JPS61168266A - Mis型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mis型半導体装置の製造方法

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JPS61168266A
JPS61168266A JP873485A JP873485A JPS61168266A JP S61168266 A JPS61168266 A JP S61168266A JP 873485 A JP873485 A JP 873485A JP 873485 A JP873485 A JP 873485A JP S61168266 A JPS61168266 A JP S61168266A
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semiconductor device
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見方 裕一
Toshiro Usami
俊郎 宇佐美
Masakazu Shiozaki
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、MIS型半導体装置の製造方法に関し、詳し
くはゲート電極やソース、ドレイン領域の形成工程を改
良したMIS型半導体装置の製造方法に係わる。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、MIS型半導体装置、例えばnチャンネルMOS
トランジスタは以下に説明する第3図(a)〜(C)の
方法により製造されている。
まず、(100)の面方位を有するp型シリコン基板1
表面にp−型のフィールド反転防止層2及び該反転層2
上にフィールド酸化膜3を形成する(第3図(a)図示
)。
次いで、熱酸化処理を施してフィールド酸化膜3で分離
された島状の基板1領域(素子領域)表面に100〜5
00人のゲート酸化膜4を形成する。つづいて、全面に
多結晶シリコン膜を堆積し、該多結晶シリコン膜にPO
Cnsの雰囲気中でリン拡散等を施して低抵抗のn型多
結晶シリコン膜とした後、該多結晶シリコン膜をフォト
エツチング技術によりパターニングしてゲート電極5を
形成する。ひきつづき、前記フィールド酸化膜3及びゲ
ート電極5をマスクとしてn型不純物、例えば砒素を基
板1にイオン注入し、活性化してn1型のソース、ドレ
イン領域6.7を形成する(同図(b)図示)。この後
、全面にCVD−8i02膜8を堆積し、フォトエツチ
ング技術によりソース、ドレイン領域6.7の一部に対
応するCVD−8t02膜8にコンタクトホール9を開
孔した後、全面にAffi膜の蒸着、パターニングによ
り前記ソース、ドレイン領域6.7とコンタクトホール
9を通して接続されたAΩ配線10.11を形成してn
チャンネルMOSトランジスタを製造する(同図(c)
図示)。
ところで、上述したMOSトランジスタの製造において
、ゲート電極5の電極材料としてはゲート電極5をマス
クとして自己整合的にソース、ドレイン領域6.7を形
成できると共に、高温の熱処理に耐え得る多結晶シリコ
ンが使用されている。
しかしながら、多結晶シリコンは高濃度の不純物をドー
プしても比抵抗が10°3Ω・crn程度しか下がらず
、微細な素子では高速化が阻害される。また、素子の集
積度が上がるに伴ってソース、ドレイン領域の接合深さ
が浅くなり、この浅い接合によりソース、ドレイン領域
の抵抗が高くなる。その結果、トランジスタの寄生抵抗
が増大し、トランジスタ特性に悪影響を与えるという問
題がある。
このようなことから、多結晶シリコンの代わりに金属珪
化物を使用するか、又は多結晶シリコン上に形成された
金属珪化物が使用されている。また、ソース、ドレイン
領域上に金属珪化物を形成することも行われている。金
属珪化物としては、T i 、Mo、W、Ta、Pt等
が使用されおり、特にT1の珪化物は低抵抗であるため
有用である。
ゲート電極、ソース、トレイン領域上への金属珪化物の
形成方法としては、特開昭57−99775号公報に開
示されているように多結晶シリコンからなるゲート電極
、ソース、ドレイン領域を露出させ、その他の部分を5
102等の絶縁膜で覆い、半導体基板全面に金属を堆積
した後、所定の温度で熱処理を行ない、ゲート電極及び
ソース、トレイン領域上のみで金属珪化物形成反応を起
こさせ、しかる後未反応の金属を選択的にエツング除去
することにより、ゲート電極及びソース、ドレイン領域
上に金属珪化物を形成する。しかしながら、かかる方法
を金属としてTiを使用した場合、次のような問題が生
じる。
通常、金属珪化物を形成する方法としては、生産性を考
慮して不活性ガス中での熱処理が採用される。7iはガ
ス精製装置のゲッタ材として使用されていることからも
わかるよう反応性が高い物質であるため、酸素と反応し
て容易に酸化物を形成する。従って、第4図に示すよう
な通常の拡散炉を用いてT1膜を堆積した半導体基板の
熱処理を行なうと、拡散炉中にリークされた酸素によっ
てT1膜が酸化物となり、Ti珪化物を制御性よ(形成
することが困難であった。その結果、形成されたTi珪
