JPS58134427A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は？ＩＩａ一点金属シ照合イ下を電極や配線に使
用した半導体装置の製造方法に関するものである。

集積回路装置における集積度、動作装置、消費電力等の
向上のため配線等の寸法が益々微細化されつつある。そ
の様な微細化された集積回路装置に３ける配線や電極形
成用材料として、モリブデン、タングステン、タンタル
等のいわゆる高融点金属のシリサイドが有望と見なされ
ている。その理由は、これら為融点金属シリサイドは、
従来のＭＯ８ｆｉ集積回路のゲート１１１ｃ極等に用い
られてきた多結晶シリコンに比し、比抵抗が約１７□０
と低く、かつ耐熱性が＾いことや熱酸化により表面に安
定な酸化ｗＸを形成できるからである。

従来高融点金属シリサイドを形成する方法の１つとして
、高融照合ＪＩ１４ＩＩＫをシリコンの基板上または薄
膜上に堆積した後、熱処理により高−照合属とシリコン
とを反応させてシリサイド膜を形成する方法が知られて
いる。この様な方法で形成した高融点金属シリサイドを
酸素等の鍍化性ｆ！−気中で高温熱処理すると、高融点
金属シリサイドの表面に酸化シリコン瞭を形成できるこ
とが知られている。しかし、この様な従来の方法で形成
した高融点金属シリサイドの酸化膜の絶縁耐圧は、シリ
コンそのものを熱酸化して形成した酸化シリコン膜より
相当に低く、従って集積回路装置における誇電体膜や層
間絶縁膜としての応用に対して必ずしも充分満足できる
ものではなかった。

本発明は、上記従来の方法における問題点を大幅に抜食
した新規な半導体装置の製造方法を提供するものである
。本発明による半導体装置の製造方法は、シリコン上に
高融点金属膜を堆積し、該高融点金属膜の上からイオン
注入を行なうことにより少くとも該高融点金属膜と前記
シリコンとの界面力）ら前記シリコン側ｌこ前記高融点
金属の一部を分布させ、次いで加熱して別記高融点金属
と前記シリコンを反広せしめて高融点金属シリサイド膜
を形成し、次いで酸化性雰囲気中で熱酸化することによ
り咳高−照合属シリ、サイド表面に酸化膜を形成するこ
とを特徴とす条、、ものである。

本発明による方法によって形成した高融点金属シリサイ
ドの酸化膜では従来の方法によって形成したものより大
幅な絶縁耐圧の同上が得らｎるが。

これは、本発明による方法によって形成された高融点金
属シリサイドの表面が極めて平滑であるということと、
ざらにその様な平滑な高−照合属シリサイドを酸化性雰
囲気中で熱処理した場合に形成される酸化膜の厚さも極
めて均一でさらに酸化膜と高融点金属シリサイドとの界
面も平坦であるという発明者らが見出した事実によるも
のと考えられる。

以下、本発明による方法の実施例を図を用いて詳細に説
明する。第１図（ａ）〜（ｆ）の各図は本発明による方
法を半導体装置中に組込駿ｎる超−蓄電器の製作へ応用
した場合の第１の実施例ｊこおける主要製造王権での薄
膜蓄電器部の断面の模式図を示したものである。ｐ型シ
リコン基板１”　１の＝ｒｊｔＢｔこ熱酸化によって酸
化シリコン１１１２を形成した後。

周知のホトエツチング技術を用いて開口１３を眩ハ□ ける（（ａ）図）。次にスパッタ法を用いてモリブデ。

、１：：・。

ンｉ［Ｉ４を３５ｏＡめ１−さに堆積した後、加速電圧
１６０ｋｅＶ）ｆｆ１票（ｒ　：／　ｌ　５　Ｇ　５　
Ｘ　１０　”ｅｘ−”　タＦｊイオン注入する（（ｂ）
図）。その際開口１３以外の領域では、モリブデンｌ［
１４を貫通した砒素イオンは厚い酸化＠１２によりマス
クされるのでシリコン基板１１中に才で達することはな
い。開口部１３においては、大部分の砒素イオンはモリ
ブデン＠１４を貫通してシリコン基板ｌｌ中に注入され
るとｔもに、モリブデン＄１４とシリコン基板１１との
界面はイオン衝撃によって混合される。

次に６００℃の水素雰囲気中でアニールすると開口部１
３のモリブデンは完全にモリブデンシリサイドＭｏＳ鳴
１６に変換される（（Ｃ）図）。なお、上述のイオン注
入の１ｌｆｉｌこイオン注入電流が大きくイオン注入速
度が充分大きい場合には、イオン注入によって生じる基
板の温鍵上昇が４００℃根度以上にもなり、その際イオ
ン注入による界面の混合効果と前記温度上昇が相乗的に
作用してイオシ注入時にシリサイド形成が自動的に行わ
れてしまう。

この様な場合には上記６００℃でのシリサイド形成のた
めの熱処理を省略してもさしつη）えない。次に過酸化
水素水中ｌこ試料を浸漬することｔこより未反応のモリ
ブデン、即ち１Ｍ化シリコン［１２上のモリブデン線を
遇択的にエツチング除去できる。

更に、砒素注入層１７を電気的に活性化させるため１０
００℃の窒素カス中で熱処理することによりモリブデン
シリサイドＭｏ８ｉ、層１６の下に＾濃度に砒素をドー
プしたｎ＠１７が形成される（（ｄ）図）。次に９５０
℃の＃１１ガス中で熱処理することによりモリブデンシ
リサイド層１６の上に酸化シリコン１１１ｇを３００Ｘ
の厚さに形成した（（ｅ）図）。

