JPS587821A - 金属とシリコンとの化合物層の形成方法 - 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、金属とシリコンとの化合物（以下。

メタルシリナイドと称する）層の形成方法に関するもの
である。

メタルシリサイド膜は、高集積度の高速ＭＯ８（Ｍｅｔ
ａｌ　Ｑｘｉｄｅ　８ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）等
のＭＩ８（Ｍｅｔａｌ　　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍ
１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）　’ＩＪメモリからなる半導
体集積回路装置（ｌｅ）ｔ−製造する上で、今後必要不
可欠となる材料であると考えられる・即ち、メタルシリ
サイド膜はポリシリコンとは違って高融点で低抵抗の材
料であるから。

ＭＩ８ｍメモリのゲート電極又は配線として用いられた
場合、例えばアクセスタイムの短縮が可能となり、メモ
リの性能向上に大いに寄与できるものと期待される。し
かも、高融点であるが故に。

不純物のドーピング及びその後の熱処理時に充分な耐熱
性を示し、製造プロセス上、有利な材料である。

こうしたメタルシリサイド膜な形成するための方法とし
ては、ジャーナル・オプ・バキユーム・サイ千ンス・テ
クノロジー１７（４）１９８０の「す７ラクトリー・シ
リャイズ０７オー・インチグレイティラド・サーキッツ
」に記載されたスパッタ法、高温処理法が知られている
。このスパッタ法によれば、金属とシリコンとを同時に
スパッタしてメタルシリサイド膜を形成し、また高温処
理法によれば、ポリシリコンＷＭを下地として形成した
後にその上に金属薄膜を形成し、高温での熱処理でメタ
ルシリサイド化している。しかしながら。

本発明者が検討を加えた結果、スパッタ、法においては
不純物の混入等が避けられず、また高温処理法では膜厚
や組成を制御し難い上にポリシリコン膜形成のための工
４１を追加する必要があって、いずれも満足すべきもの
ではないことが分った。

従って１本発明の目的は、純度が良好で膜厚及び組成の
制御性の良いメタルシリサイド層を作業性良く形成でき
る方法【提供することにある。

この目的を達成するために、本発明によれば。

金属ハロゲン化物の還元反応とシリコン化合物の分解反
応とを気相にて同時に行わせ、純度良好で良質の薄膜の
形成が可能ないわゆるＣＶＤ（化学気相成長技術）Ｋよ
って一工程のみでメタルシリサイドｌ［な形成するよう
にしたものである。

本発明で使用可能な上記金属ハロゲン化物としテハ、Ｍ
ｏＣ４，、Ｔａ０６ｗ　　ｖ　ＷＣＪａ　ｅ　Ｔ　Ｉ　
ＣＪ４　＊ＭｏＦ、、ＷＦ、等が挙げられる。これらは
いずれも、特に水素によって金属単体（Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ
、Ｔｉ等）ＫＲ元され得るものであって、この高融点の
金属単体がシリコン化合物の同時熱分解で析出するシリ
コンと反応し、所望のメタルシリサイドを生成するので
ある。

シリコンの供給源であるシリコン化合物としては、５ｉ
ＣＪｊ、　　、ＳｉＨ，ＣＪ、　、８ｉＨ４等が使用可
能である。これらのシリコン化合物は実際にはＡｒ。

Ｎ１等の不活性ガスで希釈化されて供給されるが。

その希釈後の濃度は、５Ｉ（４，では５０憾程度であっ
てよいが、８ｉＨ４の場合には金属ハロゲン化合物に比
べて反応速度が非常に速いために充分に希釈化する必要
があり、通常はｌＯ〜ｌ　ＯＯｐｐｍの濃度で供給する
のがよい。

本発明の方法による気相反応の反応温度は５００Ｃ以上
にするのが望ましい。即ち、この温度範囲では上記の金
属単体とシリコンとの化学反応が良好に進行して、目的
とするメタルシリサイドが確実に生成されるからである
。しかし反応温度が５０００より低くなると、金属単体
とシリコンとが単に夫々析出したままであって相互間の
反応が生じ難くなる。なお、本発明の方法で得られたメ
タルシリサイドは実際には１例えばＭｏＳｉ、　、Ｍｏ
８ｉ。

