JPH03161934A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03161934A JPH03161934A JP1302592A JP30259289A JPH03161934A JP H03161934 A JPH03161934 A JP H03161934A JP 1302592 A JP1302592 A JP 1302592A JP 30259289 A JP30259289 A JP 30259289A JP H03161934 A JPH03161934 A JP H03161934A
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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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】
[産業上の利用分野]
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特
に、ポリシリコン配線の抵抗およびその配線接続部のコ
ンタクト抵抗の低減を図った゛V導体装置およびその製
造方法に関するものである。
に、ポリシリコン配線の抵抗およびその配線接続部のコ
ンタクト抵抗の低減を図った゛V導体装置およびその製
造方法に関するものである。
[従来の技術]
近年、半導体集積同路装置などの半導体装置の尚性能化
、高集積化が急速進み、それに伴なって導電配線層の幅
や間隔についても、縮小化の必要性が一段と高まってい
る。
、高集積化が急速進み、それに伴なって導電配線層の幅
や間隔についても、縮小化の必要性が一段と高まってい
る。
この導電配線層の縮小化を実現するためには、導電配線
層の微細化形成拉術の向上のみならず、導電配線用伺料
として比抵抗のより小さいものを用いることが必要とな
る。導電配線層の微細化形成手段として、絶縁膜上に多
結晶シリコン層を形威し、これにリンやホウ素などの不
純物イオンをドーピングして導電性を持たせたポリシリ
コン配線層が用いられる。高集枯化のための比抵抗低減
の要請に応えるため、ポリシリコン層の表面に、タング
ステン.モリブデン,チタンなどの高融点金属層を形成
し、さらに、この高融点金属層をポリシリコン層と反応
させて高融点金属シリコンの導電配線層を形成する技術
の開発も進んでいる。
層の微細化形成拉術の向上のみならず、導電配線用伺料
として比抵抗のより小さいものを用いることが必要とな
る。導電配線層の微細化形成手段として、絶縁膜上に多
結晶シリコン層を形威し、これにリンやホウ素などの不
純物イオンをドーピングして導電性を持たせたポリシリ
コン配線層が用いられる。高集枯化のための比抵抗低減
の要請に応えるため、ポリシリコン層の表面に、タング
ステン.モリブデン,チタンなどの高融点金属層を形成
し、さらに、この高融点金属層をポリシリコン層と反応
させて高融点金属シリコンの導電配線層を形成する技術
の開発も進んでいる。
金属シリサイド層の形成方決として、スパッタリングや
CVD法により直接シリサイドを形成することも考えら
れる。スパッタリングは、チタンなどの金属の原子とシ
リコン原子を飛ばして絶縁膜上に{リ着させると同11
4jに反応させて、サブミクロンの厚さの金属シリサイ
ド層を形成するものである。しかしながらこのb゛法で
は、コンタクト孔などのアスペク1・比が大きな空間内
に金属シリサイド層を形威しようとする場合、コンタク
ト孔の底部の隅々まで原子がいきわたらず、コンタクト
孔内を十分に満たす金属シリサイド層を形成することは
困難である。また、CVDによる方法では、チタンなど
を含むガスとシランとを気{口反応させて、絶縁膜上に
直接金属シリサイド層を形成することが技術的に可能で
ある。しかしながら、この方法は未だ開允途上にあり、
特に人量ロ1ユ産のためには実用的ではないという問題
がある。
CVD法により直接シリサイドを形成することも考えら
れる。スパッタリングは、チタンなどの金属の原子とシ
リコン原子を飛ばして絶縁膜上に{リ着させると同11
4jに反応させて、サブミクロンの厚さの金属シリサイ
ド層を形成するものである。しかしながらこのb゛法で
は、コンタクト孔などのアスペク1・比が大きな空間内
に金属シリサイド層を形威しようとする場合、コンタク
ト孔の底部の隅々まで原子がいきわたらず、コンタクト
孔内を十分に満たす金属シリサイド層を形成することは
困難である。また、CVDによる方法では、チタンなど
を含むガスとシランとを気{口反応させて、絶縁膜上に
直接金属シリサイド層を形成することが技術的に可能で
ある。しかしながら、この方法は未だ開允途上にあり、
特に人量ロ1ユ産のためには実用的ではないという問題
がある。
そこで、゛1毛導体装置の金属シリサイド配線の形戒に
は、従来から、ポリシリコン層と金属層を別々に順次積
層し、その後に熱処理によってシリサイド化反応を行な
わせる方法が用いられている。
は、従来から、ポリシリコン層と金属層を別々に順次積
層し、その後に熱処理によってシリサイド化反応を行な
わせる方法が用いられている。
以下、従来の金属シリサイドによる導電配線層について
、第3A図および第3B図に基づいて説明する。第3A
図は従来の自己整合シリサイド(以下「サリザイド」と
呼ぶ)描逍をh゜する配線およびコンタク1・を形成す
るための構遣を示している。
、第3A図および第3B図に基づいて説明する。第3A
図は従来の自己整合シリサイド(以下「サリザイド」と
呼ぶ)描逍をh゜する配線およびコンタク1・を形成す
