JPS61198764A - 半導体装置の配線形成法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の配線形成法に関し、特にポリ
シリコン及びシリサイドの積層からなる配線層を形成す
る方法の改良に関するものであるう〔発明の概要〕 この発明は、非酸化性雰囲気中で基板上にポリシリコン
層及びシリサイド層を順次に積層状に形成した後熱処理
を行なうことにより、該熱処理の際にシリサイド−ポリ
シリコン界面で全面的に均一に反応が進行するようにし
たものである。この発明によれば、シリサイド−ポリシ
リコン界面で局部的に異常反応が生ずることがないので
、基板表面に存在するゲート絶縁膜やＰＮ接合等の耐圧
劣化ン未然に防止することができるう 〔従来の技術〕 従来、ＭＯ８型ＬＳＩ等の製造においては、いわゆるシ
リコンゲートプロセスが広く利用されているうこのシリ
コンゲートプロセスにあっては、ＭＯ８型トランジスタ
のゲート電極及びその他の配線層χポリシリコンで形成
するが、配線抵抗を減らすためにポリシリコン上にシリ
ティド（例えばＭｏＳｉ２、Ｗ　Ｓ　＋　２等の高融点
金楓−シリコン化合物）を積層することが知られている
。そして、配線抵抗ケ一層減らすために、リン添加のポ
リシリコン層を形成した後、その上にシリサイド層を被
着してから熱処理２行なうことによりポリシリコン層中
のリンをシリサイド層中に拡散させて抵抗率を低減する
ことも知られている（例えば、ＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳ
ＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＮ　　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　　ＤＥ
ＶＩＣＥＳ、ＶＯＬ、ＥＤ−３１，ＮＯ，１０゜１９８
４年ｌＯ月、第１４３２〜１４３９頁参照）。

しかしながら、この方法によると、リン添加ポリシリコ
ン層の表面に自然酸化膜が生ずるため、熱処理の際に、
ポリシリコン−シリサイド界面で局部的に異常反応が起
り、ゲート絶縁膜等の耐圧劣化を招く不都合があった。

このような不都合ケなくすため、リンを添加しないポリ
シリコン層を形成した後、その上にシリサイド層を被着
してからリンをイオン注入し、しかる後熱処理乞行なう
方法が提案てれている（前掲の文献癖照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したイオン注入を用いる方法によると、（１）ポリ
シリコン層のリン濃度ｔあまり大きくできず、抵抗率の
低減範囲も自から制限されること、（２）イオン注入に
よってゲート絶縁膜に損傷を与えることがあり、特にゲ
ート絶縁膜が薄いと、その下のチャンネル領域までイオ
ン注入の影響ン受けること、 などの問題点があったつ 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、上記した問題点を解決するためになされた
ものであって、非酸化性雰囲気中で基板上にポリシリコ
ン層及びシリティド層を順次に積層状に形成した後熱処
理を行なってシリサイド層をポリシリコン層と反応させ
るようにしたこと馨特徴とするものである。

すなわち、この発明の配線形成法乞要約すると、次のＴ
ｌ）又は（２）の通りである。

（１）基板上にリン添加ポリシリコン層を形成した後、
非酸化性雰囲気中でリン添加ポリシリコン層に重ねて他
のポリシリコン層及びシリサイド層を順次に積層状に形
成するつ次に、熱処理によりシリサイド層をその直下の
ポリシリコン層と反応させると共にリン添加ポリシリコ
ン層からシリサイド層にリンを拡散式せるつこの後、リ
ンが拡散されたシリサイド層及びリン添加ポリシリコン
層を含む積層を所望の配線パターンにしたがってパター
ニングする。なお、リン添加ポリシリコン層上に他のポ
リシリコン層を形成する際、このポリシリコン層中にリ
ンを添加するようにしてもよい。

（２）非酸化性雰囲気中で基板上にリン添加ポリシリコ
ン層及びシリサイド層ヲ順次に積層状に形成する。次に
、熱処理によりシリサイド層’ＹＩＪン添加ポリシリコ
ン層の上層部と反応させると共にリン添加ポリシリコン
層からシリサイド層にリンを拡散させる。この後、リン
≠拡散妊れたシリサイド層とリン添加ポリシリコン層の
下層部とを含む積層を所望の配線パターンにしたがって
パターニングする。