化物層の面抵抗も数Ω/口がら数にΩ/口とばらつき、
LSIを高歩留りで製造できないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、熱処理雰囲気中に酸素が存在していても簡単
な工程によりゲート電極上等に金属珪化物層を制御性よ
く形成し得るMIS型半導体装置の方法を提供しようと
するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型の半導体層の表面に互いに電気的
に分離して設けられた第2導電型のソース、ドレイン領
域と、これら領域間のチャンネル領域を少なくとも含む
前記半導体層表面にゲート絶縁膜を介して設けられた多
結晶シリコンからなるゲート電極と、該電極を含む全面
に堆積された層間絶縁膜とを有する構造のMIS型半導
体装置の製造において、前記ソース、ドレイン領域及び
ゲート電極並びに前記層間絶縁膜上に形成された多結晶
シリコンからなる配線のうちから選ばれる少なくとも1
つの表面に高融点金属膜を堆積する工程と、該金属膜上
に珪素酸化物膜又は珪素窒化物膜を堆積する工程と、前
記半導体層を熱処理する工程とを具備したことを特徴と
するものである。
かかる本発明によれば、高融点金属の堆積後、保護膜と
して作用する珪素酸化物又は珪素窒化物を堆積し、熱処
理を施すことによって、高融点金属膜が酸化されること
なく、高融点金属珪化物形成反応を行なうことができる
ため、膜厚が一定し、抵抗値のばらつきのない高融点金
属珪化物を制御性よく形成できると共に、高融点金属珪
化物の形成後においての珪素酸化物等の除去も容易にで
きる。
上記第1導電型の半導体層とは、第1導電型の半導体基
板、又は半導体基板上に形成された第1導電型の半導体
層を意味するものである。
上記高融点金属としては、例えばTi、MOlW、Ta
、Nt)、Pt等を挙げることができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をnチャンネルMOSトランジスタの製造
に適用した例について第1図((a)〜(e)を参照し
て説明する。
まず、(100)の面方位を有するp型シリコン基板2
1表面にp−型のフィールド反転防止層22及び該反転
層22上にフィールド酸化膜23を形成した(第1図(
a)図示)。つづいて、熱酸化処理を施してフィールド
酸化膜23で分離された島状の基板21領域(素子領域
)表面に100〜500人の熱酸化膜24を形成した。
ひきつづき、全面に多結晶シリコン膜を堆積し、該多結
晶シリコン膜にPOCj23の雰囲気中でリン拡散等を
施して低抵抗のn型多結晶シリコン膜とした後、該多結
晶シリコン膜をフォトエツチング技術     1によ
りパターニングしてゲート電極25を形成した。しかる
後、前記フィールド酸化膜23及びゲート電極25をマ
スクとしてn型不純物、例えば砒素を基板21にイオン
注入し、活性化してn+型のソース、ドレイン領域26
.27を形成した(同図(b)図示)。
次いで、全面にCVD法により5i02膜を堆積し、反
応性イオンエツチング法によってSiO2膜の膜厚程度
の全面エツングしてゲート電極25側面にSiO2の壁
体28を残存させた後、熱酸化膜24を選択的にエツチ
ングしてゲート酸化膜29を形成すると共に、ソース、
ドレイン領域26.27を露出させた (同図(C)図
示)。つづいて、全面にスパッタリング法により厚さ5
00〜600人のTi(チタン)膜30を堆積した後、
基板21を300℃程度に加熱しながら、全面にプラズ
マCVD法によりS i 02膜31を堆積した(同図
(d)図示)。
次いで、通常の拡散炉を用いて窒素雰囲気下で800℃
、30分間の熱処理を行なった。この時、チタン膜30
とゲート電極25の多結晶シリコン及びソース、ドレイ
ン領域26.27のシリコンとが反応してチタン珪化物
層321〜323が形成された。つづいて、アンモニア
、過酸化水素水及び水との混合液により未反応のチタン
膜30を除去し、全面に層間絶縁膜としてのCVD−8
iO2膜33を堆積した。ひきつづき、フォトエツチン
グ技術によりソース、ドレイン領域26.27の一部に
対応するCVD−8i02膜34にコンタクトホール3
4を開孔した後、全面にA多膜の蒸着、パターニングに
より前記ソース、ドレイン領域26.27とコンタクト
ホール34を通して接続されたAβ配線35.36を形
成してnチャンネルMOSトランジスタを製造する(同
図(e)図示)。
しかして、本実施例のMOS t−ランジスタにおける
ゲート電極25及びソース、ドレイン領域26.27上
に形成されたチタン珪化物層321〜323の面抵抗を
測定したところ、約1Ω/口であった。このため、厚さ
4000人の多結晶シリコンのゲート電極等の面抵抗が
〜20Ω/口であることから、−桁以上の面抵抗を下げ
ることができ、トランジスタの高速化を達成することが
できた。
また、SiO2膜の保護膜を堆積した場合と、堆積しな
い場合でのチタン膜の熱処理により形成されたチタン珪
化物層の面抵抗の変化を調べたところ、第2図に示す特
性を得た。なお、第2図中のAはSio2膜の保護膜を
堆積した場合のチタン珪化物層の抵抗変化特性線を、B
は保護膜を堆積しない場合のチタン珪化物層の抵抗変化
