JPH11507770A - サリサイドの形成方法 - Google Patents

サリサイドの形成方法

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Abstract

(57)【要約】 プラズマエンハンス化学気相成長法によって、チタンが半導体の内部接続上に蒸着されてサリサイド構造を形成する。四塩化チタン、水素、例えばアルゴンを有する反応ガスが導入される。プラズマはRFエネルギを使うことによって生成され、回転する半導体材料(11)に接触する。これにより、露出したシリコンと反応するチタンが蒸着され、後のアニール処理を行うことなしにチタンシリサイド(67,68,69)が形成される。表面上に蒸着された不要なチタンは、チタンを多く含むシリコン組成物(X<2であるTiSix)と同様に、化学エッチングによって除去される。チタンを約40Åの厚さで蒸着する場合には、内部接続の酸化物スペーサを被覆することなしにシリコン構造上に選択的にチタンを蒸着することができる。この場合には、基板を化学的にエッチングする必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】 サリサイドの形成方法 背景技術 一般的にサリサイドとして知られている自己整合シリサイドは、金属がMOS 構造上に蒸着され、ゲート上の露出したポリシリコン領域だけでなく、ソースや ドレインのような露出したシリコン領域と反応する際に形成される。酸化物スペ ーサとして知られているゲートに沿った酸化物構造は、酸化物上にシリサイドが 形成されないようにすることによって、ゲートとソース/ドレイン領域が電気的 に接続されるのを防止する。シリサイド形成に続いて、選択的にエッチングを行 い、シリサイドを損傷することなく、反応しなかった金属を取り除く。 サリサイド処理におけるシリサイドとして、プラチナやモリブデンのシリサイ ドも用いられるが、最も広く用いられるシリサイドは、TiSi2である。チタ ンシリサイドは、耐熱性金属シリサイドの中で最も低い抵抗率を示すため、本発 明には好適である。チタンシリサイドは、純粋の酸化物層を減少させることがで きるため、熱化学反応により多結晶性シリコン及び単結晶性シリコンのどちらの 上にもシリサイドを確実に形成するのに最も広く認められている耐熱性金属であ る。 サリサイド構造において、シリサイドは拡散領域内及びポリシリコンゲート上 に形成される。酸化物スペーサは、約2000〜30 00Åの厚さのみによって、これらの2つの領域を分離している。したがって、 シリサイドが側方に形成されると、この分離が簡単に繋がってしまい、ゲートと ソース/ドレインが短絡してしまう。チタンシリサイドが従来の不活性ガス雰囲 気中での熱的アニールによって形成される場合、そのような側方のチタンシリサ イド形成が急速に起こることが観察されている。窒素雰囲気中でアニール処理を 行うと、チタンはそれに関係した量の窒素を吸収すると同時に窒素と反応し、チ タン表面上に窒化物相を形成する。チタンが窒素と完全に反応すると、側方のシ リサイド反応は本質的に抑制される。 不運なことに、アニール処理中に、シリコンはソース、ドレイン、ゲート領域 から酸化物領域を覆っているチタンに拡散してしまう。したがって、チタンシリ サイドは、ソース、ドレイン、ゲート領域上だけでなく、分離酸化物及び側壁ス ペーサ上に形成されてしまう。このシリサイドは選択的エッチングによってエッ チングすることができない。したがって、2度目の高温アニール処理において、 シリサイドは低い抵抗率を有するC54位相に変換される。この低抵抗シリサイ ドがソース、ドレイン、ゲート領域間の連続的な電気パスを形成した場合には、 半導体素子は不良となる。 この問題は、チタンの窒化率を制御することによって減らすことができる。チ タンは、酸化物上にシリサイドが形成されないように十分速く、しかしながらソ ース、ドレイン、ゲート領域に十分なシリサイドが形成されるように十分な程遅 く、窒化されなければならない。これは非常に繊細なプロセスである。このプロ セスは、スパッタされるチタンの厚さを制限することによって、より良く制御す ることができる。