JPS6161443A - 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】 （産業上の分野） 本発明は、半導体装置の製造方法に関するもので、とぐ
に−導電性を有する多結晶シリコンを用いた微細な配線
及び電極領域を低抵抗化する製造方法に関するものであ
る。

（発明の背景） 現在、半導体装置、特にＭＯ８Ｏ８溝体装置において、
多結晶シリコンは、物性の安定性と、優れた適用性から
、広く用いられている。そのうち、ＭＯ３ｆｉ半導体装
置では、ゲート電極及び、配線領域として多く使われて
いるが、欠点のひとつは。

その比抵抗が比較的高いことである。適度忙不純物を導
入し次多結晶シリコンは、比抵抗を下げることは出来る
ものの、その値は、たとえばアルミニウムのような金属
に対して、約２桁高い。この比抵抗の高さは、従来は、
それを考慮して設計が行なわれていたせいもあるが、そ
れほど問題にされていなかった。しかし、近年多結晶シ
リコンの比抵抗値は少しずつ問題にされつつある。それ
は装置がよシ高集積性を目指し、装置上構成する各素子
及び素子間の配線領域の寸法を縮小化するためである。

すなわち、多結晶シリ；／によ膜形成されるゲート電極
及び配線領域は、近年ますます細く、長くなる傾向にお
る。そのため、装置において多結晶シリコンに起因する
配線抵抗は非常に大きくなシ、装置の性能、特に動作ス
ピード性能に影響を与えるようになってきている。それ
を避けるには、多結晶シリコン基板わる材料を導入すれ
ばよいが、そのためには現在の製造方法を大幅に変更す
るという問題が伴ない、まｆｃｆＰ性上の不安も残る。

そこで現在よく用いられている方法は、多結晶シリコン
層の一部を低抵抗化する金属シリサイド形成法である。

この方法だと、従来の多結晶シリコンを用い友場合と比
較して製造方法における変更は、わずかで、また、その
方法自身も比較的単純である。

（従来技術） 第２図（ａ）〜（ｆ）は、従来の金属シリサイド形成法
を示した一例である。

第２図（ａｌに示すように、シリコン基板２Ｌの一主表
面上に、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンよシ成る
第１の絶縁膜２２を形成する。

この膜は、例えばＭＯ８型半導体装置の場合、ゲート絶
縁膜や素子間分離絶縁膜となる場合がある。

つづいて、前記第１の絶縁膜２２に接して、多結晶シリ
コン膜２３が形成される。この多結晶シリコン膜には、
例えばリンやホウ素などの不純物が適度に含まれていて
もよい。次に、前記多結晶シリコン膜２３の上には、例
えば窒化シリコ／のような、シリコンの熱酸化に際して
、酸化を阻止する性質を有する第２の絶縁膜２４ｔ−形
成する。次に、公知のフォトエツチング技術を用いて前
記第２の絶縁膜２４及び前記多結晶シリコン膜２３の一
部を順に除去し、所定の領域にのみ第２の絶縁膜２４Ａ
及び多結晶シリコ／膜２３Ａを形成することにより第２
図（ｂ）の構造を得る。

つづいて、装置全体を、高温酸化性雰囲気中にさらすと
前記、多結晶シリコン膜２３Ａの、前記第２の絶縁膜２
４Ａにおおわれた領域を除く領域にのみ側面酸化シリコ
ン膜２７人、２７Ｂｔ−形成することが出来る。その結
果、第２図（Ｃ）の構造を得る。

つづいて、前記第２の絶＋ａＪ［２４Ａを除去した後、
第２図（ｄ）に示すように装置全体に金属膜２５を、公
知の成長技術を用いて形成する。この金属膜２５は例え
ば、タングステン、チク／モリブデン、タンタル、クロ
ム、白金などである。

７次に、適当な熱処理を施すことによ）、前記金属膜２
５のうち前記、多結晶シリコン２３Ａと接触している領
域のみで、金属とシリコンが反応して、金属シリサイド
層２６（第２図（ｅ））が形成される。

また、その際、前記金属膜２５のうち、前記第１の絶縁
膜２２及び、前記側面酸化シリコン膜２７Ａ、２７Ｂ　
に接している領域では、金属原子はシリコンと反応する
ことなく、金属の状態が保友れる。最後罠、前記未反応
の金属層２５Ａ、２５Ｂｔ”選択的に除去することによ
り、第２図げ）に示すような、多結晶シリコン２３人の
表面領域にのみ、自己整合的に、金属シリサイド層２６
ｔ−形成した構造が得られる。

