JPH08124945A - 半導体素子のコンタクト導電層形成方法 - Google Patents
半導体素子のコンタクト導電層形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】金属ケイ化物形成の際のシリコン基板への不均
一なケイ化物浸入を抑制して、信頼性および電気的特性
の優れた半導体素子のコンタクト導電層の形成方法を提
供する。 【解決手段】半導体基板２０上に絶縁膜２２を形成した
後、コンタクトを形成する部位の絶縁膜を除去してコン
タクト孔を形成する工程と、基板の全表面に金属層２４
を形成した後、陽イオンを金属層２４にイオン注入する
工程と、熱処理を施してケイ化物層２５を形成する工程
とを含んでなる。陽イオンが金属の結晶粒界２７に散布
され、また金属のダングリングボンドと結合し、金属の
結晶粒界２７を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の
結晶粒２６を通してのＳｉイオンの拡散度とが同程度と
なるので、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に
生じ、Ｓｉ基板内に成長したケイ化物層２５が均一に成
長してＳｉ表面に浸入し、均一なケイ化物とＳｉ基板と
のインタフェースが形成される。
一なケイ化物浸入を抑制して、信頼性および電気的特性
の優れた半導体素子のコンタクト導電層の形成方法を提
供する。 【解決手段】半導体基板２０上に絶縁膜２２を形成した
後、コンタクトを形成する部位の絶縁膜を除去してコン
タクト孔を形成する工程と、基板の全表面に金属層２４
を形成した後、陽イオンを金属層２４にイオン注入する
工程と、熱処理を施してケイ化物層２５を形成する工程
とを含んでなる。陽イオンが金属の結晶粒界２７に散布
され、また金属のダングリングボンドと結合し、金属の
結晶粒界２７を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の
結晶粒２６を通してのＳｉイオンの拡散度とが同程度と
なるので、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に
生じ、Ｓｉ基板内に成長したケイ化物層２５が均一に成
長してＳｉ表面に浸入し、均一なケイ化物とＳｉ基板と
のインタフェースが形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のコン
タクト導電層形成方法に関し、特に高集積度半導体素子
の製造に適した、コンタクト導電層形成方法に関する。
また、本発明は、高集積度半導体ＭＯＳ素子製造に適し
たケイ化物導電層形成方法に関する。
タクト導電層形成方法に関し、特に高集積度半導体素子
の製造に適した、コンタクト導電層形成方法に関する。
また、本発明は、高集積度半導体ＭＯＳ素子製造に適し
たケイ化物導電層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積度化と共に、単
位素子の大きさが縮小され、これに伴い、トランジスタ
のゲート電極の幅が縮小され、全体の抵抗とコンタクト
抵抗とが増大してきている。
位素子の大きさが縮小され、これに伴い、トランジスタ
のゲート電極の幅が縮小され、全体の抵抗とコンタクト
抵抗とが増大してきている。
【０００３】コンタクト抵抗を減少する試みとして、コ
ンタクトを形成する部位のシリコン基板に金属ケイ化物
を形成する技術が開発され、これによって、トランジス
タのソースまたはドレインのコンタクト抵抗を減少させ
ることができ、更に、トランジスタのコンタクト抵抗に
伴う速度低下の問題も解決できるようになった。
ンタクトを形成する部位のシリコン基板に金属ケイ化物
を形成する技術が開発され、これによって、トランジス
タのソースまたはドレインのコンタクト抵抗を減少させ
ることができ、更に、トランジスタのコンタクト抵抗に
伴う速度低下の問題も解決できるようになった。
【０００４】このような従来の技術としては、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、またはＳｉ化合物などのような耐火金属を半導体基
板上に蒸着し、Ｎ2、Ｈ2あるいはＡｒ雰囲気中で熱処理
を行なってケイ化物膜を成長させる各種の技術がある。
ｏ、またはＳｉ化合物などのような耐火金属を半導体基
板上に蒸着し、Ｎ2、Ｈ2あるいはＡｒ雰囲気中で熱処理
を行なってケイ化物膜を成長させる各種の技術がある。
【０００５】Ｔｉケイ化物の形成方法の例を図４に示
す。この例では、シリコン基板１０の上に酸化シリコン
膜１１を形成した後、該酸化シリコン膜１１の不純物拡
散領域１５上に位置する部分にエッチングを施してコン
タクト孔を形成する。次いで、上記工程を経た基板の全
表面上にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理を施して、ケ
イ化物１４を形成する。すなわち、シリコン基板１０上
にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理することにより、シ
リコンとＴｉとが結合してケイ化物１４が形成される。
す。この例では、シリコン基板１０の上に酸化シリコン
膜１１を形成した後、該酸化シリコン膜１１の不純物拡
散領域１５上に位置する部分にエッチングを施してコン
タクト孔を形成する。次いで、上記工程を経た基板の全
表面上にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理を施して、ケ
イ化物１４を形成する。すなわち、シリコン基板１０上
にＴｉ膜１２を形成した後、熱処理することにより、シ
リコンとＴｉとが結合してケイ化物１４が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術におけるケイ化熱処理の際、Ｓｉ原子は金属の結
晶粒界において卓越した拡散特性を有するので、結晶粒
界と接するＳｉ基板部分において、ケイ化物層が部分的
に強く形成され、その結果、シリコン基板へのケイ化物
浸入（silicide encroachment）が激しくなるという問
題がある。
来技術におけるケイ化熱処理の際、Ｓｉ原子は金属の結
晶粒界において卓越した拡散特性を有するので、結晶粒
界と接するＳｉ基板部分において、ケイ化物層が部分的
に強く形成され、その結果、シリコン基板へのケイ化物
浸入（silicide encroachment）が激しくなるという問
題がある。
【０００７】これによって、素子の電気的特性が悪化
し、コンタクト部位のジャンクション漏洩電流が大きく
なるという問題がある。また、浅いジャンクション法
（shallow junction method）を適用する場合には、ジ
