応が終了してから、下地
Siとの反応が始まる。その間に表面からは、雰囲気と
の反応が進行する結果となることも、その一要因と考え
られる)。
TiSi2 化反応を可能とする製造方法を示す。この方
法は、上記非安定TiSi2 形成のメカニズムの解決策
として開発したものであるとともに、非晶質の問題点を
逆に利用して、安定な半導体デバイスを得るようにした
ものある。
の除去を行う製造方法としても特長をもたせた。
dcのイオンエネルギーのエッチング装置を用いて、T
i成膜の前処理を真空ないし低圧(in−situ)で
行う方法をとる。低Vcdであるので、基板に及ぼすダ
メージは小さい。よって、その後のTiSi2 の剥がれ
は発生しない。また、均一なプラズマを発生させている
ので、従来のエッチャー特有のプラズマの不均一性から
生ずる、薄い酸化膜の破壊は生じない。
空中でICPもしくはTCPソフトエッチングを行い、
不均一な自然酸化膜の除去を行う。さらにここでは、上
記説明した如き薄く、かつ非常に活性なTiを雰囲気窒
素と反応させない方法として、Ar等の不活性ガスを用
いる。但し、従来の第1熱処理温度でAr中で熱処理を
施すと、SiO2 上へシリサイドが這い上がる。本実施
例では這い上がりが生じず、TiとSiが反応するよう
な低温度である500℃程度の温度を設定する。即ち、
非晶質Tiの非結晶性に伴い、これは結晶性Tiより非
常に活性なので、通常の600℃より低い温度でTiS
i2 を安定形成できる。これによれば、従来より低温で
反応を進行できるため、Arの影響をなくし、よってシ
リサイドの這い上がりの問題などを解決でき、かつSi
とのみの反応を主に進行させることができる。
ドを形成する技術的ポイントは、本発明を通用して、主
に膜厚に依存する結晶質制御の性質を利用して非晶質T
iを得、この非晶質Tiの特性を利用するプロセスにあ
る。非晶質Tiは、結晶性Tiより反応性が強いため、
従来の結晶性Tiの場合は、600℃の温度を加えない
とTiとSiの反応を示さなかった。非晶質Tiは上記
のとおり、500℃程度の温度でシリサイドを形成させ
ることが可能である。よって、よりゆるやかな反応でシ
リサイド化できるため、這い上がりが抑制されるものと
考えられる。
処理は、N2 中と違いTi表面部が窒化しないため、S
iとの反応が進行し過ぎ、酸化膜上のTiまでSiの拡
散反応が生じるが、本実施例では反応を緩やかにして、
Siの拡散を抑制する。
るには、温度を下げる方法がある。しかし、従来の結晶
性Tiは600℃以下に下げると安定したシリサイドの
形成は困難である。しかし本実施例で用いる非結晶Ti
は、より活性であるため、600℃以下の温度でも安定
した膜厚のシリサイドを形成できる。本実施例の構成
は、かかる利点を活用した方法である。
点金属(ここではTi)を成膜する際、該高融点金属
(Ti)の成膜膜厚を薄くすることによって該薄膜を非
晶質化する。この非晶質薄膜の性質を利用するのであ
る。
点金属はチタンであり、成膜膜厚を20nm未満にする
ことにより、非晶質チタン薄膜を得る。
i)を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法であ
って、該高融点金属(Ti)の成膜の際膜厚を薄くする
(20nm未満にする)ことによって、該薄膜を非晶質
化する工程を備える。
体基板1(ここではSi基板)上に直接成膜するととも
に、該高融点金属(Ti)と半導体基板1(Si)との
界面において両者を反応させる(シリサイド化を進行さ
せる)工程を備える。
は下記の工程によって、半導体装置を得る。 (a)MOSFET構造の形成 従来技術で説明したのと同様、素子分離領域12及びゲ
ート領域(ゲート材15、ゲート絶縁膜17)、更にサ
イドウォール16a,16b形成後ソース/ドレイン1
3a,13b形成用のイオン注入を行い、LDD構造1
4a,14bを有するMOSトランジスタを形成する。
これにより図3の構造とする。図3のSi基板1上に
は、自然酸化膜が不可避的に生成している。
成膜とTiシリサイドの形成 自然酸化膜の除去をICPソフトエッチングを用いて行
う。但し、Ar導入前は、1×10- 9 〜10- 6 Pa
の高真空、特にここでは1×10- 7 Paの高真空とし
た。次に、下記のようにArを導入した。 条件 ガス Ar=10sccm 圧力 0.06Pa Vdc 100V ICPパワー 1000W
これは、同一チェンバーをそのまま用いてもよいが、通
常は別チェンバーを適用するので、本実施例もそのよう
にした。そのときのチェンバーのAr導入前の圧力は、
やはり超高真空(ここでは1×10- 7 Pa)とした。
次いで次のようにArを導入して、下記条件のTi形成
を行った。 Ti形成条件 パワー 1kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa
部分に特徴がある。活性なTi(非晶質Ti)が形成さ
れるので、従来のN2 に代えて、Ar中で熱処理を加
え、Ti(10nm)の窒化を抑制する。また、従来の
600℃の熱処理をAr中で熱処理を施すと、酸化膜上
にTiSiの這い上がりが発生するので、反応を緩やか
にする手段として、熱処理温度の低温化を実施する。こ
こでは這い上がりの生じない500℃の温度とした。成