このプロセスにより、酸化物の上のチタンは速や かに窒化される。チタンは一旦窒化されると、ケイ化されることはない。しかし ながら、スパッタされたチタンが薄すぎると、ソース、ドレイン、ゲート領域上 に形成されたシリサイドの厚さは、低い抵抗を呈するには不十分となるであろう 。 発明の開示 本発明の目的は、分離酸化物及び側壁スペーサ上にチタンサリサイドが形成さ れる問題を克服するサリサイド形成方法を提供することである。さらに、本発明 の目的は、チタン膜を窒化する必要性を取り除くことによって、サリサイドを簡 単に形成させることである。 本発明のこれらの目的及び利点は、チタンのプラズマエンハンス化学気相成長 法を用い、部分的に形成された集積回路の内部接続上にチタンを蒸着させること によって達成される。本発明に係るサリサイドの形成方法によれば、チタンがプ ラズマエンハンス化学気相成長法によってシリコン電極上に蒸着される。この蒸 着の間、チタンシリサイドは、シリサイドを形成するための熱処理をせずに、シ リコン電極上に形成される。チタンはシリコン酸化物及び分離酸化物上にも形成 される。このチタンは、化学的エッチングによって、他の蒸着されたチタンとと もに除去することができる。非常に薄いチタンシリコン層は、チタン/酸化物の 境界に形成される。この層は、酸性エッチングで簡単に除去することができる副 化学量論的又はチタンを豊富に含むシリサイドになる傾向がある。シリコン上に 形成された化学量論的チタンシリサイドは、エッチングされることはない。 半導体又は内部接続上へのチタンの第一次蒸着は、チタンをシリコン電極上に のみ蒸着する。蒸着から約30秒後、チタンは酸化物表面スペーサや基板の他の 部分の上に蒸着し始める。したがって、比較的薄いチタンシリサイド層が必要と される場合には、チタンをシリコン上のみに蒸着させ、続くエッチングは不要で ある。本発明の目的及び利点は、以下の詳細な説明によりさらに理解されるであ ろう。 図面の簡単な説明 図1AからDは、本発明に係るサリサイドの形成を説明するための断面図であ る。 図2は、本発明を実施する際に用いられるリアクタの断面図である。 図3は、シリコン及びシリコン酸化物表面上のチタン蒸着を時間に比例して示 す特性図である。 図4は、SiO2上に蒸着されたTiのAES深度を示す特性図である。 図5は、Si上に蒸着されたTiのAES深度を示す特性図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明によれば、サリサイド又は自己整合シリサイドは、図1Aから図1Dに 示すように、半導体素子上に形成される。半導体素子 は、蒸着されたゲート電極12、ソース電極13及びドレイン電極14を有する 基板11の上に位置する。ソース電極及びドレイン電極の両側には、二酸化ケイ 素ロコ15,16が配置されている。ソース電極13及びドレイン電極14は、 スペーサ17,18及びゲート酸化物19によって、ゲート電極12から分離さ れている。ゲート電極12、ソース電極13及びドレイン電極14は、全てシリ コンからなる。 ロコやスペーサだけでなく、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の形成 方法は、良く知られており、本発明の要旨ではないので、従来のいずれの方法を 用いてもよい。これらが一旦形成されると、プラズマエンハンス化学気相成長法 により、図1Aに示すように全構造上にチタンが蒸着される。 プラズマエンハンス化学気相成長法に適した装置20を、図2に示す。化学気 相成長(CVD)装置20は、RF供給ライン機構24によってバイアスが印加 されるRFシャワーヘッド/電極22を備える。プラズマ及び反応ガスは、シリ ンダ機構を介してサセプタ30上にある基板11に送り出される。装置20は、 筐体カバー32を有する筐体と、RF供給機構34と、冷却ジャケット37及び 冷却液供給管を有するヒートパイプ機構36と、シール機構41を有するガス分 配カバー39とを備える。石英等の絶縁部材からなるシリンダ38は、RF供給 ライン機構24を包囲している。 