Ｍｏ８ｉ、が混在したものとなっているが、これらのメ
タルシリサイドの化学量論比は反応ガスの流量比によっ
て制御することができる。

本発明の方法による気相反応の反応式な例示すると、次
の通りである。

ＭｏＣＪ、＋２８ｉＨ１αｅ＊＋５／２Ｈ＊→Ｍｏ８ｉ
、↓＋９ＨＣＪ↑ ＭｏＣＪｌ、　＋２８ｉＨ４＋Ｈ。

−ｅ　Ｍｏ　Ｓ　ｉ　１↓＋５ＨＣＪｊ＋５７２Ｈ，↑
これらの反応において、特に金属・・ロゲン化物の還元
反応は５次式で例示される。

これを総合的に示すと。

ＭｏｅＪ、＋５／２Ｈ，→Ｍｏ↓＋５ＨＣＪとなる０こ
の還元反応は４７０．Ｃ以上の温度で充分に進行する。

なおこの金属ハロゲン化物は固体であるから、ガスとし
て供給するためにヒータで加熱してガス状にする必要か
ある。

次に、本発明の方法な実施するための反応装置の一例な
第１図に示す。

この反応装置によれば、ペルジャー１に接続した３つの
配管２，３．４から、還元用の水素ガス。

シリコン化合物ガス（８ｉＣ右　、１９ｉＨ，αｈ　又
は大幅に希釈した５ｉＨ４）、昇華させた金属塩化物の
ガスを夫々供給する。その供給方式として第２図に示す
ように、金属塩化物の容器５ｆ：ヒータ（図示せず）に
よって周囲から例えば９０ＤＫ加熱して金属塩化’ｌ１
ｌｊＩな昇華させ、これを配管６からのキャリアガス（
例えばＡｒ　）によって上記ペルジャーｌへの配管７へ
送り込むようにしてよい０また。シリコン化合物ガスの
方は、容器８内に液状に収容され、これを加熱し配管９
からのキャリアガス（例えばＡｒ　　）によって上記配
管７へ送出することができる０なお、流量針や調節パル
プは図示省略したが、−例として、金属塩化物ガスの供
給量は人ｒ流量に換算してｌ〜３　ＪＪ　／　ｍ　ｌ　
ｎであってよく、また還元用の水素ガス流量は２４形／
ｍｉｎであってよい。一方、ペルジャーｌ内では。

中央部にガス通過口１０ｔ’有するサセグ、り１１上に
半導体基板（例えばシリコン基板）１２が載置され、ま
た通過口１０下に配さた筒状の支軸１３の周囲において
は高層ｌＩｌ加熱コイル１４が設けられている。この加
熱コイル１４にはペルジャー外部の高周波電源からの高
周波電流を通すことによって、半導体基板１２を所望の
反応温度（５００Ｃ以上、％に５００ｃｍ１０００Ｃ＞
ＷＣ１ｌＱ熱Ｔルよう和なっている。また、１５は反応
生成ガス及び未反応ガスな導出するための排気管である
０以上に説明した方法によって、半導体基板上に例えば
１５００〜３０００Ｘの膜厚のメタルシリサイド膜、例
えばＭｏ５−５１を成長させることができる０この場合
、上述したように、メタルシリサイド膜の形成は金属塩
化物ガス及びシリコン化合物ガスの気相での還元及び分
解反応による化学反応（ＣＶＤ）に基くために、従来の
スパッタ法に比べて不ｌｓ物の混入を著しく少なくでき
、純度の良い薄膜が得られ、更に膜の被着性及びカバレ
ジも良好となる。また、気相での反応に際し、反応ガス
の流量比を適切に決めることＫよって成長するメタルシ
リサイド膜の膜厚や組成な容易にコントロールでき、従
来の高温処理法での問題点も解消できる。一工程でメタ
ルシリサイド膜が祷られることから、従来の高温処理法
よりも工楊数が減ることになる。これは、作業性や生産
効率の面から非常に有意義である。