るための構遣を示している。
第3A図に示す横這の製造にあたー)では、まずシリコ
ン払板1表面のフィールド酸化膜2で分離された領域に
、リンなどの不純物イオンをドーピングした不純物拡散
層3が形成さされ、ざらにシリコン址板1の表面上にゲ
ート電極4および絶縁層5が形成される。次に不純物拡
散層3の領域上の絶縁層5にエッチングによってコンタ
クト孔6が形成された後、このコンタクト孔6および絶
縁層5上に、CVDによってポリシリコンを堆積させ、
不要部分をエッチングによって除失することにより、ポ
リシリコン層7が形成される。その後、このポリシリコ
ン層7および露出した絶縁層5の表面に、スパッタリン
グなどにより金属層8を堆5 積させる。
ン払板1表面のフィールド酸化膜2で分離された領域に
、リンなどの不純物イオンをドーピングした不純物拡散
層3が形成さされ、ざらにシリコン址板1の表面上にゲ
ート電極4および絶縁層5が形成される。次に不純物拡
散層3の領域上の絶縁層5にエッチングによってコンタ
クト孔6が形成された後、このコンタクト孔6および絶
縁層5上に、CVDによってポリシリコンを堆積させ、
不要部分をエッチングによって除失することにより、ポ
リシリコン層7が形成される。その後、このポリシリコ
ン層7および露出した絶縁層5の表面に、スパッタリン
グなどにより金属層8を堆5 積させる。
このようにして第3A図に示ず構遣を形成した後、熱処
理を胞すことによりポリシリコン層7と金属層8とを反
応させて企属冫リザイド層を形成する。その後未反応の
金属または窒化物などの金属化合物を除大することによ
り、1゛1己整合的に金属シリサイド層を形成すること
ができる。
理を胞すことによりポリシリコン層7と金属層8とを反
応させて企属冫リザイド層を形成する。その後未反応の
金属または窒化物などの金属化合物を除大することによ
り、1゛1己整合的に金属シリサイド層を形成すること
ができる。
また第3B図には、ポリシリコン配線層上にコンタクト
を介してさらに金屈シリサイド配線層を形成するための
構造が示されている。第3 B図に示す構造の製造にあ
たっては、ポリシリコン層7の形成までは第3A図に承
ずものとlijl様である。
を介してさらに金屈シリサイド配線層を形成するための
構造が示されている。第3 B図に示す構造の製造にあ
たっては、ポリシリコン層7の形成までは第3A図に承
ずものとlijl様である。
この構造でさらにその表面にさらに絶繰層5を堆積させ
、その絶縁層5のポリシリコン層7上の所定の位置にエ
ッチングによってコンタクト孔9を形成する。その次に
第3A図におけるポリシリコン層7および金属層8を形
成した方法と同様の方法で、ポリシリコン層10と金属
配線層11を形威する。その後熱処理を行なって金属シ
リサイド層を形成し、さらに未反応の金属または金属化
合6 物を除大して、自己整合的に金属シリサイド層が形成さ
れる。
、その絶縁層5のポリシリコン層7上の所定の位置にエ
ッチングによってコンタクト孔9を形成する。その次に
第3A図におけるポリシリコン層7および金属層8を形
成した方法と同様の方法で、ポリシリコン層10と金属
配線層11を形威する。その後熱処理を行なって金属シ
リサイド層を形成し、さらに未反応の金属または金属化
合6 物を除大して、自己整合的に金属シリサイド層が形成さ
れる。
[発明が解決しようとする課題]
以上のようにして形威された金属シリサイド配線とシリ
コン基板1との接合部分あるいは金属シリサイド配線と
ポリシリコン層7との接合部分の抵抗値は、熱処理によ
りンリザイド化する前の金属層8.11とポリシリコン
層7.10の厚さの相対的関係により相違する。その裡
山は、第4図ないし第7B図を参照して以ドのように説
明される。
コン基板1との接合部分あるいは金属シリサイド配線と
ポリシリコン層7との接合部分の抵抗値は、熱処理によ
りンリザイド化する前の金属層8.11とポリシリコン
層7.10の厚さの相対的関係により相違する。その裡
山は、第4図ないし第7B図を参照して以ドのように説
明される。
まず第4図は、シリ:]ン払也1上に形成された、コン
タクト孔6をHする絶繰廟5と、その表而に堆積された
ポリシリコン層7、およびさらにその表面に形成された
金属層8の熱処理によりシリサイド化反応を起こさせる
前の状態を示している。
タクト孔6をHする絶繰廟5と、その表而に堆積された
ポリシリコン層7、およびさらにその表面に形成された
金属層8の熱処理によりシリサイド化反応を起こさせる
前の状態を示している。
この状態におけるポリシリコン層7と金属層8の厚みの
相χ1的関係により、熱処理によるシリサイド化後の金
属シリサイド層とシリコン風板1との接合部近傍の状態
は、以下の3通りの場合のようになる。
相χ1的関係により、熱処理によるシリサイド化後の金
属シリサイド層とシリコン風板1との接合部近傍の状態
は、以下の3通りの場合のようになる。
(1) 第4図に示す状態で冫リサイド化のための熱
処理を開始すると、金属層8とポリシリコン層7の境界
面から、上F両側にシリサイド化反応が進行し始める。
処理を開始すると、金属層8とポリシリコン層7の境界
面から、上F両側にシリサイド化反応が進行し始める。
したかって、金属層8の厚さがポリシリコン層7の膜厚
よりも十分に小さい場合には、熱処理により金属層7は
すべてシリサイド化するとともに、下部に未反応のポリ
シリコン層7が残る。したかって、コンタク1・孔6の
底部においては、ポリシリコンがシリコン基仮1と接す
ることになる(第5Ald)。この状態における金属シ
リサイド層11表ぼI1とシリコン址&1表面との間の
抵抗の等価同路は、第5B図に示すようになる。同図に
