JPH0335523A - 半導体装置の配線の形成方法 - Google Patents

半導体装置の配線の形成方法

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JPH0335523A
JPH0335523A JP16829889A JP16829889A JPH0335523A JP H0335523 A JPH0335523 A JP H0335523A JP 16829889 A JP16829889 A JP 16829889A JP 16829889 A JP16829889 A JP 16829889A JP H0335523 A JPH0335523 A JP H0335523A
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JP
Japan
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layer
polysilicon
impurity
silicide
forming
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JP16829889A
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Takae Sasaki
佐々木 孝江
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 IC,LSIなどの半導体装置の製造方法、より詳しく
は、半導体装置の配線(電極)の形成方法に関し、 シリサイド層とポリシリコン層との界面が熱処理を施こ
されても安定である(激しい凹凸にならない〉ようにし
た多層構造配線の形成方法を提供することを目的とし、 半導体装置でのポリシリコン下層とシリサイド上層との
多層構造配線の形成方法において、ポリシリコン下層の
下に不純物含有ガラス層を形成し、その上にポリシリコ
ン下層をアモルファス状態で形成し、結晶化アニールを
施こし、そして不純物含有ガラス層からの不純物拡散ア
ニールを施こすように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、rc、 LSIなどの半導体装置の製造方法
、より詳しくは、半導体装置の配線(電極〉の形成方法
に関する。
近年の半導体装置の高集積化、微細化に伴い、デバイス
の高速動作のためにも低抵抗率の配線が求められている
〔従来の技術〕
ポリシリコンの配線ではその抵抗値がデバイス高速動作
の障害となってしまうので、ポリシリコンに物理的・化
学的特性が近くかつより抵抗の低いシリサイドの利用が
図られている。ただ、MOS l 21WSia、 T
iSi2. TaSi2などのシリサイドは5102と
の密着性が良くない。また、シリサイド層をスパッタリ
ング法で形成する場合に、コンタクトホールなどの段差
部にてステップカバレッジが悪いために断線の恐れがあ
る。そこで、ポリシリコン層とその上に形成したシリサ
イド層とからなる多層(2層〉構造の配線が使用されて
いる。
このような多層構造配線は、第3図に示すように、Si
基板1上のSlO□絶縁層2の上に、通常のCVDプロ
セス(625℃基板加熱〉で形成したポリシリコン層3
およびスパッタリング法またはCVD法で形成したシリ
サイド(例えば、Tl5I+1 )層4からなる。シリ
サイド層4の上にはCVD法によるSlO□層5が形成
されており、これはシリサイド層4がアモルファス状態
で形成されているのを結晶化アニール(900〜950
℃、20〜30分)する際に雰囲気ガス(N2ガス)の
混入(窒化)を防止する働きがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した多層構造配線は高温の結晶化アニールによって
シリサイドとポリシリコンとの相互拡散が生じて、第4
図に示すように、界面7の凹凸が激しくなってしまう。
これは、先に形成したポリシリコンはその結晶粒が小さ
く (すなわち、結晶粒界が多く〉、さらに多くの結晶
欠陥を含んでいて、結晶粒界等に沿ってシリサイドの金
属(Ti)原子とポリシリコンのSi原子との相互拡散
が激しくなるため、結果的に界面で凹凸が発生するから
である。シリサイド層とポリシリコン層との界面がこの
ような激しい凹凸になることは、各層の厚さを一定に維
持できず、配線抵抗が複数の配線にてバラツキそしてひ
とつの配線にても局所的にバラツクという問題が生じて
いる。
本発明の目的は、以上の点を鑑みて、シリサイド層とポ
リシリコン層との界面が熱処理を施こされても安定であ
る(激しい凹凸にならない)ようにした多層構造配線の
形成方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的が、半導体装置でのポリシリコン下層とシリ
サイド上層との多層構造配線の形成方法において、ポリ
シリコン下層の下に不純物含有ガラス層を形成し、その
上にポリシリコン下層をアモルファス状態で形成し、結
晶化アニールを施こし、そして不純物含有ガラス層から
の不純物拡散アニールを施こすことを特徴とする半導体
装置の配線の形成方法によって達成される。
