JPS587865A - 金属とシリコンとの電気的に安定な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電気的に安定な化合物層
の形成方法に関するものである。

金属（ｉｌｌえばＭｏ）とシリコンとの化合物（以下、
メタルシリサイドと称する）からなるメタルシリサイド
ｌＩは、高集積度の高速ＭＯ８（ＭｅｔａｌＱｘｊｄｅ
　　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）等のＭＩ８（Ｍｅ
ｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ）型メモリからなる半導体集積回路装置（ＩＣ）を製
造するよで、今後必要不可欠となる材料であると考えら
ｎる。

即ち、メタルシリサイド膜（丁ボリシ１１コツとは違っ
て高融点で低抵抗の材料であるρ・ら、ＭＩＳ型メ子メ
モリ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Ｙ示し、製造プロセス上、有利な材料で
ある。

しかしながら、このようなメタルシリサイド膜は上記の
優ｒｔた緒特性ン育している反面、電気的な安定性及び
シリコン基板とのコンタクト特性に間組があることが指
摘さｎている〔半導体技術セミナー（昭和５５年）で報
告さｎた［ドープドシリサイドゲート技術］〕。同報告
で述べらｒている方法によｔば、上記の間Ｉ！ヲ解決す
るために、金属とシリコンとン同時にスパッタすると共
にホスフィンガス（ＰＨｓ）Ｙ同時に導入することによ
って、リンン含有するリンドープトメｆルシリサイド膜
を形成している。即ち、このメタルシリサイド膜中のリ
ンによってＭ１８ＰＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈが安定と
なり、メタルシリサイドゲートが電気的に安定化すると
されている。また、す７が熱Ｍ理時に基板側へ拡散して
メタル’／　Ｉ）　ｔイド−基板間の接触抵抗を小さく
し、良好なコンタクトが得られることも述べらｎている
。

本発明者は、このリンドープドメタルシリサイドについ
て検討を加えたところ、上記の方法はスパッタ法による
ために、望ＦＬ＜ない不純物の混入が避けらｎず、シリ
サイド膜の純度が悪くなることが４ＩＩＩ明した。しか
もこれに加えて、スパッタ法虻よるメタルシリサイド膜
は％に基板上の段差部分に対する被覆性（ステップカバ
レジ）が悪く、被着性が不充分であることも判明した。

従って、本発明の目的は、上記の如きスパッタ法ニヨる
場合に比べて純度及びステップカバレジが良好なメタル
シリサイド層を作業性良（形成できる方法を提供するこ
とにある。

この目的を達成するために、本発１ｊ１１によｎば、金
属ハロゲン化物の、１１５Ｅ−反応、シリコン化合物及
び不純物の化合物の分解反応を基体上で気相にて同時に
行わせ、純度良好で良貧の薄膜の形成が可能ないわゆる
ＣＶＤ（化学的気相成長技術）によって、一工程のみで
電気的安定性を付与する不純物ン含有したメタルシリサ
イド（以下、ドープドメタルシリサイドと称する）膜を
形成するようにしたものである。つまり、本発明の方法
は、ドープドメタルシリサイドを各反応ガスの気相化学
反応に基いて形成するものであるから、その反応による
金属とシリコンとの化合物か選択的ρ・っ均一に析出し
て高純度で被着性の良い膜が得らｎると共に、気相から
所望の不純物を上記化合物の膜中忙同時にドープするこ
とができる。更に、気相化学反応時の反応ガスの流量比
ン適切に決めることによっ【、成長したドープドメタル
シリサイドの膜厚や組成な容易にコントロールできる。

本発明で使用可能な上記金属ハロゲン化物としては、Ｍ
ｏＣａ、、ＴａＣａ、、ＷＣｈ６．’ｒｉｃｉ、。

ＭｏＦ＠、ＷＦ・等が挙げられる。これらは〜・ずｎも
、特忙水素によって金属単位（Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｊ等
）ＫＲ元され得る１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＋　５
ｉｃｋ、、別Ｈ１αｈ、別Ｈ４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、　Ｎ。

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ｌ！は、８ｉＣＪ、では５０−１度であってよい
が、８ｉＨ，の場合には金属・・ロゲン化物に比べて反
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１１０−１Ｏ０ｐｐの濃度で供給するのがよい
。

