JPH1167691A - 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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JPH1167691A
JPH1167691A JP9241783A JP24178397A JPH1167691A JP H1167691 A JPH1167691 A JP H1167691A JP 9241783 A JP9241783 A JP 9241783A JP 24178397 A JP24178397 A JP 24178397A JP H1167691 A JPH1167691 A JP H1167691A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体領域の表面に自己整合的に形成する半
導体と金属との化合物膜の細線効果を抑制する。 【解決手段】 相対的に低温の第1の熱処理で相対的に
高抵抗のTiSi2 膜42を形成し、SiO2 膜43、
SiO2 系膜44及びSiO2 膜45を形成した後の相
対的に高温の第2の熱処理でTiSi2 膜42を相対的
に低抵抗のTiSi2 膜48にする。このため、TiS
2 膜42を低抵抗化するための熱処理と他の熱処理と
を兼用させることができ、低抵抗化されたTiSi2
48に加えられる熱処理の回数が少なくて、細線効果を
抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、半導体と金属
との化合物膜を半導体領域の表面に自己整合的に形成す
る半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタ等の半導体装置を微
細化、高速化するためには、半導体基板に形成されてい
る不純物領域や半導体で形成されている配線の低抵抗化
が必要であり、そのために、半導体と金属との化合物膜
を半導体領域の表面に自己整合的に形成する構造が考え
られている。
【0003】図5は、この様な化合物膜を有するMOS
トランジスタの製造方法の第1従来例を示している。こ
の第1従来例では、Si基板11の表面にSiO2 膜1
2を選択的に形成して素子分離領域を決定し、Si基板
11中にウェル13を形成し、更に、SiO2 膜12に
囲まれている素子活性領域の表面にゲート酸化膜として
のSiO2 膜14を形成する。
【0004】その後、多結晶Si膜15等でゲート電極
を形成し、LDD構造のソース・ドレイン領域を構成す
る低濃度の不純物領域16を形成し、更に、SiN膜1
7から成る側壁スペーサを多結晶Si膜15に形成す
る。そして、LDD構造のソース・ドレイン領域を構成
する高濃度の不純物領域18を形成し、Si基板11上
の全面にTi膜(図示せず)を堆積させる。
【0005】その後、比較的低温の第1段階の熱処理で
Si基板11及び多結晶Si膜15とTi膜との界面で
シリサイド化反応を生じさせて、比較的高抵抗のC49
相のTiSi2 膜(図示せず)を形成してから、SiO
2 膜12上やSiN膜17上に未反応のまま残っている
Ti膜等を除去する。そして、比較的高温の第2段階の
熱処理で、C49相のTiSi2 膜を比較的低抵抗のC
54相のTiSi2 膜21に相転移させる。
【0006】なお、この様に2段階の熱処理を行うの
は、低抵抗のC54相のTiSi2 膜21を直ちに形成
することができる高温の熱処理を当初から施すと、Si
2 膜12上やSiN膜17上のTi膜にも不純物領域
18からSiが供給され、SiO2 膜12上やSiN膜
17上にもTiSi2 膜21が形成されて、例えば多結
晶Si膜15上のTiSi2 膜21と不純物領域18上
のTiSi2 膜21とが短絡するおそれがあるからであ
る。
【0007】C54相のTiSi2 膜21を形成した
後、層間絶縁膜としてのSiO2 膜22、SiO2 系膜
23及びSiO2 膜24を順次に堆積させ、これらのS
iO2膜24、SiO2 系膜23及びSiO2 膜22に
接続孔25を形成する。そして、接続孔25をW膜26
等で埋め、更に、上層の配線(図示せず)等を形成し
て、このMOSトランジスタを完成させる。
【0008】図6は、MOSトランジスタの製造方法の
第2従来例を示している。この第2従来例も、接続孔2
5を形成した後、この接続孔25を介して不純物をイオ
ン注入して、不純物領域16、18と同一導電型の不純
物領域27をSi基板11中に形成して、この不純物を
熱処理で活性化させてから、接続孔25をW膜26で埋
めることを除いて、図5に示した第1従来例と実質的に
同様の工程を実行する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の第1
従来例では、図5に示した様に、接続孔25を形成する
際のフォトリソグラフィにおけるマスクの合わせずれ等
のために、接続孔25の位置がずれて接続孔25がSi
2 膜12の端部上に位置すると、SiO2 膜24、S
iO2 系膜23及びSiO2 膜22と共にSiO2 膜1
2もエッチングされる。
