JPS59177926A - 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＆ｉ０ＳＬＳＩで代表される高集積庶子導体装
置の製造方法、さらに師しくは単結晶シリコン層の所望
の開口１部に対して自己整合的に鉤一な高融点金属硅化
物層及び浅い不純物ドープ層を形成する方法である。

近年、シリコンｌｖｌＯＳ型電界効果トランジスタは、
高周数用の重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
スタの特性の向上、あるいは集積回路における集積度の
向上を図るだめトランジスタのナヤネル長の短縮が事要
な課題となっている。しかしチャネル長を１−１．５μ
ｎ］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閾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よ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
ことが知られてｐ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
〜５０Ω／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Ｉ／３値になってしまい信
号の伝播遅延や電圧低下の原因となる。チャネル長が１
μｍ以下にまで短縮された場合に１４．更に浅い接合深
さが必要となり、従って層抵抗は益々太きくなり、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、０，１〜０．２μｍ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・合金化反応
が生じ基板との゛磁気的短絡を引起し易いことが予想さ
れる。この様に単に不純物イオン注入のみで、０．１〜
０．２μｍ程度の浅いソース・ドレイン電域を形成する
ことは電・層抵抗やオーミックコンタ５〃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ために金
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。しかし゛、白金、パラジウム等の貢
金属の硅化物を形成した場合には、これらのけ金属の硅
化物の熱安定性が充分でないため、８５００程度の熱処
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県会１４と反応したりするという
問題があり実用に供しＣＩＥ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
来考えられていた。

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
ものをスパッタリ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、この方法においては８００℃
程度以上の高温熱処理によって高融点金属の硅化物膜と
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、この方法では、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ないという欠点
をも含んでいる。

第２の方法は、高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後熱処理によって
高融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
金属膜の堆積を行うことにより、所望部のみに自己整合
的に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再現性や一様
性が著しく悪いことが判った。

即ち、高融点金属とシリコンとの硅化物反応が殆ど生じ
ない場合や、激しい反応が生じる場合が、試料間あるい
は試料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
あるいはシリコ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、この様な方法においては、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、シリコン露出部の端部から未露出部（高融点
金属膜が絶縁物上にある領域）ヘハミ出して生じるだめ
、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。

その上、形成される高融点金属硅化物の均一性や平滑性
を悪く、この不均一性にかかわって種々の不都合が生じ
ることも判った。例えば、あらかじめ不純物が高濃度に
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、熱処理に↓りで硅化物形成を行うと、不純物が不均
一な硅化物層を通って外部へ抜けるという現象が生じた
り、あるいはオーミックコンタクト形成を目的としてア
ルミニウム糸金属を該硅化物層上に堆積した後、５００
”０程度の熱処理を実施しだ場合、アルミニウムと基板
のシリコンが硅化物層のピンホール等の不均一な個所を
通して相互拡散が生じ、いわゆるスパイクを生じる。以
上の如〈従来方法では、いずれの方法によっても短チャ
ネルシ９フ２ ソース及びドレイン’を極となしつる様な低抵抗でかつ
浅い不純物ドープ層からなる電極をシリコンの微細な開
口部に自己整合的に形成し得ないことは明らかである。

上記説明においては短チャネルシＩＪフンＭＯ８型電界
効果のソース・ドレイン電極を例に用いたが、一般のシ
リコン半導体素子においても、素子性能の向上の及び集
積度向上の観点から低抵抗な浅い不純物ドープ°層が単
結晶シリコンの所定の開口部に自己整合的に形成される
ことが、極めて重要であることは当然である。

本発明の目的は低抵抗な浅い不純物ドープ層をシリコン
基板の開口部に対して自己整合して形成しうる新規な製
造方法を提供することである。

本発明によれば、少なくとも表面に単結晶シリコン層を
備えた基板の前記単結晶シリコン層上に絶縁膜を形成す
る工程と該絶縁膜に開口部を設ける工程と不純物をドー
プせしめた高融点金属層を堆積する工程とシリコン結晶
中で電気的に不活性な非ドーパントイオンを注入して該
高融点金属と前記単結晶シリコン層との接触部の界面を
混合せしめた後、４００−６００　’Ｏの温度範囲で熱
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不純物が
ドープされた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７００”０以上の熱処理を行うことにより、ドープ
せしめた不純物を前記単結晶シリコン層へ拡散せしめて
前記高融点金属硅化物層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庫導体装置の
製造方法が得られる。

以下本発明の製造方法の実施例を図を用いて説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の詳細な説明するだめの
主要工程における概略断面図を、順次示したものである
。

先ず、ｐ型車結晶シリコン基板を用意し、通常の熱酸化
法により厚さ３０００ＡのＳｉｎ，膜を形成し周知のホ
トエツチング法により所定の位置に開口を設けた後、全
面にリンを高濃度にドープしたＭＯ膜１３を厚さ４００
Ａ堆積し、第１図（ａ）の断面構造を得だ。