また、メタルシリサイドに電気的安定性を付与する不純
物ｋｌ　１７ン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等であってよ（、
こｎらはホスフィン（ＰＨ，）、アルシン（ＡｓＨ，）
等の形で反応ガスとして供給される。

本発明の方法による気相反応の反応温度は５００℃以上
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５００℃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ｆ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ｎたメタルシリ
サイドは実際には、例えばＭｏ８ｉ１　、　Ｍｏ８ｉ、
　Ｍｏ８ｉ。

が混在したものとなっているが、こｎ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を例示すると、次
の通りである。

ＭｏＣＪ、　＋２８ｉＨ，Ｃ４ｇ　＋５／２Ｈ，＋ＰＨ
。

→Ｍｏ８ｉｔ↓十Ｐ↓＋９　Ｈ（４↑＋３／２Ｈ，↑Ｍ
ｏＣぷｓ　＋ｚｓｔＨ４＋Ｈ，十ＰＨ。

−＋Ｍｏ８ｉ＠↓＋Ｐ↓＋５ＨＣＪ↑＋４Ｈ！↑これら
の反応において、特に金属ハロゲン化物の還元反応は、
次式で例示される。

ＭｏＣｇ、　”ｊ　ＭｏＣＪ３．　’４　Ｍｏｃｋ＠　
町Ｍｏｃｇ、　−Ｍｏ↓ これｔ総合的に示すと、 ＭｏＣ−ｅ＠　＋５／２Ｈ１−＋Ｍｏ↓＋５ＨＣ７とな
る。この還元反応は４７０℃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
要がある。

次に、本発明の方法を実施するための反応装置の一例１
第１図に示す。

、この反応装置によれば、ベルジ今−ＩＫ接１１ｅした
４つの配管２，３，４，５から、還元用の水素ガス、シ
リコン化合物ガス（８ｉｃｅ、　、　８　ｉＨｌ　０）
。

又は大幅に希釈した８ｉＨ，）、昇華させた金属塩化物
のガス、ＰＨｓ又はＡＳＨｓＹ夫々供給−ｆ４゜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１
５馨ヒータ（図示せず）Ｋよって周囲から例えば９０℃
に加熱して金属塩什物を昇華させ、これｌ配管６からの
キャリアガス（例えばＡｒ　）Ｋよって上記ベルジ々−
１への配管７へ送り込むよう和してよい。また、シリコ
ン化合物ガスの万は、容器１８内に液状に収容され、こ
ｒｔｖ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。なお、
ＰＨ，−？ＡＳＨ３は気体であるから、適当な容器から
調節して供給する。なお、流量計や調節バルブは図示省
略したが、−例として、金属塩化物ガスの供給量はＡｒ
流量に換算して１〜３７／ｍｉｎであってよ（、ＰＨ，
又はＡｓＨ，の供給量は２００ｃｃ／ｍｉｎであってよ
く、また還元用の水素ガス流量は２４−ｅ／ｍｉｎであ
ってよい。−万、ペルジャー１内では、中央部［、［ス
通過口１０を有するサセプタ１１上に半導体基板（例え
ばシリコン基板）１２が載置され、また通過日１０下に
配さｆた筒状の支軸１３の周囲においては高周波加熱コ
イル１４が設けらｎ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
Ｋよって、半導体基板１２を所望の反応温度（４００℃
以上、ｑｌＫ　４７０℃〜１０００℃）Ｋ加熱するよう
Ｋなっている。また、８は反応生成ガス及び未反応ガス
を導出するための排気管である。

以上に説明した方法によって、半導体基板上忙例えば１
５００〜３０００Ａの膜厚のリン又は砒素ドープドメタ
ルシリサイド膜、例えばＭｏ８ｉ、膜を成長させること
ができる。この場合、上述したように、ドープドメタル
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、不純物の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）Ｋ基くために、従来のスパ
ッタ法に比べて不純物の混入を着しく少なくでき、純度
の良い薄膜が得らｎ、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よって成長するドープドメタル
シリサイド膜の膜厚や組成を容易にコントロールできる
。こｎに加えて、比較的低温でのＣＶＤＫよって一工程
でドープドメタルシリサイド膜が得られることから、工
程数が少なく、作業性や生産効率の面から非常ＫＮ意義
である。

