JPH02230739A - 耐火金属の付着方法 - Google Patents
耐火金属の付着方法Info
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- JPH02230739A JPH02230739A JP1338901A JP33890189A JPH02230739A JP H02230739 A JPH02230739 A JP H02230739A JP 1338901 A JP1338901 A JP 1338901A JP 33890189 A JP33890189 A JP 33890189A JP H02230739 A JPH02230739 A JP H02230739A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ．産業上の利用分野
本発明は、半導体基板上に金属領域を形成するための付
着技術に関し、特に、耐火金属窒化物または珪化物障壁
層上の耐火金属の付着及びそれによって形成された半導
体デバイスに関する。
着技術に関し、特に、耐火金属窒化物または珪化物障壁
層上の耐火金属の付着及びそれによって形成された半導
体デバイスに関する。
Ｂ．従来技衛
集積回路の小型化が進むにつれて、ソース・ドレイン・
ゲート及び接点金属における抵抗を低減する必要性が増
加している。近年、この目的を達成するために、金属珪
化物の使用に多くの努力が注がれている。しかし、デバ
イスの寸法が、垂直方向と水平方向の両方について小さ
くなってくるにつれて、珪化物は魅力を失ってきた。す
なわち、珪化物の本来的な抵抗率は、金属と比較して大
きく、一方、自己整合珪化物の形成には、形成される珪
化物の厚さに比例するシリコンが消費される。
ゲート及び接点金属における抵抗を低減する必要性が増
加している。近年、この目的を達成するために、金属珪
化物の使用に多くの努力が注がれている。しかし、デバ
イスの寸法が、垂直方向と水平方向の両方について小さ
くなってくるにつれて、珪化物は魅力を失ってきた。す
なわち、珪化物の本来的な抵抗率は、金属と比較して大
きく、一方、自己整合珪化物の形成には、形成される珪
化物の厚さに比例するシリコンが消費される。
この消費は、通常、接合の漏洩につながり、許容できな
いものである。米国特許第４７０１３４９号は、窒化チ
タンと珪化チタンの層からなる自己整合相互接続体を付
着するための方法に指向されている。窒化チタンのシー
ト抵抗は、１５オーム／ｃｍ２のオーダーである。
いものである。米国特許第４７０１３４９号は、窒化チ
タンと珪化チタンの層からなる自己整合相互接続体を付
着するための方法に指向されている。窒化チタンのシー
ト抵抗は、１５オーム／ｃｍ２のオーダーである。
また、珪化物の可能的な代替として耐火金属が開発され
ている。耐火金属は、抵抗が低いことと、比較的温度安
定性が高いことから、魅力的である。
ている。耐火金属は、抵抗が低いことと、比較的温度安
定性が高いことから、魅力的である。
さらに、近年の選択的化学気相付着（ＣＶＤ）の開発に
より、タングステン及びモリブデンが、珪化物に置き換
えるべき主要な候補となってきた。
より、タングステン及びモリブデンが、珪化物に置き換
えるべき主要な候補となってきた。
このＣＶＤ技術によれば、基板をＣＶＤ反応器に配置し
、その基板を加熱することにより、タングステン（Ｗ）
が基板領域上に付着される。すなわち、６弗化タングス
テン（ＷＦａ）及びアルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ２
）などの不活性ガスが反応器に供給され、すると６弗化
タングステンが次の反応式に従いシリコンと反応する。
、その基板を加熱することにより、タングステン（Ｗ）
が基板領域上に付着される。すなわち、６弗化タングス
テン（ＷＦａ）及びアルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ２
）などの不活性ガスが反応器に供給され、すると６弗化
タングステンが次の反応式に従いシリコンと反応する。
２ Ｗ Ｆ ｓ ＋ ３ Ｓ ｉ → ２Ｗ＋３Ｓ
ｉＦ４タングステンの付着が停止し、追加の金属を付着
するために、６弗化タングステンとキャリア・ガスに水
素（Ｈ２）が追加される。６弗化タングステンは水素と
反応して、次の化学式に従い、所望の追加のタングステ
ンを付着させる。
ｉＦ４タングステンの付着が停止し、追加の金属を付着
するために、６弗化タングステンとキャリア・ガスに水
素（Ｈ２）が追加される。６弗化タングステンは水素と
反応して、次の化学式に従い、所望の追加のタングステ
ンを付着させる。
Ｗ Ｆ ｓ ＋ ３ Ｈ ２ → Ｗ＋６ＨＦＶＬＳ
Ｉ適用技術のためにタングステンを選択的に付着させる
べく上述の水素還元処理を使用することは、付着処理に
内在する問題によって制限される。その問題とは、反応
中で発生されたＨＦの侵食によって、シリコン領域中に
