JPS6030110B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置特に低抵抗でありしかも外部から
の酸化、薬品ふ蝕、汚染に強いようにしたその電極配線
およびその製造方法に関する。 〔従来技術とその問題点〕半導体装置、例えば集積回路
装置は近年ますます４・型化、高集積化が要求されると
共に、その性能、安定性、信頼性もより高い値が要求さ
れている。 か）る集積回路装置の性能を低下させる一因として、配
線抵抗による信号伝播の遅れがある。信号遅延に対する
解決法として従来、半導体基板上の配線材料にモリブデ
ン、タングステン等の金属或いはこれらの珪化物を用い
て、多結晶シリコン配線などに比べて大幅に配線抵抗を
下げることが行なわれている。しかしながら、このよう
な従来方法は一般に工程が複雑化するにもか）わらず効
果は必ずしも充分でない。つまり、モリブデン、タング
ステン等の高融点金属は半導体装置製造プロセスでよく
用いられる硫酸、硝酸等の薬品（これらは例えばレジス
ト剥離後の洗浄などに使用する）にふ蝕され易く、又高
温酸素中で容易に酸化されてしまう。この点モリブデン
珪化物、タングステン珪化物は耐薬品性耐酸化性におい
て優れているが、これを配線材料として用いると純金属
より約１桁以上抵抗値が増加するので、低抵抗化という
点で好ましくない。本発明は、このような従来の金属配
線材料の欠点を除去し、簡単な工程で低抵抗、高品質、
高安定度の半導体装置を提供しようとするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体装置は、半導体基板上に絶縁皮膜を介し
て設けられるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）
、チタン（Ｔｊ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）
、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃ
ｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ
）、ニッケル（Ｎｊ）、ジルコニウム（Ｚｒ）の少なく
とも一種からなる金属層の底面を含むすべての間面を、
該金属の珪化物で被覆してなることを特徴とし、また本
発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁皮
膜と、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、
ニオブ、ハフニウム、バナジウム、クロム、マンガン、
鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウムの少なくとも一
種からなる金属の珪化物の層と、該金属の層とを順次形
成し、該金属層を、加熱下でシリコン水素化物ガスを含
む雰囲気に晒すことにより、該金属層の表面のみに選択
的にシリコンを付着させ、該金属層の底面を含むすべて
の周面を該金属の珪化物で覆うことを特徴とするが、以
下図面を参照しながらこれを詳細に説明する。 第１図は表面珪化処理をモリブデン使用ＭＯＳ型ダィオ
ード‘こ適用した例を示す。これを工程順ａ〜ｄに説明
すると、先ず同図ａのように比抵抗２〔Ｑ・肌〕のＰ型
シリコン（Ｓｉ）半導体基板１を、温度１０００〔ｑＣ
〕の酸素中で６５分間加熱処理してその表面に厚さ５０
０〔Ａ〕の二酸化シリコン（Ｓｉ０２）皮膜２を形成す
る。次いで、同図ｂに示すように、二酸化シリコン皮膜
２上にモリブデン層３を厚さ３０００〔Ａ〕に被着する
。彼着は電子ビーム蒸着法により、例えば真空度１×１
０‐７〔Ｔｏｎ〕、速度２０〔Ａ′ｓｅｃ〕で行った。
その後、通常のフオトェッチング法を適用してモリブデ
ン層３を選択エッチングし、同図ｃに示すように直径５
００〔仏０）のモリブデン電極４を形成してＭＯＳダイ
オード素子を完成する。しかる後該ＭＯＳダイオード素
子を、モノシラン（ＳｊＨ４）を３〔％〕含む５００〔
００〕の窒素（Ｎ２）雰囲気中で３０分間加熱し、表面
珪化処理を行なう。５はこれによりモリブデン電極４の
周囲に薄く形成されたモリブーデン珪化皮膜（ＭｏＳｊ
２）である。 尚、ＳｉＨ４中のシリコンは高温では二酸化シリコン皮
膜２上にも付着するが、５００〔℃〕程度の低温では付
着ず、電極４の周囲にのみ付着して珪化物を横成る。モ
リブデン電極の表面を珪化処理するのに、該電極上に多