【0010】この結果、接続孔25を埋めるW膜26と
ウェル13とが不純物領域18を介さずに直接に接触す
る接触部28が生じる。なお、接続孔25がSiN膜1
7上に位置しても、SiO2 膜22、SiO2 系膜23
及びSiO2 膜24とSiN膜17とのエッチング選択
比を大きくすることができるので、SiO2 膜22、S
iO2 系膜23及びSiO2 膜24と共にSiN膜17
もエッチングされることはない。
【0011】接触部28が生じると、不純物領域18と
ウェル13とが逆バイアスされていても、接触部28を
介してW膜26とウェル13との間でリーク電流が流れ
る。フォトリソグラフィでマスクの合わせずれ等が生じ
ても接続孔25がSiO2 膜12の端部上に位置するこ
とを防止するためは、不純物領域18の面積を広げざる
を得ないが、これでは微細なMOSトランジスタを製造
することができない。
【0012】これに対して、上述の第2従来例では、図
6に示した様に不純物領域27を形成しているので、W
膜26とウェル13との間のリーク電流が防止されてい
て、接続孔25の位置ずれが補償されている。しかし、
この第2従来例では、低抵抗のC54相のTiSi2
21を形成した後に、不純物領域27中の不純物を活性
化させるための熱処理を施しているので、この熱処理に
よってTiSi2 膜21が凝集して、このTiSi2
21の抵抗が上昇する。
【0013】熱処理によるTiSi2 膜21の抵抗の上
昇は、線幅の細い多結晶Si膜15上で特に顕著に生
じ、線幅が0.15μmの多結晶Si膜15上では、1
0Ω/□以下であったシート抵抗が、850℃、30秒
の熱処理で50Ω/□程度まで上昇する。従って、第2
従来例では、不純物領域27を形成するための不純物を
活性化させるための熱処理で、TiSi2 膜21に細線
効果が生じている。
【0014】つまり、上述の第1従来例では、不純物領
域18等の面積を縮小することができなくて微細な半導
体装置を製造することができず、第2従来例では、低抵
抗のTiSi2 膜21を形成することができなくて高速
な半導体装置を製造することができない。
【0015】要するに、上述の第1及び第2従来例の何
れでも、微細で且つ高速な半導体装置を製造することが
できなかった。従って、本願の発明は、微細で且つ高速
な半導体装置を低コストで製造することができる方法を
提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体装
置の製造方法では、絶縁膜を形成した後の相対的に高温
の第2の熱処理によって、相対的に高抵抗の第1の化合
物膜を相対的に低抵抗の第2の化合物膜にするので、化
合物膜を低抵抗化するための熱処理と他の熱処理とを兼
用させることができる。
【0017】請求項2に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と接続孔を介
して導入した不純物を活性化させるための熱処理とが兼
用されている。
【0018】請求項3に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と絶縁膜をリ
フローで平坦化するための熱処理とが兼用されている。
【0019】請求項4に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と絶縁膜をデ
ンシファイで緻密・安定化するための熱処理とが兼用さ
れている。
【0020】請求項5に係る半導体装置の製造方法で
は、750〜900℃の温度及び5〜60秒の時間で第
2の熱処理を行うので、化合物膜を効率的に低抵抗化す
ることができる。
【0021】請求項6に係る半導体装置の製造方法で
は、半導体領域の表面に非晶質層を形成してから金属膜
を形成するので、半導体領域と金属膜との化合反応を促
進することができる。
【0022】請求項7に係る半導体装置の製造方法で
は、N型の不純物領域を形成すべき半導体領域にはその
表面を露出させた状態でN型の不純物をイオン注入する
ので、半導体領域の比較的深い位置までN型の不純物を
イオン注入することができて、As等の様に拡散係数の
比較的小さいN型の不純物でも、接合の比較的深いN型
の不純物領域を形成することができる。
【0023】また、半導体領域の比較的深い位置までN
型の不純物をイオン注入することができるので、N型の
不純物領域の表面における不純物濃度を低くすることが
でき、且つ、被覆膜がSiO2 膜等である場合の様にノ
ックオン効果によって酸素が半導体領域中に混入するの
を抑制することもできて、半導体領域と金属膜との化合
反応を促進することができる。
【0024】一方、P型の不純物領域を形成すべき半導
体領域にはその表面を被覆膜で覆った状態でP型の不純
物をイオン注入するので、BF2 + 等の様にP型の不純
物自体と他の不純物との化合物をイオン注入しても、P
型の不純物以外の不純物が半導体領域中に混入するのを
抑制することができて、半導体領域と金属膜との化合反
応を促進することができる。
【0025】また、半導体領域の表面を被覆膜で覆った
状態でこの被覆膜を介してP型の不純物をイオン注入す