、予想不可能なタングステンの深い貫通領域（ワーム・
ホーＪいが生じる、ということである。さらに、二酸化
シリコンとシリコンの界面付近に沿って貫通するタング
ステンによって、侵入の問題が生じる。
Ｉ適用技術のためにタングステンを選択的に付着させる
べく上述の水素還元処理を使用することは、付着処理に
内在する問題によって制限される。その問題とは、反応
中で発生されたＨＦの侵食によって、シリコン領域中に
、予想不可能なタングステンの深い貫通領域（ワーム・
ホーＪいが生じる、ということである。さらに、二酸化
シリコンとシリコンの界面付近に沿って貫通するタング
ステンによって、侵入の問題が生じる。
さらにまた、タングステンのシリコンに対する接着性が
乏しいことからも問題が生じる。
乏しいことからも問題が生じる。
ＩＥＤＭ （１９８７ ＩＥＥＥ）において、コタニ
らは、シラン（Ｓ ｉ Ｈ４） 還元を用いたタングス
テンの選択的付着処理を開示する。コタニらは、低温低
圧ＣＶＤ処理を使用するが、これは、タングステン層の
抵抗を約２０ｕオーム・ｃｍまで上昇させる望ましくな
い珪化物のピークの形成をもたらす。
らは、シラン（Ｓ ｉ Ｈ４） 還元を用いたタングス
テンの選択的付着処理を開示する。コタニらは、低温低
圧ＣＶＤ処理を使用するが、これは、タングステン層の
抵抗を約２０ｕオーム・ｃｍまで上昇させる望ましくな
い珪化物のピークの形成をもたらす。
ＩＢＭ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｓｃ． Ｂｕｌｌ．１
９８６年２月において、Ｂｒｏｄｓｋｙらによって、タ
ングステン被膜の接着性を高め、接触抵抗を低下させる
ために、障壁層を使用することが開示されている。これ
によれば、スパッタリング、電子ビーム蒸着葦たは低圧
ＣＶＤによるタングステンの付着の前に、スバ・ンタリ
ングによって窒化チタン層が付着される。
９８６年２月において、Ｂｒｏｄｓｋｙらによって、タ
ングステン被膜の接着性を高め、接触抵抗を低下させる
ために、障壁層を使用することが開示されている。これ
によれば、スパッタリング、電子ビーム蒸着葦たは低圧
ＣＶＤによるタングステンの付着の前に、スバ・ンタリ
ングによって窒化チタン層が付着される。
Ｃ．発明が解決しようとする問題点
この発明の目的は、接着性と抵抗率の低さにおいて優れ
た剛火金属接点の付着方法を提供することにある。
た剛火金属接点の付着方法を提供することにある。
Ｄ．問題点を解決するための手段
この発明は、紹大金属の６弗化物のシラン還元を利用し
て、シリコン基板の露出されたシリコン表面上に耐火金
属層を選択的に付着することに指向されている。この付
着は、シラン／制火金属６弗化物ガスとの流量の比が、
１より小さいような高温ＣＶＤシステムで実行される。
て、シリコン基板の露出されたシリコン表面上に耐火金
属層を選択的に付着することに指向されている。この付
着は、シラン／制火金属６弗化物ガスとの流量の比が、
１より小さいような高温ＣＶＤシステムで実行される。
この高い温度と低い流量比によって、１７μオーム・ａ
ｍよりも抵抗率が小さいような剛大金属層の形成がもた
らされる。この処理は、約３７０℃から５５０℃の範囲
の温度で、ＣＶＤ付着装置中で実施される。
ｍよりも抵抗率が小さいような剛大金属層の形成がもた
らされる。この処理は、約３７０℃から５５０℃の範囲
の温度で、ＣＶＤ付着装置中で実施される。
別の実施例では、耐火金属弗化物のシラン還元処理を利
用して耐火金属の初期的な層が付着された後、シランの
代わりに水素が付着装置に導入され、すると、その水素
は、基板上にさらに選択的に耐火金属を付着させるよう
に、耐火金属弗化物と反応する。この追加的な水素還元
処理もまた、典型的には５００℃以上である高温で実施
される。
用して耐火金属の初期的な層が付着された後、シランの
代わりに水素が付着装置に導入され、すると、その水素
は、基板上にさらに選択的に耐火金属を付着させるよう
に、耐火金属弗化物と反応する。この追加的な水素還元
処理もまた、典型的には５００℃以上である高温で実施
される。
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）金属化のために本発明
の処理を使用する場合、侵入を防止するために、シリコ
ンと耐火金罵の間に障壁層を導入することが望ましい。
の処理を使用する場合、侵入を防止するために、シリコ
ンと耐火金罵の間に障壁層を導入することが望ましい。
この実施例では、耐火金属層の付着の前に、耐火金属障
壁層が付着される。
壁層が付着される。
この障壁層は、耐火金属珪化物からなる単一の層であっ
てもよく、下位層の剣火金属珪化物と上位層の爾大金属
窒化物をもつ２Ｍ構造であってもよい。この障壁層は、
フォトリソグラフィック・マスクを使用する必要性がな
い自己整合処理を用いて付着される。これにおいては、
先ず、耐火金属のブランケット層が基板上に付着され、
基板は、シリコンと接触している箇所の金属を金属珪化
