JPS6233466A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＭＯＳ、ＬＳＩバイポーラＬＳＩなどの、半
導体装置の製造方法に係り、特に高速動作のために高融
点金属シリサイド層を用いた半導体装置の製造方法に関
する。

〔発明の背景〕

シリコン集積回路においては、バター７の微細化とシリ
コン基板寸法の拡大により、シリコン基板表面層に高濃
度にドーパントを導入することにより形成されたいわゆ
る拡散層の抵抗が無視できなくなってきた。

」−７″ノー−１勢？″／７’ｌｋｔし讐り菖メーイ１
四］１ｆ、ナプｔル手ス、−ｔテ９ｊ二μｍて、拡散層
上に金属シリサイドを形成する方法が従来から知られて
いる。特にモリブデン、り／グステノ等の高融点金属シ
リサイドは１０００℃以上の高温熱処理にも耐えること
や、王水、フッ酸等のエツチング液に対して溶解されな
い等の特性を有することにより、高融点シリサイドを所
定の開口部にのみ選択的かつ自己整合的に形成すること
ができるので、デバイス製造への応用上極め′て好適で
ある。しかして、この高融点金属とシリコノ基板との反
応によりシリサイドを形成する方法は、原理的には有効
であるが、シリコン基板上に堆積された高融点金属とシ
リコン基板とを単に熱処理するだけの反応では、シリサ
イド化反応の再現性が悪くかつ形成されだシリサイドの
均一性も悪いという問題があり、実用には適さない。−
万態も地動に高融点金属とシリコン基板との界面をイオ
ン注入により混合させておくと、その後の熱処理によっ
て均一でかつビンホールの無い高融点金属シリサイド膜
をシリコン基板の開口部に自己整合的に再現性よく形成
し得ることが知られている。特にひ素等のドーパントイ
オン注入によって界面混合を行う場合には、シリサイド
形成に対する上述の効果の他に、シリサイド層直下にシ
リサイドに自己整合的に拡散層を形成し得るという利点
がある。

しかし、この方法では、シリサイドが形成される際にド
ーパント不純物がシリサイド層中に食われたり、シリコ
ン基板中に押し出されたりすることがあり、従って、シ
リサイドＨＡ　ＩＫ下に形成される拡散層の濃度及び深
さが、例えばシリサイド化のための被着高融点金属の厚
みに大きく影響を受けるなどの問題がある。

これに対し、シリコン半導体基板上に絶縁膜を形成する
工程と、該絶縁膜に開口を設はシリコン基板表面の所定
の領域を露出させた後高融点金属薄膜を形成する工程と
、シリコン基板中で電気的に不活性なイオンを高融点金
属とシリコン基板表面との界面にイオン注入することに
より該界面を混合した後、５００〜６００℃の熱処理に
より前記絶縁膜の開口部において高融点金属とシリコン
基板とを反応させることにより高融点金属クリサイドを
前期開口部に自己整合的に形成する工程と、絶縁膜上の
未反応な高融点金属を除去する工程と、少くとも核高融
点金属シリサイド上に絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の
一部に開口を設けて該開口部の絶縁膜を薄くするか又は
除去する工程と、該開口より高融点金属シリサイドを通
じてドーパント不純物を拡散させることにより高融点金
属シリサイドとシリコン基板との界面に接した領域のシ
リコン中にドーピング層を形成する方法が提案されてい
る（特開昭５９−８８８６８）。

しかしこの方法においても、高融点金属とシリコン基板
の界面にイオンを注入しなければならず、そのだめの注
入エネルギーは被着高融点金属膜を通すだけの高エネル
ギーが必要である。

