JPH0629235A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0629235A
JPH0629235A JP20734492A JP20734492A JPH0629235A JP H0629235 A JPH0629235 A JP H0629235A JP 20734492 A JP20734492 A JP 20734492A JP 20734492 A JP20734492 A JP 20734492A JP H0629235 A JPH0629235 A JP H0629235A
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JP
Japan
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film
junction
silicon
semiconductor substrate
oxide film
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JP20734492A
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English (en)
Inventor
Takehisa Yamaguchi
偉久 山口
Shigeki Komori
重樹 小森
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン半導体基板上に高融点金属シリサイ
ドを形成する方法において、シリサイド化反応を均一に
進行させ、均一な膜厚を持つシリサイド薄膜を得る。 【構成】 シリサイド形成前の高融点金属の堆積前に被
堆積面に形成される自然酸化膜の除去を、従来のH2 O
を用いる希フッ酸による処理に代えて、無水HF/CH
3 OHによる処理により行い、その後高融点金属を堆積
させ、ランプアニール法によりシリサイドを形成する。 【効果】 均一なシリサイド膜を得ることができ、シリ
サイド膜厚の不均一性による接合破壊等を防止すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、特に半導体基板表面上に高融点金属シリサイド
膜を形成する際の表面洗浄方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シリコン半導体基板とチタン(Ti),
コバルト(Co)等の高融点金属との化合物であるシリ
サイドは、微細化する半導体装置のコンタクト抵抗等,
各種抵抗の増大を防ぎ、半導体装置の電気特性の劣化を
抑制するという点で重要な材料の1つである。このシリ
サイド膜を形成する方法を図を用いて説明する。図4に
該シリサイド膜の形成方法を示す断面図を示す。
【0003】まず、P型シリコン基板20上に分離酸化
膜1をLOCOS(Local Oxidation of Silicon) 法に
より500nm厚に形成し、N+ /P接合を形成するた
めに、ヒ素(As+)4をイオン注入法により注入エネル
ギー50keV,ドーズ量4.0×1015/cm2 で注入
する。次に、拡散炉を用いて850℃,20分程度の熱
処理を加え、N+ /P接合3を形成する。これを図4
(a) に示す。
【0004】次に、シリコン基板20表面上に存在する
自然酸化膜18を除去する必要がある。自然酸化膜18
は、表面活性であるシリコン表面が大気中に曝されるこ
とにより、大気中の酸素または水分(H2 O)と、シリ
コン表面にあるシリコン原子のダングリングボンドとが
結合することにより形成されるものである。
【0005】さらに、N+ /P接合3形成の際の熱処理
により炉内に存在する微量酸素とシリコンとの熱反応に
よってもより自然酸化膜の成長が促進される。シリサイ
ド形成は後図(図4(f) ,(g) )で示すが、これは高融
点金属とシリコンの熱反応により行われるものであり、
高融点金属とシリコンの界面の状態が重要になってく
る。この自然酸化膜の膜厚は数十オングストローム程度
のものであり、上記のように高融点金属とシリコンの界
面の状態をよくするため、この自然酸化膜18を除去す
る必要があるが、従来は希フッ酸溶液に浸すことにより
この除去を行っていた。図4(b) は素子形成領域2のシ
リコン表面上に自然酸化膜18がついた状態を、図4
(c) は希フッ酸溶液による処理直後のシリコン基板表面
の状態を示す。希フッ酸処理を行うことにより、表面の
自然酸化膜18は除去されるが、処理後間もなく、図4
(d) に示すように自然酸化膜18の再成長が始まる。こ
れは希フッ酸が水(H2 O)を溶媒としているため水中
の酸素による酸化がおこるためであり、また、処理終了
後、希フッ酸を純水中に浸すことで表面の不要液を除去
するという工程があるためであり、さらには、再度大気
中に清浄表面を曝すため大気中の酸素による酸化がおこ
るためである。
【0006】次に、シリコン基板表面上にスパッタ法に
より高融点金属薄膜5を堆積させる。ここでは、チタン
(Ti)を用いたシリサイド薄膜であるチタンシリサイ
ド(TiSi2 )を形成する場合を示し、図4(e) は5
0nmのTi5を堆積した状態を示す。
【0007】次に、小容量チャンバを持ち、雰囲気制御
性のよいランプアニール装置を用いて、窒素雰囲気中で
700℃,30秒の熱処理を行う。これにより、シリコ
ン基板上のチタン5はシリコンと反応し、TiSix7
が形成されるが、酸化膜上のチタンは窒素により窒化さ
れTiN層6となる。これを図4(f) に示す。