るので、半導体領域の比較的浅い位置にP型の不純物を
イオン注入することができる。このため、B等の様に拡
散係数の大きいP型の不純物でも、接合の比較的浅いP
型の不純物領域を形成することができる。
【0026】請求項8に係る半導体装置の製造方法で
は、金属膜としてTi膜を用い、半導体領域とTi膜と
の化合反応によってTi化合物膜が形成されるが、Ti
化合物膜を低抵抗化するための熱処理と他の熱処理とを
兼用させることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、MOSトランジスタの製造
方法に適用した本願の発明の第1〜第5実施形態を、図
1〜4を参照しながら説明する。第1実施形態では、図
1(a)に示す様に、950℃のウエット酸化を行うL
OCOS法で、Si基板31の表面にSiO2 膜32を
選択的に形成して素子分離領域を決定する。LOCOS
法の代わりにトレンチ法等で素子分離を行ってもよい。
【0028】そして、Si基板31に不純物をイオン注
入して、Si基板11中にウェル13を形成したり、M
OSトランジスタのソース領域とドレイン領域との間の
パンチスルーを抑制するための埋め込み層(図示せず)
を形成したり、MOSトランジスタの閾値電圧を調整し
たりする。
【0029】次に、図1(b)に示す様に、H2 /O2
を用いる850℃のパイロジェニック酸化等で、SiO
2 膜32に囲まれている素子活性領域の表面に、ゲート
酸化膜として厚さ5nm程度のSiO2 膜34を形成す
る。そして、厚さ200nm程度の多結晶Si膜35を
全面に堆積させる。非晶質Si膜や非晶質Si膜と多結
晶Si膜との複合膜等を多結晶Si膜35の代わりに形
成してもよい。
【0030】次に、図1(c)に示す様に、フォトリソ
グラフィ及び異方性ドライエッチングで、多結晶Si膜
35をゲート電極のパターンに加工し、この多結晶Si
膜35及びSiO2 膜32をマスクにしてSi基板31
に不純物をイオン注入して、LDD構造のソース・ドレ
イン領域を構成する低濃度の不純物領域36を形成す
る。
【0031】その後、厚さ100〜200nmのSiN
膜37を全面に堆積させ、SiN膜37の全面をエッチ
バックして、このSiN膜37から成る側壁スペーサを
多結晶Si膜35に形成する。そして、多結晶Si膜3
5、SiN膜37及びSiO2 膜32をマスクにしてS
i基板31に不純物をイオン注入して、LDD構造のソ
ース・ドレイン領域を構成する高濃度の不純物領域38
を形成する。
【0032】N型の不純物領域38を形成するためには
Asを3×1015/cm2 のドーズ量でイオン注入し、
P型の不純物領域38を形成するためにはBF2 を3×
1015/cm2 のドーズ量でイオン注入する。そして、
1000℃、10秒程度の高速熱処理等で不純物領域3
6、38中の不純物を活性化させる。
【0033】次に、図1(d)に示す様に、厚さ30n
m程度のTi膜41をスパッタ法等で堆積させる。そし
て、図2(a)に示す様に、窒素雰囲気中における65
0℃、30秒の高速熱処理等でSi基板31及び多結晶
Si膜35とTi膜41との界面でシリサイド化反応を
生じさせて、比較的高抵抗のC49相のTiSi2 膜4
2を形成する。
【0034】次に、図2(b)に示す様に、SiO2
32上やSiN膜37上に未反応のまま残っているTi
膜41と、窒素雰囲気中の熱処理で形成されたTiN膜
(図示せず)とを、アンモニア過水で除去する。従っ
て、不純物領域38の表面及び多結晶Si膜15の表面
にのみC49相のTiSi2 膜42が残る。
【0035】次に、図2(c)に示す様に、厚さ100
nm程度のSiO2 膜43を堆積させ、図2(d)に示
す様に、BSG膜やPSG膜やBPSG膜等である厚さ
300nm程度のSiO2 系膜44を堆積させる。そし
て、図3(a)に示す様に、TEOSを原料にしたプラ
ズマCVD法でSiO2 膜45を堆積させ、化学的機械
的研磨でSiO2 膜45の表面を平坦化する。この結
果、SiO2 膜43、SiO2 系膜44及びSiO2
45によって層間絶縁膜が形成される。
【0036】次に、図3(b)に示す様に、フォトリソ
グラフィ及びドライエッチングでSiO2 膜45、Si
2 系膜44及びSiO2 膜43に接続孔46を形成す
る。なお、この図3(b)は、接続孔46の位置がずれ
て接続孔46がSiO2 膜32の端部上に位置した状態
を示している。
【0037】次に、図3(c)に示す様に、接続孔46
を介して不純物をイオン注入して、不純物領域36、3
8と同一導電型の不純物領域47をSi基板31中に形
成する。そして、750〜900℃、5〜60秒程度の
高速熱処理を施して、不純物領域47中の不純物を活性
化させると同時に、比較的高抵抗のC49相のTiSi
2 膜42を比較的低抵抗のC54相のTiSi2 膜48
に相転移させる。
【0038】なお、このときの熱処理はC49相のTi
Si2 膜42に施される最初の高温の熱処理であるの
で、この熱処理では相転移だけが生じて凝集は生じな
い。その後、図4に示す様に、接続孔46をW膜49等