この方法は、特殊なエツチング法を用いること無しに、
金属シリサイド層を多結晶シリコン膜上に自己整合的に
形成することが出来るという大きな利点を有する反面次
に述べるような問題点を含んでいる。

第２図ｉｃ＋で示した工程は、多結晶シリコン膜２３Ａ
の側面に酸化シリコン膜２７Ａ、２７Ｂを成長する工程
であるが、この成長方法は、前述したよりに、多結晶シ
リコン膜２３人上に、自己整合的に形成した第２の絶縁
膜２４人を利用して、この第２の絶縁膜２４人が酸化に
際しての阻止膜となる現象から、前記多結晶シリコン膜
２３Ａの側面にのみ選択的に側面酸化シリコン膜２７Ａ
、２７Ｂｔ−成長しようというものである。

この側面酸化シリコ／膜２７Ａ　、　２７ＢＦｉ、その
後の金属シリサイド層形成に際して多結晶シリコン膜２
３人と、他の領域との電気的短絡を防ぐという目的が大
きく、特に、前記多結晶シリコ／膜２３人が、ＭＯ８ｆ
Ｊｌ半導体装置のゲート電極として用いられている際は
ソース、ドレイン拡散層領域と■短絡金防ぐという点で
は大きな効果を有している。

しかし、その反面でこのような側面酸化クリコン膜２７
Ａ、２７Ｂはその成長時に、前記多結晶シリコン膜２３
人の側面を侵蝕して成長するため、最終的に得られた多
結晶シリコン２３Ａの大きさはあらかじめ形成した大き
さく第２図（ｂｌの２３Ａ）よ）も若干小さくなってい
る。

この大きさの差は、多結晶シリコンの両側面で合計して
、通常０．３〜０．４μｍ＠度であるが、この値は素子
の大きさ自身が１．０−４０μｍのレベルになると、１
０〜２０％に達し、決して無視出来る値では無くなって
くる。そこでそのような多結晶シリコンの側面を酸化す
ることの無い、製造方法が要求されてくることになるが
、前述したように装置の製造過程においてよシ良い信頼
性を有した工程を採用しようと思えば前述し九側面酸化
工程は避けることが出来ないのが現状でおる。

（発明の構成） 本発明は、そのような金属シリサイド層形成法において
、前述した素子の寸法の制御に伴う問題を解決する方法
を与えるものでその要旨は、従来例で用いられた側面酸
化工程を除くこと？可能とする製造方法を与えるもので
ある。

（実施例） 第り図（ａｌ〜（ｇｌは、本発明に基づく一実施例を、
各工程に従って示した断面構造を示している。

第１図Ｔａｌに示すように、シリコン基板【Ｌの表面上
に例えば酸化シリコンや窒化７リコンより成る第１の絶
縁膜１２を形成する。前記第りの絶縁膜１２は例えばＭ
Ｏ８型半導体装置の場合、ゲート絶縁膜や素子間分離絶
縁膜となる場合がある。

つづいて、前記第１の絶縁膜１２に接して、多結晶シリ
コン膜１３が形成される。前記多結晶シリコン膜Ｌ３に
は、たとえば、リン、ホウ素、砒素などの不純物が含ま
れていてもよい。次に、前記多結晶シリコ／膜■３の表
面に、第２の絶縁膜１４を形成する。前記、第２の絶縁
膜Ｌ４は、のちの工程で金属と反応して金属シリサイド
化することが無けれ′ばどのような膜でもかまわないが
例えば。

酸化シリコンや窒化シリコンなどが適している。

次に、公知の７オトエ、チング技術を用いて、前記第２
の絶縁膜Ｌ４Ｏ所定の領域を選択的に除去して前記多結
晶シリコン膜１３の表面ｆｉｒ：露出せしめる。前述の
所定の領域とは、後の工程で最終的て、金属シリサイド
層が形成されるべき領域て対応している。

第り図（ｂｌで示し、た工程で、前記多結晶シリコン膜
１３の所定の領域を露出せしめた後、前記露出せしめた
多結晶シリコン膜Ｌ３の所定の領域を少なくともおおう
ようにして、金属膜１５ｔ−１公知の成長技術を用いて
成長する（第１図（Ｃ））。

