JPS59123228A - 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％　Ｎ１０３ＬｓＩで代表されるシリコン半導
体装置の製造方法、さらに詳しくはシリコン基板表面の
Ｕ＋１０部に対して自己整合的に均一な高融点金属硅化
物層上その下に不純物ドープ層とを形成する方法に関す
る シリコンへ・１０Ｓ型心界効果トランジスタは、嶋周波
用の単体トランジスタや集積回路の基本素子として広く
用いられている。これらいずれの応用に対してもスイッ
チング速度、最大動作周波数、利得等のトランジスタ特
性の向上、あるいは集積回路における集積速度の向上を
図る１とめトランジスタのチャネル長の短縮が重要な課
題となっている。

しかし、チャネル長を１〜１．５μｍ程度以下にまで短
縮するといわゆる短チヤネル効果として知られているし
きい値゛電圧のチャネル長依存性やソース・ドレイン間
耐圧の低下等の重大な問題点が生じる。これらの問題は
主として、ソースとドレイン間の距離がドレイン領域に
ょる空乏層の延びの程度あるいはそれ以下にまで短かく
なったためによるものである。この問題、即ち、ドレイ
ン空乏層の延びの影響を軽減するためには、ソース及び
ドレイン領域の深さ、即ちソース及びドレイン領域の接
合深さを浅くすることが有効であることが有効であるこ
とが知られている。現在、接合深さが０．３μｍ程度の
比較的浅いｎ型ソース、ドレイン層は砒素イオン注入に
より形成することができる。しかし、この程度の浅さの
ソース及びドレイン領域においても、その層抵抗は３０
〜５ｏΩ／口という比較的大きな値になり、集積回路へ
の応用の場合の様にソースあるいはドレイン領域の延長
がそのまま素子間の相互接続配線としても使用される場
合には、直列抵抗が無視し得ない領になってしまい信号
の伝播遅延や電圧低下の原因となる。

チャネル長が１μｍ以下にまで短縮された場合には、更
に浅い接合深さが必要となり、従って層抵抗は益々大き
くなり、その層抵抗によるトランジスタや集積回路の性
能の低下は一層深刻なものとなる。

また、０１〜０．２μｍ程度の浅い接合領域へのアルミ
ニウム系金属によるオーミックコンタクトにおいても、
いわゆるスパイクと称される局部的拡散・合金反応が生
じ基板とのｔＸ的短絡を引起し易いことが予想される。

この様に単υて不純物イオン注入のみで、０．１〜０２
μｍ程Ｉｔの戊いソースドレイン領域箭埃を形成するこ
とは゛心気抵抗やオーミックフンタクト等の点から好ま
しくないことが判る。この問題を解決するだめに金属硅
化物層をソース・ドレイン領域の表面に形成することが
考えられる。しムし、白金、パラジウム等の貴金属の硅
化物を形成した場合には、これらの貴金属の硅化物の熱
安定性が充分で万いため、８５０°Ｃ８度の熱処理によ
って抵抗値が著しく増大したり、オーミックコンタクト
部でアルミニウム系金属と反応したりするという問題が
あり実用に供し難い。

一方、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン等
のいわゆる高融点金属の硅化物の場合にはそれらの材料
自身の耐熱性という点においては問題はない。そこで従
来の技術を用いてこれらの高融点金属の硅化物をソース
・ドレイン領域上に形成して低抵抗化を図るという目的
のために応用しようとすると、次の２つの方法が従来考
えられて（１θだ。第１の方法は所望の組成比の高融点
金属の硅化物膜そのものをスパッタ＋１ングや真空蒸着
等の方法を用いて堆積する方法である。しかし、この方
法〈おいては８００℃程度以上の高温熱処理によって高
融点金属の硅化物＋＋ｉとその下の予め高濃度に不純物
をドープしたソース・ドレイン領域との接触面でのオー
ミック性が劣化し、その結果ソース・ドレイン領域の実
効的な直列抵抗の増加を引起す。更に、この方法でｔよ
、予め金属硅化物組成を持った膜を堆積するため、ソー
ス、ドレイン領域等の所望の領域にのみ自己整合的に形
成することは容易ではないという欠点をも含んで（βる
。