で埋め、更に、上層の配線(図示せず)等を形成して、
このMOSトランジスタを完成させる。
【0039】次に、第2実施形態を説明する。この第2
実施形態も、図2(d)に示した様にSiO2 系膜44
を形成した後に、熱処理を施してSiO2 系膜44をリ
フローさせると同時にC49相のTiSi2 膜42をC
54相のTiSi2 膜48に相転移させることを除い
て、図1〜4に示した上述の第1実施形態と実質的に同
様の工程を実行する。
【0040】次に、第3実施形態を説明する。この第3
実施形態も、図2(d)に示した様にSiO2 系膜44
を形成した後に、熱処理を施してSiO2 系膜44をデ
ンシファイさせると同時にC49相のTiSi2 膜42
をC54相のTiSi2 膜48に相転移させることを除
いて、図1〜4に示した上述の第1実施形態と実質的に
同様の工程を実行する。
【0041】次に、第4実施形態を説明する。この第4
実施形態も、図1(c)に示した様に不純物領域38を
形成した後に、Si基板31及び多結晶Si膜35にA
sをイオン注入してこれらの表面に非晶質層(図示せ
ず)を形成し、その後に、図1(d)に示した様にTi
膜41を堆積させることを除いて、図1〜4に示した上
述の第1実施形態と実質的に同様の工程を実行する。
【0042】この様な第4実施形態では、Si基板31
及び多結晶Si膜35の表面が非晶質層の状態で、Ti
Si2 膜42を形成するためのシリサイド化反応が生じ
るので、このシリサイド化反応を促進することができ、
TiSi2 膜42を安定的に形成して細線効果を抑制す
ることができる。
【0043】次に、第5実施形態を説明する。この第5
実施形態は、CMOSトランジスタの製造方法に本願の
発明を適用したものであり、N型の不純物領域を形成す
るためのN型の不純物のイオン注入はSi基板の表面を
露出させた状態で行い、P型の不純物領域を形成するた
めのP型の不純物のイオン注入はSi基板の表面をSi
2 膜等で覆った状態で行うことを除いて、図1〜4に
示した上述の第1実施形態と実質的に同様の工程を実行
する。
【0044】この様な第5実施形態でも、TiSi2
42を形成するためのシリサイド化反応を促進すること
ができ、TiSi2 膜42を安定的に形成して細線効果
を抑制することができる。しかも、NMOSトランジス
タ部では接合リークの少ないN型の不純物領域を形成す
ることができ、PNMOSトランジスタ部では短チャネ
ル効果を抑制することができる。
【0045】なお、以上の第1〜第5実施形態の何れに
おいても、シリサイド膜としてTiSi2 膜48を形成
しているが、Ti以外の高融点金属のシリサイド膜を形
成してもよい。
【0046】
【発明の効果】請求項1に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と他の熱処理
とを兼用させることができるので、低抵抗化された化合
物膜に加えられる熱処理の回数が少ない。この結果、凝
集による化合物膜の細線効果を抑制することができて、
半導体領域及び化合物膜のシート抵抗を低くすることが
でき、しかも、製造工程も少ないので、微細で且つ高速
な半導体装置を低コストで製造することができる。
【0047】請求項2に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と接続孔を介
して導入した不純物を活性化させるための熱処理とが兼
用されている。この結果、低抵抗化された化合物膜に加
えられる熱処理の回数が少なくて化合物膜の細線効果を
抑制することができ、製造工程が少なく、接続孔の位置
ずれを補償して歩留りを高めることもできるので、微細
で且つ高速な半導体装置を低コストで製造することがで
きる。
【0048】請求項3に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と絶縁膜をリ
フローで平坦化するための熱処理とが兼用されている。
この結果、低抵抗化された化合物膜に加えられる熱処理
の回数が少なくて化合物膜の細線効果を抑制することが
でき、製造工程が少なく、配線をパターニングするため
のリソグラフィ等を容易に行うことができて歩留りを高
めることもできるので、微細で且つ高速な半導体装置を
低コストで製造することができる。
【0049】請求項4に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を低抵抗化するための熱処理と絶縁膜をデ
ンシファイで緻密・安定化するための熱処理とが兼用さ
れている。この結果、低抵抗化された化合物膜に加えら
れる熱処理の回数が少なくて化合物膜の細線効果を抑制
することができ、製造工程が少なく、絶縁膜の膜質を向
上させて歩留りを高めることもできるので、微細で且つ
高速な半導体装置を低コストで製造することができる。
【0050】請求項5に係る半導体装置の製造方法で
は、化合物膜を効率的に低抵抗化することができるの
で、微細で且つ高速な半導体装置を低コストで製造する
ことができる。
【0051】請求項6に係る半導体装置の製造方法で
は、半導体領域と金属膜との化合反応を促進することが