本発明の方法で形成されたドープドメタルシリサイド膜
は、メタルシリサイド本来の優れた高融点性（耐熱性）
及び低抵抗性を有している上に、リン等の不純物の含有
によって特にメタルシリサイドゲートの電気的特性が安
定化し、熱処理時忙半導体重板側へ拡散してメタルシリ
サイド膜のコンタクト性が良好となる等の効果が期待で
きる。

次に、本発明の方法を高集積度の高速メモリ、例えばＭ
ＩＳ型ダイナミックＲ，ＡＭに適用しに例を第３図に示
す。この図では、ＲＡＭのメモリセルのトランスミッシ
ｌンゲートとしてのＭｌ　５ＰＥＴ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ｌｉ！ｉｌＬ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の一生面
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
８１０．ｌｌ１１６を成長せしめた後、耐酸化マスク（
窒化シリコン膜）及び下地の薄い８ｉＱ、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ｆｌＡＫよってゲート酸化膜１７を形成する。

次いで第３Ｂ図のように、上述した方法を適用し、リン
を含みかつ高融点金属とシリコンとの什酋物を気相成長
させ、全面Ｋ例えばリンドープドＭｏ８ｉ、膜２８を被
着する。

次いで累３Ｃ図のように、Ｍｏ８ｉ、ｌｌ［２８を公知
のフォトエツチングによってパターニングし、高速の傷
号伝達機能が要求さｎるリンドープドＭｏＳ　ｉ。

のワード１１１９を形成する。しかる後に、全面にリン
又は砒素のイオンビーム２ｏを照射し、ワード−１９及
びフィールド８１Ｑ、Ｊ［１６が存在しない領域のゲー
ト酸化Ｍ１７を通して基板１１にイオン打込みを行なう
。そして熱処理によって打込み不純物を引伸ばし拡散し
てソース又はドレイン領域となるＮ＋溜半導体領域２１
．２２を夫々形成する。

次いで第３Ｄ図のように、ＣＶＤによって全面にりンシ
リケートガラスｊ［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２４を形成した後、
例えば公知の真空蒸着技術によってアルミニウムを全面
に付着させ、更に公知のフォトエツチングによってアル
ミニウムのデーイナルバッシベーシ璽ン膜等を施して、
ダイナミックＲＡＭＩＣを完成させる。

以上、本発明を説明し１こが、上述した例は本発明の技
術的思Ｒｖｃ基いて更に変形が可能である。

例えば、各反応カスの供給方式や反応条件は種々に選択
してもよいし、反応装置の構造も上述のものに限ずされ
ることＧ丁ない。また、本発明の方法で形成さｎるドー
プドメタルシリサイド膜下に下地として通常のポリシリ
コン膜を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を肩している。従って、こ
の場合も上層のドープドＭｏＳｉ、層はあ（まで本発明
による気相反応によって形成さｒることＫは変りがない
。また、このドープドＭｏＳｉ。

層を丁イオン打込みだけ・でなく不純物拡散時に一足の
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ＲＡＭＩＣ’に限る
ことな（、中導体基板上にビー１トメタルシリサイド膜
を設けた穫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、第１図は気相反
応装置の概略断面図、＠２図は反応ガスの供給機構の断
面図、＠３Ａ図〜＠３Ｄ図はＲＡＭＩＣのメモリセルを
構成するトランスミッシ嘗ンゲート部の作成工程を順次
示す各断面寵である。 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（ウェー・〕、１４は高周波加
熱コイル、１９はリンドープドＭｏＳｉ。 のワードｌ、２５はアルミニウムのデータ線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属ハロゲン化物の還元方法と、シリコン化合物の
   分解反応と、電気的安定性を付与する不純物の化合物の
   分解反応とを気相にて同時に夫々行わせ、こｒＬによっ
   て前記不純物を含有しかつ金属とシリコンとの反応生成
   物である化合物を基体上に成長させることを特徴とする
   、金属とシリコンとの電気的に安定な化合物層の形成方
   法。