前記、金属膜１５は、適当な熱処理工程を経ることによ
シ多結晶シリコン膜１３と反応して、金属シリサイド層
になシ得る性質を有することが必要で、たとえばタング
ステン、モリブデンチク／ｌタンタル、クロム白金など
である。

次に第り図ｆｄｌに示すように、適当な熱処理工程を経
ることによシ、前記金属層Ｌ５は、前記多結晶シＩ）コ
ン膜１３と前記露出せしめた領域でのみ反応して、金属
シリサイド層Ｌ６ｔ−形成することができる。前記金属
ｆＲ１５は、前記露出せしめた領域を除く領域では、前
記第２の絶縁膜の一部Ｌ４Ａ、１４Ｂとのみ接している
ため前記、第２の絶縁膜の性質から、成長時の金属層の
ままの状態で残される（第１図（ｄｌのｌ　５Ａ、１５
Ｂ）。

続いて、第り図（ｅｌに示すように、前記金属層Ｌ５Ａ
、１５Ｂのみを選択的に除去する。その際、前記、金属
シリサイド化１６は除去されないで残る。

次に、前記第２の絶縁膜Ｌ４Ａ、１４Ｂを除去すると、
第１図ば）に示す構造が得られる。

つづいて、前記金属シリサイド層Ｌ６は、前記多結晶シ
リコン層【３のエツチ７グに際してエツチングレートが
小さく、そのエツチングレートの差を考慮すれば、前記
金属シリサイド層Ｌ６はマスクとして利用し得る。従っ
て、前記多結晶シリコンは、前記金属シリサイド層Ｌ６
におおわ几た領域を除く領域のみ選択的に除去すること
が出来る。

その結果、第１図（ｇｌで示すように、前記多結晶シリ
コン層は、前記金属シリサイド層１６と自己整合的に残
される（第１図（ｇｌの１３Ａ）。

その結果、多結晶シリコン層は、金属シリサイド層を表
面に形成した状態で、前記第１の絶縁膜上の所定の領域
に形成することが可能になる。

（発明の効果） 本発明の効果は、金属シリサイド層を表面に形成した多
結晶ンリコン層の横方向の寸法を再現性良く制御できる
というもので多結晶シリコンの横方向の寸法は、金属シ
リサイド層の寸法により決定される。従って従来問題と
された多結晶シリコンの側面を酸化するという工程を全
く必要としないことが特徴である。その結果、多結晶シ
リコンの寸法の制御性は非常によい。また、金属シリサ
イド層は、前述し次ように、第２の絶縁膜の一部領域全
開孔してその領域にのみ形成されるため、市記第２の絶
縁膜の開孔部の寸法を制御することでよい。しかし、前
記第２の絶縁膜は、金属シリサイド化反応の阻止膜とな
ればよいので、！！９に厚く形成することは無く、第２
の絶縁膜の開孔部の寸法制御性も従来の技術のみで非常
て良いといえる。従って本発明の示すところの製造方法
を用いれば、金属シリサイド層を表面に有する多結晶シ
リコ／の寸法をすぐれた制御性で製造することが可能で
おる。

【図面の簡単な説明】

第り図（ａｌ〜（ｇｌは、本発明に基づく製造方法の一
実施例を、各工穆毎に示した断面構造を、また第２図（
ａｌ〜げ）は同様の構造を得る従来技術の代表例？工程
層に表わした断面図である。 １１．２１・・・・・・シリコン基板、１２．２２・・
・・・・第１の絶縁膜、１３．２３・・・・・・多結晶
シリコン層、Ｌ４゜２４・・・・・・第２の絶縁膜、１
５．２５・・・用金属膜、１６、２６・・・・・・金属
シリサイド層、２７・・・・・・側面酸化膜。 壕１　図 芽２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリコン基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前
   記第１の絶縁膜に接して多結晶シリコン層を形成する工
   程と、次いで前記多結晶シリコン層上に第２の絶縁膜を
   形成する工程と、前記第２の絶縁膜における所定の領域
   を除去することにより、前記所定の領域の前記多結晶シ
   リコン層表面を露出せしめる工程と、前記露出せしめた
   多結晶シリコン層表面に金属シリサイド層を選択的に形
   成する工程と、前記金属シリサイド層を形成した領域を
   除く領域の前記第２の絶縁膜及び前記多結晶シリコン層
   を順次除去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。