ャンクションスパイクによるジャンクションショートが
生じる可能性があるという問題がある。
し、コンタクト部位のジャンクション漏洩電流が大きく
なるという問題がある。また、浅いジャンクション法
（shallow junction method）を適用する場合には、ジ
ャンクションスパイクによるジャンクションショートが
生じる可能性があるという問題がある。
【０００８】不均一なケイ化物浸入（silicide encroac
hment）が発生すると、素子の動作間に、空乏層領域と
ケイ化物領域とが接するようになり、このとき空乏層領
域のケイ化物とＳｉとの界面のような欠陥が存在するよ
うになるので、ジャンクション漏洩電流が大きくなると
いう問題がある。
hment）が発生すると、素子の動作間に、空乏層領域と
ケイ化物領域とが接するようになり、このとき空乏層領
域のケイ化物とＳｉとの界面のような欠陥が存在するよ
うになるので、ジャンクション漏洩電流が大きくなると
いう問題がある。
【０００９】更に、Ｓｉと不均一に形成された先鋭なケ
イ化物との界面上の電界集中によるツェナー降伏現象が
生じる可能性もあるという問題がある。
イ化物との界面上の電界集中によるツェナー降伏現象が
生じる可能性もあるという問題がある。
【００１０】本発明の目的は、上記従来技術における不
均一なケイ化物層のジャンクションへの浸入問題を解決
して高信頼度のジャンクション電気特性を得ることがで
き、酸化シリコン膜で安定化されたジャンクションの表
面においてのＳｉ原子のダングリングボンドを効果的に
安定化して、ケイ化物コンタクトを有するトランジスタ
の信頼性および電気的特性を向上させることが可能な、
半導体素子のコンタクト導電層形成方法を提供すること
にある。
均一なケイ化物層のジャンクションへの浸入問題を解決
して高信頼度のジャンクション電気特性を得ることがで
き、酸化シリコン膜で安定化されたジャンクションの表
面においてのＳｉ原子のダングリングボンドを効果的に
安定化して、ケイ化物コンタクトを有するトランジスタ
の信頼性および電気的特性を向上させることが可能な、
半導体素子のコンタクト導電層形成方法を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
は、半導体基板の所定部位と導電層との間のコンタクト
導電層形成方法において、（１）半導体基板上に絶縁膜
を形成した後、コンタクトを形成する部位の絶縁膜を除
去してコンタクト孔を形成する工程と、（２）上記工程
を経た上記半導体基板の全表面に金属層を形成した後、
陽イオンを上記金属層に注入する工程と、（３）上記工
程を経た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を
形成する工程とを含んでなることを特徴とする。
に、本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
は、半導体基板の所定部位と導電層との間のコンタクト
導電層形成方法において、（１）半導体基板上に絶縁膜
を形成した後、コンタクトを形成する部位の絶縁膜を除
去してコンタクト孔を形成する工程と、（２）上記工程
を経た上記半導体基板の全表面に金属層を形成した後、
陽イオンを上記金属層に注入する工程と、（３）上記工
程を経た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を
形成する工程とを含んでなることを特徴とする。
【００１２】この場合、上記（２）の工程の上記金属層
は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用い
て形成することを特徴とする。
は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用い
て形成することを特徴とする。
【００１３】またこの場合、上記金属は、Ｃｏ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１
つであることを特徴とする。
Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１
つであることを特徴とする。
【００１４】またこの場合、上記（２）の工程で上記金
属層に注入する上記陽イオンは、Ｈ+を含むイオンまた
はハロゲン元素のイオンであることを特徴とする。
属層に注入する上記陽イオンは、Ｈ+を含むイオンまた
はハロゲン元素のイオンであることを特徴とする。
【００１５】またこの場合、上記（３）の工程では、上
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように熱処理を施し、さ
らに、上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部
位において上記ケイ化物層が形成されるようにケイ化熱
処理を施すことを特徴とする。
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように熱処理を施し、さ
らに、上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部
位において上記ケイ化物層が形成されるようにケイ化熱
処理を施すことを特徴とする。
【００１６】またこの場合、上記（３）の工程では、上
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように施す熱処理と、上
記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位におい
て上記ケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処理
とを、同時に施すことを特徴とする。
記金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属
の結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子の
ダングリングボンドと結合するように施す熱処理と、上
記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位におい
て上記ケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処理
とを、同時に施すことを特徴とする。
【００１７】またこの場合、上記陽イオンを上記金属層
の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属
のダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処
理は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層