おいてR,は金属シリサイド層11の抵抗値、RPは未
反応のポリシリコン層7の抵抗値を示している。
よりも十分に小さい場合には、熱処理により金属層7は
すべてシリサイド化するとともに、下部に未反応のポリ
シリコン層7が残る。したかって、コンタク1・孔6の
底部においては、ポリシリコンがシリコン基仮1と接す
ることになる(第5Ald)。この状態における金属シ
リサイド層11表ぼI1とシリコン址&1表面との間の
抵抗の等価同路は、第5B図に示すようになる。同図に
おいてR,は金属シリサイド層11の抵抗値、RPは未
反応のポリシリコン層7の抵抗値を示している。
■ 金属層8とポリシリコン層7の厚さの相対的関係が
、熱処理による双方の厚さ全体にわたってちょうど同時
にシリ→ノ゛イド化反応が完了するように適切に訛定さ
れている場含には、熱処P11後に第6A図に示す状態
、すなわち金属層8とポリシリコン層7か共にすべてシ
リサイド化され、金属シリサイド層10になる。この場
合の金属シリコン層10表面とシリコン基板1表面との
間の批抗の等価回路は、第6B図に示すとおりである。
、熱処理による双方の厚さ全体にわたってちょうど同時
にシリ→ノ゛イド化反応が完了するように適切に訛定さ
れている場含には、熱処P11後に第6A図に示す状態
、すなわち金属層8とポリシリコン層7か共にすべてシ
リサイド化され、金属シリサイド層10になる。この場
合の金属シリコン層10表面とシリコン基板1表面との
間の批抗の等価回路は、第6B図に示すとおりである。
■ 金属層7の厚さがポリシリコン層7の厚さより十分
に大きい場合には、ポリシリコン層7はすべてシリサイ
ド化されて金属シリサイド11の一部となる。また金屈
廠8もド側からシリサイド化か進んで企属シリサイド陥
11となるが、ポリシリコン層7かすべてシリナイド化
された後は、企属層8とポリシリコン層7との反応によ
るシリサイド化が停11シ、表面近傍に未反応の金属層
8が残存することになる。その後、この未反応の金属層
8の金属の一部が、コンタクト孔6の底部の金属シリサ
イド層12とシリコン基板1の表面との接合部(以下「
コンタクト部」という)を通してシリコン基板1内に入
り、これをシリサイド化する。それとともにシリコン址
板1のシリコンがコンタクト部を通して上方へ吸上げら
れ、未反応9 の金属層8がシリサイド化される。これらの反応が進行
すると、シリコン基仮1内に生じたシリサイドIml2
aと呆反応のシリコン址板1とのfQ Wのシリコンの
欠損がζI一しる。この欠損部分に空隙が生じたり、不
純物が}11出したりすることにより、絶縁体層13が
形成され−CLよう(第7A図)。
に大きい場合には、ポリシリコン層7はすべてシリサイ
ド化されて金属シリサイド11の一部となる。また金屈
廠8もド側からシリサイド化か進んで企属シリサイド陥
11となるが、ポリシリコン層7かすべてシリナイド化
された後は、企属層8とポリシリコン層7との反応によ
るシリサイド化が停11シ、表面近傍に未反応の金属層
8が残存することになる。その後、この未反応の金属層
8の金属の一部が、コンタクト孔6の底部の金属シリサ
イド層12とシリコン基板1の表面との接合部(以下「
コンタクト部」という)を通してシリコン基板1内に入
り、これをシリサイド化する。それとともにシリコン址
板1のシリコンがコンタクト部を通して上方へ吸上げら
れ、未反応9 の金属層8がシリサイド化される。これらの反応が進行
すると、シリコン基仮1内に生じたシリサイドIml2
aと呆反応のシリコン址板1とのfQ Wのシリコンの
欠損がζI一しる。この欠損部分に空隙が生じたり、不
純物が}11出したりすることにより、絶縁体層13が
形成され−CLよう(第7A図)。
この状態での米反応金屈層8とシリコン基板1との間の
抵抗の等価同路は、第7B図にホずとおりである。同園
においてR.は絶縁体層1′3の抵抗値を示す。
抵抗の等価同路は、第7B図にホずとおりである。同園
においてR.は絶縁体層1′3の抵抗値を示す。
上記■,■,■の各場合について、配線およびコンタク
ト部の全体の抵抗値について、各等価回路の図(第5B
図,第6B図,第7B図)を参照して説明する。上記■
の場合の金属シリサイド層12表面とシリコン払仮1表
面との間の抵抗値は、R,とRpの直列接続すなわちR
,+Rpになる。
ト部の全体の抵抗値について、各等価回路の図(第5B
図,第6B図,第7B図)を参照して説明する。上記■
の場合の金属シリサイド層12表面とシリコン払仮1表
面との間の抵抗値は、R,とRpの直列接続すなわちR
,+Rpになる。
また上記■の場合の金属シリサイド層12とシリコン基
板1表市との間の抵抗値はR,、上記■の場合の金属層
8とシリコン基仮1の絶縁体層13との境界面との間の
抵抗値は、R,とR1の直列10 接続すなわちRS+R,となる。
板1表市との間の抵抗値はR,、上記■の場合の金属層
8とシリコン基仮1の絶縁体層13との境界面との間の
抵抗値は、R,とR1の直列10 接続すなわちRS+R,となる。
上記■,■,■の各場合について金属シリサイド層12
の抵抗値R,を同一と:むえると、不等式 R,<R,
十Rp <<R,→一Rが成立ち、上記■の場含(l
fflbA図)が実現される場合が最も小さい抵抗値を
得ることかできる。
の抵抗値R,を同一と:むえると、不等式 R,<R,
十Rp <<R,→一Rが成立ち、上記■の場含(l
fflbA図)が実現される場合が最も小さい抵抗値を
得ることかできる。
このことは、第8図に示すように、初期のポリシリコン
膜厚を100OAとし、前辻のプロセスによりポリシリ