シリンダ38は、例えばヘレアスアマーシル(Hereaus Amersi l)から入手可能なQuartz T08−Eのような高品質の石英から形成さ れている。石英シリンダ38は、ニッケル−200のような導電性金属からなる シャワーヘッド/電極22 に支持されている。環状の凹部40が筐体カバー32内に形成され、この凹部4 0にシリンダ38の上端部42が取り付けられる。Oリング43,44は、階段 状の凹部40とシリンダ38の境界面に配置され、そこにシールを形成している 。シリンダ38の下端部46における環状の係合段部48に、シャワーヘッド/ 電極22の周縁部50が取り付けられている。シリンダ38の係合段部48は、 シャワーヘッド/電極22の周縁部50によって支えられている。シャワーヘッ ド/電極22は、RFライン管54に溶接位置55で取り付けられたステム52 を有し、一体型のRFライン56を形成している。RFライン56は、その上端 部でカラー58によって、摩擦により支持されている。RFラインは、シャワー ヘッド/電極22をサセプタ30の上方に支持している。一方、シャワーヘッド /電極22は、係合段部48にてシリンダ38と当接し、凹部40内に保持する ことにより、シリンダ機構26中にシリンダ38を支持している。シャワーヘッ ド/電極22の周縁部50に形成された係合段部48とそれに対応する同様の環 状係合段部60との間で、Oリング59が圧縮され、圧縮されたOリングはシャ ワーヘッド/電極22の周縁部50とシリンダの係合段部48の境界面をシール する。ガスの華又はリング62,64は、シリンダ38内に反応ガスを導入する 。 基板11は、例えばシャワーヘッド/電極22から約0.25〜2インチの距 離に設置される。この距離は、活性化イオンが基板をスパッタするのに適したも のとしなければならない。 また、例えば、反応ガスは、リング62,64を介して導入される。これらの 反応ガスはシリンダ38を通過し、ガスがシャワーヘ ッド/電極22を通過する際にプラズマが生成される。このプラズマは基板11 に衝突する。 チタンは、プラズマエンハンス化学気相成長法により、基板11上に蒸着され る。プラズマエンハンス化学気相成長法反応は、四塩化チタン及び高温で導かれ た水素を含む反応である。混合反応ガスは、四塩化チタン、水素、アルゴンのよ うな原子量が大きな不活性ガスを含む。四塩化チタンの導入は、比較的低く、一 定レートである。流量は、稀釈剤を使用することにより減少することができるが 、5sccmである。なお、流量としては、0.5〜10sccm又はそれ以上 が適切である。 水素の実質的な化学量論的な流量は、例えば約500〜10,000sccm であるが、四塩化チタンの流量が5sccmのときは、例えば約1,500sc cmである。 反応ガスは、例えばアルゴン等の高原子量の不活性気体を含んでもよい。アル ゴンは、約1sccm〜1000sccmの流量で導入されるが、300scc mが好ましい。アルゴンの用途は、四塩化チタンの分子を分解するのを助けるこ とである。これらの反応ガスは、リング62,64を介してリアクタで混合され てシリンダ38を通り、プラズマが生成されるシャワーヘッド/電極22に供給 される。RF電力はプラズマを生成するのに効果的であるべきである。この電力 は、10ワットから数キロワット、例えば約250ワットである。 基板は、サセプタ上に設置され、約400℃〜約800℃、例えば530℃で 熱せられる。より均一なコーティングを得るためは、サセプタを単に回転させれ ばよい。その回転数は、約0〜1000 rpm、例えば約100rpmである。反応室内の圧力は、約0.5torr〜 約20torr、例えば5torrである。反応時間は、このプロセスに重要な 影響を及ぼす。図3に示すように、チタンは、最初にシリコンの上にのみ蒸着さ れる。すなわち、チタンは最初の約30秒又は35〜40Åの厚さになるまで、 シリコン上のみに蒸着される。チタンシリサイドの厚さは、典型的には蒸着され たTiの厚さの2.5倍である。これは、100Åのチタンシリサイドの形成に 対応している。図1Bに示すように、チタンがシリコンと反応することによって 、チタンシリサイド67,68,69が形成される。 