不純物含有ガラス層がPSG、 BSG、 PBSGな
どであることは好ましい。
さらに、上述の目的が半導体装置でのポリシリコン下層
とシリサイド上層との多層構造配線の形成方法において
、前記ポリシリコン下層をアモルファス状態で形成し、
結晶化アニールを施こし、次に不純物を該ポリシリコン
下層へイオン注入し、そして不純物活性化アニールを施
こすことを特徴とする半導体装置の配線の形成方法によ
っても達成される。
注入する不純物はリン(P)、ボロン(B)などである
ことが好ましく、公知のイオン注入法で注入できる。
また、上述のイオン注入および活性化アニールのプロセ
スの代わりに不純物熱拡散法を用いて、ポリシリコン層
へ不純物をドープすることができる。
〔作 用〕
本発明によると、ポリシリコン層をアモルファス状態で
形成し、次に結晶化アニールおよび不純物活性化アニー
ルの熱処理を施こすことによって、ポリシリコン層の結
晶性が良好で(粒界が少なくなって、粒子が大きくなり
かつ欠陥密度が小さくなり)、かつ表面平坦となる。そ
れによりシリサイドとの相互拡散および界面凹凸が回避
できる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。
男よ 第1A図および第1B図は、本発明の形成方法にしたが
って不純物含有ガラスを利用して多層構造配線を形成す
る工程を説明する概略断面図である。
まず、第1A図に示すように、シリコン(Si)単結晶
基板(シリコンウェハ)11の上に通常のCVD法によ
ってSin□層12層厚2+ 10100nを形成する
。CVD法の代わりに熱酸化法を用いてSlO□層12
全12してもよい。次に、通常のCVD法によってPS
G (リンシリケイトガラス)層13〈厚さ: 101
00nを5102層12上に形成する。PSGの代わり
にBSG (ボロンシリケイトガラス)やPBSGを用
いることも可能である。このPSG層13の上に、堆積
温度450〜570℃の比較的低温にした状態で、CV
D法(例えば、シラン又はジシランの熱分解)によって
アモルファスシリコン層14(厚さ: 10100nを
形成する。そして、600〜900℃の結晶化アニール
(600°×2時間)を行なって、アモルファスから多
結晶(ポリクリスタル〉のシリコン層に変える。この場
合に得られるポリシリコン層の結晶粒は、堆積温度62
5℃でのCVD法通常プロセスで得られる(形成される
〉ポリシリコン層の結晶粒よりも大きい。さらに、90
0〜1000℃の不純物拡散アニール(950℃×30
分〉を行なってPSG層13のリン(不純物)をポリシ
リコン層14中へ固相拡散させる。この高温アニールに
よってリン(不純物〉を活性化しかつ固相拡散でポリシ
リコン層14の抵抗を下げることができる。
次に、第1B図に示すように、ポリシリコン層14の上
にスパッタリング法(又はCVD法〉によっテシリサイ
ド(T IS、+ 2 )層15(厚さ: 200nm
)を形成する。シリサイドの材料としてはTiSi□の
他にMoSi、、 WSi2. TaSi2などがある
。スパッタリングのターゲットにこれらシリサイドを用
いてスパッタリングを行なうが、シリコンターゲットと
金属(Ti、 Mo、 W、 Ta)ターゲットとを用
いて同時にスパッタリングしてもよい。スパッタリング
の代わりに、シリコンと金属の同時蒸着によってシリサ
イド層を形成することもできる。該シリサイド層15の
上に通常のCVD法によって3102層16(厚さ:2
0nm)を形成する。それから、形成したシリサイド層
15をアモルファスから結晶化させるアニール(500
℃×20分〉を施こす。シリサイド層の形成方法では上
述のほかに、ポリシリコン層を3001m程度と厚く形
成しておいてその上に高融点金属(7’i。
Mo、 W、 Taなど)層をEB(電子ビーム)蒸着
法、スパッタリング法、CVD法などで厚さ5Qnm程
度形成し、700℃以上の熱処理(シリサイド化アニー
ル)によってポリシリコンのSi と金属とを相互拡散
させてシリサイド層としてもよい。この場合にも熱処理
をN2雰囲気で行なうならば、金属層の上にSiO□層
(厚さ:5Qnm)を設けておくことになる。このよう
にして形成した多層構造配線はそのシリサイド/ポリシ
リコン界面はほぼ平坦であって、従来問題となっていた
凹凸は少ない。そして、ポリシリコン層14はその粒子
(グレイン)が従来よりも大きくかつ欠陥密度が小さい
という結晶性の面での向上がなされている。また、不純
物含有ガラス層からポリシリコン層への不純物ドープが
なされており、それだけ配線抵抗の低減ができる。
例2 上述の例1での不純物含有ガラス層を利用する代わりに
イオン注入法による不純物ドーピングを利用して、本発
明の形成方法にしたがって、第2図に示すように、従来
と同様にシリサイド/ポリシリコンの2層のみで配線を
形成できる。
例1と同じにSi基板11上にsio、層12を形成し
、該8102層12の上に堆積温度450〜570℃で
CVD法によってアモルファスシリコン層を形成し、そ
して600〜900℃の結晶化アニール(600℃×2
時間)でポリシリコン層14に変える。次に、イオン注
入法によってリン又はボロンイオンをポリシリコン層1