を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属
に適した温度で実施することを特徴とする。
の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属
のダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処
理は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層
を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属
に適した温度で実施することを特徴とする。
【００１８】またこの場合、注入する上記陽イオンは、
コンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合には
ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオン等から選択したいずれか
１つのイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型
がＮ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオン等から
選択したいずれか１つのイオンであることを特徴とす
る。
コンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合には
ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオン等から選択したいずれか
１つのイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型
がＮ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオン等から
選択したいずれか１つのイオンであることを特徴とす
る。
【００１９】また、本発明の半導体素子のジャンクショ
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成する工程と、上記金属層にＨ+イオンが含まれた
不純物を注入してドーピングする工程と、上記工程を経
た上記半導体基板に熱処理を施して、水素イオンを上記
金属層の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層
の金属原子のダングリングボンドと結合させる工程と、
上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位にお
いてケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す
工程とを含んでなることを特徴とする。
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成する工程と、上記金属層にＨ+イオンが含まれた
不純物を注入してドーピングする工程と、上記工程を経
た上記半導体基板に熱処理を施して、水素イオンを上記
金属層の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層
の金属原子のダングリングボンドと結合させる工程と、
上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位にお
いてケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す
工程とを含んでなることを特徴とする。
【００２０】この場合、上記水素イオンを上記金属層の
金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属原
子のダングリングボンドと結合させる上記熱処理工程
と、上記ケイ化熱処理工程とを単一の工程で実施して、
上記水素イオンの散布及び上記金属原子のダングリング
ボンドとの結合と、上記ケイ化反応とが同時に実施され
るようにすることを特徴とする。
金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属原
子のダングリングボンドと結合させる上記熱処理工程
と、上記ケイ化熱処理工程とを単一の工程で実施して、
上記水素イオンの散布及び上記金属原子のダングリング
ボンドとの結合と、上記ケイ化反応とが同時に実施され
るようにすることを特徴とする。
【００２１】またこの場合、上記水素イオンを上記金属
層の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金
属原子のダングリングボンドと結合させるために施す上
記熱処理は、３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケ
イ化物層を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属
層の金属に適した温度で実施することを特徴とする。
層の金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金
属原子のダングリングボンドと結合させるために施す上
記熱処理は、３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケ
イ化物層を形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属
層の金属に適した温度で実施することを特徴とする。
【００２２】また、本発明の半導体素子のジャンクショ
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を蒸着する工程と、ＰＨ2 +またはＰＨ+等のイオンを上
記金属層内にドーピングする工程と、上記工程を経た上
記半導体基板に熱処理を施して、リンイオンは上記半導
体基板内に拡散されてＮ型不純物ジャンクションを形成
し、ケイ化物層を形成し、水素イオンは上記金属層の金
属の結晶粒界面に散布され、また上記金属層の金属のダ
ングリングボンドと結合するようにする工程とを含んで
なることを特徴とする。
ンおよびコンタクト導電層形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト孔を形成する工
程と、上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を蒸着する工程と、ＰＨ2 +またはＰＨ+等のイオンを上
記金属層内にドーピングする工程と、上記工程を経た上
記半導体基板に熱処理を施して、リンイオンは上記半導