膜したTi薄膜は活性なTiなので、500℃でも安定
したシリサイドを形成できる。
理(第1の熱処理)を加える。これによりシリサイド
(TiSi2 )を形成する。 条件 ガス Ar=5リットル/min 温度 500℃ 時間 30秒
とで、未反応のTi(素子分離領域12をなす絶縁材上
の未反応Ti)を選択的に除去する。
の熱処理)を行い、安定したTiSi2 を形成させる。
(なお、この第2の熱処理は、場合によっては必ずしも
行わなくてもよい)。 条件 ガス N2 =5リットル/min 温度 800℃ 時間 30秒 以下により、シリサイド層10a,10bが形成された
図4の構造が得られた。
う。 条件 ガス TEOS=50sccm 温度 720℃ 圧力 40Pa 膜厚 600nm
条件でドライエッチングを行って接続孔19を形成す
る。 ドライエッチング条件 ガス C4 F8 =50sccm DFパワー 1200W 圧力 2Pa
埋め込みは、ブランケットWで形成する。まず、W用密
着層として、TiN/Ti20を形成させる。まず次の
条件でTi層を形成する。 Ti形成条件 パワー 8kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa
ットタングステンを得る。 W形成条件 ガス Ar/N2 /H2 /WF6 =2200/300/500/ 75sccm 温度 450℃ 圧力 10640Pa 膜厚 400nm
ラグが形成される。
の条件でバリア層22をなすTiを形成させる。 Ti成膜条件例 パワー 4kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 30nm 圧力 0.47Pa
りAlから成る配線層23を形成する。 Al成膜条件 パワー 22.5kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=50sccm 膜厚 0.5μm 圧力 0.47Pa
エッチングで、Al/Ti配線層を形成させる。 条件 ガス BCl3 /Cl2 =60/90sccm マイクロ波パワー1000W RFパワー 50W 圧力 0.016Pa 以上により、図6に示す配線構造を有する半導体装置を
安定して形成できた。
度上昇させた状態で、Tiを10nm程度薄く形成し、
Ti成膜と同時に、下地シリコンとの反応を生じさせ
る。即ち本実施例では、実施例1の(b)の工程におけ
る条件のみ変更して、活性なTi(非晶質Ti)の成膜
と同時にシリサイド化を行う。
成膜と同時のTiシリサイドの形成自然酸化膜の除去を
ICPソフトエッチングを用いて行う。エッチング条件
は下記のとおりである。 条件 ガス Ar=10sccm 圧力 0.06Pa Vdc 100V ICPパワー 1000W
条件で成膜して、成膜と同時に下地シリコンとの反応を
進行させる。この同時シリサイド化プロセスにより、工
程数を少なくすることができる。 Ti形成条件 パワー 1kW 成膜温度 500℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa
未反応のTiを選択的に除去する。
定したTiSi2 を形成させる。(なおこの800℃の
第2の熱処理は、必ずしも行わなくてもよい場合もあ
る)。 条件 ガス N2 =5リットル/min 温度 800℃ 時間 30秒 以上により、前記説明したのと同様のシリサイド層10
a,10bを有する図6の構造を安定して得た。
反応時にも凝集を発生させない手法として具体化したも
のである。
知見により得られたものである。凝集メカニズムとし
て、第1熱処理で、TiSi2 C49結晶構造を形成す
る。その後C54結晶構造を得るため第2熱処理時、シ
リサイド膜が薄過ぎて、C54結晶転移が生じず、C4
9結晶の成長が支配的に生じ、結果としてC49構造の
ままで凝集が発生することがわかった。これは一旦C4
9結晶構造を形成させることが問題であるので、これに
対していっきにC54結晶構造を形成させることで、C
49構造の凝集を発生させないようにした製造方法を採
用した。技術的ポイントとして、SiO2 上のTiはC
54結晶を作る温度では、Tiと下地SiO2 が反応
し、結果として、未反応Tiの選択エッチングは不可能
となる。そこでここでは、酸化膜上にSiN(シリコン
ナイトライド)を予め形成させ、その後薄いTiを形成
させ、Ar中800℃の熱処理でC54結晶TiSi2
を形成させる。その後、基板をなすSi上のTiを選択
エッチングさせるプロセスを用いる。SiNとTiは、
800℃の熱処理を加えても、全く反応しないことは確
認している。
施した。図7及び図8を参照する。 (a)MOSFET構造及びSiN層の形成 実施例1と同様にして、素子分離領域12、及びゲート
領域15,17を形成する。さらにサイドウォール16
a,16bを形成後ソース/ドレインイオン注入を行
い、LDD構造14a,14b及びソース/ドレイン1
3a,13bを備えたMOSトランジスタを形成する。
iNを形成する。 条件例 ガス SiH4 /NH3 /N2 =180/500/ 720sccm 温度 400℃ 圧力 40Pa 膜厚 30nm
イエッチングで、SiNをパターニングする。これによ