チタンがシリコン上に蒸着されると、直ぐにシリコンと反応してチタンシリサ イド67,68,69が形成される。したがって、約100Å以下のチタンシリ サイドが必要な場合には、反応を30秒以内で停止し、エッチングは必要とされ ない。 より厚いチタンシリサイド層が必要な場合には、反応を、総計で約400秒に なるまで続ける。これにより、約40〜400Åの厚さに蒸着されたチタン層が 形成される。図1Cに示すように、シリコン領域に蒸着されたチタンは、さらな るアニール処理を行わずに、チタンシリサイド71,72,73を形成する。二 酸化ケイ素層上に(すなわちロコやスペーサ上に)蒸着されたチタンは、TiS ix(Xは2以下)という化学式を有する副化学量論的チタン/シリコン化合物 74を形成する。 図4は、二酸化ケイ素上のチタンシリコン反応物層を示している。この層は、 酸化物表面にいくらかのシリコンを含む、チタンを多く含む蒸着物である。なお 、それは基本的にはチタンである。この層 74は、それから化学的エッチングによって取り除かれなければならない。 プラズマエンハンス化学気相成長が終了した後、基板がリアクタから取出され 、室温まで冷やされ、約120秒間酸性エッチングによりエッチングされる。適 切な酸性エッチングは、3回の過酸化水素(30%)を用いたエッチング及び1 回の硫酸(95〜97%)を用いたエッチングからなる。これによって、二酸化 ケイ素上に形成されたTiSix層とともに、基板のどんなチタンをも取り除く ことができる。 サリサイドが形成され、そして、絶縁層及び/又は例えばアルミニウム金属の 蒸着によって、内部接続が完了する。 次の表はシリコン上にTiを蒸着するのに用いられた様々なパラメータを示し ている。 図5は、シリコン上に蒸着されたチタンのAES深度を示している。これは本 発明を実施することによりシリサイドが形成されたことを実証している。 この方法は、高温でのアニール処理を行うことなしに、シリコン電極上にチタ ンシリコンを形成することができるという利点を有する。この方法は、内部接続 を短絡させる原因となるシリコン拡散を防止する。また、この方法は、順々に最 終生成物の信頼性を改善する比較的複雑な工程を少なくすることができる。 以上本発明を、発明者が考えうる最良の形態に従って説明したが、本発明は、 請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年4月18日 【補正内容】 かに窒化される。チタンは一旦窒化されると、ケイ化されることはない。しかし ながら、スパッタされたチタンが薄すぎると、ソース、ドレイン、ゲート領域上 に形成されたシリサイドの厚さは、低い抵抗を呈するには不十分となるであろう 。 米国特許US−A−4619038号には、700℃〜1000℃の高温で、 67〜200パスカル(0.5〜1.5torr)の圧力で行われる化学気相成 長法を使ってチタンシリサイドを形成する方法が開示されている。 発明の開示 本発明の目的は、分離酸化物及び側壁スペーサ上にチタンサリサイドが形成さ れる問題を克服するサリサイド形成方法を提供することである。さらに、本発明 の目的は、チタン膜を窒化する必要性を取り除くことによって、サリサイドを簡 単に形成させることである。 本発明のこれらの目的及び利点は、チタンのプラズマエンハンス化学気相成長 法を用い、部分的に形成された集積回路の内部接続上にチタンを蒸着させること によって達成される。本発明に係るサリサイドの形成方法によれば、チタンがプ ラズマエンハンス化学気相成長法によってシリコン電極上に蒸着される。この蒸 着の間、チタンシリサイドは、シリサイドを形成するための熱処理をせずに、シ リコン電極上に形成される。チタンはシリコン酸化物及び分離酸化物上にも形成 される。このチタンは、化学的エッチングによって、他の蒸着されたチタンとと もに除去することができる。非常に薄いチタンシリコン層は、チタン/酸化物の 境界に形成される。この層は、酸性エッチングで簡単に除去することができる副 化学量論的又はチタンを豊富に含むシリサイドになる傾向がある。シリコン上に 形成された化学量論的チタンシリサイドは、エッチングされること はない。 