コン陥7の一部もしくは全部をシリサイド化した場0の
シー1・抵抗の史化からも示される。つまり、シリサイ
ド化を全く行なわないポリシリコンのシー1・抵抗が数
100Ω/口であるのに対し、シリサイドの膜厚が増え
るに従ってシート抵抗は低減し、すべてシリサイド化し
た場合には、約1Ω/口程度の低い抵抗値になる。
膜厚を100OAとし、前辻のプロセスによりポリシリ
コン陥7の一部もしくは全部をシリサイド化した場0の
シー1・抵抗の史化からも示される。つまり、シリサイ
ド化を全く行なわないポリシリコンのシー1・抵抗が数
100Ω/口であるのに対し、シリサイドの膜厚が増え
るに従ってシート抵抗は低減し、すべてシリサイド化し
た場合には、約1Ω/口程度の低い抵抗値になる。
一方Hs 7 A図に示したように、過剰の金属が未反
応で起こるような場合には、金属シリサイド層12とシ
リコン基板]のコンタク1・部に絶縁体層13が形成さ
れ、高抵抗となる。上記■の場合について第4図の状態
から第7A図の状態に至るま11 での、コンタクト孔底部の接合部の抵抗値(以下「コン
タクト抵抗値」という)の表化を、横軸に時間の経過、
縦軸にコンタク1・批抗値をとってグラフ化したものが
第9図である。このグラフによれば、初期のポリシリコ
ン図7に対してその一部分だけがシリザイF化している
場合のコンタクト抵抗値は、1×10−6Ω・cm2弱
でほぼ一定であるが、すべてのポリシリコン層7かシリ
サイド化した時点(第9図のグラフのll.’Jl:l
T +の11b点)を過ぎると、コンタク1・抵抗値
は急激に大きくなることがわかる。
応で起こるような場合には、金属シリサイド層12とシ
リコン基板]のコンタク1・部に絶縁体層13が形成さ
れ、高抵抗となる。上記■の場合について第4図の状態
から第7A図の状態に至るま11 での、コンタクト孔底部の接合部の抵抗値(以下「コン
タクト抵抗値」という)の表化を、横軸に時間の経過、
縦軸にコンタク1・批抗値をとってグラフ化したものが
第9図である。このグラフによれば、初期のポリシリコ
ン図7に対してその一部分だけがシリザイF化している
場合のコンタクト抵抗値は、1×10−6Ω・cm2弱
でほぼ一定であるが、すべてのポリシリコン層7かシリ
サイド化した時点(第9図のグラフのll.’Jl:l
T +の11b点)を過ぎると、コンタク1・抵抗値
は急激に大きくなることがわかる。
以上述べたように従来のコンタクト部および白己4i合
的にシリサイド化された配線のシリーズ抵抗を最小にす
るためには、禎6A図のようにポリシリコン層7をすべ
てシリサイド化してしまうことが必要である。また少し
でも金屈層の膜厚が厚いと、高抵抗の絶縁体層13が形
威され、また金属層8の膜厚が薄いとシリサイドよりも
抵抗の高い未反応のポリシリコン層7をコンタクト部に
挾むことになってしまう。金1萬層3およびポリシリ]
2 コン層7の膜厚制御を精度良く行なうことが困難である
ことを考慮すると、常に安定して最小のシリーズ抵抗を
得ることは不”i’iJ能であった。
的にシリサイド化された配線のシリーズ抵抗を最小にす
るためには、禎6A図のようにポリシリコン層7をすべ
てシリサイド化してしまうことが必要である。また少し
でも金屈層の膜厚が厚いと、高抵抗の絶縁体層13が形
威され、また金属層8の膜厚が薄いとシリサイドよりも
抵抗の高い未反応のポリシリコン層7をコンタクト部に
挾むことになってしまう。金1萬層3およびポリシリ]
2 コン層7の膜厚制御を精度良く行なうことが困難である
ことを考慮すると、常に安定して最小のシリーズ抵抗を
得ることは不”i’iJ能であった。
この発明は」一記従来の問題点を解消するため、常にポ
リシリコン層のすべてをシリサイド化できるとともに、
シリコン基板内のコンタクト部近傍に絶縁体層が形威さ
れることを防1F,シ、配線およびコンタクト部の最小
のシリーズ抵抗を得ることを丈現することを11的とす
る。
リシリコン層のすべてをシリサイド化できるとともに、
シリコン基板内のコンタクト部近傍に絶縁体層が形威さ
れることを防1F,シ、配線およびコンタクト部の最小
のシリーズ抵抗を得ることを丈現することを11的とす
る。
[課題を舶′決するための下段]
本発明の゛12導体装置は、゛V導体払板表I1+j上
またはポリシリコン配線表面上に形成された絶縁層と、
この絶縁層の一部に前&i ”l’導体長板表ばlまた
はポリシリコン配線表面か露出するように開門を設けて
形威された配線接続部と、少なくともこの配線接続部内
の半導体基板表面上またはポリシリコン配線表面上に形
成されたバリア層と、このバリア層上に形成された金屈
シリサイド層とを含むものである。
またはポリシリコン配線表面上に形成された絶縁層と、
この絶縁層の一部に前&i ”l’導体長板表ばlまた
はポリシリコン配線表面か露出するように開門を設けて
形威された配線接続部と、少なくともこの配線接続部内
の半導体基板表面上またはポリシリコン配線表面上に形
成されたバリア層と、このバリア層上に形成された金屈
シリサイド層とを含むものである。
また本発明の半導体装置およびその製逍方法は、13
半導体基板表面上またはポリシリコン配線表面上に絶縁
層を形成する工程と、この絶縁肋に半導体基板表面また
はポリシリコン配線表面が現われるように開口を形戒す
るL捏と、少なくともこの開口内の′1e.導体払板表
而またはポリシリコン配線表面上にバリア届を形成する
1。程と、このバリア層上および絶縁層上にポリシリコ
ン層を堆積する工程と、このポリシリコン層および必要
に応じてバリア層をパターニングするL扛と、パターニ
ングされたポリシリコン肋および絶at IW上に金属
層を形成する工保と、この金属雇およびポリシリコン肋