また、この効果を奏するには質量の大きなイオ／′ｆｃ
注入する必要があり、それでも高融点金属膜中でのイオ
ン飛程距離は短くなってしまう。従ってイオン注入機の
性能上、高融点金属の膜厚はイオンの飛程距離以下に制
限される。そして、この結果、形成される高融点シリサ
イドの膜厚は厚くできず、低抵抗化に適さない。さらに
被着高融点金属膜の厚膜ばらつきが生じ易く、均一なシ
リサイド層の形成がで八ない等の欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、均一
な高融点金属シリサイド層が容易に形成でき、拡散層の
低抵抗化が充分に得られるようにした半導体装置の製造
方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、シリサイド化のだめの高融点金属膜を被着さ
せる前のシリコン基板表面を非晶質化しておけば、高融
点金属膜被着後の熱処理だけで高融点金属シリサイド層
の形成が平坦かつ均一に得られることを見出し、これに
基づいてなされたもので、シリコン基板表面の所定の露
出領域に非晶質化のだめのイオン注入を行ない、その後
でシリサイド化のだめの高融点金属膜を被着させ、熱処
理するように構成した点を特徴とするもので、このとき
、本発明では、シリコン基板表面の極く浅い部分を非晶
質化するだけで十分効果が認められる。そして、従来技
術の様に高エネルギーでのイオン注入が不要であるため
、プロセス上の自由度が犬きく、従って被着高融点金属
の膜厚に制限がないので低抵抗高融点金属シリサイド層
の形成ができる。

また、高融点金属とシリコン基板の反応が起こる最低温
度は約５００℃であるが、約７００℃以上ではシリコン
基板上に形成された絶縁膜の開口部以外の領域すなわち
開口部周辺の絶縁膜上にも前記高融点金属のはい上がり
現象が起こるので、本発明では、約５００〜７００℃の
温度で高融点シリサイドを形成した後、絶縁膜上の未反
応の高融点金属を選択的に除去し、次いで８００℃以上
の温度でアニールすることで低抵抗かつ自己整合的なシ
リサイドが形成できる。

（に、本発明では、ドーパント不純物イオンを高融点金
属シリサイド層中に注入した後絶縁物を被着し、前記不
純物を熱拡散することでシリコン基板中に拡散層を形成
するので、拡散ｊ暢の濃度及び深さをドーパント不純物
イオンの注入量等で自由に制御することができる。なお
、これは、高融点金属シリサイド中のドーパント不純物
の拡散速度はシリコン基板中のそれと比べ著しく速いの
で、高融点金属シリサイドの膜厚にはほとんど影響され
ないためである。

また、本発明で、ドーパント不純物イオンを高融点金属
中に注入した後絶縁膜を被着する理由は、高融点金属シ
リサイド中での前記注入不純物イオンの拡散速度が著し
く速いことに起因し、前記絶縁物を被着せずにアニール
すると前記不純物イオ／の一部が外向拡散で大気中に抜
は出てしまい、従ってシリコン基板中に形成される拡散
層の制御性が悪くなってしまうからである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による半導体装置の製造方法について、図
示の実施例により詳細に説明する。

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を説明するもの
で、ＭＯ８ＬＳＩにおけるｎチャ床ルＭＯ８ＦＥＴの製
造に本発明による方法を適用した場合の主要な工程を説
明するための断面構造を示したもので、まず第１図に示
した様に、標準的な方法を用いてＰ型巣結晶シリコン基
板１の主表面上にフィールド酸化膜（Ｓ　ｉｏｔ　）　
２とゲート酸化膜（Ｓｔｏ、）３を形成した後−リ／を
ドープした多結晶シリコン膜４を堆積する。次にドープ
多結晶シリコン膜４を標準的なホトエッチフグ技術によ
りパターニノグレ、ゲート電極５を形成する。、（８２
図）。次にゲート電極５をマスクとしてリンを矢印１７
のようにイオン打込みしてソース・ドレイン領域に低濃
度拡散層６を形成した後、通常のＣＶＤ技術により５ｔ
Ｏｔ膜７を堆積する（８３図）。次いで５ｉｆｔ膜７を
異方性ドライエッチフグでエツチングすることにより、
ゲート電極５の側壁にＳｉｎ、のスペーサ１６を設ける
と共にソース・ドレイン領域のシリコン基板表面及びゲ
ート電極５の表面を開口する。この後、アルボ／イオン
を矢印８のように５０　ＫｅＶのエネルギーで５　Ｘ　
１０”ｃｒｎ−”のイオン打込みすることにより、前記
開口したソース・ドレイン領域及びゲ１＋＋！＋ｊ？＋
＆！二ｌ−１ｊ−ＩＬ’＋３＋４／ｌ−７１Ｌフ／４ｂ
ロｒ＋ＩＱ７１％次に、第５図に示したように１００Ｏ
Ａのモリプデ／膜９をスパッタする。この後６００℃で
１０分間熱処理することにより、ソース・ドレイン領域
及びゲート電極５上にＭＯ３ｉｌ　１１　、１　］ａを
形成する。この後フィールド酸化膜２及びスペーサ１６
部上の未反応モリブデンを王水（ＨＮＯ＝／ＨＣｔ　＝
　３Ａ　）で５分間処理し除去する。次いで９００℃、
１０分間熱処理することでＭｏＳｉ第１１，１１＆　を
低抵抗化する。この後Ｍｏ５Ｌ膜１１．１１ａ中にひ素
を矢印１０で示すように６０　ＫｅＶのエネルギーで、
ｌＸｌ０”ｃｒｎ′″雷イオ／打込みする（第６図）。