物に変換するためにアニールされる。そのときの未反応
金属が選択的化学エッチング剤を用いて除去される。そ
の後、プラズマを有し、またはプラズマを有さないアン
モニア雰囲気中でアニールすることにより、金属珪化物
の上面を金属窒化物層に変換する。障壁層の形成後、上
述のように、耐火金属層が付着される。
てもよく、下位層の剣火金属珪化物と上位層の爾大金属
窒化物をもつ２Ｍ構造であってもよい。この障壁層は、
フォトリソグラフィック・マスクを使用する必要性がな
い自己整合処理を用いて付着される。これにおいては、
先ず、耐火金属のブランケット層が基板上に付着され、
基板は、シリコンと接触している箇所の金属を金属珪化
物に変換するためにアニールされる。そのときの未反応
金属が選択的化学エッチング剤を用いて除去される。そ
の後、プラズマを有し、またはプラズマを有さないアン
モニア雰囲気中でアニールすることにより、金属珪化物
の上面を金属窒化物層に変換する。障壁層の形成後、上
述のように、耐火金属層が付着される。
Ｅ．実施例
本発明に従うと、耐火金属弗化物のシラン還元の高ｇｃ
ＶＤ処理を利用して、シリコン基板上に耐火金属が選択
的に付着される。本発明の処理に従えば、シラン／耐火
金属弗化物の割合は、１より小さい。この発明の方法は
、半導体デバイスの接点またはヴアイアレベル間相互接
続としての耐火金属を付着するために利用することがで
きる。
ＶＤ処理を利用して、シリコン基板上に耐火金属が選択
的に付着される。本発明の処理に従えば、シラン／耐火
金属弗化物の割合は、１より小さい。この発明の方法は
、半導体デバイスの接点またはヴアイアレベル間相互接
続としての耐火金属を付着するために利用することがで
きる。
第１図は、耐火金属接点を形成されてなるデバイス構造
を示す図である。このデバイス１０は、シリコン基板１
２とソース領域１４とドレイン領域１６をもつＭＯＳ’
ｌ界効果トランジスタである。
を示す図である。このデバイス１０は、シリコン基板１
２とソース領域１４とドレイン領域１６をもつＭＯＳ’
ｌ界効果トランジスタである。
シリコン・ゲートｉｆ極１８は、ゲート酸化Ｎ２０及び
側壁二酸化シリコン・スペーサ２２及び２４をもつ典型
的なフォトリソグラフィック技街によって形成されてい
る。窪みをつけられた酸化分離領域２６及び２８は、こ
の構造１０をチップ上の他のデバイスから分離する。耐
火金属は、ソース、ドレイン及びゲート領域上に選択的
に付着され、以て接点３０、３２及び３４を形成する。
側壁二酸化シリコン・スペーサ２２及び２４をもつ典型
的なフォトリソグラフィック技街によって形成されてい
る。窪みをつけられた酸化分離領域２６及び２８は、こ
の構造１０をチップ上の他のデバイスから分離する。耐
火金属は、ソース、ドレイン及びゲート領域上に選択的
に付着され、以て接点３０、３２及び３４を形成する。
第１図に示されている実施例は、耐火金属層と下方のシ
リコンの間に障壁層３６及び３７を形成されてなる。障
壁層は、後述する自己整合処理によって形成される。
リコンの間に障壁層３６及び３７を形成されてなる。障
壁層は、後述する自己整合処理によって形成される。
本発明の方法は、第２図に示す典型的なＣＶＤ装置中で
実施することができる。この装置４０は、ターレット台
４６上に基板試料４４を配置されてなる付着チ工ンバ４
２をもつ。耐火金属弗化物のシラン還元のための処理に
従うと、シラン・ガス、ＳｉＨｎがボート４８を通って
チェンバ４２に導入され、ＷＦ．などの、剛大金属弗化
物のガスがボート５０を通ってチ工ンバ４２に導入され
る。
実施することができる。この装置４０は、ターレット台
４６上に基板試料４４を配置されてなる付着チ工ンバ４
２をもつ。耐火金属弗化物のシラン還元のための処理に
従うと、シラン・ガス、ＳｉＨｎがボート４８を通って
チェンバ４２に導入され、ＷＦ．などの、剛大金属弗化
物のガスがボート５０を通ってチ工ンバ４２に導入され
る。
Ｓ ｉ Ｈ４は、ＷＦａの導入の前または後のどちらに
チェンバに導入してもよいが、どちらの場合も、ＷＦ．
に対する比率は、１よりも小さく維持される。励起は、
高周波発生器５２によって与えられ、赤外線センサ・ラ
ンプも与えられている。また、ボート６４を通じてチェ
ンバ４２を排気するために、高真空バルブ５６と、スロ
ットル５８と、送風器６０と、ボンブ６２が設けられて
いる。
チェンバに導入してもよいが、どちらの場合も、ＷＦ．
に対する比率は、１よりも小さく維持される。励起は、
高周波発生器５２によって与えられ、赤外線センサ・ラ
ンプも与えられている。また、ボート６４を通じてチェ
ンバ４２を排気するために、高真空バルブ５６と、スロ
ットル５８と、送風器６０と、ボンブ６２が設けられて
いる。
接点及び層間接続体を形成するために適切な耐火金属と
して、タングステン、モリブデン及びタンタルがある。
して、タングステン、モリブデン及びタンタルがある。
本発明に適切である耐火金属弗化物として、５塩化物と
、６塩化物と、５弗化物と、６弗化物がある。本発明の