第２の方法は、１％融点金属の硅化物そのものを堆積す
るのではなく、高融点金属膜を堆積した労熱処理によっ
てＢ　ｌｉ＜１４点金属とシリコンとを反応させて硅化
物層を形成する方法である。この方法では、ソース・ド
レイン領域等の所望の領域のシリコン表面を露出せしめ
てから高融点金属膜の堆（ａを行うことにより、所望部
のみに自己整合的（ｌこ高融点金属層を形成することが
できる。しかし、この方法を実際に試みると高融点金属
と高濃度に不純物をドープしたシリコンとの反応の（与
現性や一様性が著しく恋いことが判った。即ち、高融点
金属とシリコンとの硅化物層１応が殆ど生じな１７１１
４合や、激しい反応が生じる場合が、試料間ある・（ｓ
　（佳試利内においても生じた。これは多分高融点金属
とシリコンとの界面や高融点金属ある１ρけシリフンの
状態によって硅化物形成反応が敏感に影響された結果と
考えられる。更に、この様な方法にお（Ｑては、高融点
金属とシリコンとの硅化物形成反応が生じた場合におい
ても、硅化物形成反応はシリコン露出部の（偏部から未
露出ｐｒ（ｓ　＜高融点金属膜４膜が絶縁物上にある領
域）ヘハミ出して生じるため自己整合的に高融点金属の
硅化物を所望領域にのみ形成するという点においても問
題があることが判明した。その−１＝、形成される高融
点金属硅化物の均一性や平滑性は悲く、高濃度に不純物
がドープされたシリコン基板表面に高融点金属を堆積し
た後、熱処理を行うと、シリコン基板上ておいた不純物
が硅化物層を通して外部へ吸けろという現象が生じたり
、あるいはオーミックコンタクト用のアルミニウム系金
圀を該硅化物層上に堆積した場合（Ｆ、ば、アルミニウ
ムやシ１］コンが硅化物、トはのピンホール等の不均一
なＩＩ・１所をｉＬ４　Ｌ／て相互拡散し、いわゆるス
パイクを牛しることが判った。以上の如く、従来の方法
は浅い暗合を持つソース及びドレインの低抵抗化等の応
用に対しては不適当である。

本発明の目的ｊ／ｉ、上記従来方法における間頚点をｊ
′イ決した新規な半導体装置の剰或方法ｆ：提供するこ
とである。

本発明によれば、少なくとも表ｉｎＴにシリコン層を備
えた基板の一重部に絶縁膜を形成する工程と該絶縁膜に
開口を設けた後、該主面に高融点金属膜を堆積する工程
と、シリコン結晶中でドーパントとならないイオンを注
入して該高融点金属膜とシリコン層との接触部の界面を
混合せしめた後、脂族まだは■造のドーパントイオンを
注入する工程と４０　（）−６００°Ｃの渇一度範囲で
熱処理を行うことにより前記開口部において高融点金属
の硅化物形成反応を生じせしめる工程と、未反応で残留
する高融点金属膜を選択エツチングすることにより高融
点金属硅化物層を前記開口部に対して自己整合的に形成
する工程と、その後非還元性雰囲気中で８００°Ｃ以上
の熱処理を行うことにより前記高ＩＪ（点金匡硅化物層
の下に自己整合的に不純物ドープ層を形成する工程とを
含むことを特似とする半導体装置の製造方法が得られる
。

本発明による製置方法では、シリコン基板上に設けられ
た所定の開口部に自己整合的に均一かつ平滑な高融点金
属の硅化物；響が形成さｎると同時に該硅化物層ドに、
きわめて浅い不純物ドープ層が形成される。本発明で得
らｔＬｊ’ｃ高融点金属姪化物層は、イオン注入による
高融点金属とシリコンとの界面の混合効果のだめに、従
来法によって形成された硅化物層に比較して著しく優れ
た平滑性均質性熱的安定性及び合金化反応に対する障壁
性を有する。これらの特長は短チャ４°ル？、１０　Ｓ
型電界効果トランジスタのソース・ドレインの形成やＭ
Ｏ８ＩＣやバイポーラＩＣの微細の配線の低抵抗化を実
現するの（（適している。本発明ではイオン注入によっ
てドープした不純物ハ９ｊの接合ｆ＋、１２さを０．１
μｍ稈度に迅〈形成することができる上、・そのシート
抵抗を上部の硅化物、喝によってスＱ／ロ程度まで減少
させ、乙ことができだ。さらに不発明で形成した硅化物
一層上にアルミニウム系蒲１悦を堆積して作４！シたオ
ーミック流！ｉｌ　ｌは、５５０°Ｃまでの耐熱性を示
した。まだ、本発明の方法では、イオン注入を行った後
に／ｌ　Ｏ／）−Ｊｏｏ　０°Ｃという比較的低温の熱
処理を何い、この後、未反応′ｆｃ１−石ρ１；点金属
かつ平ｔしな高融点金属珪化物をｉ＋；ｊ　ｔ］部に対
して自己整合的に形成する上で１．極めて重要である。

すなわち、イオン注入後の最初のアニールを、列えば８
００°Ｃ程度以上の高稲で行った場合には、開口部から
はみだして珪化物が形成されてしま・う。

従って、最初低？１′ｉｌ−でアニールを行った後、未
反応な高融点金属を除去するととによって１・づ口部に
自己整合して珪化Ｕが形成さハろ。この後、該珪化物層
の抵抗率の減少及び注入されたイオンの電気的活性化を
目的とした８００”Ｃ程度以上の熱処理が実施されろ。

