JPH05283409A

JPH05283409A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH05283409A
Application number: JP3750092A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mitsushima; 猛光嶋
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ポリサイド配線を再現性良く高い歩留まりで
形成する。【構成】ポリサイド配線の下層となる多結晶シリコン
膜２０をリンを含んだ反応ガスを用いて化学気相成長法
により成長し、成長後多結晶シリコン炉を４５０℃以下
に下げた状態でシリコン基板１１を取り出し、この後直
接化学気相成長法により金属珪化物を成長する。熱処理
工程がないためボロンリンガラス膜１８にシワは発生せ
ず、洗浄工程がないためシミは発生しない。また、多結
晶シリコン炉から低温で取り出すためハガレは発生せ
ず、化学気相成長法により金属珪化物を成長するためス
パッタリング法で発生する段差被覆性の劣化、プラズマ
損傷の問題は発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に多結晶シリコン層と金属珪化物（シリサイド）層と
の積層膜から成る配線の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化、高速化にともな
って多結晶シリコン層と金属珪化物（シリサイド）層と
から成る積層膜（ポリサイド）が半導体装置のゲート並
びに配線材料として使用されつつある。

【０００３】以下に、従来技術の一例として、多結晶シ
リコン膜とタングステンシリサイド膜との積層膜を配線
として使用した半導体装置の製造方法について図２の工
程断面図を参照して詳細に説明する。

【０００４】まず、シリコン基板３１の一方の主面上に
熱酸化膜を形成し、熱酸化膜上に窒化膜を堆積する。こ
の後、、フォトレジストを塗布、露光、現像して素子分
離の選択酸化膜（ＬＯＣＯＳ膜）３２を形成する領域に
窓を開ける。次にフォトレジストをマスクに窒化膜をエ
ッチング、さらに熱酸化膜をエッチング除去し、シリコ
ン基板３１面を露出させる。この後フォトレジストを除
去して酸化雰囲気中で露出したシリコン基板３１を酸化
させて膜厚５００ｎｍ程度の選択酸化膜３２を形成す
る。この後、窒化膜、熱酸化膜を除去する。

【０００５】次に、シリコン基板３１表面を熱酸化し
て、たとえば膜厚２０ｎｍのゲート酸化膜３３を形成し
た後、気相成長法によりたとえば膜厚４００ｎｍの多結
晶シリコンゲート層３４となる多結晶シリコンを形成す
る。この多結晶シリコンは抵抗を低くするために不純物
をドープしている。

【０００６】ドープの方法としては、ノンドープの多結
晶シリコンを形成後、イオン注入で不純物を注入した
り、あるいは不純物ガスの気相から不純物を拡散した
り、また多結晶シリコンを作成するＣＶＤ装置で多結晶
シリコンを成長するガスに不純物元素を含んだガスを混
合し、成長と同時に不純物を含んだ多結晶シリコンを形
成していく方法等が用いられている。

【０００７】この後通常のフォトリソグラフィを用いて
所定領域に窓開けしたフォトレジストをマスクに多結晶
シリコンをエッチングし、多結晶シリコンゲート層３４
を形成する。この後、シリコン基板３１全面に砒素をイ
オン注入し、９００℃、３０分程度の熱処理を行い拡散
層（拡散層配線）３５を形成する。この時、多結晶シリ
コンゲート層３４と選択酸化膜３２の直下にあるシリコ
ン基板３１には、各々がマスクとなりイオンは注入され
ない。

【０００８】さらにその上に絶縁膜として、ジボラン、
ホスフィン、モノシラン、酸素の混合ガスを用いて気相
成長法によりボロンリンガラス膜３６を形成した後、こ
のボロンリンガラス膜３６上の配線を容易にするため、
９００℃の窒素雰囲気中で熱処理を施し、ボロンリンガ
ラス膜３６の溶融平坦化を行う（図２（ａ））。

【０００９】次に、上記ボロンリンガラス膜３６を、ホ
トレジストをマスクにして、エッチングを行い、拡散層
（拡散層配線）３５上の所定の箇所にコンタクトホール
３７を形成した後、モノシランガスで減圧気相成長法に
より多結晶シリコン膜３８を形成する（図２（ｂ））。