一実施例では、シランと６弗化タングステン・ガスをチ
ェンバ４２に導入することによってタングステンが付瑞
され、このとき、それらのガスは、次の式に従い、露出
されたシリコン領域上に選択的にタングステンを付着す
るように反応する。
、６塩化物と、５弗化物と、６弗化物がある。本発明の
一実施例では、シランと６弗化タングステン・ガスをチ
ェンバ４２に導入することによってタングステンが付瑞
され、このとき、それらのガスは、次の式に従い、露出
されたシリコン領域上に選択的にタングステンを付着す
るように反応する。
２ＷＦｓ＋３Ｓ ｉ Ｈ４ →
２Ｗ＋３ Ｓ ｉ Ｆ４＋ ６ ８２
６弗化タングステンのシラン還元は、優れた電気的特性
を与え、極めて高速の付着速度を呈する。
を与え、極めて高速の付着速度を呈する。
本願発明に従えば、シランのＷＦ８に対する流量比は１
より小さく、好適には、約０．２乃至０．６である。さ
らに、ＣＶＤ付着は、３７０℃乃至５５０℃の範囲とい
う比較的高いターレッＨｆｆｆｉ度で実施される。好適
には、その五度は、４３０℃と４８０℃の間にある。
より小さく、好適には、約０．２乃至０．６である。さ
らに、ＣＶＤ付着は、３７０℃乃至５５０℃の範囲とい
う比較的高いターレッＨｆｆｆｉ度で実施される。好適
には、その五度は、４３０℃と４８０℃の間にある。
上記実施例では、シリコン基板上に付着されたタングス
テンの厚さ全体が、シラン還元処理によるものである。
テンの厚さ全体が、シラン還元処理によるものである。
第２の実施例では、シラン遷元処理によってタングステ
ン屡を付着した後、ボート４８を通じて、シランの代わ
りに、Ｈ２が導入される。この水素は、次の式に従い、
タングステンをさらに付着させるために、ｗｐｓと反応
することになる。
ン屡を付着した後、ボート４８を通じて、シランの代わ
りに、Ｈ２が導入される。この水素は、次の式に従い、
タングステンをさらに付着させるために、ｗｐｓと反応
することになる。
Ｗ Ｆ ａ ＋ ３ Ｈ ２ → Ｗ＋６｝｛Ｆ水素
還元処理は、典型的には５００℃以上、好適には５５０
℃という高いターレット温度で実施される。このとき、
ＨＦの生成は、下層に対して危害を及ぼさない。という
のは、シラン還元処理によって付着された初期のタング
ステン層が保護を与えるからである。
還元処理は、典型的には５００℃以上、好適には５５０
℃という高いターレット温度で実施される。このとき、
ＨＦの生成は、下層に対して危害を及ぼさない。という
のは、シラン還元処理によって付着された初期のタング
ステン層が保護を与えるからである。
爾火金属ハロゲン化物が、５塩化タンタルなどの５ハロ
ゲン化物であるとき、次の式に従い、露出シリコン表面
にタンタルが選択的に付着される。
ゲン化物であるとき、次の式に従い、露出シリコン表面
にタンタルが選択的に付着される。
４ＴａＣ １ｓ＋５Ｓ ｉ Ｈ４ →４ Ｔ ａ ＋
５ Ｓ ｉ Ｃ １ ４ ＋１ ０ Ｈ ２タンタル
層の付着後水素を導入すると、次の式に従い水素がＴ
ａ Ｃ １ ｓと反応する。
５ Ｓ ｉ Ｃ １ ４ ＋１ ０ Ｈ ２タンタル
層の付着後水素を導入すると、次の式に従い水素がＴ
ａ Ｃ １ ｓと反応する。
２ Ｔ ａ Ｃ １ ｓ＋ ５ ＨａＯ→２Ｔａ＋１０
ＨＣＬ本発明の別の実施例では、タングステンとシリコ
ンの間に、障壁層が挟みこまれる。この障壁層は、耐火
金属珪化物単独の形をとるか、耐火金属窒化物との結合
の形を取る。障壁層の形成のために、追加として貴金属
珪化物を使用することもで含る。
ＨＣＬ本発明の別の実施例では、タングステンとシリコ
ンの間に、障壁層が挟みこまれる。この障壁層は、耐火
金属珪化物単独の形をとるか、耐火金属窒化物との結合
の形を取る。障壁層の形成のために、追加として貴金属
珪化物を使用することもで含る。
ｊＲ３ａないし第３ｅ図は、障壁層とその後のタングス
テン層の形成ステップを示す図である。第３ａ図に示す
ように、金属接点の形成準備のできた基板構造は、ソー
ス領域７２とドレイン領域７４をもつ基板７０と、ポリ
シリコンのゲート領域７６を有する。この構造はさらに
、ゲート酸化物領域８０とゲート側壁スペーサ二酸化シ
リコン領域８０及び８２を含む。窪みをつけられた儲化
物絶縁領域８４及び８２も設けられている。障壁層形成
処理の第１のステップにおいては、純粋耐火金属の薄い
ブランケットＦｊ８８が、酌化物及びシリコン窓上に付
着される。
テン層の形成ステップを示す図である。第３ａ図に示す
ように、金属接点の形成準備のできた基板構造は、ソー
ス領域７２とドレイン領域７４をもつ基板７０と、ポリ
シリコンのゲート領域７６を有する。この構造はさらに
、ゲート酸化物領域８０とゲート側壁スペーサ二酸化シ
リコン領域８０及び８２を含む。窪みをつけられた儲化
物絶縁領域８４及び８２も設けられている。障壁層形成
処理の第１のステップにおいては、純粋耐火金属の薄い
ブランケットＦｊ８８が、酌化物及びシリコン窓上に付
着される。
この障壁層を形成するために利用することのできる典型
的な耐火金属層は、チタン、二オブ、ジルコン、クロム