体基板内に拡散されてＮ型不純物ジャンクションを形成
し、ケイ化物層を形成し、水素イオンは上記金属層の金
属の結晶粒界面に散布され、また上記金属層の金属のダ
ングリングボンドと結合するようにする工程とを含んで
なることを特徴とする。
【００２３】この場合、上記熱処理を、上記ＰＨ2 +また
は上記ＰＨ+等のイオンがリンイオンと水素イオンとに
分解されて、水素イオンが上記金属層の金属の結晶粒界
面に散布され、また上記金属層の金属イオンのダングリ
ングボンドと結合する段階と、上記リンイオンが上記半
導体基板に拡散されて不純物ジャンクションを形成し、
ケイ化物層を形成する段階とに分けて施すことを特徴と
する。
は上記ＰＨ+等のイオンがリンイオンと水素イオンとに
分解されて、水素イオンが上記金属層の金属の結晶粒界
面に散布され、また上記金属層の金属イオンのダングリ
ングボンドと結合する段階と、上記リンイオンが上記半
導体基板に拡散されて不純物ジャンクションを形成し、
ケイ化物層を形成する段階とに分けて施すことを特徴と
する。
【００２４】またこの場合、上記Ｎ型不純物ジャンクシ
ョンに代えてＰ型不純物ジャンクションを形成する場合
には、上記金属層に注入する上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ
+等のイオンに代えて、ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+等のイ
オンを用いることを特徴とする。
ョンに代えてＰ型不純物ジャンクションを形成する場合
には、上記金属層に注入する上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ
+等のイオンに代えて、ＢＦ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+等のイ
オンを用いることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下本発明の半導体素子のコンタ
クト導電層形成方法の実施の形態を、添付図面を参照し
て説明する。
クト導電層形成方法の実施の形態を、添付図面を参照し
て説明する。
【００２６】まず、図１Ａに示すように、半導体基板２
０上に絶縁膜２２を形成した後、コンタクトを形成する
部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔２３を形成する。
０上に絶縁膜２２を形成した後、コンタクトを形成する
部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔２３を形成する。
【００２７】次に、図１Ｂに示すように、上記工程を経
た半導体基板の全表面に金属層２４を形成した後、図２
Ｃに示すように、上記金属層２４に陽イオンを注入す
る。
た半導体基板の全表面に金属層２４を形成した後、図２
Ｃに示すように、上記金属層２４に陽イオンを注入す
る。
【００２８】次に、図２Ｄに示すように、上記工程を経
た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を形成す
る。
た上記半導体基板に熱処理を施してケイ化物層を形成す
る。
【００２９】金属層２４は、シリコンと反応してケイ化
物を形成する金属を用いて形成するが、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した高融点金属
の１つを用いるとよい。
物を形成する金属を用いて形成するが、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した高融点金属
の１つを用いるとよい。
【００３０】金属層２４に注入する陽イオンとしては、
Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素のイオンを使用す
る。
Ｈ+を含むイオンまたはハロゲン元素のイオンを使用す
る。
【００３１】上記の熱処理においては、まず金属層２４
に注入された陽イオンが金属層２４の金属の結晶粒界面
に散布し、また金属層２４の金属の原子のダングリング
ボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、金属層
２４と半導体基板２０の表面とが接する部位においてケ
イ化物層２５が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
に注入された陽イオンが金属層２４の金属の結晶粒界面
に散布し、また金属層２４の金属の原子のダングリング
ボンドと結合するように熱処理を施し、さらに、金属層
２４と半導体基板２０の表面とが接する部位においてケ
イ化物層２５が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
【００３２】上記の金属層２４に注入された陽イオンが
金属層２４の金属の結晶粒界面に散布し、また金属の原
子のダングリングボンドと結合するように施す熱処理
と、金属層２４と半導体基板２０の表面とが接する部位
においてケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処
理とは、同時に実施してもよい。
金属層２４の金属の結晶粒界面に散布し、また金属の原
子のダングリングボンドと結合するように施す熱処理
と、金属層２４と半導体基板２０の表面とが接する部位
においてケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処
理とは、同時に実施してもよい。
【００３３】上記の陽イオンを散布させるために施す熱
処理は３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層２５を形成するための
ケイ化熱処理は、上記金属層２４の金属に適した温度で
実施する。
処理は３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層２５を形成するための
ケイ化熱処理は、上記金属層２４の金属に適した温度で
実施する。
【００３４】金属層２４に注入する陽イオンは、コンタ
クト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオン等から選択したいずれか１
つのイオンを用い、コンタクト下部の半導体の導電型が
Ｎ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオン等から選
択したいずれか１つのイオンを用いるとよい。
クト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオン等から選択したいずれか１
つのイオンを用い、コンタクト下部の半導体の導電型が