rpm、例えば約100rpmである。反応室内の圧力は、約67パスカル(0 .5torr)〜約2660パスカル(20torr)、例えば665パスカル (5torr)である。反応時間は、このプロセスに重要な影響を及ぼす。図3 に示すように、チタンは、最初にシリコンの上にのみ蒸着される。すなわち、チ タンは最初の約30秒又は35〜40Åの厚さになるまで、シリコン上のみに蒸 着される。チタンシリサイドの厚さは、典型的には蒸着されたTiの厚さの2. 5倍である。これは、100Åのチタンシリサイドの形成に対応している。図1 Bに示すように、チタンがシリコンと反応することによって、チタンシリサイド 67,68,69が形成される。 チタンがシリコン上に蒸着されると、直ぐにシリコンと反応してチタンシリサ イド67,68,69が形成される。したがって、約100Å以下のチタンシリ サイドが必要な場合には、反応を30秒以内で停止し、エッチングは必要とされ ない。 より厚いチタンシリサイド層が必要な場合には、反応を、総計で約400秒に なるまで続ける。これにより、約40〜400Åの厚さに蒸着されたチタン層が 形成される。図1Cに示すように、シリコン領域に蒸着されたチタンは、さらな るアニール処理を行わずに、チタンシリサイド71,72,73を形成する。二 酸化ケイ素層上に(すなわちロコやスペーサ上に)蒸着されたチタンは、TiS ix(Xは2以下)という化学式を有する副化学量論的チタン/シリコン化合物 74を形成する。 図4は、二酸化ケイ素上のチタンシリコン反応物層を示している。この層は、 酸化物表面にいくらかのシリコンを含む、チタンを多く含む蒸着物である。なお 、それは基本的にはチタンである。この層 請求の範囲 1. 半導体基板上の絶縁体(15,16,17,18)に隣接したシリコン領 域(12,13,14)のうちの選択された少なくとも1つを覆ってチタンシリ サイド(67,68,69)を形成する方法であって、 上記選択されたシリコンの領域を含む上記半導体基板の表面にチタンを蒸着し 、上記選択されたシリコンの領域上にチタンシリサイドを形成し、 上記蒸着はプラズマエンハンス化学気相成長法によってなされること を特徴とするチタンシリサイドの形成方法。 2. 上記絶縁体は二酸化ケイ素(15,16,17,18)の領域であり、チ タンが、上記二酸化ケイ素の領域に蒸着されずに上記選択されたシリコンの領域 (12,13,14)にのみ蒸着されるように効果的な時間で蒸着されることを 特徴とする請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 3. 上記蒸着時間は、30秒以下であることを特徴とする請求の範囲第2項記 載のチタンシリサイドの形成方法。 4. 更に、上記基板上に蒸着されたチタンを化学エッチングすることを特徴と する請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 5. 上記チタンは、四塩化チタンと水素を含む反応ガスのプラズ マを生成し、該プラズマを800℃以下の温度で上記基板に接触させることによ って、蒸着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの 形成方法。 6. 1〜40Åのチタンが蒸着されることを特徴とする請求の範囲第2項記載 のチタンシリサイドの形成方法。 7. 上記絶縁体は二酸化ケイ素の領域であり、上記基板上の上記選択されたシ リコンの領域に蒸着されたチタンは、Xが2以下であるTiSixを形成し、上 記基板は、チタン及びTiSixを取り除くのに効果的で、チタンシリサイドを 取り除くのに効果的でない化学エッチングで処理されることを特徴とする請求の 範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 8. 反応ガスのプラズマは、上記基板から2インチ以下の距離で発生させるこ とを特徴とする請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 9. 