及びハフニウムである、典型的な貴金属は、コバルト及
びプラチナである。耐火金属珪化物を形成するための好
適な選択は、チタンである。Ｔ ｉ Ｓ Ｌは、耐火金
属珪化物の中で最も低い抵抗率を有するからである。さ
らに、Ｔｉは、その優れた酸素ゲッタリング能力のため
に、良好な還元性剤である。Ｔｉは、シリコ・ンの本来
的な酸化物を溶かし、常に、アニールにより難無くＴｉ
ｓｉ２を形成する。接点へのシリコン拡散を停止させる
ために、Ｔ ｉ Ｓ ｉａなとの障壁層がタングステン
とシリコンの間に配置されると、後の接点の完全性を保
持することができることが分がっている。
的な耐火金属層は、チタン、二オブ、ジルコン、クロム
及びハフニウムである、典型的な貴金属は、コバルト及
びプラチナである。耐火金属珪化物を形成するための好
適な選択は、チタンである。Ｔ ｉ Ｓ Ｌは、耐火金
属珪化物の中で最も低い抵抗率を有するからである。さ
らに、Ｔｉは、その優れた酸素ゲッタリング能力のため
に、良好な還元性剤である。Ｔｉは、シリコ・ンの本来
的な酸化物を溶かし、常に、アニールにより難無くＴｉ
ｓｉ２を形成する。接点へのシリコン拡散を停止させる
ために、Ｔ ｉ Ｓ ｉａなとの障壁層がタングステン
とシリコンの間に配置されると、後の接点の完全性を保
持することができることが分がっている。
さらに、２つの耐火金属を組合せることによって、複合
珪化物層を形成することができる。例えば、上述の耐火
金属のうちの１つを、タングステンなどの他の金属と組
合せて、Ｔｉ−Ｗ−Ｓｉ２という複合珪化物を形成する
ことができる。珪化物障壁層を形成するために、耐火金
属の任意の他の組合せも使用することができる。
珪化物層を形成することができる。例えば、上述の耐火
金属のうちの１つを、タングステンなどの他の金属と組
合せて、Ｔｉ−Ｗ−Ｓｉ２という複合珪化物を形成する
ことができる。珪化物障壁層を形成するために、耐火金
属の任意の他の組合せも使用することができる。
多くの適用技術の場合、Ｔ ｉ Ｓ ｉ ２は、前述の
侵入及び貫通の問題をもたらすことなく、後の選択的付
着を生じさせるのに十分な障壁を与える。しかし、珪化
チタンの場合、珪化チタンとタングステンの間に追加の
チタン窒化物の障壁層を与えることにより、さらなる保
護が与えられ、Ｗ／ Ｔ ｉ Ｎ／ Ｔ ｉ Ｓ ｉ
ｇ構造の接点抵抗がさらに低下されることが分かった。
侵入及び貫通の問題をもたらすことなく、後の選択的付
着を生じさせるのに十分な障壁を与える。しかし、珪化
チタンの場合、珪化チタンとタングステンの間に追加の
チタン窒化物の障壁層を与えることにより、さらなる保
護が与えられ、Ｗ／ Ｔ ｉ Ｎ／ Ｔ ｉ Ｓ ｉ
ｇ構造の接点抵抗がさらに低下されることが分かった。
チタンのブランケット層は、慣用的な気相化学付着など
の技術により、５０乃至５００オングストロームの厚さ
で、付着される。しかし、その層は、可能な限り薄い方
がよく、５ｏ乃至２００オングストロームのオーダーが
望ましい。
の技術により、５０乃至５００オングストロームの厚さ
で、付着される。しかし、その層は、可能な限り薄い方
がよく、５ｏ乃至２００オングストロームのオーダーが
望ましい。
次に、第３ｂ図に示すように、基板は、窒素雰囲気中で
３０分約６７０℃でアニールされ、これにより領域７２
、７４及び７６の下層のシリコンが層８８のチタンと反
応して、領域９０、９２及び９４において表面にＴｉＮ
ｘＯｙをもつＴ ｉ Ｓ ｉ ｓが形成される。二酸化
シリコン領域８０、８２及び８４、８６上のチタン層８
８は、珪化物を形成しないでＴｉＮｘＯｙを形成し、こ
れは選択的に除去することができる。このＸ及びｙの値
は、０及び１の間の値をとることができる。
３０分約６７０℃でアニールされ、これにより領域７２
、７４及び７６の下層のシリコンが層８８のチタンと反
応して、領域９０、９２及び９４において表面にＴｉＮ
ｘＯｙをもつＴ ｉ Ｓ ｉ ｓが形成される。二酸化
シリコン領域８０、８２及び８４、８６上のチタン層８
８は、珪化物を形成しないでＴｉＮｘＯｙを形成し、こ
れは選択的に除去することができる。このＸ及びｙの値
は、０及び１の間の値をとることができる。
次に、第３ｃ図に示すように、窪み酸化物領域８４及び
８６上と、側壁スペーサ８０及び８２上の不要なチタン
層８８がエッチングによって選択的に除去される。この
ために、過酸化水素と硫酸タイプのエッチング溶液を使
用することができる。
８６上と、側壁スペーサ８０及び８２上の不要なチタン
層８８がエッチングによって選択的に除去される。この
ために、過酸化水素と硫酸タイプのエッチング溶液を使
用することができる。
このタイプのエッチング溶液は、珪化チタン層９０、９
２及び９４とは反応しない。７００℃以上でアニールす
ると、酸化物領域上でＴｉＳｉＯが形成され、これは、
弗化水素酸の水溶液によって除去するよりない。しかし
、もし初期のアニールが７００℃以下で実施されたなら
、酸化物上での珪化物の形成はわずかであり、これは過