【0008】次に、前記シリコン基板を硫酸と過酸化水
素の混合液に浸すことにより、前工程のTiNや未反応
のTi6を除去すると、シリコン基板上のみにTiSi
x7が残ることとなる。そして、最後にランプアニール
装置を再度用いて800℃,30秒の熱処理を加えるこ
とにより、低抵抗なTiSi2 ・8が形成される。これ
を図4(g) に示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図4(f) に
示したように、若干の自然酸化膜18(図4(e) 参照)
が存在する状態で、シリサイド化反応を生じさせた場
合、自然酸化膜上のチタンとシリコン基板上のチタンの
シリサイド化反応に差が生じ、自然酸化膜18上ではシ
リサイド化が遅れることとなり、形成されるTiSix
7は図4(f) に示すように波形形状となる。そのため、
最終的に形成されるシリサイド8膜厚に図4(g) で示す
ように不均一性が生じる。この不均一性はpn接合面3
とシリサイド膜8底面の距離に差を生じさせ、この距離
が短い場合、接合破壊を生じさせ、接合リーク電流の増
大をもたらすこととなる。このように接合がTiSi2
により破壊された場合を図5に示す。19がTiSi2
による接合破壊部分である。このように従来のシリサイ
ド膜の形成方法においては、シリコン基板表面の洗浄,
自然酸化膜の除去工程の処理終了後、次工程のスパッタ
法によるTi膜の堆積との間において自然酸化膜が再成
長をすることによりシリサイド膜厚に不均一性を生じ、
このためPN接合の接合破壊を生じさせ、接合リーク電
流の増大をもたらすという問題があった。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、シリサイド膜厚に不均一性が生
じ、この不均一性によりPN接合面とシリサイド膜底面
の距離に差を生じ、PN接合の接合破壊を生じさせると
いうことのない半導体装置の製造方法を得ることを目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
装置の製造方法は、半導体基板表面上に高融点金属と半
導体基板の材料であるシリコンとの化合物を形成する方
法において、高融点金属を堆積させる前に、無水フッ酸
とメチルアルコール又はエチルアルコールの混合液を用
いて半導体基板表面を洗浄し、つづいて、半導体基板表
面に高融点金属を堆積させるようにしたものである。
【0012】またこの発明にかかる半導体装置の製造方
法は、上記方法において半導体基板上に高融点金属を堆
積させた後、上記高融点金属の薄膜越しにイオン注入を
行う工程と、熱処理により上記高融点金属と半導体基板
の材料であるシリコンとの化合物を生成させる工程とを
含むものである。
【0013】
【作用】この発明においては、高融点金属を堆積させる
前に水を用いないフッ酸とメチルアルコール又はエチル
アルコールの混合液を用いてシリコン基板表面を洗浄す
るので、その後Ti膜をスパッタするまでの間にシリコ
ン基板表面に自然酸化膜は生成されず、最終的に形成さ
れるシリサイド膜厚は均一となり、不均一性により接合
破壊を生じることはない。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例について図を用いて
説明する。 実施例1.図1はこの発明の一実施例による半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図であり、これを用いて
製造方法について説明する。
【0015】図1(a) に示すように、p型シリコン基板
20上に分離酸化膜1をLOCOS法により形成するこ
とによりシリコン基板20表面に素子形成領域2を形成
し、この後N+ /P接合3を形成する。このN+ /P接
合はヒ素(As+ )4をイオン注入法により注入エネル
ギー50keV,ドーズ量4×1015/cm2 で注入し、
電気炉を用いて窒素雰囲気中で、850℃,20分の熱
処理を行うことにより形成する。
【0016】次に、無水フッ酸(HF)とメチルアルコ
ール(CH3 OH)の混合液を用いてシリコン基板表面
の洗浄を行う。ここで、無水HF/CH3 OHによる気
相洗浄法について説明する。図2に無水HF/CH3 O
H気相洗浄装置を示す。この装置は、無水HF/CH3
OH溶液タンク11,配管10,処理室12から構成さ
れる。処理室12にローディングされたシリコン基板1
5には配管10中を流れるキャリア−ガスの窒素9によ
ってタンク14からの無水HF/CH3 OH14が運ば
れ、これが吹きつけられる。これによりシリコン基板1
5表面上の自然酸化膜は除去される。この処理は水(H
2 O)を全く使用しないために、清浄シリコン表面にお
いてH2 OとSi(シリコン)の反応が抑制され、酸化
膜SiOxの生成が抑えられる。この後、従来例で示し
た方法と同様にして、図1(b) に示すように、スパッタ
法を用いてチタン(Ti)5を堆積させ、上記従来例と
同様の条件でランプアニール装置を用いてTiSix7
を形成する。
【0017】この場合においては、図1(b) に示すよう
に、Ti5とシリコンの界面にはシリコン基板の表面の
洗浄に水を用いていないので、該界面には自然酸化膜が
形成されないため、シリサイド化反応が均一に進み、図
1(c) に示すように、形成されるTiSix7の膜厚の
均一性が改善される。その後、硫酸と過酸化水素水の混
合液に浸し、TiN,未反応Ti6の除去を行い、上記
従来例と同様の条件で再度ランプアニール処理を行うこ
とにより、低抵抗なTiSi2 ・8を形成する。この状