〔作用〕

上記した（１）又は（２）の配線形成法によると、非酸
化性雰囲気中でポリシリコン層及びシリサイド層を順次
に形成するので、ポリシリコン層の表面に自然酸化膜が
生成されることがなく、熱処理の際にはポリシリコン−
シリサイド界面で全面的に均一に反応が進行する。すな
わち、ポリシリコン−シリサイド界面では、従来のよう
に局部的に異常反応が生ずることがないので、基板上に
ゲート絶縁膜やＰＮ接合等が存在しても、これらの耐圧
等の特性が異常反応によって害されるといった事態は生
じない。

また、リン添加ポリシリコン層からシリサイド層にリン
を拡散させるので、ポリシリコン層中のリン濃度に応じ
てシリサイド層の抵抗率を低減させることができ、イオ
ン注入の場合より大きな抵抗率低減効果が得られる。特
に、上記（１）の方法において、シリサイド層直下のポ
リシリコン層にもリン乞添加しておくと、シリサイド層
の抵抗率を一層低減することができる。

なお、上記（２）の方法は、ポリシリコン層形成が１回
で済むので、上記＋１）の方法よりも工程的に簡単であ
・る。

〔実施例〕

第１図乃至第５図は、この発明の一実施例による一連の
配線形成工程を示すもので、各々の図番に対応する工程
ｆｉｌ〜（５）を＋１１次に説明する。

＋１）例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１０
０表面に選択酸化法等によりフィールド絶縁膜１２をが
択的に形成した後、基板表面の一部χ酸化するなどして
薄い（数１０ｎｍ）　　ゲート絶縁膜１２Ｇを形成する
。このゲート絶縁膜１２Ｇは、例えばＭＯ８型トランジ
スタのゲート絶縁膜として作用するものである。

次に、ＣｖＤ（ケミカル・Ｒ−パー−デポジション〉法
等圧より基板上面全面にリン添加の第１のポリシリコン
層１４ヲ形成する。このようにして形成された第１のポ
リシリコン層１４は、リン濃度が高いと、大気に触れる
だけで容易に表面に自然酸化膜が形成場れるものである
。

（２）次に、スパッタリング法等により非酸化性雰囲気
中で第１のポリシリコン層１４の上に第２のポリシリコ
ン＃１６を被着する。この場合、第２のポリシリコン層
１６の厚さは、後述の熱処理工程でシリサイドと反応さ
せるに必要な分だけあればよい。

（３）上記１２）の工程にひきつづいて基板１０ヲ非酸
化性雰囲気内に保持した状態で（好ましくは同一のスパ
ッタリング装置内で）、第２のポリシリコン層１６の上
にＭｏＳｉ２、Ｗ　Ｓ　ｉ　２等のシリサイド層１８を
被着する。この場合、第２のポリシリコン層１６は、リ
ン乞含まず、しかも酸化性雰囲気に触れないので、表面
に自然酸化膜が形成されることがなく、シリサイド層１
８は第２のポリシリコン層１６の表面と密に結合する。

（４）次に、基板１０乞熱処理炉ＶＣ入れ、例えば１０
００’Ｃ，３０分の熱処理を行なう。この場合、シリサ
イド層１８と第２のポリシリコン層１６との界面では、
自然酸化膜が介在しないので全面的に均一に反応が進行
すると共に、第１のポリシリコン層１４からシリサイド
層１８にはリンが拡散てれ、この結果として、抵抗率が
低減されたリン添加シリサイド層１８Ａが得られる。

（５）この後、リン添加シリナイド層１８Ａ及びリン添
加ポリシリコ２層１４ケ含む積層をドライエツチング等
により所望の配線パターンにしたがってパターニングす
る。この結果、ポリシリコン及びシリサイドの積層から
なる抵抗率の小さい配線層団が得られる。

第６図は、第５図に対応する工程における配線層加と基
板表面とのコンタクト部の一例を示すものであり、配線
層加は、Ｎ型基板１０とＰＮＮ接合影形成るＰ型領域ρ
にオーミック接触しているうこの発明によれば、基板上
に第５図に示すように薄いゲート絶縁Ｍ１２Ｇが存在し
たり、第６図に示すようにＰＮ接合が存在したりしても
、第４図の熱処理の際に局部的な異常反応が生じないの
で、ゲート絶縁膜、ＰＮ接合等の耐圧劣化を招くことは
なくなる。