酸化水素と硫酸の溶液によって除去することができる。
２及び９４とは反応しない。７００℃以上でアニールす
ると、酸化物領域上でＴｉＳｉＯが形成され、これは、
弗化水素酸の水溶液によって除去するよりない。しかし
、もし初期のアニールが７００℃以下で実施されたなら
、酸化物上での珪化物の形成はわずかであり、これは過
酸化水素と硫酸の溶液によって除去することができる。
その後、第３ｄ図に示すように、窒素雰囲気中で３０分
、約８００℃またはそれ以上の温度でアニールが実施さ
れ、これにより、珪化チタンがＴ ｉ Ｓ ｉｚに変換
されるとともに、珪化チタンの表面が窒化チタンに変換
される。ＴｉＮの厚さを増加させるために、ＴｉＳｉａ
が、Ｎ２よりははるかに反応性に富むＮ Ｈ ３中でア
ニールされる。あるいは、Ｎ２中で３０分間、６７５℃
で形成されたＴｉＳ１０２は、３０分間、６７５℃での
Ｎ Ｈ ３アニールに直接さらしてもよい。こうして、
第１のアニールが行なわれるのと同一の温度を、ＮＨｓ
のアニールに使用することができる。こうして、結果の
障壁層は、ＴｉＳｉ２からなる下位層９０、９２及び９
４と、ＴｉＮからなる上位層９６、９８及び１００を有
する。高温度アニーリングの結果として、珪化チタン層
の抵抗がかなり低い値に低減される。この被膜のシート
抵抗は、約６乃至１０オーム／ｃｍａである。窒化チタ
ン層は珪化チタン層よりも大きいシート抵抗をもつけれ
ども、障壁層全体のシート抵抗は著しく低減される。こ
うして、フォトリソグラフィック・マスクを必要とする
ことなく、２Ｆ！障壁層が自己整合的な様式で形成され
る。第３゜ｅ図に示すように、タングステンのような耐
火金圧の選択的付着が本発明の上記方法によって実施さ
れ、ソース、ドレイン及びゲート接点１０２、１０４及
び１０６が形成される。
、約８００℃またはそれ以上の温度でアニールが実施さ
れ、これにより、珪化チタンがＴ ｉ Ｓ ｉｚに変換
されるとともに、珪化チタンの表面が窒化チタンに変換
される。ＴｉＮの厚さを増加させるために、ＴｉＳｉａ
が、Ｎ２よりははるかに反応性に富むＮ Ｈ ３中でア
ニールされる。あるいは、Ｎ２中で３０分間、６７５℃
で形成されたＴｉＳ１０２は、３０分間、６７５℃での
Ｎ Ｈ ３アニールに直接さらしてもよい。こうして、
第１のアニールが行なわれるのと同一の温度を、ＮＨｓ
のアニールに使用することができる。こうして、結果の
障壁層は、ＴｉＳｉ２からなる下位層９０、９２及び９
４と、ＴｉＮからなる上位層９６、９８及び１００を有
する。高温度アニーリングの結果として、珪化チタン層
の抵抗がかなり低い値に低減される。この被膜のシート
抵抗は、約６乃至１０オーム／ｃｍａである。窒化チタ
ン層は珪化チタン層よりも大きいシート抵抗をもつけれ
ども、障壁層全体のシート抵抗は著しく低減される。こ
うして、フォトリソグラフィック・マスクを必要とする
ことなく、２Ｆ！障壁層が自己整合的な様式で形成され
る。第３゜ｅ図に示すように、タングステンのような耐
火金圧の選択的付着が本発明の上記方法によって実施さ
れ、ソース、ドレイン及びゲート接点１０２、１０４及
び１０６が形成される。
タングステンを選択的に付着するための本発明のシラン
還元ステップにおいては、ＷＦ．とＳｉＨ４の流量は２
０乃至３００ＳＳＣＭの間の範囲にあり、このとき、Ｓ
ｉ Ｈ ４ ／ Ｗ Ｆ ｓの比が１より小さく、好
適には０．４乃至０．６という基準がある。上述の温度
は３７０℃乃至５５０℃の範囲にあり、圧力は、１００
乃至５００ミリ・トールの間である。水素還元ステップ
の場合、Ｈ２の流量は３０００乃至４０００ＳＳＣＭで
あり、ＷＦ．の流量は２００乃至３００ＳＳＣＭである
。このときの圧力は１００乃至２０００ミリ・トールで
あり、湛度は約５５０℃である。シラン還元のある特定
の実施例では、最初にＷＦ．が流量２００ＳＳＣＭで導
入され、その後、Ｓ ｉ Ｈ４が流ｆｔ９０ｓＳＣＭで
導入され、結果としてＳｉＨ４／ＷＦｓの比率は０．４
５であった。温度は４８０℃であり、圧力は２００ミリ
・トールであった。近似的には、ＴｉＮ／ＴｉＳｉ２障
壁層上に３００ナノメータのタングステンが、約６００
ｎｍ／分の成長速度で選択的に均一に付着された。シ一
ト［抗は０．３オーム／ｃｍｘであり、抵抗率は約９μ
オーム・Ｃｍであった。
還元ステップにおいては、ＷＦ．とＳｉＨ４の流量は２
０乃至３００ＳＳＣＭの間の範囲にあり、このとき、Ｓ
ｉ Ｈ ４ ／ Ｗ Ｆ ｓの比が１より小さく、好
適には０．４乃至０．６という基準がある。上述の温度
は３７０℃乃至５５０℃の範囲にあり、圧力は、１００
乃至５００ミリ・トールの間である。水素還元ステップ
の場合、Ｈ２の流量は３０００乃至４０００ＳＳＣＭで
あり、ＷＦ．の流量は２００乃至３００ＳＳＣＭである
。このときの圧力は１００乃至２０００ミリ・トールで
あり、湛度は約５５０℃である。シラン還元のある特定
の実施例では、最初にＷＦ．が流量２００ＳＳＣＭで導
入され、その後、Ｓ ｉ Ｈ４が流ｆｔ９０ｓＳＣＭで