態を図1(d) に示す。
【0018】このような処理を行う本実施例1の方法で
は、シリコン基板表面の洗浄に水を用いていないことに
よって該基板表面に自然酸化膜が形成されることがない
ため、シリサイド化反応が均一に進むことになり、均一
なTiSi2 薄膜8が形成されるため、従来例で示した
接合破壊が防止され、安定した電気特性を持つ半導体装
置が得られることとなる。
【0019】実施例2.なお、上記実施例では、無水H
F/CH3 OH混合液による処理の後、スパッタ法によ
りTiを堆積させ、ランプアニール法を用いて、シリサ
イドを形成する方法について説明したが、次にさらにシ
リサイド化反応の均一性を高める方法について説明す
る。図3は本発明の第2の実施例において、素子形成領
域2に実施例1で示した無水HF/CH3 OHによる処
理を行い、Ti5を堆積させた状態を示す。次にTi膜
5越しにイオン注入法を用いてシリコン(Si+ )16
を、Ti膜とシリコンの界面を狙うエネルギーで、ドー
ズ量約1015台での注入を行う。この注入によって、T
iとSiの界面がミキシングされ、アモルファス状態
(アモルファス層17)になる。この後、上記従来例と
同様の条件でのランプアニール処理によるTiSix7
の形成、硫酸と過酸化水素水の混合液に浸すことによる
TiNや未反応のTiの除去、および再度のランプアニ
ール処理を行うことにより、自然酸化膜を除去しただけ
の上記実施例1よりもさらに均一性のよいシリサイド膜
が形成され、良好な接合特性を得ることができる。
【0020】なお上記実施例1,2では、シリコン基板
上にシリサイドを形成する場合について述べたが、多結
晶シリコン上にシリサイドを形成する場合にも本発明は
適用でき、上記と同様の効果を得ることができる。
【0021】また上記実施例1,2では、シリコン基板
表面の洗浄液として無水フッ酸(HF)とメチルアルコ
ール(CH3 OH)の混合液を用いたが、これは無水フ
ッ酸(HF)とエチルアルコール(C2 H5 OH)の混
合液を用いてもよい。
【0022】また上記実施例では、高融点金属としてT
i(チタン)を用いた場合について説明したが、他の高
融点金属であるCo(コバルト),Ni(ニッケル),
Ta(タンタル),W(タングステン),Pt(プラチ
ナ)を用いた場合にも本発明は適用でき、上記と同様の
効果を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる半導体
装置の製造方法によれば、シリサイド形成工程前の自然
酸化膜の除去を、希フッ酸処理に代えて無水HF/CH
3 OH(又はC2 H5 OH)による処理を行うようにし
たので、シリコン基板表面に自然酸化膜が形成されるこ
とがなく、均一なシリサイド膜を得ることができる。し
たがって、従来のようにシリサイド膜厚に不均一性が生
じ、この不均一性により接合面とシリサイド膜底面の距
離に差を生じさせることによりPN接合の接合破壊を生
じさせ、接合リーク電流の増大をもたらすということが
なく、安定な電気特性を持つ半導体装置を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による半導体装置の製造方法
を示す断面図。
【図2】無水HF/CH3 OH気相洗浄装置の概観図。
【図3】本発明の実施例2による半導体装置の製造方法
を示す断面図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図5】従来の半導体装置において接合破壊を生じる様
子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 分離酸化膜 2 素子形成領域 3 N+ /P接合 4 As+ イオン 5 Ti薄膜 6 TiN,未反応Ti 7 TiSix 8 TiSi2 9 キャリアガスN2 10 配管 11 無水HF/CH3 OHタンク 12 処理チャンバ 13 排気口 14 無水HF/CH3 OH 15 シリコン基板 16 シリコンイオン 17 アモルファス層 18 自然酸化膜 19 TiSi2 による接合破壊部分 20 P型シリコン基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面上に高融点金属と半導体
    基板の材料であるシリコンとの化合物を形成する半導体
    装置の製造方法において、 高融点金属をシリコン半導体基板表面上に堆積させる前
    に、無水フッ酸とメチルアルコール又はエチルアルコー
    ルの混合液を用いて上記半導体基板表面を洗浄する工程
    と、 その後、上記半導体基板表面に高融点金属を堆積させる
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板表面上に高融点金属と半導体
    基板の材料であるシリコンとの化合物を形成する半導体
    装置の製造方法において、 高融点金属をシリコン半導体基板表面上に堆積させる前
    に、無水フッ酸とメチルアルコール又はエチルアルコー
    ルの混合液を用いて上記半導体基板を洗浄する工程と、 上記半導体基板上に高融点金属を堆積させる工程と、 上記高融点金属の薄膜越しにイオン注入を行う工程と、 熱処理により、上記高融点金属と半導体基板の材料であ
    るシリコンとの化合物を生成させる工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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