次に打込んだひ素イオンの外向拡散を防ぐため、ＣＶＤ
技術によシＳｉＯ＊膜１３を堆積した後、９５０℃、１
０分間の熱処理によりソース・ドレイ／領域のＭｏ５ｉ
ｔ工１と接するシリコン領域に浅す高濃度拡散層１２を
形成する（第７図）。この時の高濃度拡散層１２のＭｏ
５ｔｔｌｌと接する界面での濃度は５Ｘ１０”ニー１で
あり、その深さは約０゜１μｍであった。またＭｏＳｉ
、１１及び１１＆のシート災抵抗は４．５Ω７ζでもつ
今一＆秘Ｆ　！　Ｉｌｌ而ｆ面す均ｆ垣漱藺浄コンタク
トホール１４、アルミニウム系配線１５を形成してやれ
ば主要なデバイス製造工程が終わる。

従って、この実施例によれば、シリサイド化のための被
着高融点金属膜を介してのイオン打込を要しないため、
モリブデン膜９の厚さを１０００又と充分に厚くでき、
低抵抗でしかも均一なシリサイド層が得られ、拡散層の
低抵抗化を充分に得ることができる。

なお、上記実施例では、シリコン基板表面を非晶質化さ
せるためのアルゴンイオンの注入エネルギーをｓ　ＯＫ
ｅＶとしているが、上記したように、本発明ではシリコ
ン基板の表面を極めて浅く非晶質化しただけでも充分な
効果が得られるから、このイオンの注入エネルギーとし
ては特に制限はなく、とにかくシリコン中にイオンが注
入できるならどのようなエネルギーであってもよい。

また、本実施例ではシリコノ基板表面を非晶質化させる
ため、アルゴンのイオンを注入しているが、これはアル
ゴンに限らず、クリプトン、クセノン等の不活性イオン
でもよく、シリコン基板に対して中性であるシリコンイ
オンを用いてもよく、或いはモリブデン、タングステン
、チタ／及びり／タル等の高融点金属そのものをイオン
注入しても本発明の効果を奏することができる。

なお、上記したように、本発明では、シリサイド化のた
めの被着高融点金属膜の膜厚には特に制限がなく、デバ
イス特性に支障のない範囲ならいくら厚くしてもよい。

従って、上記実施例のようにモリブデン膜９の厚さを１
００ＯＡに限定する必要はない。そして、例えば、２０
００Ａの膜厚とした場合にはＭｏ５ｉｔの抵抗として約
２Ω７／口　を得ることができた。

次に、シリサイドを形成するための熱処理としては、本
実施例では６００℃を用いたが、シリサイド化が生ずる
最低温度は約５００℃であり、能力、酸化膜上へのはい
上がりが起こらず自己整合的に形成できる最高温度が約
７００℃であるから、この熱処理温度としては５００〜
７００℃の温度範囲であれば何度であってもよい。