特性線を、夫々示す。この第2図より明かなように保護
膜を堆積した状態で熱処理を行なうことによって、チタ
ン珪化物層の面抵抗のばらつきを著しく抑制できる。
なお、上記実施例では高融点金属膜上に珪素酸化物膜で
あるSiO2膜を堆積して熱処理を行なったが、SiO
2膜に代えて珪素窒化物膜(SiN)を高融点金属膜上
に堆積して熱処理を施しても、実施例と同様な効果を達
成できる。
上記実施例では、ゲート電極及びソース、ドレイン領域
への高融点金属珪化物層の形成について説明したが、ゲ
ート電極やソース、トレイン領域のみへの高融点金属珪
化物層の形成、又は層間絶縁膜上の多結晶シリコンから
なる配線への高融点金属珪化物層の形成等にも同様に適
用できる。
上記実施例では、nチャンネルMO8I−ランジスタの
製造を例にして説明したが、pチャンネルMO8t−ラ
ンジスタやCMOSトランジスタ、その他二重ゲート電
極構造を有するメモリ等の製造にも同様に適用できる。
〔発明の目的〕
以上詳述した如く、本発明によれば熱処理雰囲気中に酸
素が存在していても簡単な工程によりゲート電極上等に
金属珪化物層を制御性よく形成でき、ひいては高速動作
が可能なMIS型半導体装置を高歩留りで製造し得る方
法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の実施例におけるnチャ
ンネルM OS l−ランジスタの製造工程を示す断面
図、第2図はS i 02膜の保護膜を堆積6場合と、
堆積しない場合でのチタン膜の熱処理により形成された
チタン珪化物層の面抵抗の変化を示す特性図、第3図(
a)〜(C)は従来方法によるnチャンネルMOSトラ
ンジスタの製造工程を示す断面図、第4図は通常の熱処
理炉を示す概略図である。 21・・・p型シリコン基板、23・・・フィールド酸
化膜、25・・・多結晶シリコンからなるゲート電極、
26・・・n++ソース領域、27・・・n+型トドレ
イン領域28・・・5i02の壁体、29・・・ゲート
酸化膜、30・・・Ti(チタン)膜、31・・・Si
O2膜、321〜323・・・チタン珪化物層、35.
36・・・A多配線。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ヘ Φ           鯉 恍       − p   □    H (口/へr)’;yr  批 く−ζ 軒

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体層の表面に互いに電気的に分
    離して設けられた第2導電型のソース、ドレイン領域と
    、これら領域間のチャンネル領域を少なくとも含む前記
    半導体層表面にゲート絶縁膜を介して設けられた多結晶
    シリコンからなるゲート電極と、該電極を含む全面に堆
    積された層間絶縁膜とを有する構造のMIS型半導体装
    置の製造において、前記ソース、ドレイン領域及びゲー
    ト電極並びに前記層間絶縁膜上に形成された多結晶シリ
    コンからなる配線のうちから選ばれる少なくとも1つの
    表面に高融点金属膜を堆積する工程と、該金属膜上に珪
    素酸化物膜又は珪素窒化物膜を堆積する工程と、前記半
    導体層を熱処理する工程とを具備したことを特徴とする
    MIS型半導体装置の製造方法。
  2. (2)第1導電型の半導体層が第1導電型の半導体基板
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のM
    IS型半導体装置の製造方法。
  3. (3)第1導電型の半導体層が半導体基板上に形成され
    たものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のMIS型半導体装置の製造方法。
  4. (4)高融点金属がTi、Mo、W、Ta、Nb、Pt
    のいずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のMIS型半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6393110A (ja) * 1986-03-07 1988-04-23 テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド 集積回路装置の製造方法
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JP2014220497A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 ザ・ボーイング・カンパニーTheBoeing Company 改良された金属接触を有する太陽電池バイパスダイオード

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JPS59207623A (ja) * 1983-05-05 1984-11-24 スタンダ−ド・テレフオンズ・アンド・ケ−ブルス・パブリツク・リミテツドカンパニ− 半導体装置の製造方法

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