4中へ注入し、打込んだ不純物(リン又は゛ボロン〉の
活性化と拡散とを兼ねたアニールを700℃以上の温度
にて(960℃×40分)行なう。
次に、例1と同じにポリシリコン層14の上にスパッタ
リング法でシリサイド(TiSi2)層15を形成し、
さらにその上にCVD法で5i02層16を形成する。
それから、シリサイド層15の結晶化アニール(900
℃×20分)を施こして、多層(2層〉構造配線を形成
する。この場合にも、シリサイド/ポリシリコン界面は
ほぼ平坦であって凹凸は少ない。
例3 例2におけるイオン注入および活性化アニールの代わり
に不純物熱拡散法を採用することもできる。
例1と同じにSi基板11上にSiO□層12全12し
、該SiO□層12全12堆積温度450〜570℃で
CVD法によってアモルファスシリコン層を形成し、そ
して600〜900℃の結晶化アニール(600℃×2
時間)でポリシリコン層14に変える(第2図)。次に
、公知の熱拡散法によってリン(又はボロン)をポリシ
リコン層14中へ拡散させる(850〜1200℃の温
度にて〉。この場合には高温熱処理でもあるので、固相
拡散のアニールやイオン注入後の活性化アニールの高温
熱処理を行なったことになる。
次に、例1と同じにポリシリコン層14の上にスパッタ
リング法でシリサイド(TiSi2)層15を形成し、
さらにその上にCVD法でSlO□層16層形6する。
それから、シリサイド層15の結晶化アニール(900
℃×20分)を施こして、多層(2層〉構造配線を形成
する。この場合にも、シリサイド/ポリシリコン界面は
ほぼ平坦であって凹凸は少ない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、多層構造配線の
シリサイド/ポリシリコン界面における相互拡散および
それに伴う凹凸形成を招くことなく熱処理(アニール)
を施こすことができて、形成した配線の抵抗のバラツキ
はほとんどなく、配線抵抗は一定である。さらに、MO
3構造のゲート電極に本発明で形成した多層構造配線を
用いるならば、界面の熱的安定性に加えてゲート酸化膜
耐圧などのMO3特性の安定性も向上する。
【図面の簡単な説明】
第1A図および第1B図は、本発明に係る方法にしたが
った半導体装置の配線形成工程を説明する半導体装置の
概略部分断面図であり、第2図は本発明に係る方法によ
って形成した配線を有する半導体装置の概略断面図であ
り、第3図は従来方法で形成してシリサイド結晶化アニ
ール処理前の配線を有する半導体装置の概略断面図であ
り、 第4図は、従来方法で形成してシリサイド結晶化アニー
ル処理を施こした配線を有する半導体装置の概略断面図
である。 11−3 i基板、    12=−3iQJJ、13
・・・不純物含有ガラス層、 14・・・ポリシリコン(アモルファスシリコン)層、
15・・・シリサイド層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体装置でのポリシリコン下層とシリサイド上層
    との多層構造配線の形成方法において、前記ポリシリコ
    ン下層の下に不純物含有ガラス層を形成し、その上に前
    記ポリシリコン下層をアモルファス状態で形成し、結晶
    化アニールを施こし、そして前記不純物含有ガラス層か
    らの不純物拡散アニールを施こすことを特徴とする半導
    体装置の配線の形成方法。 2、半導体装置でのポリシリコン下層とシリサイド上層
    との多層構造配線の形成方法において、前記ポリシリコ
    ン下層をアモルファス状態で形成し、結晶化アニールを
    施こし、次に不純物を該ポリシリコン下層へイオン注入
    し、そして不純物活性化アニールを施こすことを特徴と
    する半導体装置の配線の形成方法。 3、半導体装置でのポリシリコン下層とシリサイド上層
    との多層構造配線の形成方法において、前記ポリシリコ
    ン下層をアモルファス状態で形成し、結晶化アニールを
    施こし、次に不純物熱拡散法によって該ポリシリコン下
    層へ不純物をドープすることを特徴とする半導体装置の
    配線の形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5559042A (en) * 1991-03-27 1996-09-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Inc. Method of fabricating a thin film semiconductor device using an insulating film which contracts when thermally treated
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US8994885B2 (en) 2010-04-19 2015-03-31 Citizen Holdings Co., Ltd. Pre-edging lens and method for manufacturing edged lens

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