次に、上部よりＳｉイオンを加速電圧１８０ｋｅｖでド
ーズ量５Ｘ１０”ｃｒＥ２だけ注入し、ＭＯ膜１３とシ
リコン基板１１との接餉部の界面を混合する。次に５５
０°ＣでＮ２ガス雰囲気で２０分間熱処理を行い、前記
混合層において硅化物形成反応を生じせしめ死後、Ｎ２
０，系エツチング液にて８ｉ０２膜１２上の未反応Ｎ１
０膜をエツチングすることにより第１図（ｂ）に示しだ
如く、開口部のみに均一なＭｏ硅化物が形成された。次
に、Ｎ２ガス雰囲気において８５０°Ｃ２０分の熱処理
を行ってＭｏ硅化物より不純物を損傷の回復とＭｏ硅化
物の抵抗率の減少を行なう。

本実施例において、Ｍｏ硅化物の表面からｐｎ接合まで
の距離〜０．１μｍに対してシート抵抗１３０／口が実
現された。従来、ｎ型の浅い接合はＡｓやＰを直接単結
晶シリコン基板へ注入して形成されているが、接合深さ
を同程度に形成した場合シート抵抗は、１００Ω／口以
上に達してしまい、もはや半導体集積回路の１極や配線
に使用しえない。

まだ、上記実施例では高融点金属としてＭＯを用い、注
入イオンとしてＳｉを用いた場合を示しだが、高融点金
属としてＴｉ、Ｗ、Ｔａ等、注入イオンとしてＡ丁等の
不活性元素を用いた場合にも同様な車効が得られた。

本発明による製造方法では、ｌ結晶シリコン上に設けら
れた所定の開口部に均一な高融点金属の硅化物層及び浅
い不純物ドープ層が自己整合的に形成される。本発明で
得られる高融点金属硅化物層は、イオン注入による高融
点金属とシリコンとの界面混合効果のために著しく勝れ
た平滑性、均質性を有しており、バリヤメタルとしても
有用であった。更に、本発明では高融金属硅化物層下に
深さ０．１μｍ程度以下の極めて浅い不純物ドープ層を
形成することができ、かつ、浅い不純物ドープ層である
にもかかわらず、数Ω／日程度の低い抵抗値が得られた
。本発明による上記の優れた特長は短チャネルＭＯ８型
電界効果トランジスタの浅いソースドレイン電極の形成
やＭＯ８ＩＣやバイポーラＩＣの不純物ドープ層によっ
て形成されている微細な配線の低抵抗化等に有用であっ
た。

まだ、本発明の方法では、イオン注入を行った後に４０
０〜６００°Ｃという比較的低温の熱処理を行い、この
後、未反応な高融点金属を除去した後に７００℃以上の
熱処理を行う２段熱処理を行なっているが、この２段熱
処理は均一、かつ、平滑な高融点金属珪化物を開口部に
対して自己整合的に形成する上で、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、例えば７
００℃程度以上の高温で行った場合には、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、最初低温
でアニールを行った後、未反応な高融点金属を除去する
ことによってμ旧」部に自己整合して珪化物が形成され
る。この後、該珪化物層の抵抗率の減少及びイオン注入
によって導入された損傷の回復を目的とした７００°０
程度以上の熱処理が実施される。この熱処理をＨ２ガス
を含んだ還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た珪化物の均一性や平滑性が失
われてしまい、これに伴ってピンホール等の欠陥が多数
形成されるだめ集積回路への使用には適さない。

従って、非還元性ガス雰囲気、例えば、窒素不活性ガス
、酸素、水蒸気あるいは、これらの組合せたガス雰囲気
または真空中で７００℃以上の熱処理を行うことが、珪
化物の均一かつ平滑な性質を維持する上で重要である。

また、前記実施例ではシリコン基板を用いたがこれに限
定する必要はなく、ＳＯ８基板のように表面にのみ単結
晶シリコン層が存在するものについても、本発明は適用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法を説明するだめの主要工程の
概略断面図である。 １１は単結晶シリコン基板、１２は酸化膜、１３はリン
がドープされたＭｏ膜、１４はＭＯ硅化物層、１５はリ
ンがドープされた単結晶シリコン層を、それぞれ示す。 ’１７ （（１） ／ｌ Ｃｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも表面に単結晶シリコン層を備えた基板の前記
   ｎｉ結結晶９ヨ３２ 工程と該絶縁膜に開口部を設ける工程と不純物をドープ
   せしめた高融点金属層を堆積する工程とシリコン結晶中
   で電気的に不活性ガ非ドーパントイオンを注入して該高
   融点金属と前記単結晶シリコン層との接触部の界面を混
   合せしめた後、４００〜６００°０の温度範囲で熱処理
   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不純物がドー
   プされた高融点金属・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、７００℃以上の熱処理を行うことによリドープせし
   めた不純物を前記単結晶シリコン層へ拡散せしめて前記
   高融点金属硅化物層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。