導入され、結果としてＳｉＨ４／ＷＦｓの比率は０．４
５であった。温度は４８０℃であり、圧力は２００ミリ
・トールであった。近似的には、ＴｉＮ／ＴｉＳｉ２障
壁層上に３００ナノメータのタングステンが、約６００
ｎｍ／分の成長速度で選択的に均一に付着された。シ一
ト［抗は０．３オーム／ｃｍｘであり、抵抗率は約９μ
オーム・Ｃｍであった。
第２の例では、第１の例に従い１００ｎｍのタングステ
ンを付着した後、ＳｉＨ４の流れが停止され、Ｈ２が４
０００ＳＳＣｍの流量で導入された。
ンを付着した後、ＳｉＨ４の流れが停止され、Ｈ２が４
０００ＳＳＣｍの流量で導入された。
温度は５５０℃まで増加され、圧力は４００ミリ・トー
ルであった。この付着処理は、約３０分実施され、４０
ｎｒｎ／分の成長速度でＴｉＮ上に均一に付着された約
１２００ｎｍのタングステンがもたらされた。そのシー
ト抵抗は、約０．０６５乃至Ｏ．ＯＳオーム／ｃｍｘで
あり、抵抗は約８乃至９μ吻Ｃｍであった。
ルであった。この付着処理は、約３０分実施され、４０
ｎｒｎ／分の成長速度でＴｉＮ上に均一に付着された約
１２００ｎｍのタングステンがもたらされた。そのシー
ト抵抗は、約０．０６５乃至Ｏ．ＯＳオーム／ｃｍｘで
あり、抵抗は約８乃至９μ吻Ｃｍであった。
第４図は、ターレット温度の関数としての、約１５０ｎ
ｒｎのタングステン層の抵抗率の変化を示す図である。
ｒｎのタングステン層の抵抗率の変化を示す図である。
このとき、ターレット温度の理想的な範囲が約４３０℃
と４８０℃の間であることがわかった。というのは、そ
れより高い温度が付着の選択性を低下させ、それより低
い温度が、抵抗率の増加と接着性の低下と高い応力をも
たらすからである。このように、本発明の方法は、１７
μオーム・ｃｍより小さい抵抗率をもつ優れたタングス
テン被膜を与える。第５図は、接点のサイズが増加する
に従う接点抵抗の変化を示す。このときＷ／Ｔ ｉ Ｎ
／Ｔ ｉ Ｓ ｉ２接点をもついくつかのダイオード接
合が形成された。第５図は、接点サイズが０．６μｍか
ら１．０μｍに増加するにつれて、接点抵抗が１７オー
ムから１０オームに減少する様子を示す。
と４８０℃の間であることがわかった。というのは、そ
れより高い温度が付着の選択性を低下させ、それより低
い温度が、抵抗率の増加と接着性の低下と高い応力をも
たらすからである。このように、本発明の方法は、１７
μオーム・ｃｍより小さい抵抗率をもつ優れたタングス
テン被膜を与える。第５図は、接点のサイズが増加する
に従う接点抵抗の変化を示す。このときＷ／Ｔ ｉ Ｎ
／Ｔ ｉ Ｓ ｉ２接点をもついくつかのダイオード接
合が形成された。第５図は、接点サイズが０．６μｍか
ら１．０μｍに増加するにつれて、接点抵抗が１７オー
ムから１０オームに減少する様子を示す。
第６図は、ターレット温度の関数としての応力を示す図
であり、これは、温度が下がるにつれて応力が著しく高
まることを示している。このように、良好な選択性をも
つ低応力被膜の形成の場合、付着処理は、３７０℃と５
５０℃の間の広い範囲を含み、好適には４３０乃至４８
０℃である。本発明に従う処理は、自己整合ＴｉＮ／Ｔ
ｉＳｉｚ上にタングステンを付着し、これは、ゲート酸
化物の接合を悪化させることなくサブミクロン半導体デ
バイスのソース、ドレイン及びゲート接点の導電率を高
めるものである。さらに、タングステン付着工程の間に
、窒化層が、フッ素の侵食に対する障壁として働く。
であり、これは、温度が下がるにつれて応力が著しく高
まることを示している。このように、良好な選択性をも
つ低応力被膜の形成の場合、付着処理は、３７０℃と５
５０℃の間の広い範囲を含み、好適には４３０乃至４８
０℃である。本発明に従う処理は、自己整合ＴｉＮ／Ｔ
ｉＳｉｚ上にタングステンを付着し、これは、ゲート酸
化物の接合を悪化させることなくサブミクロン半導体デ
バイスのソース、ドレイン及びゲート接点の導電率を高
めるものである。さらに、タングステン付着工程の間に
、窒化層が、フッ素の侵食に対する障壁として働く。
Ｆ．発明の効果
以上説明したように、本願発明によれば、耐火金属弗化
物のシラン還元処理によって、半導体デバイスのための
、抵抗率が低い優れた接点が提供される。
物のシラン還元処理によって、半導体デバイスのための
、抵抗率が低い優れた接点が提供される。
第１図は、本発明の方法を用いて製造した耐火金属接点
をもつ集積回路チップ構造の断面図、第２図は、本発明
の方法を実施するための典型的な装置の図、 第３ａ乃至第３ｅ図は、障壁層と耐火金属層を形成する
ための本発明の方法に従う製造処理を示す図、 第４図は、本発明の方法に従い形成された耐火金属被膜
の、ターレット温度対抵抗率の図、第５図は、本発明の
方法に従い形成された耐火金罵被膜の、接点サイズ対接
点抵抗の図、第６図は、本発明の方法に従い形成された
耐火金属被膜の、ターレットａ度対応力の図である。 出願人 インターナシ５ナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーシッン 代理人 弁理士 山本仁朗（他１名） ＦＩＧ．｛ ＦＩＧ．３ａ クーレソト湿り拒 （０Ｃ） 接，乾サイス゛（ＩＬｍ）
