JPH0658965B2 - 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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JPH0658965B2
JPH0658965B2 JP58158702A JP15870283A JPH0658965B2 JP H0658965 B2 JPH0658965 B2 JP H0658965B2 JP 58158702 A JP58158702 A JP 58158702A JP 15870283 A JP15870283 A JP 15870283A JP H0658965 B2 JPH0658965 B2 JP H0658965B2
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
周知の如く、半導体デバイスの微細化はますます進む一
方であるが、いわゆるスケーリング則において縮小比例
定数を1/Kとすると、配線の線幅、配線材料の膜厚はそ
れぞれ1/K倍になるとしても、例えば半導体メモリーの
場合記憶容量増大の要求からチップサイズは小さくなら
ず、配線長は1/K倍にならないので配線抵抗はK倍でな
く、むしろK2倍に近くなるので配線抵抗による動作の遅
延を防止するためには、少しでも配線材料の比抵抗を下
げる必要がある。
従来、半導体装置例えばMOS型トランジスタのゲート電
極の材料は、不純物をドープした比抵抗の大きい多結晶
シリコン層であり、ゲート耐圧劣化を防ぐためにこの多
結晶シリコン層を厚くするので、シート抵抗が高くな
り、上記の動作遅延の問題があった。
このようなことから、素子の微細化に伴う配線抵抗の増
加に対応するために、多結晶シリコン層上により比抵抗
の低い高融点金属シリサイド層を被着したポリサイド構
造を採用する傾向がある。ところで、ポリサイド構造に
おいて、下地の多結晶シリコン層の膜厚は2000Å以上で
あった。このように、2000Å以上の厚い多結晶シリコン
層を使用している理由は、IBMのC.Koburger,M.Ishaq,
H.Geipelの報告(1980ECS Spring Meeting Abstract N
O.162 428p)のように2000Åより薄い多結晶シリコン膜
の場合、第1図に示す如くゲート耐圧が極端に低くなる
からである。しかしながら、ポリサイドの全体の膜厚
は、その上の配線の断切れ等を防止するためにはむやみ
に厚くできず、多結晶シリコン層の膜厚の増加は高融点
金属シリサイド層の膜厚の減少にむすびつき、必然的に
全体のシート抵抗を増加させる。
また、従来、POCl3によってリン拡散した多結晶シリコ
ン層上に高融点金属シリサイド層を被着したポリサイド
構造が知られている。しかしながら、こうした構造を有
するMOS型トランジスタの場合、リン拡散に際し、酸化
性雰囲気のため表面付近のシリコンが酸化物となって消
費されるので、下地の多結晶シリコン層が薄い場合、リ
ン拡散後の多結晶シリコン層上の酸化膜を除去した後に
制御性よく多結晶シリコン層を残すことが難しい。ま
た、リン拡散後は、通常不純物濃度が高くなりすぎるた
め大気中で多結晶シリコン層表面が酸化しやすく、この
自然酸化膜により多結晶シリコン層とこの上に被着する
高融点金属シリサイド層の電気的接触のオーミック接触
を妨げられやすい。そして、これを防止するためには高
融点金属シリサイド層を堆積するための装置内で、真空
中にてバックスパッタ等の手法で表面の自然酸化膜を取
り除く必要があり、工程が複雑で工業生産上望ましくな
い。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ポリサイド
構造における多結晶シリコン層の膜厚を1500Å以下とす
ることにより、多結晶シリコン層の上部に被着する高融
点金属シリサイド層の膜厚を厚くしてシート抵抗を下げ
るとともに、ゲート耐圧の劣化、段差上での電極の断切
れを阻止した半導体装置の製造方法を提供することを目
的とするものである。
[発明の概要] 本発明は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して膜厚1
500Å以下の多結晶シリコン層を形成する工程と、こ
の多結晶シリコン層に不純物をイオン注入する工程と、
前記多結晶シリコン層上に該多結晶シリコン層との膜厚
の和が3500〜5000Åとなるように高融点金属シ