Ｎ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオン等から選
択したいずれか１つのイオンを用いるとよい。
【００３５】本発明の半導体素子のジャンクションおよ
びコンタクト導電層形成方法の実施の形態は、以下のと
おりである。
びコンタクト導電層形成方法の実施の形態は、以下のと
おりである。
【００３６】半導体基板上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜
にコンタクト孔を形成する。
にコンタクト孔を形成する。
【００３７】次に、上記工程を経た半導体基板の全表面
に金属層を形成する。
に金属層を形成する。
【００３８】次に、該金属層にＨ+イオンが含まれた不
純物をイオン注入してドーピングする。
純物をイオン注入してドーピングする。
【００３９】次に、上記工程を経た半導体基板に熱処理
を施して、水素イオンを金属層の金属の結晶粒界面に散
布させ、また金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させる。
を施して、水素イオンを金属層の金属の結晶粒界面に散
布させ、また金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させる。
【００４０】更に、金属層と半導体基板とが接する部位
にケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
にケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す。
【００４１】上記の、水素イオンを金属層の金属の結晶
粒界面に散布させ、また金属層の金属原子のダングリン
グボンドと結合させる熱処理工程と、ケイ化熱処理工程
とを単一の工程で実施して、水素イオンの散布及び金属
原子のダングリングボンドとの結合と、ケイ化反応とが
同時に実施されるようにしてもよい。
粒界面に散布させ、また金属層の金属原子のダングリン
グボンドと結合させる熱処理工程と、ケイ化熱処理工程
とを単一の工程で実施して、水素イオンの散布及び金属
原子のダングリングボンドとの結合と、ケイ化反応とが
同時に実施されるようにしてもよい。
【００４２】水素イオンを散布させ、また金属層の金属
原子のダングリングボンドと結合させるために施す熱処
理は、３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層を形成するためのケイ
化熱処理は金属層の金属に適した温度で実施する。
原子のダングリングボンドと結合させるために施す熱処
理は、３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０
℃、の温度で実施し、ケイ化物層を形成するためのケイ
化熱処理は金属層の金属に適した温度で実施する。
【００４３】また本発明の半導体素子のジャンクション
およびコンタクト導電層形成方法の実施のもう１つの形
態は、以下のとおりである。
およびコンタクト導電層形成方法の実施のもう１つの形
態は、以下のとおりである。
【００４４】まず、半導体基板上に絶縁膜を形成し、該
絶縁膜にコンタクト孔を形成する。
絶縁膜にコンタクト孔を形成する。
【００４５】次に、上記の工程を経た半導体基板の全表
面に金属層を蒸着する。
面に金属層を蒸着する。
【００４６】次に、ＰＨ2 +またはＰＨ+等のイオンを金
属層内にドーピングする。
属層内にドーピングする。
【００４７】次に、上記の工程を経た半導体基板に熱処
理を施して、リンイオンは半導体基板内に拡散されてＮ
型不純物ジャンクションを形成し、ケイ化物層を形成
し、水素イオンは金属層の金属の結晶粒界面に散布され
るようにする。
理を施して、リンイオンは半導体基板内に拡散されてＮ
型不純物ジャンクションを形成し、ケイ化物層を形成
し、水素イオンは金属層の金属の結晶粒界面に散布され
るようにする。
【００４８】上記の熱処理を、上記ＰＨ2 +または上記Ｐ
Ｈ+等のイオンがリンイオンと水素イオンとに分解され
て、水素イオンが金属層の金属の結晶粒界面に散布さ
れ、また金属イオンのダングリングボンドと結合する段
階と、リンイオンが半導体基板に拡散されて不純物ジャ
ンクションを形成し、ケイ化物層を形成する段階とに分
けて実施してもよい。
Ｈ+等のイオンがリンイオンと水素イオンとに分解され
て、水素イオンが金属層の金属の結晶粒界面に散布さ
れ、また金属イオンのダングリングボンドと結合する段
階と、リンイオンが半導体基板に拡散されて不純物ジャ
ンクションを形成し、ケイ化物層を形成する段階とに分
けて実施してもよい。
【００４９】Ｎ型不純物ジャンクションに代えてＰ型不
純物ジャンクションを形成する場合には、金属層に注入
するＰＨ2 +または上記ＰＨ+等のイオンに代えて、ＢＦ2
+、ＢＦ+、ＢＣｌ+等のイオンを用いる。
純物ジャンクションを形成する場合には、金属層に注入
するＰＨ2 +または上記ＰＨ+等のイオンに代えて、ＢＦ2
+、ＢＦ+、ＢＣｌ+等のイオンを用いる。
【００５０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００５１】まず、図１Ａに示すように、半導体基板２
０に、必要な回路要素を形成するため、Ｎ型あるいはＰ
型不純物（図は、Ｎ型不純物の場合について表示）をド
ーピングした不純物領域２１を形成し、基板全面を絶縁
膜２２で覆った後、コンタクトを形成するべき不純物領
域２１上に、既存のホトエッチング工程によってコンタ
クト孔２３を形成する。
０に、必要な回路要素を形成するため、Ｎ型あるいはＰ
型不純物（図は、Ｎ型不純物の場合について表示）をド
ーピングした不純物領域２１を形成し、基板全面を絶縁
膜２２で覆った後、コンタクトを形成するべき不純物領
域２１上に、既存のホトエッチング工程によってコンタ
クト孔２３を形成する。
【００５２】次に、図１Ｂに示すように、Ｔｉ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｈｆ等から選定した１つの金属
をＣＶＤ法またはスパッタリング法によって半導体基板
２０と絶縁膜２２の上に塗布して、薄い金属層２４を形
成する。
Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｈｆ等から選定した１つの金属
をＣＶＤ法またはスパッタリング法によって半導体基板
２０と絶縁膜２２の上に塗布して、薄い金属層２４を形
成する。
【００５３】次いで、図２Ｃに示すように、イオン加速
装置により、ＰＨ3ガスソースを用いてＰＨ2 +、ＰＨ+、
Ｈ+などの水素を含むイオンあるいは分子イオンを用意
する。これらのイオンを、約８０Ｋｅｖ、２．０×１０
16ｉｏｎ／ｃｍ2程度の強さで半導体基板２０と絶縁膜