【００１０】その多結晶シリコン膜３８の配線及びコン
タクト抵抗を低減するため、ホスフィン、酸素混合ガス
中で９００℃の温度でリンを多結晶シリコン膜３８に熱
拡散する。なお、この時、多結晶シリコン膜３８上にリ
ンガラス層が形成される。このリンガラス層は後に形成
するタングステンシリサイド膜の多結晶シリコン膜３８
への付着力を弱めるため、弗酸：水＝１：１０の弗酸水
溶液を用いてこのリンガラス層をエッチング除去する。
この後、６弗化タングステンとモノシランで気相成長法
によりタングステンシリサイド膜３９を形成する。この
多結晶シリコン膜３８とタングステンシリサイド膜３９
との積層膜をレジストマスクによりエッチングを行いポ
リサイド配線を形成する（図２（ｃ））。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では図２（ｃ）のように多結晶シリコン膜
３８に９００℃程度の温度でリンを熱拡散する際に多結
晶シリコン膜３８の下に位置するボロンリンガラス膜３
６が溶融するため、多結晶シリコン膜３８の表面に凸凹
が生じる。これはポリサイド配線を加工するとき、加工
精度に悪影響を与え、著しい場合は配線間のショートが
生じるという問題がある（以後シワと呼ぶ）。

【００１２】また、多結晶シリコン膜３８を形成する
際、シリコン基板を多結晶シリコン成長炉から取り出し
た場合、同成長炉温度が６００℃以上では、多結晶シリ
コン膜３８上には膜厚２０Å程度の酸化膜が形成され、
この酸化膜がタングステンシリサイド膜３９との密着性
を低下させ、タングステンシリサイド膜３９が剥がれや
すくなるという問題が生じる（以後ハガレと呼ぶ）。

【００１３】またこのハガレの発生を抑制するには多結
晶シリコン膜３８上のリンガラスや表面自然酸化膜を弗
酸水溶液でエッチング除去すればよいが、この工程で多
結晶シリコン膜３８の表面に洗浄残渣（シミ）が発生
し、配線の形成が困難になるという問題がある（以後シ
ミと呼ぶ）。

【００１４】一方、タングステンシリサイド膜３９を化
学気相成長法でなく、スパッタリング法によって形成す
ればタングステンシリサイドの付着力が強められ上記ハ
ガレの問題は防止できるが、段差被覆性が化学気相成長
法によるものより劣るため新たに断線等の問題が生じ
る。さらにプラズマ中のイオンや電子の衝撃等によりゲ
ート酸化膜３３に損傷を与えトランジスタの特性及び信
頼性に悪影響を与えるという問題がある（以後ダメージ
と呼ぶ）。

【００１５】本発明は上記従来のシワ、シミ、ハガレ、
断線、ダメージの諸問題を解決し、再現性良く高歩留り
のポリサイド配線を形成する製造方法を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明ではポリサイド配線の下層となる多結晶シリコ
ン膜をリン化合物を含んだ反応ガスを用いて化学気相成
長法により成長する工程、この多結晶シリコン膜を成長
した後、多結晶シリコン炉を４５０℃以下の温度に下げ
た状態でシリコン基板を取り出す工程と、この後化学気
相成長法により金属珪化物を成長する工程とを備えてい
る。

【００１７】

【作用】この製造方法によって、シワ、シミ、ハガレ、
断線、ダメージの諸問題を解決し、安定にポリサイド配
線を形成することができる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明にかかるポリサイド配線を採
用した半導体装置の製造方法について図１の工程断面図
を参照して詳細に説明する。

【００１９】以下、工程順に説明する。まず、シリコン
基板１１の一方の主面上に９００℃の水蒸気雰囲気中で
熱酸化膜１２を形成し、熱酸化膜１２上にジクロルシラ
ンとアンモニアガスを用い、成長温度７７０℃で窒化膜
１３を堆積する。この後、フォトレジストを塗布、露
光、現像して素子分離の選択酸化膜（ＬＯＣＯＳ膜）１
４を形成する領域に窓を開ける。次にフォトレジストを
マスクに窒化膜１３をエッチング、さらに熱酸化膜１２
を緩衝弗酸水溶液によりエッチング除去し、シリコン基
板１１面を露出させる。この後フォトレジストを除去し
て酸化雰囲気中で露出したシリコン基板１１を酸化させ
て膜厚５００ｎｍ程度の選択酸化膜１４を形成する。こ
の後、窒化膜１３を燐酸水溶液で除去し、熱酸化膜１２
を緩衝弗酸水溶液により除去する。こうしてシリコン基
板１１の一方の主面が選択酸化膜１４によって素子分離
される（図１（ａ））。

【００２０】次に、シリコン基板１１表面を９００℃の
水蒸気雰囲気で熱酸化して、たとえば膜厚２０ｎｍのゲ
ート酸化膜１５を形成する。この後気相成長法によって
たとえば膜厚４００ｎｍの多結晶シリコンゲート層１６
となる多結晶シリコンをモノシランガスを用いて形成温
度約６１０℃で形成する。この後この多結晶シリコンは
シート抵抗を３０Ω以下に低くするために不純物をドー
プする。