リサイド層を形成する工程と、この高融点金属シリサイ
ド層及び前記多結晶シリコン層を反応性イオンエッチン
グにより除去しゲート電極を形成する工程と、このゲー
ト電極をマスクとして前記半導体基板に不純物をイオン
注入する工程と、前記金属シリサイド層を結晶化するこ
とによって、シート抵抗を下げるとともに、ゲート耐圧
の劣化、段差上での電極の段切れを阻止することを図っ
たことを骨子とする。
ところで、本発明者は、POCl3によってリン拡散した多
結晶シリコン層上にモリブデンシリサイド層(高融点金
属シリサイド層)を被着したポリサイド構造を有した半
導体装置について、多結晶シリコン層の膜厚とゲート絶
縁膜絶縁破壊電界との関係を調べたところ、第2図に示
す特性図が得られた。同図により、多結晶シリコン層の
膜厚が1500Å以下の場合、ゲート耐圧が極めて低くなる
ことが確認できる。
また、全体の膜厚が4000Åの場合のモリブデンシリサイ
ド層のシート抵抗の多結晶シリコン層の膜厚依存性を調
べたところ、第3図に示す特性図が得られた。同図によ
り、多結晶シリコン層の膜厚が1500Åより大きいとき、
シート抵抗が急増することが確認できる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をMOS型トランジスタの製造に適用した場
合について第4図(a),(b)を参照して説明する。
〔i〕まず、表面に素子分離領域としてのフィールド絶
縁膜1を有するSi基板(半導体基板)2上にSiO2膜3を
形成した後、このSiO2膜3上に減圧CVD法により、例え
ば厚さ1000Åの多結晶シリコン層4を堆積した。ここ
で、多結晶シリコン層4のシート抵抗を下げ、同時に後
記高融点金属シリサイド層の電気的接触のオーミック性
を良くするためには、多結晶シリコン層を堆積後、例え
ば砒素を低加速電圧40KeV、ドーズ量3×1015cm-2でイ
オン注入する。つづいて、前記多結晶シリコン層4上に
例えばDCマグネトロンスパッタ法により高融点金属シリ
サイド層5を形成した(第4図(a)図示)。なお、この
高融点金属シリサイド層5は、前記多結晶シリコン層4
の厚さとの和が3500〜5000Åとなるように堆積した。こ
こで、膜厚の和が3500Å未満の場合、シート抵抗が大き
くなる恐れがあり、逆に5000Åを越えると反応性イオン
エッチング時間が長くなりレジストのダメージ等を生じ
やすい。また、前記高融点金属シリサイド層5の金属
(M)とシリコン(Si)との原子量論的組成比(M/Si)は1
/3〜1/2とした。ここで組成比(M/Si)がこの範囲にあ
れば、シリコンリッチとなり、シリサイド層5のストレ
スを低減できるとともに、多結晶シリコン層4との電気
的接触がオーミックとなりやすく有利である。
〔ii〕次に、前記シリサイド層5、シリコン層4を写真
蝕刻法により、Cl2とO2の混合ガスによる反応性イオン
エッチングにより適宜エッチングしてシリサイドパター
ン5′及びシリコンパターン4′からなるゲート電極6
を形成した。つづいて、このゲート電極6をマスクとし
て基板2上のSiO2膜3を選択的に除去してゲート絶縁膜
7を形成した後、ゲート電極6をマスクとして前記基板
1に不純物をイオン注入してソース、ドレイン領域8,
9を形成した。更に、酸化処理を施して前記シリサイド
パターン5′を結晶化してMOS型トランジスタを製造し
た(第4図(b)図示)。
しかして、本発明によれば、表面にフィールド絶縁膜1
を有するSi基板2上にSiO2膜3を形成した後、厚さ1000
Åの多結晶シリコン層4を形成し、更にこの多結晶シリ
コン層4上に高融点金属シリサイド層5を該多結晶シリ
コン層4との膜厚の和が3500〜5000Åとなるように堆積
し、しかる後これら積層膜をRIEにより適宜エッチング
除去してシリサイドパターン5′及びシリコンパターン
4′からなるゲート電極6を形成するため、ゲート耐圧
を従来と比べ向上できる。事実、厚さ1000Åの多結晶シ
リコン層に砒素を加速電圧40KeV、ドーズ量3×1015cm
-2でイオン注入した後、厚さ3000Åのモリブデンシリサ
イド膜をDCマグネトロンスパッタしポリサイド(全体膜
厚4000Å)の特性を調べたところ、第5図に示す通りと
なった。同図によれば、従来(多結晶シリコン層の厚さ
が1000Åの場合)、第1図及び第2図に示す如く絶縁破
壊電界はほとんどOMV/cmであったのに対し、約5MV/cm
にピークをもったグラフが得られ、400Å程度の無欠陥