次に、本発明の方法を高集積度の高速メモリ、例えばＭ
ＩＩ型ダイナミックｌ’ｌＡＭ［適用した例を第３図に
示す。この図では、ｆ’ｔＡＭのメモリセルのトランス
ミッシ■ンゲートとしてのＭＩ　５ＦＥＴ部のみが示さ
れているが、その記憶保持用のＭＩＳＦＥＴ部や、メモ
リアレイの周辺回路素子部も同様に適用されるのでそれ
らの説明は省略している。

まず第３Ａ図のように、Ｐ型シリコン基板１１の一主面
に公知の選択酸化技術によって素子分離用のフィールド
Ｓ　ｊｏｚ　Ｎ　１６を成長せしめた債、耐酸化マスク
（窒化シリコン膜）及び下地の薄いＳ１０！膜を夫々エ
ツチングで除去し、更にこの除去領域に酸化性雰囲気中
での熱処理によってゲート酸化膜１７％：形成する。

次いで第３Ｂ図のよ５Ｋ、上述した方法を適用して高融
点金属とシリコンとの化合物を気相成長させ、全面に例
えばＭｏ８ｉ、膜１Ｂを被着する。

次いで第３Ｃ図のように、Ｍｏ８ｉ、膜１８１に公知の
フォトエツチングによってパタ′−ニングし。

高速の信号臥違機能が要求されるＭｏ８ｉ、のワード１
ｉ１９な形成する。しかる後に、全面にリン又は砒素の
イオンビーム２０を照射し、ワード４１１９及びフィー
ルド８ｉＱ、膜１６が存在しない領域のゲート酸化膜１
７に一通して基板１１にイオン打込みを行なう。モして
熱処理によって打込み不純物な引伸ばし拡散してソース
又はドレイン領域となるＮ＋型牛導体領域２１．２２を
夫々形成する。

次いで第３Ｄ図のように、（４Ｄによって全面にリンシ
リケートガラス属２３を被着せしめ、公知のフォトエツ
チングによってコンタクトホール２４ｔ−形成した後、
例えば公知の真９蒸着技術によってアルミニウムな全面
忙付着させ、更に公知のフォトエツチングによってアル
ミニウムのデータ線２５ＶＣパターニングする。そして
、更にファイナルパッジベージ曹ン膜等を施して、ダイ
ナミックａＡＭＩｃを完成させる。

以上、本発明を説明したが、上述した例は本発明の技術
的思想に基いて更に変形が可能である。

例えば、各反応ガスの供給方式や反応条件は種々に選択
しＣよいし、反応装置の構造も上述のものに限定される
ことはない。また、本発明の方法で形成されるメタルシ
リサイド膜下に下地として通常のポリシリコン膜な薄く
形成してもよい。この場合、ポリシリコン膜はメタルシ
リサイドを形成するためのものではなく、例えばゲート
電極を他の拡散領域にダイレクトコンタクト方式で接続
する必要がある場合において、その界面での電気的特性
を向上させる作用な有している。従って、この場合も上
層のＭｏ８ｉ、層はあくまで本発明による気相反応によ
って形成されることには変りがない。また、このＭｏ８
ｉ、層はイオン打込みだけでなく不純物拡散時に一定の
マスク作用も有しているから、上述の如きソース又はド
レイン、領域をセルファライン（自己整合的）に形成す
るのに寄与している。なお、本発明はＲＡＭＩ（、’に
限ることなく、半導体基板上にメタルシリサイドＭ’ｌ
ｔ設けた種々のデバイスに適用可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を例示するものであって、ａ！１図は気相
反応装置の概略断面図、第２図は反応ガスの供給機構の
断面図、第３人図〜第３Ｄ図はＦＬＡＭＩＣのメモリセ
ルな構成するトランスミツシーンゲート部の作成工程ｔ
−順次示す各断面図である。 なお、図面に用いられている符号において、１１はサセ
プタ、１２は半導体基板（ウェハ）、１４は高周波加熱
コイル、１９はＭｏ８ｉ、のワード線、２５はアルミニ
ウムのデータ線である。 第　　１　　図 第３Ｃ図 Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属ハロゲン化物の還元反応とシリコン化合物の分
   解反応とを気相にて同時に夫々行わせ、これによって金
   属とシリコンとの化合物を基体上に成長させることな４
   Ｉ黴とする、金属とシリコンとの化合物層の形成方法。