をもつ集積回路チップ構造の断面図、第２図は、本発明
の方法を実施するための典型的な装置の図、 第３ａ乃至第３ｅ図は、障壁層と耐火金属層を形成する
ための本発明の方法に従う製造処理を示す図、 第４図は、本発明の方法に従い形成された耐火金属被膜
の、ターレット温度対抵抗率の図、第５図は、本発明の
方法に従い形成された耐火金罵被膜の、接点サイズ対接
点抵抗の図、第６図は、本発明の方法に従い形成された
耐火金属被膜の、ターレットａ度対応力の図である。 出願人 インターナシ５ナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーシッン 代理人 弁理士 山本仁朗（他１名） ＦＩＧ．｛ ＦＩＧ．３ａ クーレソト湿り拒 （０Ｃ） 接，乾サイス゛（ＩＬｍ）
Claims (3)
- （１）表面に酸化領域を形成されたシリコン基板の露出
表面上に耐火金属層を、付着装置中で選択的に付着する
方法において、 上記付着装置中に、シラン・ガスと耐火金属弗化物のガ
スの混合物を、該耐火金属弗化物に対する該シラン・ガ
スの流量の割合が１より小さくなるように導入し、その
際、付着温度は、上記ガスが上記露出基板上に１７オー
ム・ｃｍよりも小さい抵抗率で上記耐火金属を選択的に
付着させるように反応するのに十分高い温度である工程
を有する、 耐火金属の付着方法。 - （２）表面に酸化領域を形成されたシリコン基板の露出
表面上に耐火金属層を、付着装置中で選択的に付着する
方法において、 （ａ）上記付着装置中に、シラン・ガスと耐火金属弗化
物のガスの混合物を、それらのガスが上記露出シリコン
表面上に第１の耐火金属層を選択的に付着させるように
反応するように導入する工程と、（ｂ）シランの導入を
停止して、水素が耐火金属弗化物と反応して、上記露出
シリコン表面上にさらに選択的に耐火金属を付着させる
ように、上記付着装置中に上記耐火金属弗化物のガスと
ともに水素を導入する工程を有する、 耐火金属の付着方法。 - （３）（ａ）ソース領域とドレイン領域とを離隔して形
成されてなるシリコン基板と、 （ｂ）上記ソース領域と上記ドレイン領域の間に配置さ
れたシリコン・ゲート領域と、 （ｃ）上記シリコン・ゲート領域と上記基板の間に配置
されたゲート酸化物領域と、 （ｄ）上記シリコン・ゲート領域に配置された側壁酸化
物スペーサ領域と、 （ｅ）上記ソース領域と上記ドレイン領域の対向側に配
置されて上記ソース領域と上記ドレイン領域の表面を露
出させる酸化物絶縁領域と、 （ｆ）上記ソース領域と上記ドレイン領域上に配置され
た金属珪化物を有する障壁層と、 （ｇ）上記障壁層上に配置され、ソース、ドレイン、及
びゲート接点を形成する耐火金属の層とを具備する、 電界効果トランジスタ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US29401489A | 1989-01-06 | 1989-01-06 | |
| US294014 | 1989-01-06 | ||
| US07/322,486 US5084417A (en) | 1989-01-06 | 1989-03-13 | Method for selective deposition of refractory metals on silicon substrates and device formed thereby |
| US322486 | 1989-03-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230739A true JPH02230739A (ja) | 1990-09-13 |
| JPH0736403B2 JPH0736403B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=26968294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1338901A Expired - Lifetime JPH0736403B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-12-28 | 耐火金属の付着方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5084417A (ja) |
| EP (1) | EP0377137B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0736403B2 (ja) |
| DE (1) | DE68926440T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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