結晶シリコン層を形成し、次いで熱処理するという方法
があるが、この方法では１０００ｏｏという高温が必要
であり、また珪化物処理後に該多結晶シリコン層の未反
応部分を腐蝕剤で除去せねばならず、工程が複雑になる
。 本発明法ではか）る高温処理および除去処理は不要であ
り、工程が簡単である。第２図は加熱処理して表面に蓮
化物の薄層が形成された後のモリブデン金属をオージェ
電子分析（ＡＥＳ）によって元素分析した結果を示す。 この分析結果にみられるように表面ではモリブデン（Ｍ
ｏ）のみならず珪素（Ｓｉ）が含まれており、モノシラ
ンガス中での加熱処理によりモリブデン連化物がモリブ
デン表面薄層５を形成していることが確認される。第１
図ｄの加熱工程を経た試料１と同図ｃの工程までの試料
ロを、ナトリウム（Ｎａ）を含む水溶液に浸して乾燥後
、４００

〔００〕の窒素ガス雰囲気中で１時間加熱した
後、二酸化シリコン皮膜２中を移動可能な正イオン量（
密度）を測定した。 測定は基板１を２５０ＣＯ〕に加熱しつつ、モリブデン
電極４へ正、半導体基板１へ負の電圧を印加した状態で
二酸化シリコン皮膜２を通してモリブデン電極４側から
半導体基板側へ流れる正イオン電流量を計測することで
行なわれ、この測定値をもって二酸化シリコン皮膜２中
を移動可能な正イオン量とした。この結果を表１に示す
。表１ 同表から明らかなように、第１図ｄの構造を有する試料
１のＭＯＳダイオードは、第１図ｃの構造の試料ローこ
比較して移動可能な正イオン量が１／５０〜１′２００
０以下であり、汚染に対し強いことを示している。 この実験からも明らかなように、表面珪化処理により、
二酸化シリコン皮膜２中を移動可能な正イオン量を減少
させることができるが、その理由は汚染が加熱処理後の
モリブデン電極４の中に導入されないためと推察される
。 即ちモリブデンなどの蒸着膜は結晶粒界が厚み方向に走
っており、この粒界を通して不純物が侵入する（従って
不純物が該蒸着膜を貫通する）恐れがあるが、表面蓮化
処理により保護膜が張られ、不純物侵入が阻止されるも
のと解される。二酸化シーＪコン皮膜２中における移動
可能な正イオンの量が少ないということは、該イオンが
二酸化シリコン皮膜２中を移動して半導体基板１表面近
傍に達し、半導体基板１表面に影響を与えて半導体基板
１の表面状態を変化させる（例えばＰ型半導体基板であ
れば、その表面をＮ型化する）現象を生ずる可能性がよ
り少ないということである。 第３図は表面珪化処理をＭＯＳ型ダイオードに適用した
他の例を示す。 第３図ａ，ｂは第１図ａ，ｂと同様であり、具体的には
１０００Ｃｏ〕の乾燥した酸素ガス雰囲気中で４５分間
熱酸化して基板１の表面に４００〔Ａ〕の厚みに二酸化
シリコン皮膜２を形成した後、真空蒸着によって皮膜２
上に３０００〔Ａ〕の厚みにモリブデン層３を被着する
。しかる後Ｓｉ比を３〔％〕含む５００

〔００〕の窒素
（Ｎ２）ガス雰囲気中で３０分間加熱して、第３図ｃの
ようにモリブデン層３上にモリブデン珪化皮膜５を形成
する。次いで同図ｄのようにパターニングした後、再び
第３図ｃの加熱江程と同様にしてモリブデン電極４の両
側部をモリブデン珪化皮膜５で皮覆し、第３図ｅの構造
のＭＯＳダイオード素子を得る。〔実施例〕 第４図および第５図はＭＯＳダィオー日こ適用した本発
明の実施例を示す。 いずれもモリブデン電極４の下面にもモリブデン珪化物
を形成して、モリブデン電極４の全周面をモリブデン珪
化物で覆う点が第１図および第３図の素子と異なる。本
発明の表面珪化処理でも５００ｏ０程度の熱処理を要す
るが、モリブデン層の底面に珪化物を敷いておけば、こ
の熱処理で基板表面の二酸化シリコン層とモリブデン層
が反応するのを抑えることができる。第４図ａおよび第
５図ａの基板表面酸化工程は第３図ａと同様であるが、
第４図ｂおよび第５図ｂの第１層（モリブデン電極４の
下面に位置するもの）のモリブデン シリサィド（Ｍｏ
Ｓｊ２）層５′はスパッタ法により二酸化シリコン皮膜
２上に２００〔Ａ〕の厚みに堆積する。 その後第４図の場合には同図ｃのようにモリブデン層３
を蒸着し、更に同図ｄのようにパターニングした後、第
３図ｅと同様の珪化処理を経て第４図ｅのようにモリブ
デン電極４の周囲を全てモリブデン珪化物５，５′で被
覆する。これに対し、第５図の場合には同図ｃの工程を
第４図と同様に行った後第５図ｄに示すようにモリブデ
ン層３の表面を珪化処理して第２層（モリブデン電極４
の上面に位置するもの）のモリブデン珪化皮膜５を形成
する。次いで同図ｅのようにパターニングした後、再度
達化処理して同図ｆに示すようにモリブデン電極４の両