を反応さけて、ポリシリコン肋をA’iめて全属シリサ
イド層にする工程と、絶縁層およひ金属シリサイド層に
残った未反応の金屈層または金属の化合物だけを選択的
に除夫する工程とを含むものである。
層を形成する工程と、この絶縁肋に半導体基板表面また
はポリシリコン配線表面が現われるように開口を形戒す
るL捏と、少なくともこの開口内の′1e.導体払板表
而またはポリシリコン配線表面上にバリア届を形成する
1。程と、このバリア層上および絶縁層上にポリシリコ
ン層を堆積する工程と、このポリシリコン層および必要
に応じてバリア層をパターニングするL扛と、パターニ
ングされたポリシリコン肋および絶at IW上に金属
層を形成する工保と、この金属雇およびポリシリコン肋
を反応さけて、ポリシリコン肋をA’iめて全属シリサ
イド層にする工程と、絶縁層およひ金属シリサイド層に
残った未反応の金屈層または金属の化合物だけを選択的
に除夫する工程とを含むものである。
[作用]
本発明によれば、シリサイド化するポリシリコン層とシ
リコン基板表面とのコンタクト部もしくはポリシリコン
層とポリシリコン配線層とのコン14 タクト部にバリア層を形戊することにより、ポリシリコ
ン層がすべてシリサイド化しかつ未反応の金属層か残っ
た場合でも、金属のコンタクト部への移動およびシリコ
ン址板やポリシリコン配線部分からのシリコンの吸上げ
を阻ILすることかできる。したがってシリコン基板内
のコンタクト部近傍にシリコンの欠損が生じてその部分
に空隙の生戊や絶縁体の747出が生じることにより絶
縁体層が形威されるという現象の発1iを防II:.す
ることができる。その話果、ポリシリコン配線およびコ
ンタク1・部の批抗値を、安定して最小の値に保つこど
がl15能となる。
リコン基板表面とのコンタクト部もしくはポリシリコン
層とポリシリコン配線層とのコン14 タクト部にバリア層を形戊することにより、ポリシリコ
ン層がすべてシリサイド化しかつ未反応の金属層か残っ
た場合でも、金属のコンタクト部への移動およびシリコ
ン址板やポリシリコン配線部分からのシリコンの吸上げ
を阻ILすることかできる。したがってシリコン基板内
のコンタクト部近傍にシリコンの欠損が生じてその部分
に空隙の生戊や絶縁体の747出が生じることにより絶
縁体層が形威されるという現象の発1iを防II:.す
ることができる。その話果、ポリシリコン配線およびコ
ンタク1・部の批抗値を、安定して最小の値に保つこど
がl15能となる。
し実施例]
以下本発明の実施例について、第1A図ないし第2E図
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
第1A図に示す実施例の半導体装置は、本発明を適用し
たサリ→J゜イド構逍を何する配線およびコンタクトを
形戊するための横這を示しており、従来技術の第3A図
に対応する。第1A図の構造は、第2八図ないし第2E
図に示す製遣工程により形15 威される。禎1A図に示す構遺の製逍にあたっては、ま
ずシリコン払板1表曲のフィールド酸化膜2で分離され
た領域に、リンなどの不純物イオンをドーピングした不
純物拡散層3が形成され、さらにシリコン火板1の表a
j上にゲート電1!4および絶縁層5が形戊される。次
に不純物拡散層3の領域上の絶縁層5にエッチングによ
ってコンタクト孔6が形成される。次に、絶縁雇5の表
血全面およびコンタクト孔6の内表面上に、チタンナイ
トライドをCVD法により数I L) O A堆積させ
、バリア層14を形成ずる。このバリア層14の厚さは
金屈層8の金屈あるいはシリコン基板1からのシリコン
原子の移動を防11・するのに十分な厚さであればよい
。このバリア層14の{A質であるチタンナイトライド
は、導電性の金属であり、その比抵抗は50μΩ・C
Il1と極めて小さい。それに対し、不純物をドーピン
グしたポリシリコン層7は通常の厚みでシート抵抗値が
50〜数100Ω/口であり、リンや砒素をドーピング
し、さらに熱処理で活性化した後でも2〜3Ω/口程度
であ16 る。したがってバリア層14の抵抗値はほとんど無視す
ることができる。
たサリ→J゜イド構逍を何する配線およびコンタクトを
形戊するための横這を示しており、従来技術の第3A図
に対応する。第1A図の構造は、第2八図ないし第2E
図に示す製遣工程により形15 威される。禎1A図に示す構遺の製逍にあたっては、ま
ずシリコン払板1表曲のフィールド酸化膜2で分離され
た領域に、リンなどの不純物イオンをドーピングした不
純物拡散層3が形成され、さらにシリコン火板1の表a
j上にゲート電1!4および絶縁層5が形戊される。次
に不純物拡散層3の領域上の絶縁層5にエッチングによ
ってコンタクト孔6が形成される。次に、絶縁雇5の表
血全面およびコンタクト孔6の内表面上に、チタンナイ
トライドをCVD法により数I L) O A堆積させ
、バリア層14を形成ずる。このバリア層14の厚さは
金屈層8の金屈あるいはシリコン基板1からのシリコン
原子の移動を防11・するのに十分な厚さであればよい
。このバリア層14の{A質であるチタンナイトライド
は、導電性の金属であり、その比抵抗は50μΩ・C
Il1と極めて小さい。それに対し、不純物をドーピン
グしたポリシリコン層7は通常の厚みでシート抵抗値が
50〜数100Ω/口であり、リンや砒素をドーピング
し、さらに熱処理で活性化した後でも2〜3Ω/口程度
であ16 る。したがってバリア層14の抵抗値はほとんど無視す
ることができる。
バリア層14を形成した後、その表面全面にやはりCV
D法でポリシリコン層7を形成する。その後リソグラフ
ィおよびエッチングの技術を用いて、ポリシリコンとバ