りソース/ドレイン13a,13b以外がSiN層11
a,11bでおおわれた図7の構造を得る。 条件 ガス CHF3 =50sccm RFパワー 300W 圧力 2Pa
ッチングを用いて行う。条件は下記のとおりとした。 条件 ガス Ar=10sccm 圧力 0.06Pa Vdc 100V ICPパワー 1000W
せる。 Ti形成条件 パワー 1kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa
る基板温度を500℃程度の温度上昇をさせた状態で、
Tiを10nm程度薄く形成する。これにより、Ti成
膜と同時に、下地との反応を生じさせる。このとき、S
iN層11a,11bは、シリサイドの這い上がりを更
に確実に防止する役割も果たす。
理で、安定したTiSi2 を形成させる。この実施例で
は、TiN層11a,11bを形成してあるので、アン
モニア−過酸化水素水処理を要さずに、すぐ800℃の
高熱処理に入ることができる。 条件 ガス Ar=5リットル/min 温度 800℃ 時間 30秒
ことで、SiN層11a,11b上の未反応のTiを選
択的に除去する。以上により、図8のようにシリサイド
層10a,10bが形成された構造を得た。
スを経て、配線構造を形成したMOSデバイスが得られ
る。本実施例では、SiN層11a,11bを用いたこ
とにより、C54結晶TiSi2 を形成するとともに、
Si上のTiの選択的なエッチング除去を可能とした。
i成膜前に全面に5〜10nm程度のTiN膜を形成さ
せる。このTiN膜を通して、800℃の温度でC54
結晶のTiSi2 を形成させる。SiO2 上のTiは、
TiNの影響でSiO2 の反応は防御できる。
のみとする。ここでは下記工程(b)を行った。図9及
び図10を参照する。
シリサイド層の形成 自然酸化膜の除去を、下記条件でICPソフトエッチン
グを用いて行う。 条件 ガス Ar=10sccm 圧力 0.06Pa Vdc 100V ICP 1000W 上記条件で自然酸化膜の除去を行う。
膜11を形成する。但しここでは、比較的粗な膜質にな
る成膜法である、ナイトライドモード(Arに対して、
N2の流量を多く流す)で成膜する。具体的条件は下記
のとおりである。 条件 ガス Ar/N2 =40/80sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 5nm
る。 Ti形成条件 パワー 1kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa 以上により図9の構造を得る。
TiSi2 を形成させる。アンモニア−過酸化水素水に
浸すことで、未反応のTi及び、TiNを選択的に除去
する。これにより、シリサイド層10a,10bを備え
た図10のMOSデバイス構造を得た。
して、配線構造を形成したMOSデバイスを得た。本実
施例では、予め粗なTiN層11を形成することで、安
定したシリサイドを得た。
を形成したのに対し、この層側を逆にして、TiN層1
1をTi層11′の上に形成した。
する。その直後、TiNを全面に形成させる。 Ti形成条件 パワー 1kW 成膜温度 150℃ ガス Ar=100sccm 膜厚 10nm 圧力 0.47Pa
成する。 条件 ガス Ar/N2 =40/80sccm 圧力 0.47Pa 膜厚 5nm
は、第1ステップとしてN2 中で600℃の熱処理(5
00℃でもよい)、第2ステップとして、N2 中で80
0℃の熱処理を行った。なお本実施例はこのようにN2
を用いるのでよく、必ずしもAr中で処理しなくてもよ
いのであるが、Ar中で熱処理しても勿論良く、この場
合は500〜800℃の熱処理を行ってもよい。
のではなく、その目的が達成できるなら当然のことなが
ら他の方法を用いても構わない。例えば、成膜法は、ス
パッタ以外のCVDを用いた場合でも適用できる。ま
た、プロセス例も、MOSデバイス以外の他のデバイス
(バイポーラトランジスタ、CCD等)にも適用でき
る。また、Ti以外の遷移金属シリサイド例えば、C
o、Ni、W、Mo、Pt、Zr、Hf等のシリサイド
に適用できる。
る(1)。
る(2)。
る(3)。
る(4)。
る(1)。
る(2)。
る(1)。
ある(2)。
る(1)。
る(2)。
る(3)。
Claims (7)
- 【請求項1】高融点金属を成膜する工程を有する半導体
装置の製造方法において、 高融点金属をシリコン基板上に直接成膜するとともに、 該高融点金属の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行
って基板の自然酸化膜を除去し、 高融点金属の薄膜を形成することにより非晶質高融点金
属を得、 その後該非晶質高融点金属が下地シリコン基板と反応
し、下地基板酸化物とは反応しない第一の熱処理を行
い、 未反応の非晶質高融点金属を除去し、 再度下地シリコン基板と前記非晶質高融点金属とが反応
する前記第一の熱処理より高温の第二の熱処理を行い、 これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界
面において両者を反応させる工程を備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】高融点金属を成膜する工程を有する半導体