【００２１】この後、通常のフォトリソグラフィを用い
て多結晶シリコンゲート以外の領域に窓開けしたフォト
レジストをマスクに、多結晶シリコンを例えば６弗化硫
黄、塩化水素、酸素の混合ガスを用いてリアクティブイ
オンエッチングを行い、多結晶シリコンゲート層１６を
形成する。この後、シリコン基板１１全面にたとえば注
入量３×１０¹⁵／cm²で砒素をイオン注入し９００℃３
０分程度の熱処理を行い拡散層（拡散層配線）１７を形
成する。この時、多結晶シリコンゲート層１６と選択酸
化膜１４の直下にあるシリコン基板１１には、各々がマ
スクとなり、イオンは注入されない。こうしてＭＯＳ型
トランジスタが形成される（図１（ｂ））。

【００２２】さらにその上に絶縁膜として、ジボラン、
ホスフィン、モノシラン、酸素の混合ガスを用いて気相
成長法によりボロンリンガラス膜１８を形成した後、こ
のボロンリンガラス膜１８の段差形状がなめらかである
ほどボロンリンガラス膜１８上の配線が容易になるた
め、９００℃の窒素雰囲気中で熱処理を施し、ボロンリ
ンガラス膜１８の溶融平坦化を行う。次に、上記ボロン
リンガラス膜１８を、フォトレジストをマスクにして、
３弗化メタンと酸素を用いてリアクティブイオンエッチ
ングを行い、拡散層（拡散層配線）１７上の所定の箇所
にコンタクトホール１９を形成する。こうしてＭＯＳ型
トランジスタ上に絶縁膜が形成され、その上の配線とシ
リコン基板１１上の拡散層領域との電気的導通のための
コンタクトが形成される（図１（ｃ））。

【００２３】さらにたとえばモノシランガス１０００cc
／分、ホスフィン１０cc／分混合ガスを用いて成長圧力
３００ｍＴｏｒｒ、成長温度６００℃で気相成長法によ
り多結晶シリコン膜２０を形成する。引続き、多結晶シ
リコン成長炉の温度を４５０℃に下げた後、シリコン基
板を多結晶シリコン成長炉から取り出す。こうして絶縁
膜上にポリサイド配線の下層の多結晶シリコン層２０が
形成される（図１（ｄ））。

【００２４】次に、その多結晶シリコン膜２０上に、６
弗化タングステンとモノシランガスを用い成長温度４０
０℃の条件で気相成長法によりタングステンシリサイド
膜２１を形成する。この多結晶シリコン膜２０とタング
ステンシリサイド膜２１との積層膜をレジストマスクに
より例えば６弗化硫黄、塩化水素、酸素の混合ガスを用
いてリアクティブイオンエッチングを行いポリサイド配
線を形成する。こうしてシリコン基板上に素子分離され
た領域にＭＯＳ型トランジスタが形成され、所定のＭＯ
Ｓ型トランジスタ同士はポリサイド配線により電気的導
通を得て半導体装置が完成する（図１（ｅ））。

【００２５】本実施例の場合、多結晶シリコン膜成長時
にホスフィンを導入しながら成長するため、被着したま
まの多結晶シリコン膜にリンが含まれており、多結晶シ
リコン膜にリンを熱拡散する工程が省略できる。リンの
熱拡散は、回路動作上問題ないコンタクト抵抗を得るた
めには、８５０℃以上の温度で行う必要がある。しか
し、８５０℃以上の温度で熱処理を行うと、多結晶シリ
コン膜の下に位置するボロンリンガラス膜が溶融し、多
結晶シリコン膜のストレスにより多結晶シリコンの表面
に凸凹のシワが生じる。本実施例においてはその熱工程
が省略できるためシワは発生しない。フォトリソグラフ
ィとドライエッチング技術によりパターニングの加工を
行う場合には、下地の平坦度がよいほどその加工が容易
である。従って、本発明の実施例においては下地にシワ
の発生がないため、ポリサイド配線の加工が容易とな
る。