２２との上の金属層２４の表面にイオン注入してドーピ
ングする。
装置により、ＰＨ3ガスソースを用いてＰＨ2 +、ＰＨ+、
Ｈ+などの水素を含むイオンあるいは分子イオンを用意
する。これらのイオンを、約８０Ｋｅｖ、２．０×１０
16ｉｏｎ／ｃｍ2程度の強さで半導体基板２０と絶縁膜
２２との上の金属層２４の表面にイオン注入してドーピ
ングする。
【００５４】次に、図２Ｄに示すように、温度４００〜
４５０℃で、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で熱処理を施して、
金属層２４に注入された水素イオンが再配置され、金属
の結晶粒界に散布された後、結晶粒界に存在する金属原
子のダングリングボンドと結合するようにする。次い
で、選択した各金属に適した温度と時間とを設定してケ
イ化熱処理を実行して、半導体基板２０の表面と金属層
２４との間にケイ化物層２５を形成する。
４５０℃で、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で熱処理を施して、
金属層２４に注入された水素イオンが再配置され、金属
の結晶粒界に散布された後、結晶粒界に存在する金属原
子のダングリングボンドと結合するようにする。次い
で、選択した各金属に適した温度と時間とを設定してケ
イ化熱処理を実行して、半導体基板２０の表面と金属層
２４との間にケイ化物層２５を形成する。
【００５５】このとき、金属の結晶粒界に散布される
か、あるいはダングリングボンドと結合した、水素イオ
ンのために、金属の結晶粒界を通してのＳｉイオンの拡
散度と金属層の結晶粒を通してのＳｉイオンの拡散度と
が同程度となる。このため、ケイ化反応に際し、Ｓｉ表
面と金属層とが接する界面において、金属とＳｉ原子と
のケイ化結合反応が均一に起こる。従って、Ｓｉ基板
（不純物領域）内に成長したケイ化物層が均一に成長し
てＳｉ表面に浸入するので、均一なケイ化物とＳｉ基板
とのインタフェースが形成される。
か、あるいはダングリングボンドと結合した、水素イオ
ンのために、金属の結晶粒界を通してのＳｉイオンの拡
散度と金属層の結晶粒を通してのＳｉイオンの拡散度と
が同程度となる。このため、ケイ化反応に際し、Ｓｉ表
面と金属層とが接する界面において、金属とＳｉ原子と
のケイ化結合反応が均一に起こる。従って、Ｓｉ基板
（不純物領域）内に成長したケイ化物層が均一に成長し
てＳｉ表面に浸入するので、均一なケイ化物とＳｉ基板
とのインタフェースが形成される。
【００５６】図３は、本発明のコンタクト導電層形成方
法をより詳しく説明するためのコンタクト部位の断面図
である。
法をより詳しく説明するためのコンタクト部位の断面図
である。
【００５７】金属層２４に注入された水素イオンは、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）を通しても拡散されるので、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）と半導体基板２０（シリコン基
板）との界面に存在するダングリングボンドと結合す
る。さらに、これらの水素イオンは、金属の結晶粒２６
の結晶粒界２７に存在するダングリングボンドとも結合
するが、この結果、結晶粒界２７におけるＳｉイオンの
拡散度が低下する。従って、結晶粒２６の内部と結晶粒
界２７とにおけるＳｉイオンの拡散度が均一化されて、
ケイ化物の成長が均一となる。
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）を通しても拡散されるので、絶
縁膜２２（ＳｉＯ2膜）と半導体基板２０（シリコン基
板）との界面に存在するダングリングボンドと結合す
る。さらに、これらの水素イオンは、金属の結晶粒２６
の結晶粒界２７に存在するダングリングボンドとも結合
するが、この結果、結晶粒界２７におけるＳｉイオンの
拡散度が低下する。従って、結晶粒２６の内部と結晶粒
界２７とにおけるＳｉイオンの拡散度が均一化されて、
ケイ化物の成長が均一となる。
【００５８】本発明の導電層形成方法を、トランジスタ
のソースとドレインとの形成に適用する場合の一例は、
以下の通りである。
のソースとドレインとの形成に適用する場合の一例は、
以下の通りである。
【００５９】すなわち、半導体基板上にトランジスタの
ゲート電極を形成した後、絶縁膜で全面を覆い、該絶縁
膜にコンタクト孔を形成する。次いで、基板上に金属層
を塗布した後、ドーパントが含まれたイオン（Ｎ型の場
合はＰＨ2 +、ＰＨ+イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、Ｂ
Ｆ+）をイオン注入する。次に、熱処理を施してリンイ
オンや硼素イオンは基板に拡散させてジャンクションを
形成し、Ｈ+イオンやＦ+イオンは金属層の金属の結晶粒
界に散布され、金属原子のダングリングボンドと結合す
るようにする。こうして、結晶粒界を通してのＳｉ原子
の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板上に形成され
るケイ化物層が均一に形成されるようになる。この方法
によって、浅いジャンクションを形成するための制御が
可能であり、基板に形成された不均一なケイ化物浸入
（silicide encroachment）を減少させることができ
る。こうして、従来技術の問題点であるケイ化物と接触
するジャンクションの電気的特性の不具合を大いに改善
することが可能となる。
ゲート電極を形成した後、絶縁膜で全面を覆い、該絶縁
膜にコンタクト孔を形成する。次いで、基板上に金属層
を塗布した後、ドーパントが含まれたイオン（Ｎ型の場
合はＰＨ2 +、ＰＨ+イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、Ｂ
Ｆ+）をイオン注入する。次に、熱処理を施してリンイ
オンや硼素イオンは基板に拡散させてジャンクションを
形成し、Ｈ+イオンやＦ+イオンは金属層の金属の結晶粒
界に散布され、金属原子のダングリングボンドと結合す
るようにする。こうして、結晶粒界を通してのＳｉ原子
の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板上に形成され
るケイ化物層が均一に形成されるようになる。この方法
によって、浅いジャンクションを形成するための制御が
可能であり、基板に形成された不均一なケイ化物浸入
（silicide encroachment）を減少させることができ
る。こうして、従来技術の問題点であるケイ化物と接触
するジャンクションの電気的特性の不具合を大いに改善
することが可能となる。
【００６０】上記実施例においては、金属層形成後に水
素イオン注入を実施したが、水素イオンに代えて、素子
の電気的特性に影響を及ぼさないＦ+イオンやＣｌ-イオ