装置の製造方法において、 高融点金属をシリコン基板上に直接成膜するとともに、 該高融点金属の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行
って基板の自然酸化膜を除去し、 高融点金属の薄膜を形成することにより非晶質高融点金
属を得るとともに該成膜と同時に該非晶質高融点金属が
下地シリコン基板と反応し、下地基板酸化物とは反応し
ない第一の熱処理を行って該非晶質高融点金属と下地シ
リコン基板との反応を進行させ、 未反応の非晶質高融点金属を除去し、 再度下地シリコン基板と前記非晶質高融点金属とが反応
する前記第一の熱処理より高温の第二の熱処理を行い、 これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界
面において両者を反応させる工程を備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】高融点金属をシリコン基板上に成膜する工
程を有する半導体装置の製造方法において、 最終的に金属化合物を形成させない領域上のみに基板窒
化物を形成させ、 高融点金属の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行っ
て基板の自然酸化膜を除去し、 高融点金属の薄膜を形成することにより非晶質高融点金
属を得るとともに該成膜と同時に該非晶質高融点金属が
下地シリコン基板と反応する第一の熱処理を行って該非
晶質高融点金属と下地シリコン基板との反応を進行さ
せ、 更に下地シリコン基板と前記非晶質高融点金属とが反応
する前記第一の熱処理より高温の第二の熱処理を行い、 その後未反応の非晶質高融点金属を除去し、 これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界
面において両者を反応させる工程を備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】高融点金属をシリコン基板上に成膜する工
程を有する半導体装置の製造方法において、 該高融点金属の成膜前に被成膜基板にプラズマ処理を行
って基板の自然酸化膜を除去し、 次いで高融点金属窒化物を形成し、 その後高融点金属薄膜を形成することにより非晶質高融
点金属を得、 更に下地シリコン基板と該非晶質高融点金属とが反応す
る熱処理を行い、 その後未反応の非晶質高融点金属を除去し、 これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界
面において両者を反応させる工程を備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】高融点金属をシリコン基板上に成膜する工
程を有する半導体装置の製造方法において、シリコン 基板上に高融点金属薄膜を形成することにより
非晶質高融点金属を得、 次いで該非晶質高融点金属上に高融点金属窒化物を形成
し、 次に第1ステップの熱処理と該第1ステップの熱処理よ
り高温の第2ステップの熱処理を行って下地シリコン基
板と非晶質高融点金属とを反応させ、 その後未反応の非晶質高融点金属を除去し、 これにより前記非晶質高融点金属とシリコン基板との界
面において両者を反応させる工程を備えることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】高融点金属がチタンであり、成膜膜厚を2
0nm未満に成膜することにより非晶質チタンを得るこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項7】素子分離領域及びゲート領域、更にサイド
ウォール形成後、ソース/ドレイン形成用のイオン注入
を行い、LDD構造を有するMOSトランジスタを得る
場合であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13840795A JP3421891B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13840795A JP3421891B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08316146A JPH08316146A (ja) | 1996-11-29 |
JP3421891B2 true JP3421891B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=15221243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13840795A Expired - Fee Related JP3421891B2 (ja) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | 高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3421891B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100343653B1 (ko) * | 2000-09-22 | 2002-07-11 | 윤종용 | 금속 실리사이드층을 갖는 반도체 장치 및 그 제조방법 |