二酸化ケイ素の絶縁体(15,16,17,18)によって分離された複 数のシリコン電極(12,13,14)を有する半導体基板(11)上に、自己 整合シリサイドの内部(67,68,69)を形成する方法であって、 四塩化チタンと水素と不活性ガスとからなる反応ガスからプラズマを発生させ ることによって、上記基板にチタンを蒸着し、 上記プラズマを上記基板に接触させることによって、チタンシリサイドを形成 するチタンを上記シリコン電極上に蒸着させ、 上記基板を化学エッチングし、上記チタンシリサイドを取り除くことなしにチ タンを取り除くことを特徴とするチタンシリサイドの 形成方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN, MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT ,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 ジョセフ ティー ヒルマン アメリカ合衆国 アリゾナ州 07410 ス コッツデール マクレラン ブルバード 8025 イー (72)発明者 マイケル エス アミーン アメリカ合衆国 アリゾナ州 85018 フ ェニックス フィフティーセカンド スト リート 3128 エヌ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 半導体基板上の絶縁体に隣接したシリコン領域のうちの選択された少なく とも1つを覆ってチタンシリサイドを形成する方法であって、 プラズマエンハンス化学気相成長法により上記選択されたシリコンの領域を含 む上記半導体基板の表面にチタンを蒸着し、上記選択されたシリコンの領域上に チタンシリサイドを形成する ことを特徴とするチタンシリサイドの形成方法。 2. 上記絶縁体は二酸化ケイ素の領域であり、チタンが、上記二酸化ケイ素の 領域に蒸着されずに上記選択されたシリコンの領域にのみ蒸着されるように効果 的な時間で蒸着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載のチタンシリサイ ドの形成方法。 3. 上記蒸着時間は、30秒以下であることを特徴とする請求の範囲第2項記 載のチタンシリサイドの形成方法。 4. 更に、上記基板上に蒸着されたチタンを化学エッチングすることを特徴と する請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 5. 上記チタンは、四塩化チタンと水素を含む反応ガスのプラズマを生成し、 該プラズマを800℃以下の温度で上記基板に接触さ せることによって、蒸着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載のチタン シリサイドの形成方法。 6. 1〜40Åのチタンが蒸着されることを特徴とする請求の範囲第2項記載 のチタンシリサイドの形成方法。 7. 上記基板上の上記選択されたシリコンの領域に蒸着されたチタンは、Xが 2以下であるTiSixを形成し、上記基板は、チタン及びTiSixを取り除く のに効果的で、チタンシリサイドを取り除くのに効果的でない化学エッチングで 処理されることを特徴とする請求の範囲第3項記載のチタンシリサイドの形成方 法。 8. 反応ガスのプラズマは、上記基板から2インチ以下の距離で発生させるこ とを特徴とする請求の範囲第1項記載のチタンシリサイドの形成方法。 9. 二酸化ケイ素の絶縁体によって分離された複数のシリコン電極を有する半 導体基板上に、自己整合シリサイドの内部を形成する方法であって、 四塩化チタンと水素と不活性ガスとからなる反応ガスからプラズマを発生させ ることによって、上記基板にチタンを蒸着し、 上記プラズマを上記基板に接触させることによってチタンを上記基板上に蒸着 させ、上記シリコン電極上に蒸着されたチタンがチタンシリサイドを形成し、 上記基板を化学エッチングし、上記チタンシリサイドを取り除く ことなしにチタンを取り除くことを特徴とするチタンシリサイドの形成方法。
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