側面にもモリブデン蓮化皮膜５を形成し、第４図と同様
のＭＯＳダイオード素子を完成する。第６図はＭＯＳト
ランジスタに適用した本発明の実施例である。同図ａは
既にモリブデン電極４の全周囲が前述した各例と同様に
してモリブデン珪化皮膜（モリブデン シリサィド層５
′を含む）５で被覆された状態である。Ｐ型シリコン半
導体基板１上の二酸化シリコン皮膜２は１０００〔℃〕
の乾燥した酸素ガス中で４５分間熱酸化して厚み４００
〔Ａ〕に形成されたものである。同図ｂの工程ではモリ
ブデンゲート電極４および周囲の厚いフィールド酸化膜
６をマスクーこイオン注入が行なわれ、ソースおよびド
レィン領域Ｓ，Ｄが形成される。例えば１５０〔ＫｅＶ
〕でヒ素（Ａｓ）をイオン注入して４×１び５弧‐２の
Ｎ＋型のソースおよびドレィン領域Ｓ，Ｄを形成する。
次いで、同図ｃに示すようにＳｉＨ４、Ｎ２、０２の混
合ガス雰囲気中で４００Ｃｏ〕に加熱して厚み２０００
〔Ａ〕程度の表面二酸化シリコン皮膜７を形成し、その
後９００〜１０００

〔００〕のＮ２ガス雰囲気中で２０
分間高温アニールを行なう。そして、ソースおよびドレ
インのコンタクト用窓開けをした後、同図ｄに示すよう
にアルミニウム電極８を１〔仏肌〕程度の厚みに形成し
てＭＯＳトランジスタを完成する。〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明ではモリブデン、タングス
テン等の高融点金属の全表面を該金属の珪化物で被覆し
て電極配線とするので、該電極配線を外部からの酸化、
薬品によるふ蝕から保護でき、また高温熱処理での下部
絶縁層との反応も阻止できると共に、全体を該高融点金
属の珪化物とした場合よりそして勿論多結晶シリコン配
線などより大幅に電極配線の低抵抗化が図れ、信号伝播
に遅れを生じさせない利点が得られる。 また表面珪化処理は該高融点金属を、加熱下でシリコン
水素化物ガスを含む雰囲気に晒すことにより行なうので
、シリコンは該高融点金属の表面にのみ付着してその表
面を珪化し、該高融点金属の周辺の絶縁層には彼着しな
いので、該高融点金属の上に多結晶シリコン層を形成し
て高温熱処理し該高融点金属の表面を珪化する方式のよ
うに、１００ぴ○というような高温が必要ということは
なく、また該多結晶シリコン層の未反応部分を腐蝕剤に
より除去する必要もない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｄは表面蓮化処理をＭＯＳダィオードーこ適
用した例を示す製造工程断面図、第２図は珪素を含む雰
囲気中で加熱処理したモリブデン金属のオージェ電子分
析の結果を示す特性図、第３図は第１図の工程の一部を
変更した実施例を示す断面図、第４図および第５図は本
発明の実施例を示す製造工程断面図、第６図ａ〜ｄはＭ
ＯＳトランジス外こ適用した本発明の他の実施例を示す
製造工程断面図である。 図中、１はシリコン半導体基板、２は二酸化シリコン皮
膜、３はモリブデン層、４はモリブデン電極、５はモリ
ブデン珪化皮膜、５′はモリブデンシリサィド層、８は
アルミニウム電極、Ｓはソース領域、Ｄはドレィン領域
である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に絶縁皮膜を介して設けられるタング
   ステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ハフ
   ニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト
   、ニツケル、ジルコニウムの少なくとも一種からなる金
   属層の底面を含むすべての周面を、該金属の珪化物で被
   覆してなることを特徴とする半導体装置。 ２ 半導体基板上に絶縁皮膜と、タングステン、モリブ
   デン、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、バナジ
   ウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニツケル、ジ
   ルコニウムの少なくとも一種からなる金属の珪化物の層
   と、該金属の層とを順次形成し、該金属層を加熱下でシ
   リコン水素化物ガスを含む雰囲気に晒すことにより、該
   金属層の表面のみに選択的にシリコンを付着させ、該金
   属層の底面を含むすべての周面を該金属の珪化物で覆う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。