ところでＭｏ５ｉｔは約７００℃附近で層転移が起こシ
低抵抗層ができるのであるが、この転移の生ずる際、Ｍ
ｏ５ｉｔ表面にｓｔｏｗ　などの硬い膜があるとクラッ
ク発生の１８れを生じる。そこで、本発明で（げ、ひ素
などのドーバノト不純物の外向拡散防止のためのｃｖＤ
ｓｉｏ、膜形成に先立って８００℃以上（上記実施例で
は９００℃）の温度で低抵抗層【移転させているのであ
る。

なお、以上の実施例では、本発明をｎチャンネルＭＯ８
の製造に適用した場合について示したが、Ｐチャンネル
及びバイポーラトランジスタにも適用可能なことはいう
までもない。

また、シリサイド化のための高融点金属も、上記したモ
リブデ／に限らず、タッグステ／、タンタル、チタン等
の高融点金属の適用が可能で、同様な効果を期待するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したよって、本発明によれば、均一な高融点金
属シリサイド層が形成でき、かつ、その形成がシリサイ
ド化のための高融点金属膜の膜厚Ｗ　　ｌ−１ｑ＆１Ｉ
ＲＬｔ（ｈ　　Ｚ　　＞　　　Ｌ−−Ａ？？＋　　／　
　　　　−２−Ｍ　　Ｌ　　　　　ｉＭＩＲＩ＆形成さ
れるドービ／グ不純物拡散層も高融点金属シリサイド層
の厚みに影響されることがないため、従来技術の欠点を
除き、均一性に富み、充分に低抵抗で、しかも拡散層の
制御性に優れた自己・腹合的な高融点金属シリサイド層
を備えた半導体装置を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明による半導体装置の製造方
法の一実施例を説明するための主要工程での断面図であ
る。 １・・・・・・Ｐ型巣結晶シリコン基板、２・・・・・
・フィールド酸化膜、３・・・・・・ゲート酸化膜、４
・・・・・・す／ドープ多結晶シリコン膜、５・・・・
・・ゲート電極、６・・・・・・低濃度拡散層、７・・
・・・・５ｉｎｓ膜、８・・・・・・アルゴンイオ／、
９・・・・・・モリブデン膜、１０・・・・・・ひ素イ
オン、１１　、１１　ａ：・・・・・Ｍｏ　Ｓ　ｉｔ、
１２　・−・−高濃度拡散層、１３・・・・・・ＣｖＤ
　Ｓ　ｉ　Ｏｔ膜、１４・・・・・・コンタクトホール
、１５・・・・・・アルミニウム系配線、１６・・・・
・・スペーサ、１７・・・・・・リンイオ／。 代　肌　人　　弁球＋　骨　Ｗｎ／Ｉ？部（丹づｊ１夕
）第１区 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板の拡散層上に高融点金属シリサイド層を備
   えた半導体装置の製造方法において、シリコン基板上に
   形成した絶縁膜に開口を設け、該シリコン基板の表面の
   所定の領域を露出させる工程と、シリコン基板中で電気
   的に不活性なイオン及び後の工程で形成されるドーピン
   グ層の特性に影響を与えないイオンのいずれか一方のイ
   オンを上記開口から注入して上記シリコン基板表面の所
   定の領域を非晶質化する工程と、上記開口を含む上記絶
   縁膜上に高融点金属膜を形成した後で５００〜７００℃
   の温度で熱処理し、上記絶縁膜の開口部分でシリコン基
   板と高融点金属とを反応させることにより高融点金属シ
   リサイド属を上記開口部分のシリコン基板中に自己整合
   的に形成する工程と、未反応の高融点金属膜を除去する
   工程と、８００℃以上の温度による熱処理により上記高
   融点金属シリサイド層を低抵抗化する工程と、該高融点
   金属シリサイド層中にドーパント不純物をイオン注入す
   る工程と、少くとも上記高融点金属シリサイド層を含む
   部分に絶縁膜を形成した後、熱処理することにより高融
   点金属シリサイド層とシリコン基板との界面に接した領
   域のシリコン中にドーピング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。