なお、第２図の工程において、ポリシリコン層１６４形
成する際、それにりンン添加してもよく、このようにす
ると、シリサイド層１８Ａの抵抗率ン一層低減すること
ができる。

〔他の実施例〕

上記実施例では、リン添加ポリシリコン層１４ヲ形成し
た後、リン添加なし又はリン添加ありのポリシリコン層
１６を形成するようにしたが、これは、リン添加ポリシ
リコン層の形成Ｉｊｒ：１回だけで済ませるようにして
もよい。

すなわち、第１図の工程において、非酸化性雰囲気中で
リン添加のポリシリコン層１４ｙａ−熱処理の際の反応
に必要な分も見込んで比較的厚く形成した後、ひきつづ
いてシリサイド層１８ｙ！−被着する。

そして、第４図の熱処理工程では、シリサイド層１８と
ポリシリコン層１４の上層部と馨反応させ、ポリシリコ
ン層１４の下層部を残存はせるようにする。

この場合、シリサイド−ポリシリコン界面で全面的に均
一に反応が進行すること及びポリシリコン層１４のリン
がシリサイド層１８Ａに拡散してその抵抗率χ低減させ
ることは前述の実施例の場合と同様である。

この後、シリサイド層１８Ａとポリシリコン層１４の下
層部とを含む積層に対して前述の実施例と同様にしてパ
ターニングン行なえば、第５図及び第６図に示したのと
同様の配線構造が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、非酸化性雰囲気中で
基板上にポリシリコン層及びシリサイド層を順次に積層
状に形成した後、熱処理？行なってシリサイド層Ｚポリ
シリコン層と反応させるようにしたので、シリサイド−
ポリシリコン界面では全面的に均一に反応が進行するよ
うになり、基板表面にゲート酸化膜やＰＮ接合等が存在
してもこれらの電気的特性が害されるのを未然に防止し
うる効果がある。

また、ポリシリコン層にリンを添加してから熱処理ケ行
なうので、シリサイド層の抵抗率ン大幅に低減しうる効
果もある。

嘔らに、イオン注入を用いないので、ゲート絶縁膜や基
板表面が損傷ケ受けない利点もある。

図面の（資）率な説明 第１図乃至第５図は、この発明の一実施例に′よる一連
の配線形成工程ン示す基板断面図、第６図は、第５図に
対応する工程における配線層と基板表面とのコンタクト
部ン示す基板断面図である。

１０・・・半導体基板、１２・・・フィールド絶縁膜、
１２Ｇ・・・ゲート絶縁膜、１４　、１６・・・ポリシ
リコン層、１８・・・シリサイド層、１８Ａ・・・リン
添加シリサイド層、加・・・配線層、ρ・・・Ｐ副領域
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）基板上にリン添加ポリシリコン層を形成する
   工程と、 （ｂ）非酸化性雰囲気中で前記リン添加ポリシリコン層
   に重ねて他のポリシリコン層及びシリサイド層を順次に
   積層状に形成する工程と、 （ｃ）熱処理により前記シリサイド層を前記他のポリシ
   リコン層と反応させると共に前記リン添加ポリシリコン
   層から前記シリサイド層にリンを拡散させる工程と、 （ｄ）リンが拡散されたシリサイド層及び前記リン添加
   ポリシリコン層を含む積層を所望の配線パターンにした
   がつてパターニングする工程とを含む半導体装置の配線
   形成法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の配線形
   成法において、前記他のポリシリコン層を形成する際、
   該ポリシリコン層中にリンを添加することを特徴とする
   半導体装置の配線形成法。 ３、（ａ）非酸化性雰囲気中で基板上にリン添加ポリシ
   リコン層及びシリサイド層を順次に積層状に形成する工
   程と、 （ｂ）熱処理により前記シリサイド層を前記リン添加ポ
   リシリコン層の上層部と反応させると共に前記リン添加
   ポリシリコン層から前記シリサイド層にリンを拡散させ
   る工程と、 （ｃ）リンが拡散されたシリサイド層と前記リン添加ポ
   リシリコン層の下層部とを含む積層を所望の配線パター
   ンにしたがつてパターニングする工程と を含む半導体装置の配線形成法。