-
1995
- 1995-05-12 JP JP13840795A patent/JP3421891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08316146A (ja) | 1996-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4142753B2 (ja) | スパッタターゲット、スパッタ装置、半導体装置およびその製造方法 | |
US6022805A (en) | Method of fabricating semiconductor device with a multi-layered interconnection structure having a low contact resistance | |
JP3329128B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH11233451A (ja) | 安定した低抵抗のポリ・メタル・ゲート電極を製造するためのcvdに基くプロセス | |
US6127267A (en) | Fabrication method of semiconductor device equipped with silicide layer | |
JP3469595B2 (ja) | 半導体装置におけるシリサイドプラグの形成方法 | |
JP3009979B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP3393465B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH0766406A (ja) | サリサイド型mosfet及びその製造方法 | |
US20070202695A1 (en) | Method for fabricating a semiconductor device | |
US6297148B1 (en) | Method of forming a silicon bottom anti-reflective coating with reduced junction leakage during salicidation | |
JP3421891B2 (ja) | 高融点金属を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法 | |
JPH05335330A (ja) | 接続孔埋め込み形成方法 | |
US6387767B1 (en) | Nitrogen-rich silicon nitride sidewall spacer deposition | |
US6800553B2 (en) | Method for manufacturing a silicide layer of semiconductor device | |
US6773978B1 (en) | Methods for improved metal gate fabrication | |
JPH10270381A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
KR20020018052A (ko) | 실리사이드층 형성 방법 | |
US6372673B1 (en) | Silicon-starved nitride spacer deposition | |
JP2682410B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
KR19980024663A (ko) | 규화물 영역 형성 방법 | |
JP3608515B2 (ja) | 半導体装置における配線構造及びmos型トランジスタ | |
JPH0950973A (ja) | シリサイド層の形成方法 | |
JPH07273066A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP3593804B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080425 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090425 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090425 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100425 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100425 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140425 Year of fee payment: 11 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |