JPH0797584B2 - 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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JPH0797584B2
JPH0797584B2 JP62324143A JP32414387A JPH0797584B2 JP H0797584 B2 JPH0797584 B2 JP H0797584B2 JP 62324143 A JP62324143 A JP 62324143A JP 32414387 A JP32414387 A JP 32414387A JP H0797584 B2 JPH0797584 B2 JP H0797584B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくは半
導体集積回路における低抵抗なシリサイド配線及び浅い
接合を形成する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
[従来の技術] 半導体集積回路特にMOS型集積回路の集積度が向上する
に従い、MOS型電界効果トランジスタ(FET)のゲート幅
の縮小化のみならず、浅い接合の形成、拡散層の低抵抗
化等が重要な要素となっている。
例えば、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.
ED−34,NO.3,MARCH 1987p.587−592;には“HPSAC−A Si
licided Amorphous−Silicon Contact and Interconnec
t Technology for VLSI"と題する報文があり、この報文
中には、集積回路縮小化のためのシリサイド配線プロセ
スが提案されている。
上記報文の第588頁Fig 2にある配線プロセスを説明する
と次のようになる。
第3図(a)〜(d)は、上記報文の配線プロセスにお
ける半導体装置の製造工程説明図である。
図において、1はP型シリコン基板,2はフィールド酸化
膜,3はゲート酸化膜,4はポリシリコンゲート電極,5はサ
イドウォール酸化膜,6はソース/ドレイン領域,7は高融
点金属,8はアモルファス・シリコン、9はシリサイド、
10は中間絶縁膜、11はアルミニウム配線である。
先ず第3図(a)に示すように、P型シリコン基板1を
用い、通常の工程に従って、フィールド酸化膜2,ゲート
酸化膜3,ポリシリコンゲート電極4,サイドウォール酸化
膜5を形成し、自己整合技術により、ソース/ドレイン
領域6を形成する。
次に第3図(b)に示すように、非常に融点の高い金属
例えばタングステン(W),チタン(Ti),コバルト
(Co),タンタル(Ta),ニッケル(Ni),モリブデン
(Mo)等の金属又はそれらの金属の中から選ばれた2種
以上からなる複合金属の高融点点金属(Refractory met
al)7及びアモルファス・シリコン8(α−Si)を堆積
し、配線として残したい部分を、図示しないフォトレジ
ストでおおい、それ以外の部分のアモルファス・シリコ
ン8をエッチングにより除去する。
次に第3図(c)に示すように、フォトレジスト除去
後、窒素中で600℃,30分程度,アニールすることによ
り、ゲート電極4,ソース/ドレイン領域6,フィールド酸
化膜2上の高融点金属7をシリサイド化反応させシリサ
イド9を形成せしめる。次にサイドウォール5上の未反
応の高融点金属7をエッチングにより除去する。
次に第3図(d)に示すように、800℃程度の温度でア
ニールした後、中間絶縁膜10を堆積し、アルミ配線11を
行う。
このシリサイド化配線プロセスを実現する上で重要な点
は、アモルファス・シリコン8と高融点金属7をシリサ
イド化反応させることによりシリサイド9を形成するシ
リサイド化配線であり、コンタクトホールを開けること
が不要となりCMOSの回路パターンレイアウトを大幅に縮
小させることが可能となったことである。
[発明の解決すべき問題点] しかしながら、以上に述べたシリサイド化配線プロセス
において、例えば高融点金属としてチタン(Ti)を用い
た場合、不純物拡散層上のシリサイド化反応では、チタ
ンがシリコン側へ入り込むことによりシリサイド(TiSi
2)が形成されるので、接合深さはシリサイド膜厚以上
が必要となる。換言すれば、シリサイドの膜厚より浅い
接合を得ることは不可能である。
そこでシリサイドの膜厚をより薄くした場合、配線抵抗
が高くなってしまうという欠点がある。具体的には、チ
タン膜厚が1000A゜の場合、シリサイドは2000A゜とな
る。
シリサイド(TiSi2)の場合、そのほとんどがシリコン
基板側へ侵入することにより形成されるため、接合深さ
は原理的に0.2μm以上とならざるを得ない。
一方配線のシート抵抗はシリサイドの膜厚に比例しこの
場合1Ω/□となる。
また、チタン(Ti)膜厚が、500A゜の場合、シリサイド
(TiSi2)膜厚は1000A゜となり、接合深さ0.1μm程度
が形成可能となるが、この場合、配線のシート抵抗は2
Ω/□となってしまう。
この様に、接合深さをより浅くし、かつ配線抵抗をより
小さくすることを同時に行うのは不可能であるという問
題がある。
この発明は、チタンなどの高融点金属と結晶シリコン及
びアモルファス・シリコン(α−Si)との反応を通して
シリサイド化配線を形成する場合、堆積させた高融点金
属の結晶シリコン上にある部分はエッチングすることに
よって薄くし、接合を浅く形成するとともに、配線抵抗
を減少させる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。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、後述する実施例の第1図(b)において示す
の部分の如く、高融点金属と結晶シリコン及びアモル
ファス・シリコンとの反応によりシリサイドを形成する
うえにおいて、高融点金属堆積後、配線とする以外の部
分の高融点金属をエッチングにより薄くし、その後のシ
リサイド化反応により、同図のに示す部分は、シリコ
ン基板1に入り込んでシリサイド9を形成し、に示す
部分では、高融点金属はアモルファス・シリコンと優先
的に反応してシリサイド化配線を形成する(この部分の
シリサイド9は基板側に入らない)ようにしたものであ
る。
即ち、本発明は、高融点金属を堆積し、続いて該金属に
接してアモルファス・シリコンを堆積した後、これをア
ニールすることによってシリサイド化配線を形成する半
導体装置の製造方法において、前記シリサイド化配線を
形成する以外の部分のアモルファス・シリコンをエッチ
ングにより除去し、更に同一箇所の前記金属を引続きエ
ッチングし該金属の膜厚を一部分のみ選択的に薄くする
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
り、前記高融点金属として、Ti,Co,Ta,Ni,Mo,Wの何れか
1種、または前記金属の中から選ばれた2種からなる複
合合金を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
[作用] 本発明の半導体装置の製造方法は、前述の如く構成した
結果、シリサイド化反応後、シリコン基板側に入り込む
領域のみの高融点金属をエッチングにより薄くすること
によって、将来のゲート長さ0.5μmレベルのMOS.FETで
必要となる0.1μm以下の浅い接合形成が可能となり、
シリサイドのシリコン基板側への入り込みが問題となら
なくなる。
又配線パターンとして使用するアモルファス・シリコン
下の高融点金属は浅い接合形成を意識することなく厚く
できるので、シリサイド化反応後のシリサイド膜厚を厚
くすることが可能で、低抵抗な配線が可能となる。
更に上記の効果とは別にアモルファス・シリコン配線の
位置をゲート側へ移動させることにより、ソース/ドレ
イン領域6上で、シリサイド9厚が薄くなる領域を小さ
くし、シリサイド厚が薄いことにより抵抗が高くなる領
域を小さくすることによって、ソース/ドレイン領域の
シート抵抗の増大及びシリサイド配線の低抵抗化が計ら
れる等の作用効果を奏するものである。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 第1図(a)〜第1図(c)は、本発明におけるシリサ
イド化接合及び配線の形成方法の実施例を示す断面フロ
ーの説明図である。
図において、12はゲート絶縁膜,13は接合を示し、他の
第2図と同じ符号は、第2図と同一または相当部分を示
すので説明を省略する。
接合深さ0.1μm,配線抵抗1Ω/□程度をめざす例の場
合について述べる。
先ず第1図(a)に示すように、シリコン基板1上に選
択酸化法によりフィールド酸化膜2を形成し、次にゲー
ト絶縁膜12,ポリシリコンゲート電極4,及びサイドウォ
ール酸化膜5を形成後、不純物をイオン注入し、活性化
アニールを行うことにより、深さ0.1μm程度の接合13
の形成する。
次に高融点金属7としてチタンを膜厚1000A゜程度,続
いてアモルファス・シリコン8の厚を2000A゜程度スパ
ッタリング法により堆積する。
次いで配線として残したい部分である第1図(b)の
,で示した領域のみをフォトレジスト工程により図
示しないフォトレジストでおおい、それ以外の部分のア
モルファス・シリコン8を除去し、続いて高融点金属チ
タン7を600A゜厚程度エッチングにより除去する。この
場合、で示した部分の領域を小さくすることにより、
シリサイド化反応後のシリサイド膜厚が薄いことによっ
てシート抵抗が高くなる領域を小さくする。
即ち、配線以外の第1図(b)の,で示した領域以
外の部分は400A゜厚程度の高融点金属チタン7が残って
いることになる。
エッチング条件としてフロン(CF4)ガスを用いた反応
性ドライエッチング(RIE)の場合、エッチングレート
はアモルファス・シリコン8に対して約120A゜/min,高
融点金属7のチタンに対しては約50A゜/min程度とな
る。
従って第1図(b)に示すように、フロンガスのみを使
うエッチングでは、16.7分のエッチングでアモルファス
・シリコン8がなくなり、引き続き12分エッチングする
ことにより高融点金属チタン7は600A゜厚エッチングさ
れることになる。
次に、600℃の短時間アニール(RTA:RAPID THERMAL ANN
EALING)でシリサイド化した後、サイドウォール酸化膜
5上などの未反応の高融点金属チタン7を選択エッチン
グにより除去する。この場合、硫酸、過酸化水素の混合
液を70〜90℃程度としたものを用いる。
続いて800℃の短時間アニールにより、配線のシート抵
抗として1Ω/□程度が得られる。
第1図(b)で示すの部分では、シリサイド膜厚は80
0A゜程度であり、接合深さ0.1μmに対し、原理的にシ
リサイドは、接合深さ内に形成するように出来る。従っ
て、シリサイドが接合面を超えて形成されることによる
接合破壊は起らない。
また、図に示す領域を小さくすることにより、シリサ
イドが薄くなる領域を小さくし、シリサイドが薄いこと
による抵抗増大の領域を小さくすることが可能となる。
次に図に示す領域において、ここではチタンの薄膜
が、1000A゜と厚く、形成されるシリサイド(TiSi2)は
2000A゜となり、シリサイドが基板側に形成された場合
は、接合破壊に至ると思われる。
しかしながら、次の実験結果よりそうでないことが判っ
た。
即ちアモルファス・シリコン(α−Si)/チタン(Ti)
/シリコン基板(Sisub)及びアモルファス・シリコン
(α−Si)/チタン(Ti)/シリコン酸化膜(SiO2)の
構造の場合について、以下に示す実験結果より、チタン
は上層のアモルファス・シリコンと優先的に反応し、下
層のシリコン酸化膜及びシリコン基板とはほとんど反応
しないことが判っている。
第2図は、実施例における2000A゜のアモルファス・シ
リコン/Ti/SiO2系とα−Si(2000A゜)/Ti/n型Si系にお
けるRBSスペクトル比較説明図であり、SiO2基板及びn
型Si基板にチタンを500A゜,アモルファス・シリコンを
2000A゜堆積し、900℃、窒素雰囲気により、シリサイド
化反応を起こさせた後のサンプルをラザフォード後方散
乱スペクトル法(Ratherford Backscattering Spectros
copy法)により分析したものである。
下地がシリコン酸化膜のものではチタンは上層のアモル
ファス・シリコンと反応し、シリサイド(TiSi2)が形
成される。チタンの厚さ500A゜の場合、シリサイド形成
に対して必要なアモルファス・シリコンの膜厚は約1000
A゜であり、この場合形成されたシリサイド(TiSi2)層
にSi層が残ることが第2図より判る。
下地がシリコン基板の場合、チタンは上層のアモルファ
ス・シリコン若しくは下層のシリコン基板と反応しても
良いはずであるが、シリサイド化反応後、図中に示すよ
うにシリサイド上層に残ったsi層の厚さが下地シリコン
酸化膜の場合と同じであることが判った。
このことはアモルファス・シリコン/チタン/シリコン
基板構造でのシリサイド化反応ではチタンは上層のアモ
ルファス・シリコンと優先的に反応し、下層のシリコン
基板とはほとんど反応しないことを示している。
以上より、第1図(b)の領域では、チタンは上層の
アモルファス・シリコンと優先的に反応してシリサイド
配線を形成することが判る。即ち、チタンの膜厚は1000
A゜と厚くてもシリサイド化は上層のアモルファス・シ
リコンとのみ優先的に起こるので、シリサイド化反応
後、シリサイド(TiSi2)がシリコン基板側に入り込み
接合を破壊することは起こらない。
本実施例におけるシリサイド化反応では高融点金属とし
てチタンを用いたが、これ以外にコバルト,タンタル,
ニッケル,モリブデン,タングステン等の何れか1種、
または前記金属の中から選ばれた2種以上からなる複合
合金を高融点金属としてを用いた場合でも同様な結果が
得られる。
[発明の効果] 本発明の半導体装置の製造方法によれば、以下のような
効果が得られる。
(1)シリサイド化反応後、シリコン基板側に入り込む
領域のみの高融点金属をエッチングにより薄くすること
によって、将来のゲート長さ0.5μmレベルのMOS.FETで
必要となる0.1μm以下の浅い接合形成において、シリ
サイドのシリコン基板側への入り込みが問題とならなく
なる。
(2)配線パターンとして使用するアモルファス・シリ
コン下の高融点金属は浅い接合形成を意識することなく
厚く出来るので、シリサイド化反応後のシリサイド膜厚
を厚くすることが可能で、例えば1Ω/□以下の低抵抗
な配線が可能となる。
(3)また上記(1)(2)の効果とは別にアモルファ
ス・シリコン配線をゲート・エッヂに近付ける。即ち第
1図(c)の矢印で示した位置をゲート側へ移動させる
ことにより、ソース/ドレイン領域上で、シリサイド厚
が薄くなる領域を小さくし、シリサイド厚が薄いことに
より抵抗が高くなる領域を小さくするという手段を加え
ることによって、将来の高速ロジックLSIを作る場合問
題となるソース/ドレイン領域のシート抵抗の増大及び
シリサイド配線の低抵抗化が計られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜第1図(c)は本発明におけるシリサイ
ド化接合及び配線の形成方法の実施例を示す断面フロー
の説明図、第2図は、実施例におけるα−Si(2000A
゜)/Ti/SiO2系とα−Si(2000A゜)/Ti/n+Si系におけ
るRBSスペクトル比較説明図,第3図(a)〜(d)は
従来半導体装置の製造工程説明図である。 図において、1:P型シリコン基板,2:フィールド酸化膜,
3:ゲート酸化膜,4:ポリシリコンゲート電極,5:サイドウ
ォール酸化膜,6:ソース/ドレイン領域,7:高融点金属,
8:アモルファス・シリコン、9:シリサイド、10:中間絶
縁膜、11:アルミニウム配線,12:ゲート絶縁膜,13は接合
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高融点金属を堆積し、続いて該金属に接し
    てアモルファス・シリコンを堆積した後、これをアニー
    ルすることによってシリサイド化配線を形成する半導体
    装置の製造方法において、前記シリサイド化配線を形成
    する以外の部分のアモルファス・シリコンをエッチング
    により除去し、更に同一箇所の前記金属を引続きエッチ
    ングし該金属の膜厚を一部分のみ選択的に薄くする工程
    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】前記高融点金属として、Ti,Co,Ta,Ni,Mo,W
    の何れか1種、または前記金属の中から選ばれた2種以
    上からなる複合合金を用いることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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