リア層14の両方をパターニングする。エッチングは通
常のドライエッチングによって行なうことかでぎる。こ
のエッチング後の断げnを円《シたものが第2B図であ
る。
D法でポリシリコン層7を形成する。その後リソグラフ
ィおよびエッチングの技術を用いて、ポリシリコンとバ
リア層14の両方をパターニングする。エッチングは通
常のドライエッチングによって行なうことかでぎる。こ
のエッチング後の断げnを円《シたものが第2B図であ
る。
次に、ポリシリコン図7の表西および絶紛層5の露出し
た表面の全而に、たとえばチタンなどのシリサイド化を
行なうための全属層8を、スパッタリングなどによって
形成する(第2C図)。このときの金属層8の厚さは、
下側のポリシリコン層7をすべてシリサイド化すること
ができ、さらに余剰ができる程度に設定する。一例とし
て、ポリシリコン層7の厚さが1 0 00 Aの場合
には、チタンからなる金属層8の厚さは550〜600
A程度が適当である。
た表面の全而に、たとえばチタンなどのシリサイド化を
行なうための全属層8を、スパッタリングなどによって
形成する(第2C図)。このときの金属層8の厚さは、
下側のポリシリコン層7をすべてシリサイド化すること
ができ、さらに余剰ができる程度に設定する。一例とし
て、ポリシリコン層7の厚さが1 0 00 Aの場合
には、チタンからなる金属層8の厚さは550〜600
A程度が適当である。
次にアルゴン雰囲気中でRTA (Ra p i d1
7 The rma l Annea l)法により、た
とえば7 0 Cl℃の熱処理を行ない、ポリシリコン
層7と金属層8の間にシリサイド反応を坐じさせる。
7 The rma l Annea l)法により、た
とえば7 0 Cl℃の熱処理を行ない、ポリシリコン
層7と金属層8の間にシリサイド反応を坐じさせる。
このとき第2D図に承ずようにポリシリコン6かすべて
反応してシリサイド化した後も、シリコン県板表曲に未
反応の金屈層か残っている。ここで本反応の金属層8を
、チタンの場合はたとえば硫酸などにより除表すると、
11己整A的にシリサイド配線が形成される。第2E図
に金属シリサイド層12が得られた後のlli ifj
+ii 逍を/』ミす。未反応の金属雇8は、コンタク
1・部にハリア層14となるチタンナイ1・ライドが形
成されているために、シリコン基板1からのシリコンの
吸上げや絶縁体層13の形成を防I卜することができ、
低抵抗の配線およびコンタク1・部を丈現することかで
きる。
反応してシリサイド化した後も、シリコン県板表曲に未
反応の金屈層か残っている。ここで本反応の金属層8を
、チタンの場合はたとえば硫酸などにより除表すると、
11己整A的にシリサイド配線が形成される。第2E図
に金属シリサイド層12が得られた後のlli ifj
+ii 逍を/』ミす。未反応の金属雇8は、コンタク
1・部にハリア層14となるチタンナイ1・ライドが形
成されているために、シリコン基板1からのシリコンの
吸上げや絶縁体層13の形成を防I卜することができ、
低抵抗の配線およびコンタク1・部を丈現することかで
きる。
なお上記失施例では、ウエハ全面にバリア層となるチタ
ンナイトライドを形成したか、コンタクト開目部のシリ
コンMk上たけに選択的にバリア層を形威しても同様の
作用効果を1lIることかできる。
ンナイトライドを形成したか、コンタクト開目部のシリ
コンMk上たけに選択的にバリア層を形威しても同様の
作用効果を1lIることかできる。
1 8
また金属シリサイド層の膜厚に関しても、必要な批抗値
になるようにtl’E意に訣定し、それに適合する金属
層8とポリシリコン廠7のjソ.さの相対的な比率を設
定することかn■能である。
になるようにtl’E意に訣定し、それに適合する金属
層8とポリシリコン廠7のjソ.さの相対的な比率を設
定することかn■能である。
全属種としては、ここではチタンを例にとって述べたが
、自己整合的にシリサイドを形成できる金属であれば、
チタンに限ることはなく、たとえばタンタル,コバルト
,ニッケル,クロム,白企,パラジウムなどを用いるこ
とも可能である。
、自己整合的にシリサイドを形成できる金属であれば、
チタンに限ることはなく、たとえばタンタル,コバルト
,ニッケル,クロム,白企,パラジウムなどを用いるこ
とも可能である。
次に本発明の第2の丈施例について、第IB図に杜づい
て説明する。昂I B mは、同大施例の゛1先導体装
置の、熱処理によるシリ→ノ゛イド化前の断曲横造を示
しており、従来技術のhs 3B図に示したものに対応
する。本丈施例は、ポリシリコン層7の表面および露出
した絶縁層5の表而にさらに絶縁層5を形成し、その上
にさらに金属シリサイド配線層を形成するものである。
て説明する。昂I B mは、同大施例の゛1先導体装
置の、熱処理によるシリ→ノ゛イド化前の断曲横造を示
しており、従来技術のhs 3B図に示したものに対応
する。本丈施例は、ポリシリコン層7の表面および露出
した絶縁層5の表而にさらに絶縁層5を形成し、その上
にさらに金属シリサイド配線層を形成するものである。
ポリシリコン雇7の表面を覆うようにCVD法によって
絶縁層5を形成した後、その絶縁層の、ポリシリコン層
7の領域」二にエッチングによってコンタク1・孔9を
開1つ [1させる。次に絶総層5の表山およびコンタクト孔9
の内表西全lII1にチタンナ・『1・ライドをCVD
法により数1 (1 0八のplさてml( faさせ
、1<リア層14を形成する。このバリア塙14上にや
はりCVD法によってポリシリコン雇10を形成した後
、パターニングによる不要なポリシリコンおよびチタン