の熱酸化膜の理想耐圧の10MV/cmのものまで得られるこ
とが確認できる。なお、これは、第6図に示す如く、モ
リブデンシリサイドのみでゲート電極を構成した場合の
ゲート絶縁破壊電界分布よりも高電界側までのびてい
る。以上より、本発明が従来技術と比べて著しく優れて
いることが確認できる。
なお、上記実施例では、MOS型トランジスタの製造に適
用した場合について述べたが、これに限らない。例え
ば、第7図に示すようなDRAMにも同様に適用できる。同
図において、11は、基板1上にゲート絶縁膜12を介
して設けられたキャパシタ用電極である。このキャパシ
タ用電極11上には、層間絶縁膜13を介して厚さ1000
Åの多結晶シリコン層14及び厚さ3000Åの高融点金属
シリサイド層15からなる配線電極16が設けられてい
る。しかして、第7図のDRAMの配線電極としての特性を
調べたところ、3.5Ω/□程度の低いシート抵抗が得ら
れた。また、超LSI用の配線電極として考えた場合、段
差の激しいICチップ上でも断切れを生じないことが必要
とされるが、線幅2μmで約100mmの配線がDRAMの16384
個のメモリーセルの段差上を走っても途中で切れない確
率は95%であった。これは、従来、モリブデンシリサイ
ドのみの場合の確率(75%)、あるいは多結晶シリコン
膜厚2000Å、モリブデンシリサイド膜厚2000Åの場合の
確率(78%)と比較してはるかに優れている。
また、上記実施例では、高融点金属シリサイド層を用い
たが、これに限らず、高融点金属層を用いてもよい。な
お、高融点金属としてはモリブデン、タングステン、チ
タンもしくはタンタル等が挙げられる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば、シート抵抗を下げ
るとともに、ゲート耐圧の劣化、段差上での断切れを改
善した信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はポリサイド構造における多結晶シリコン層の膜
厚とゲート絶縁膜との関係を示す特性図、第2図は多結
晶シリコン層の膜厚とゲート絶縁膜絶縁破壊電界との関
係を示す特性図、第3図は多結晶シリコン膜とモリブデ
ンシリサイド膜のシート抵抗との関係を示す特性図、第
4図(a),(b)は本発明の一実施例に係るMOS型トランジ
スタの製造方法を工程順に示す断面図、第5図は本発明
に係るMOS型トランジスタの絶縁破壊電界と絶縁破壊ひ
ん度との関係を示すグラフ、第6図はモリブデンシリサ
イド膜のみでゲート電極を構成した場合のMOS型トラン
ジスタの絶縁破壊電界と絶縁破壊ひん度との関係を示す
グラフ、第7図は第4図(a),(b)のMOS型トランジスタ
で用いられたポリサイド構造の配線電極を有したDRAMの
断面図である。 1…フィールド絶縁膜(素子分離領域)、2…Si基板
(半導体基板)、3…SiO2膜、13…層間絶縁膜、4,
14…多結晶シリコン層、4′…シリコンパターン、
5,15…高融点金属シリサイド層、5′…シリサイド
パターン、6…ゲート電極、7…ゲート絶縁膜、8…ソ
ース領域、9…ドレイン領域。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して膜厚
    1500Å以下の多結晶シリコン層を形成する工程と、
    この多結晶シリコン層に不純物をイオン注入する工程
    と、前記多結晶シリコン層上に該多結晶シリコン層との
    膜厚の和が3500〜5000Åとなるように高融点金
    属シリサイド層を形成する工程と、この高融点金属シリ
    サイド層及び前記多結晶シリコン層を反応性イオンエッ
    チングにより除去しゲート電極を形成する工程と、この
    ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物をイ
    オン注入する工程と、前記金属シリサイド層を結晶化す
    る工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】前記高融点金属シリサイド層は、モリブデ
    ン、タングステン、チタンもしくはタンタルをシリサイ
    ド化することにより形成される金属層である特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
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