次に周知の真空蒸着法及びホトエツチングｆ＆を用いて
ナルミニラムη）らなる対向電極１９を形成することに
より薄膜蓄電器を作製した（（０図）。この様にして作
製した薄膜蓄電器の電極１６と１９との間の絶縁耐圧の
平均値は１２Ｖでかつその標準偏差は１．５Ｖであった
。一方従来の方ｆｋ、Ｔｕゎち、モリブデン薄膜を被着
する前に予め開口部に砒素をイオン注入しておいてから
モリブデン薄膜を被着した後にシリサイド化した場合に
は、それらの値はそれぞれ４．５Ｖ及び３■であり１本
発明による方法で作−したものに比して着しく劣ってい
たＯ 次に第２の実施例について説明する。この夾施列番こお
いては高融点金属と反応させてシリサイドを形成するた
めのシリコンとして絶縁膜上に形成した単結晶シリコン
薄ＰＩ！を用いた。第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明の第
２の実施的を説明するための図で、ｓｇｌの実施例と同
様に薄膜蓄電器を組込んだ半導体装置の主要製造工程に
８ける該薄膜蓄電器部の断面の模式図である。シリコン
単結晶基板２１上番こ形成された酸化シリコン１［２２
に開口２３を設けた（（ａ）図）後、多結晶シリコン［
２４を化学蒸着法によって堆積する（（ｂ）図）。次に
周知のレーザアニール法、Ｔなわち連続発伽レーザ光の
走査番こより該多結晶シリコン膜２４を単結晶化する。

この際開口８２３の単結晶シリコン基板を種にして、単
結晶を一重部２３カ）ら横方向に成長させるいわゆる１
ａｔｅｒａｌ　ｓｅｅｄｉｎｇ法を柑いた。次に周知の
選択酸化技術を用いて酸化シリコン［２５で囲まれたシ
リコン率結晶薄膜からなる島状の領域２４′を形成する
（（Ｃ）図）。これ以後は％第ｌの実施例の場合と同様
の工程をこより第２図（ｄ）に示した様な十 ｎ＠２７上ｌこ形成されたモリブデンシリサイドＦ＠２
６を酸化して形成した薄い酸化１Ｉａ２８を絶縁層とし
、アルミニウムを上部電極２９とした薄膜蓄電器を作製
した。

この様に本発明による方法を用いて作製した薄膜蓄電器
においては、従来の方法、すなわち、予めシリコン単結
晶領域に砒素のドーピングを行′うておいてからモリブ
デン薄膜を堆積した嶽、モリブデンとｎ　Ｉ＠との反応
によってモリブデンシリサイドを形成し、該モリブデン
シリサイドＭ’）熱酸１ヒするという工程で作製した場
合に比して、第ｌの笑ｍ例の場合とほぼ同ｍ度の耐圧の
向上が得られた。

第３の実施列は、シリコン薄膜として多結晶シリコンを
用いた場合である。第２の実施的に２いて多結晶膜（第
２ｋ（ｂ）に８ける２４）の単結晶化工程を省略した場
合、すなわち、＃！２図（Ｃ）における島状領域２４′
が多結晶シリコン膜である植付にも本発明による方法を
稍いて形成した薄膜蓄１１ｔ器は従来の方法ｌこよって
形成したものに比して著しい耐圧の向上が得られた。

上述の実施例においては、高融点金属を堆積するシリコ
ンとしてはいずれも比抵抗が数Ω・倒の基板、または、
ドーピングを行っていないシリコン薄膜を用いたが、高
濃度にドーピングしたシリコン基板また薔−シリコン薄
膜に対しても本発明による方法は有効に適用できた。ま
た、イオン注入におけるイオンの種類も厘族や■族のド
ーパントイオンの他、目的によりシリコン、アルコ′ン
あるいは金属イオン等櫨々のイオンを用いることができ
る。更に、モリブデン以外の高融点金属（タングステン
、タンタル、チタン、ニオブ、ハフニウム）ｌこ対して
も本発明による方法が有効に適用できた。

また上述の５ＡＩｔＡカではイオン注入後にモリブデン
を完全にモリブデンシリサイドＭｏ８ｉ２に変換するた
めの工程として、水素雰囲気中のアニールを用いたが、
何もとｎに限る必齋はなく、Ｗ１素宴曲気中、不ｉ性芥
囲気中、＾空中のアニール等を用いてもよい。

上述の如く本発明による方法を用いて形成した高融点金
属シリサイドの酸化膜は優れた絶縁耐圧を有し、集積回
路−置の配線間の絶縁層、ダイナミック型ランダムアク
セスメモリ装置を構成する蓄電器の縛電体、更には＊発
明の方法によって形成した酸化膜上に単結晶シリコン暎
を形成してなる高融点金属シリサイドをゲート電極とし
、皺シリサイドの酸化膜をゲート杷縁膜としたＭＯａ型
トランジスタ、等の作製に有効に応用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による方法の実施例における
主要１楊での断面の模式図。図中の番号はそれぞれ以下
のものを示している。 １３．２３−・−シリコン酸化膜の開口、１４−−−−
−モリブデン鎮、’１５−・−砒素イオンビーム。 １６．２６−・−・モリブデンシリサイド、１７．２７
−・・・・ｎ　層、 １８　、２８・・・・−・モリブデンシリサイドの酸化
膜、１９，２９・・・−・アルミニウム電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン上に高融点金属膜を堆積し、該高融点金属膜の
   上からイオン注入を行なうことにより少くとも該高融点
   金属膜と前記シリコンとの界面から前記シリコン側に前
   記高融点金属の一部を分布させ、次いで加熱して前記高
   融点金属と前、記シリコンを反応せしめて高融点金属シ
   リサイド膜を形成し、次いで酸化性雰囲気中で熱酸化す
   ることにより、該高融点金属シリサイド表向に酸化膜を
   形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。