ナイトライドを除大する。次にその表面にスパッタリン
グによってチタンなどの金屈層1〕を形成し、Q’x
i B図に示す断一描追となる。
絶縁層5を形成した後、その絶縁層の、ポリシリコン層
7の領域」二にエッチングによってコンタク1・孔9を
開1つ [1させる。次に絶総層5の表山およびコンタクト孔9
の内表西全lII1にチタンナ・『1・ライドをCVD
法により数1 (1 0八のplさてml( faさせ
、1<リア層14を形成する。このバリア塙14上にや
はりCVD法によってポリシリコン雇10を形成した後
、パターニングによる不要なポリシリコンおよびチタン
ナイトライドを除大する。次にその表面にスパッタリン
グによってチタンなどの金屈層1〕を形成し、Q’x
i B図に示す断一描追となる。
その後さらに約700℃の熱処理を所定時間行なうこと
により、ポリシリコン層10と金属層11の間にシリサ
イド化反応が進み、金属シリサイド配線層が形成される
。
により、ポリシリコン層10と金属層11の間にシリサ
イド化反応が進み、金属シリサイド配線層が形成される
。
このようにして形成された木丈施例の゛1屯導体装置も
、前連した第1の丈施例の場合と同}1の作用効果によ
り、優れた批抗特性を−h゛する金屈シリサイド配線お
よびコンタク1・部をiリることか−Cきる。
、前連した第1の丈施例の場合と同}1の作用効果によ
り、優れた批抗特性を−h゛する金屈シリサイド配線お
よびコンタク1・部をiリることか−Cきる。
[発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、シリサイド化するポ
リシリコン雇とシリコン占(lIK表四とのコ20 ンタクト部、もしくはポリシリコン層とポリシリコン配
線層とのコンタク1・部にバリア層を形成することによ
り、コンタク1・部を通しての未反応企属の移動やシリ
コン基板からのシリコンの吸」二げが阻止される。その
結果コンタクl・部近傍のシリコン風板内にシリコンの
欠損が生じることによりその欠損部に絶縁体層が形成さ
れるという現象の発生か防止され、導電仕の優れたザリ
サイド描逍の配線および配線接続部をvIることかでき
る。
リシリコン雇とシリコン占(lIK表四とのコ20 ンタクト部、もしくはポリシリコン層とポリシリコン配
線層とのコンタク1・部にバリア層を形成することによ
り、コンタク1・部を通しての未反応企属の移動やシリ
コン基板からのシリコンの吸」二げが阻止される。その
結果コンタクl・部近傍のシリコン風板内にシリコンの
欠損が生じることによりその欠損部に絶縁体層が形成さ
れるという現象の発生か防止され、導電仕の優れたザリ
サイド描逍の配線および配線接続部をvIることかでき
る。
第1A図は本発明の第1の夫施例における゛1(導体装
置の、シリサイド化のための熱処理を行なう前の状態を
承す断曲図、第1B図は同第2の実施例における半導体
装置の、シリサイド化のための熱処狸を行なう前の状態
を示す断山1図である。 第2A図ないし第2E図は、本発明の第1の実施例にお
ける半導体装置の製逍力法の各工程を示す断面図である
。 第3A図は、シリコン拙板表面の不純物拡散R43上に
コンタク1・部をh゛する金属シリサイド配線21 ?形威した従来の半導体装置の、熱処裡によるシノリ゛
イド化前の状態を示す断面図、qs 3 B図は、シリ
コン配線層上にさI′−>に金属シリサイド配線層を形
成した従来の゛1′.導体装置の、シリサイド化前の状
態を示す断面図である。 第4図は従来の金属シリサイド配線1■■■の形戊方法
における、魚処理にむけるシリ→ノ゛イド化前のポリシ
リコン層7および金属層8の断向の状態を示す図である
。 第5A図は、従宋のサリザイド配緑の形成方法における
、第4図に示すシリサイド化反応前の金属層8の厚さが
ポリシリコン層7のII+{さに対して相対的に厚すぎ
る場合のシリサイド化後の状態を示す断面図、第5B図
はそのシリーズ抵抗の等価同路図である。 第6A図は、従来のサリサイド配線の形成方法における
、シリサイド化反応前の金属層8の厚さとポリシリコン
層7の厚さが相対的に最適な関係にある場合の、シリサ
イド化後の状態を示す断面図、第6B図はそのシリーズ
抵抗の′:−7価川略図で22 ある。 第7A図は、従来の→ノ゛リザイド配線の形成方法にお
ける、シリサイド化反応前の金属層8のJvさがポリシ
リコン層7の厚さに対し相対的に薄ずぎる場合の、シリ
サイド化後の状態をiJ’<ず断而図、*;7 B図は
そのシリーズ抵抗の雰(llli I+−!I路図であ
る。 第8図は、IOOOAのポリシリコン膜をシリサイド化
した場合の、シリサイド化された部分の膜厚とシー1・
抵抗値との関係のグラフを示す図、第9図は、従来のサ
リサイド配線の形成方法における、シリサイド化反応の
ための熱処理時間とコンタク1・抵抗値との関係のグラ
フを,tJ<ず図である。 図において、]はシリコン基板、3は不純物拡散層、5
は絶縁騰、6,9はコンタク1・孔、7,10はポリシ
リコン層、8.11は金属層、12は金属シリサイド層
、14はバリア層である。 なお、各図において同一番号を付した部分は、同一また
は相冑1の要素を示す。
置の、シリサイド化のための熱処理を行なう前の状態を
承す断曲図、第1B図は同第2の実施例における半導体
装置の、シリサイド化のための熱処狸を行なう前の状態
を示す断山1図である。 第2A図ないし第2E図は、本発明の第1の実施例にお
ける半導体装置の製逍力法の各工程を示す断面図である
。 第3A図は、シリコン拙板表面の不純物拡散R43上に
コンタク1・部をh゛する金属シリサイド配線21 ?形威した従来の半導体装置の、熱処裡によるシノリ゛