【００２６】また、多結晶シリコン膜にリンを熱拡散し
た場合には多結晶シリコン膜上に膜厚約２０ｎｍのリン
ガラス膜が成長するため、リンガラス膜を弗酸水溶液で
エッチングする必要がある。弗酸水溶液によるウエット
エッチングを行えば、洗浄残瑳として多結晶シリコン膜
表面に水分が残れば多結晶シリコン膜表面と水分が反応
して酸化珪素膜が形成されシミとなり、リアクティブイ
オンエッチング加工の際のマスクとなり配線の加工不良
が生じる可能性がある。しかし、本実施例においては、
リンの熱拡散工程がないため、多結晶シリコン膜上にリ
ンガラス膜は形成されない。

【００２７】従って、シミの原因となるウエットエッチ
ングを必要としないので、シミの発生が防止できる。さ
らに従来の技術では、多結晶シリコン膜成長後、多結晶
シリコン成長炉（６００℃程度）からシリコン基板を取
り出す際に炉内への酸素巻き込みにより２ｎｍ程度の酸
化膜が成長する。多結晶シリコン膜上に形成するタング
ステンシリサイド膜は酸化膜との密着性が劣っているた
め、タングステンシリサイド膜がはがれる可能性が高か
った。しかし、本実施例によれば、多結晶シリコン膜成
長後、多結晶シリコン成長炉（６００℃程度）からシリ
コン基板を取り出す際に４５０℃の温度に下げた状態で
シリコン基板を取り出すため、多結晶シリコン膜上に酸
化膜はほとんど成長しない（１０ｎｍ以下）。酸化膜が
１３Å以下であれば多結晶シリコン膜とタングステンシ
リサイド膜は膜の界面でその後の８５０℃以上の熱処理
によりシリサイド化の反応が進行して密着するため、タ
ングステンシリサイド膜がはがれるという問題が解決で
きる。また、取り出し温度が４５０℃以下であれば多結
晶シリコン膜上に酸化膜はほとんど成長しない（１０Å
以下）が、例えばシリコン基板を３００℃で取り出す場
合、４５０℃で取り出す場合に比べて炉の冷却時間が２
倍以上となり、処理能力の低下を招く。また、３００℃
以下の温度に炉温度を低下させると、炉内壁より多結晶
シリコンが剥離してシリコン基板上に付着することによ
り、配線の加工不良の原因となるという問題がある。

【００２８】なお、例えばシリコン基板の取り出し部に
酸化雰囲気でない予備室を設け、シリコン基板を予備室
内で冷却することにより、４５０℃以上の温度でシリコ
ン基板を取り出しても表面自然酸化膜の成長を抑制する
ことはできる。

【００２９】なお、この１０Å以下の酸化膜をウエット
エッチング以外のエッチングにより除去してもよい。

【００３０】なお、本実施例の場合、タングステンシリ
サイドをスパッタリング法でなく化学気相成長法により
形成するため、断線とダメージの問題が解決できること
は明らかである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればシ
ワ、シミ、ハガレ、断線、ダメージの諸問題が防止でき
るため、ポリサイド配線を再現性良く、高歩留りに形成
することができる。なお、本実施例では、シリサイド膜
としてタングステンシリサイド膜を成長したが、例え
ば、５塩化モリブデン、水素、モノシランの混合ガスを
用いてモリブデンシリサイドを成長する場合にも同様に
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は本
発明の一実施例の半導体装置の製造方法の製造工程断面
図

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来技術を説明する
ための製造工程断面図

【符号の説明】

１１シリコン基板１２熱酸化膜１３窒化膜１４選択（ＬＯＣＯＳ）酸化膜１５ゲート酸化膜１６多結晶シリコンゲート層１７拡散層（拡散層配線）１８ボロンリンガラス膜１９コンタクトホール２０多結晶シリコン膜２１金属珪化物（シリサイド）膜３１シリコン基板３２選択（ＬＯＣＯＳ）酸化膜３３ゲート酸化膜３４多結晶シリコンゲート層３５拡散層（拡散層配線）３６ボロンリンガラス膜３７コンタクトホール３８多結晶シリコン膜３９金属珪化物（シリサイド）膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板の主面上に化学気相成長法で
リンを含む多結晶シリコン層を形成する工程と、前記多
結晶シリコン層上に金属珪化物層を形成する工程と、前
記多結晶シリコン層と前記金属珪化物層との積層膜をホ
トレジストをマスクにしてエッチングし、配線を形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】リンを含む多結晶シリコン層を形成する
際、反応ガス中にリンを含む化合物が含まれていること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】多結晶シリコン層を形成した後、上記シリ
コン基板を４５０℃以下３００℃以上で、多結晶シリコ
ン成長炉から上記シリコン基板を取り出すことを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】金属珪化物（シリサイド）層が化学気相成
長法により形成したタングステンもしくはモリブデンの
珪化物であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置の製造方法。