できるので、化合物膜を安定的に形成して細線効果を抑
制することができて、微細で且つ高速な半導体装置を低
コストで製造することができる。
【0052】請求項7に係る半導体装置の製造方法で
は、N型の不純物領域を形成すべき半導体領域及びP型
の不純物領域を形成すべき半導体領域の何れにおいて
も、半導体領域と金属膜との化合反応を促進することが
できるので、化合物膜を安定的に形成して細線効果を抑
制することができて、微細で且つ高速な半導体装置を低
コストで製造することができる。
【0053】しかも、接合の比較的深いN型の不純物領
域を形成することができるので、表面に化合物膜を形成
しても接合リークの少ないN型の不純物領域を形成する
ことができ、また、接合の比較的浅いP型の不純物領域
を形成することができるので、短チャネル効果を抑制す
ることができ、従って、信頼性の高い半導体装置を製造
することができる。
【0054】請求項8に係る半導体装置の製造方法で
は、Ti化合物膜を低抵抗化するための熱処理と他の熱
処理とを兼用させることができるので、低抵抗化された
Ti化合物膜に加えられる熱処理の回数が少ない。この
結果、特に凝集し易いTi化合物膜の細線効果を抑制す
ることができて、半導体領域及びTi化合物膜のシート
抵抗を低くすることができるので、微細で且つ高速な半
導体装置を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の第1実施形態の最初の工程を順次
に示す側断面図である。
【図2】図1に続く工程を順次に示す側断面図である。
【図3】図2に続く工程を順次に示す側断面図である。
【図4】第1実施形態で製造したMOSトランジスタの
側断面図である。
【図5】本願の発明の第1従来例で製造したMOSトラ
ンジスタの側断面図である。
【図6】本願の発明の第2従来例で製造したMOSトラ
ンジスタの側断面図である。
【符号の説明】
35…多結晶Si膜(半導体領域)、38…不純物領域
(半導体領域)、41…Ti膜(金属膜)、42…Ti
Si2 膜(第1の化合物膜)、43…SiO2膜(絶縁
膜)、44…SiO2 系膜(絶縁膜)、45…SiO2
膜(絶縁膜)、46…接続孔、48…TiSi2 膜(第
2の化合物膜)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体と金属との化合物膜を半導体領域
    の表面に形成する半導体装置の製造方法において、 前記半導体領域上に金属膜を形成する工程と、 前記半導体領域と前記金属膜とを相対的に低温の第1の
    熱処理で化合反応させて相対的に高抵抗の第1の前記化
    合物膜を前記表面に形成する工程と、 前記第1の化合物膜よりも上層に絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜を形成した後の相対的に高温の第2の熱処理
    で前記第1の化合物膜を相対的に低抵抗の第2の前記化
    合物膜に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】 前記絶縁膜に接続孔を形成する工程と、 前記接続孔の底面に露出している領域に前記接続孔を介
    して不純物を導入する工程と、 前記第2の熱処理で前記不純物を活性化させる工程とを
    具備することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の熱処理で前記絶縁膜のリフロ
    ーを行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の熱処理で前記絶縁膜のデンシ
    ファイを行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 750〜900℃の温度及び5〜60秒
    の時間で前記第2の熱処理を行うことを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記半導体領域に対するイオン注入で前
    記表面に非晶質層を形成する工程と、 前記非晶質層を形成した前記半導体領域上に前記金属膜
    を形成する工程とを具備することを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 N型の不純物領域を形成すべき前記半導
    体領域の前記表面を露出させた状態でこの半導体領域に
    N型の不純物をイオン注入する工程と、 P型の不純物領域を形成すべき前記半導体領域の前記表
    面を被覆膜で覆った状態でこの被覆膜を介して前記半導
    体領域にP型の不純物をイオン注入する工程とを具備す
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記金属膜としてTi膜を用いることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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