ンなどを金属の表面にイオン注入してもよい。この場合
にも、コンタクトにおいて同様の効果が得られる。
素イオン注入を実施したが、水素イオンに代えて、素子
の電気的特性に影響を及ぼさないＦ+イオンやＣｌ-イオ
ンなどを金属の表面にイオン注入してもよい。この場合
にも、コンタクトにおいて同様の効果が得られる。
【００６１】
【発明の効果】金属層に水素イオンを注入した後、熱処
理を施すと、水素イオンが金属の結晶粒界に散布され、
また金属のダングリングボンドと結合し、金属の結晶粒
界を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の結晶粒を通
してのＳｉイオンの拡散度とが同程度となるので、ケイ
化反応に際し、Ｓｉ表面と金属層とが接する界面におい
て、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に起こ
る。従って、Ｓｉ基板（不純物領域）内に成長したケイ
化物層が均一に成長してＳｉ表面に浸入するので、均一
なケイ化物とＳｉ基板とのインタフェースが形成され
る。
理を施すと、水素イオンが金属の結晶粒界に散布され、
また金属のダングリングボンドと結合し、金属の結晶粒
界を通してのＳｉイオンの拡散度と金属層の結晶粒を通
してのＳｉイオンの拡散度とが同程度となるので、ケイ
化反応に際し、Ｓｉ表面と金属層とが接する界面におい
て、金属とＳｉ原子とのケイ化結合反応が均一に起こ
る。従って、Ｓｉ基板（不純物領域）内に成長したケイ
化物層が均一に成長してＳｉ表面に浸入するので、均一
なケイ化物とＳｉ基板とのインタフェースが形成され
る。
【００６２】本発明の導電層形成方法を、トランジスタ
のソースとドレインとの形成に適用する場合には、ドー
パントが含まれたイオン（Ｎ型の場合はＰＨ2 +、ＰＨ+
イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、ＢＦ+）を金属層に注入
した後熱処理を施すと、リンイオンや硼素イオンが基板
に拡散されてジャンクションを形成し、Ｈ+イオンやＦ+
イオンは金属層の金属の結晶粒界に散布され、金属原子
のダングリングボンドと結合するので、結晶粒界を通し
てのＳｉ原子の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板
上に形成されるケイ化物層が均一に形成される、また、
浅いジャンクションを形成するための制御が可能とな
り、基板に形成された不均一なケイ化物浸入（silicide
encroachment）を減少させることができる。
のソースとドレインとの形成に適用する場合には、ドー
パントが含まれたイオン（Ｎ型の場合はＰＨ2 +、ＰＨ+
イオン、Ｐ型の場合はＢＦ2 +、ＢＦ+）を金属層に注入
した後熱処理を施すと、リンイオンや硼素イオンが基板
に拡散されてジャンクションを形成し、Ｈ+イオンやＦ+
イオンは金属層の金属の結晶粒界に散布され、金属原子
のダングリングボンドと結合するので、結晶粒界を通し
てのＳｉ原子の不均一な拡散が抑制され、シリコン基板
上に形成されるケイ化物層が均一に形成される、また、
浅いジャンクションを形成するための制御が可能とな
り、基板に形成された不均一なケイ化物浸入（silicide
encroachment）を減少させることができる。
【００６３】こうして、均一なケイ化物層の形成が可能
となり、従来技術の問題点であるジャンクションショー
トの問題や、高いジャンクション漏洩電流および低い信
頼性などの問題の解決が可能となる。
となり、従来技術の問題点であるジャンクションショー
トの問題や、高いジャンクション漏洩電流および低い信
頼性などの問題の解決が可能となる。
【００６４】さらに、特定の点にケイ化物コンタクトに
用いることにより、良好な電気的特性を得ることが可能
となる。
用いることにより、良好な電気的特性を得ることが可能
となる。
【００６５】さらに、金属層に注入された水素イオン
は、ケイ化物熱処理の際、絶縁酸化膜に沿っても拡散す
るので、シリコン基板と絶縁膜との間の界面に存在する
Ｓｉダングリングボンドを安定化することができるの
で、ジャンクション漏洩電流を減少させることが可能と
なる。
は、ケイ化物熱処理の際、絶縁酸化膜に沿っても拡散す
るので、シリコン基板と絶縁膜との間の界面に存在する
Ｓｉダングリングボンドを安定化することができるの
で、ジャンクション漏洩電流を減少させることが可能と
なる。
【図１】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法の製造工程断面図である。
法の製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法の製造工程断面図である。
法の製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体素子のコンタクト導電層形成方
法で形成されたコンタクト部位の断面図である。
法で形成されたコンタクト部位の断面図である。
【図４】従来の半導体素子のコンタクト導電層形成方法
で形成されたコンタクト部位の断面図である。
で形成されたコンタクト部位の断面図である。
２０…半導体基板、 ２１…不純物領域、 ２２…絶縁膜、 ２３…コンタクト孔、 ２４…金属層、 ２５…ケイ化物層、 ２６…結晶粒、 ２７…結晶粒界
Claims (14)
- 【請求項１】半導体基板の所定部位と導電層との間のコ
ンタクト導電層形成方法において、 （１）半導体基板上に絶縁膜を形成した後、コンタクト
を形成する部位の絶縁膜を除去してコンタクト孔を形成
する工程と、 （２）上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層
を形成した後、陽イオンを上記金属層に注入する工程
と、 （３）上記工程を経た上記半導体基板に熱処理を施して
ケイ化物層を形成する工程とを含んでなることを特徴と
する半導体素子のコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（２）の工程の上記金属
層は、シリコンと反応してケイ化物を形成する金属を用
いて形成することを特徴とする半導体素子のコンタクト
導電層形成方法。 - 【請求項３】請求項２に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記金属は、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｈｆの中から選択した金属の１つ
であることを特徴とする半導体素子のコンタクト導電層
形成方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（２）の工程で上記金属