この熱処理をト■、ガスを含んだ一１買元性ガス雰囲気
で行った場合には、前記低温熱処理によって形成されノ
こ珪化物の均一性や平ｉ′判注がで、（われてしまい、
こＩｔに伴ってピンホール等の欠陥が多数形成されるだ
め隼檀回路へのイ史用には適さない。従って、非還元性
ガス雰囲気、例えば、蚕繋不活性ガス、酸素、水蒸気あ
るもっけこれらのイ、；１合せたガス雰囲′Ａ］：たケ
ま真空中で８００°Ｃ以上の熱処理を灯うことが、珪化
′ｌ≧１の均一かつ平ｍ乙性斬を維持する上で重要であ
る。

以下、本発明のＩＷ漬方法の−９−絶倒をし１を用いて
説明する。

第１図（ｉｂ、　（ｂ）、　（ｃ）は本発明の実１・屯
例を説明するだめの図で主要工程における概略断面図を
示したもので′らろ。

先ず、＋１型単結畠シリコツ基・仮を用意し、通常の熱
酸化法ｊこより、厚さ３０００Ａの５ｉｎ２膜を形成し
、周知のホトエツチング法により新字の位ｉ代に開［］
を設けた１々、全面に膜厚４００Ａの′ｒｉ膜を堆積し
、第１図（、Ｉ）を得た。〆欠に、上２づよりＳ＋イオ
ンをＴｉとシリコン基板との接触部の界面を混合する。

次にボロンイオンを加速゛４圧２０ｋｅｙでドーズ−Ｉ
ＩＸ次に５５０°ＣでＨ２ガス雰囲気で２０分１７■熱
処叩を行い、前記混合層において硅化物形成反応を生じ
せしめた後、ｉ（２１：）２系エツチング液に−Ｃｂ　
ｉＯ２膜上の未反応Ｔｉ膜をエツチングする事により、
第１図（Ｃ）に示した如く、１７Ｆ）　［−１部のみに
均一なＩｐ　ｔ’硅化物膜が形成さ、！′した。このＴ
Ｉ硅化物膜はＴｉ、Ｓｉ３である。次に、［ｑ２ガス中
において、９００’０２０分間の熱処理を行い、ドープ
層のＩＳＳ気油活性化びＴｉ硅化物層の抵抗率の減少（
Ｔｉ、Ｓ−への変」１之）を川っ九０本実施例にセいて
、Ｔｉ硅化物層の表面からｐｎ接合までの距離が０，１
μｍときわめて浅いにもかかわらず、シート抵抗値４０
／口という低い値が得られた。従来、Ｐ型の浅いドープ
層（叶ボロンイオンをシリコン基板に直懺注入する方法
によって形成されていたが、接合深さ０．１μｍ程度に
形成すると、そのシート抵抗（ｋは数百０７口以上にも
達し、もはや半導体集、＠回路の′五４１へや配線に使
用し、ｔな１ρ０ また、前記実施？Ｉｌｌでは高融点今日としてＴ１を用
い、注入イオンとしてシリコン及びボ１ゴ？ｅ用いた場
合金示しだが、高融点金属としてＭ、ｏ　、　Ｗ。

ｒａ８、注入イオンとしてシリコン及びアルゴンとＡｓ
等の■族のドーパントを用（、−１だ堀余にも同様な効
果が得られブこ。

まだ、前記￥絶倒では屯結晶シ１１コン基板を用いたが
、同もこれ）／Ｃ限る必要はなく、Ｓ　Ｑ　８基板のよ
うに長面１にシリコン層が存庄する基板であればよい。

また、このシリコン層は単結晶ｙ　＋Ｉｌ（らず多結晶
でもかまわない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製置方法を説明するための戦略断面図
である。 １１はｎ　型シリｉ　、−／　基板、１２け５ｉＯｄｆ
、ｃ、１３けＴｉ膜、１４ばＴｉとシリコンとの混合層
、１５はボロンがドープされたＰ型層、１６１ｒｌ　Ｔ
ｉ硅化物層をそれぞれ示す。 第１に

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも、表面にシリコン層を備えた基板の一主面に
   絶縁膜を形成する工程と該絶縁膜に開口を設けた後、該
   主面に高融点金属膜を堆積する工程とシリコン結晶中で
   ドーパントとならないイオンを注入し−Ｃ該高融点金属
   膜とシリコンｊ４との接触部の界面を混合せしめた後、
   皿族または■族のドーパントイオンを注入する工程と４
   ＯＮＯＯ′Ｃの温度範囲で熱処理をイｔうことにより、
   前記ｌ：ｉ？ＩＬＥ部において高融点金属の硅化物形成
   反応を生じせしめる工程と、未反応で残留する高融点金
   属膜を選択エツチングすることにより高融点金族硅化物
   層を別記開口部に対して自己整合的に形成する工程と、
   その後、非還元性雰囲気中で８００℃以上の熱処理を行
   うことにより、前記局融点金属硅化物層の下に自己整合
   的に不純物ドープ層を形成する工程とを含むことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。