イド化前の状態を示す断面図、qs 3 B図は、シリ
コン配線層上にさI′−>に金属シリサイド配線層を形
成した従来の゛1′.導体装置の、シリサイド化前の状
態を示す断面図である。 第4図は従来の金属シリサイド配線1■■■の形戊方法
における、魚処理にむけるシリ→ノ゛イド化前のポリシ
リコン層7および金属層8の断向の状態を示す図である
。 第5A図は、従宋のサリザイド配緑の形成方法における
、第4図に示すシリサイド化反応前の金属層8の厚さが
ポリシリコン層7のII+{さに対して相対的に厚すぎ
る場合のシリサイド化後の状態を示す断面図、第5B図
はそのシリーズ抵抗の等価同路図である。 第6A図は、従来のサリサイド配線の形成方法における
、シリサイド化反応前の金属層8の厚さとポリシリコン
層7の厚さが相対的に最適な関係にある場合の、シリサ
イド化後の状態を示す断面図、第6B図はそのシリーズ
抵抗の′:−7価川略図で22 ある。 第7A図は、従来の→ノ゛リザイド配線の形成方法にお
ける、シリサイド化反応前の金属層8のJvさがポリシ
リコン層7の厚さに対し相対的に薄ずぎる場合の、シリ
サイド化後の状態をiJ’<ず断而図、*;7 B図は
そのシリーズ抵抗の雰(llli I+−!I路図であ
る。 第8図は、IOOOAのポリシリコン膜をシリサイド化
した場合の、シリサイド化された部分の膜厚とシー1・
抵抗値との関係のグラフを示す図、第9図は、従来のサ
リサイド配線の形成方法における、シリサイド化反応の
ための熱処理時間とコンタク1・抵抗値との関係のグラ
フを,tJ<ず図である。 図において、]はシリコン基板、3は不純物拡散層、5
は絶縁騰、6,9はコンタク1・孔、7,10はポリシ
リコン層、8.11は金属層、12は金属シリサイド層
、14はバリア層である。 なお、各図において同一番号を付した部分は、同一また
は相冑1の要素を示す。
Claims (2)
- (1)半導体基板表面上またはポリシリコン配線表面上
に形成された絶縁層と、 この絶縁層の一部に前記半導体基板表面または前記ポリ
シリコン配線表面が露出するように開口を設けて形成さ
れた配線接続部と、 少なくともこの配線接続部内の半導体基板表面上または
ポリシリコン配線表面上に形成されたバリア層と、 このバリア層上に形成された金属シリサイド層と、 を含む半導体装置。 - (2)半導体基板表面上またはポリシリコン配線表面上
に絶縁層を形成する工程と、 この絶縁層に前記半導体基板表面またはポリシリコン配
線表面が現われるように開口を形成する工程と、 少なくともこの開口内の前記半導体基板表面またはポリ
シリコン配線表面上にバリア層を形成する工程と、 このバリア層上および前記絶縁層上にポリシリコン層を
堆積する工程と、 このポリシリコン層および必要に応じて前記バリア層を
パターニングする工程と、 パターニングされた前記ポリシリコン層および前記絶縁
層上に金属層を形成する工程と、 この金属層および前記ポリシリコン層を反応させて、前
記ポリシリコン層をすべて金属シリサイド層にする工程
と、 前記絶縁層および前記金属シリサイド層に残った未反応
の金属層または金属の化合物だけを選択的に除去する工
程と、 を含む半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1302592A JPH07109829B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置の製造方法 |
US08/022,876 US5413968A (en) | 1989-11-20 | 1993-02-25 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1302592A JPH07109829B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03161934A true JPH03161934A (ja) | 1991-07-11 |
JPH07109829B2 JPH07109829B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=17910832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1302592A Expired - Lifetime JPH07109829B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
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---|---|
US (1) | US5413968A (ja) |
JP (1) | JPH07109829B2 (ja) |
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1989
- 1989-11-20 JP JP1302592A patent/JPH07109829B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-02-25 US US08/022,876 patent/US5413968A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07109829B2 (ja) | 1995-11-22 |
US5413968A (en) | 1995-05-09 |
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