層に注入する上記陽イオンは、Ｈ+を含むイオンまたは
ハロゲン元素のイオンであることを特徴とする半導体素
子のコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項５】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（３）の工程では、上記
金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の
結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダ
ングリングボンドと結合するように熱処理を施し、 さらに、上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する
部位において上記ケイ化物層が形成されるようにケイ化
熱処理を施すことを特徴とする半導体素子のコンタクト
導電層形成方法。 - 【請求項６】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記（３）の工程では、上記
金属層に注入された上記陽イオンが上記金属層の金属の
結晶粒界面に散布し、また上記金属層の金属の原子のダ
ングリングボンドと結合するように施す熱処理と、上記
金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位において
上記ケイ化物層が形成されるようにするケイ化熱処理と
を、同時に施すことを特徴とする半導体素子のコンタク
ト導電層形成方法。 - 【請求項７】請求項５に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、上記陽イオンを上記金属層の
金属の結晶粒界面に散布させ、また上記金属層の金属の
ダングリングボンドと結合させるために施す上記熱処理
は３００〜５００℃の温度で実施し、上記ケイ化物層を
形成するための上記ケイ化熱処理は上記金属層の金属に
適した温度で実施することを特徴とする半導体素子のコ
ンタクト導電層形成方法。 - 【請求項８】請求項１に記載の半導体素子のコンタクト
導電層形成方法において、注入する上記陽イオンは、コ
ンタクト下部の半導体の導電型がＰ型である場合にはＢ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+イオン等から選択したいずれか１
つのイオンであり、コンタクト下部の半導体の導電型が
Ｎ型である場合にはＰＨ2 +またはＰＨ+イオン等から選
択したいずれか１つのイオンであることを特徴とする半
導体素子のコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項９】半導体素子のジャンクションおよびコンタ
クト導電層形成方法において、 半導体基板上に絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト
孔を形成する工程と、 上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層を形成
する工程と、 上記金属層にＨ+イオンが含まれた不純物を注入してド
ーピングする工程と、 上記工程を経た上記半導体基板に熱処理を施して、水素
イオンを上記金属層の金属の結晶粒界面に散布させ、ま
た上記金属層の金属原子のダングリングボンドと結合さ
せる工程と、 上記金属層と上記半導体基板の表面とが接する部位にお
いてケイ化物層が形成されるようにケイ化熱処理を施す
工程とを含んでなることを特徴とする半導体素子のジャ
ンクションおよびコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項１０】請求項９に記載の半導体素子のジャンク
ションおよびコンタクト導電層形成方法において、上記
水素イオンを上記金属層の金属の結晶粒界面に散布さ
せ、また上記金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させる上記熱処理工程と、上記ケイ化熱処理工程と
を単一の工程で実施して、上記水素イオンの散布及び上
記金属原子のダングリングボンドとの結合と、上記ケイ
化反応とが同時に実施されるようにすることを特徴とす
る半導体素子のジャンクションおよびコンタクト導電層
形成方法。 - 【請求項１１】請求項９に記載の半導体素子のジャンク
ションおよびコンタクト導電層形成方法において、上記
水素イオンを上記金属層の金属の結晶粒界面に散布さ
せ、また上記金属層の金属原子のダングリングボンドと
結合させるために施す上記熱処理は、３００〜５００℃
の温度で実施し、上記ケイ化物層を形成するための上記
ケイ化熱処理は上記金属層の金属に適した温度で実施す
ることを特徴とする半導体素子のジャンクションおよび
コンタクト導電層形成方法。 - 【請求項１２】半導体素子のジャンクションおよびコン
タクト導電層形成方法において、 半導体基板上に絶縁膜を形成し上記絶縁膜にコンタクト
孔を形成する工程と、 上記工程を経た上記半導体基板の全表面に金属層を蒸着
する工程と、 ＰＨ2 +またはＰＨ+等のイオンを上記金属層内にドーピ
ングする工程と、 上記工程を経た上記半導体基板に熱処理を施して、リン
イオンは上記半導体基板内に拡散されてＮ型不純物ジャ
ンクションを形成し、ケイ化物層を形成し、水素イオン
は上記金属層の金属の結晶粒界面に散布され、また上記
金属層の金属のダングリングボンドと結合するようにす
る工程とを含んでなることを特徴とする半導体素子のジ
ャンクションおよびコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項１３】請求項１２に記載の半導体素子のジャン
クションおよびコンタクト導電層形成方法において、上
記熱処理を、上記ＰＨ2 +または上記ＰＨ+等のイオンが
リンイオンと水素イオンとに分解されて、水素イオンが
上記金属層の金属の結晶粒界面に散布され、また上記金
属層の金属イオンのダングリングボンドと結合する段階
と、上記リンイオンが上記半導体基板に拡散されて不純
物ジャンクションを形成し、ケイ化物層を形成する段階
とに分けて施すことを特徴とする半導体素子のジャンク
ションおよびコンタクト導電層形成方法。 - 【請求項１４】請求項１２に記載の半導体素子のジャン
クションおよびコンタクト導電層形成方法において、上
記Ｎ型不純物ジャンクションに代えてＰ型不純物ジャン
クションを形成する場合には、上記金属層に注入する上
記ＰＨ2 +または上記ＰＨ+等のイオンに代えて、Ｂ
Ｆ2 +、ＢＦ+、ＢＣｌ+等のイオンを用いることを特徴と
する半導体素子のジャンクションおよびコンタクト導電
層形成方法。
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