JPS63313818A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に良好な接
合特性を有する半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

シリコン（以下Ｓｉと記す）ＬＳＩの高集積化・高速化
に伴い、デバイスの寄生抵抗低減の必要性から、低抵抗
を有する金属シリサイドのＬＳＩへの適用の検討が近年
盛んに行なわれている。代表的な適用例としては、ＭＯ
Ｓトランジスタのソース・ドレイン拡散層上への形成に
よる拡散層低抵抗化があげられる。この場合の一般的な
製造工程の概略を第２図に示す。フィールド酸化膜２゜
ゲート３、高濃度拡散層７が形成されているＳｉ基板１
全面に（第２図（ａ））　、金属４を堆積しく第２図（
ｂ））　、比較的低温で熱処理することによってＳｉと
金属が接している部分にのみ自己整合的にシリサイド５
を形成（第２図（ｃ））した後、未反応の過剰の金属を
ウェットエツチングにより選択的に除去しく第２図（ｄ
））　、さらにシリサイドを安定化するために比較的高
温で熱処理する（第２図（ｅ））。この例のように、高
濃度不純物導入層上にシリサイド膜を形成した構造を作
製する場合、例えば、アイ・イー・イー・イー、トラン
ザクションズ　オン　エレクトロンデバイセズ、イーデ
ィー３３．第１３０８頁から第１３２０頁（１９８６年
）　　（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、ＨＤ　−３３、Ｐ
　Ｐ　１３０８−１３２０　（１９８６））に記載のよ
うに、不純物導入を行なった後シリサイド膜形成を行な
う方法が一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、シリサイド形成反応は下地のＳｉに含まれてい
る不純物の影響を大きく受けるため、上記方法によれば
、例えば、相補形ＭＯ８（以下ＣＭＯ８と記す）におい
て、ｐ型拡散層とｎ型拡散層を同時にシリサイド化する
場合、拡散層の導電型によって形成されるシリサイド膜
厚に差が生じるなど、デバイス作製上不都合な点があっ
た。

また、不純物の影響を避けるために、シリサイド膜形成
後に形成した膜を通してイオン打込みを行なうことによ
って、シリサイド膜下に不純物導入を行なう方法を用い
た場合には、シリサイド膜形成の制御性は向上するが、
シリサイドの耐熱性の関係からイオン打込み後に十分な
熱処理を加えることができないためイオン打込みに起因
する結晶欠陥が残りやすく、良好な接合特性を有する高
濃度拡散層を得ることが難しかった。さらに、この方法
では、シリサイド膜を通してイオン打込みするため必然
的に打込みエネルギが高くなるが、打込みエネルギが高
くなるとそれに従って投影飛程の偏差も大きくなり、微
細素子に必要とされる浅い接合形成に不利な条件となる
。基板の影響を受けないシリサイド形成法として、他に
、シリサイド自体を化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法）
などで堆積する方法があるが、この方法では自己整合で
選択的に形成することが困難である。

本発明の目的は、Ｓｉ基板中の不純物ドーパントのシリ
サイド形成反応への影響を避けつつ、自己整合シリサイ
ドを形成でき、かつ、シリサイド膜下の接合の接合特性
も良好なシリサイド化拡散層を形成できる方法を提供す
ることにある。

【問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高濃度不純物導入層を形成する前にシリサ
イド膜を形成し、かつ、不純物導入後にイオン打込みに
起因する結晶欠陥が残らないようにすれば達成できる。

本発明は、イオン打込みによる損傷層をシリサイド膜形
成に消費させることによって、シリサイド膜下のＳｉ基
板中に結晶欠陥を残さないようにするものである。即ち
、シリサイド化接合製造工程を示す第２図の（ｄ）から
（ｅ）の工程におけるシリサイド膜の組成安定化に伴な
うＳｉ消費を損傷層除去に利用する。

〔作用〕

第１図を用いて本発明の詳細な説明する。第２図と同様
、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン拡散層上にシ
リサイド膜を形成する場合を例にとり説明する。フィー
ルド酸化膜２、ゲート３が形成されているＳｉ基板１全
面に金属４を堆積しく第１図（ａ））、比較的低温で熱
処理することによってシリサイド膜５を形成する（第１
図（ｂ））。

この時、化学量論的組成よりも金属を過剰に含むシリサ
イド膜を形成することが、本発明においては重要であり
、そのためにシリサイド形成反応が起こる範囲内で、十
分に低温で処理する必要がある。次に、未反応の過剰の
金属をウェットエツチングにより選択除去した後、不純
物ドーピングのためのイオン打込みを行なう（第１図（
Ｃ））。

打込みエネルギは、シリサイド膜／　Ｓ　ｉ基板界面付
近の投影飛程をもつように選ぶ。そして、比較的高温で
熱処理することにより打込みイオンを活性化させる（第
１図（ｄ））。この熱処理によって、シリサイド膜の安
定化（化学量論的組成への変化）も同時に行なわれる。

シリサイド膜が化学量論的組成に変化する際に、基板か
らＳｉを取り込むため、イオン打込みによって生じたシ
リサイド膜／Ｓｉ基板界面直下の損傷層が消滅し、Ｓｉ
基板中に、接合特性に影響を及ぼす結晶欠陥が残らない
。以上のように、本発明は、基本的には、シリサイド膜
形成後に不純物ドーピングを行なう方法ではあるが、接
合特性の良好な拡散層を形成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

［実施例１］第３図は、本発明を用いてダイオードを形
成した例を説明する図である。ｐ型、　（ｉｏｏ）面方
位、抵抗率１０Ω・口のＳｉ基板に選択酸化法（ｔｏｃ
ｏｓ）により厚さ６００ｎｍのフィールド酸化膜２を形
成した後、スパッタ法によって厚さ４０Ωｍのチタン（
以下、Ｔｉと記す）膜を堆積し、Ｎ２雰囲気中で、６０
０℃３０分の条件で熱処理することによりチタンシリサ
イドを形成した。

その後、過酸化水素水：アンモニア：水＝１：１：５の
液中で２０分間放置することにより残存するＴｉを選択
除去し、打込みエネルギ１２０ＫｅＶ、打込み量５Ｘ１
０１”■−２の条件で、ヒ素（以下、Ａｓ）イオンをイ
オン打込みしさらに、アルゴン雰囲気中で９５０℃、３
０秒の条件で、ハロゲンランプによるランプアニールを
行なって、不純物を活性化し、チタンシリサイド８を安
定化した。

ダイオード部の大きさは、２００μｍ口である。

Ｘ線回折法を用いてチタンシリサイドの組成を調べたと
ころ、６００℃の熱処理で形成されている膜はＴ　ｉ　
Ｓ　ｉであり、９５０℃のランプアニール後では、これ
が化学量論的組成であるＴ　ｉ　Ｓ　ｉ　ｘに変化して
いることが確認された。本実施例では、耐圧１８Ｖ、逆
方向バイアス５ｖ印加時のリーク電流５　Ｘ　１０−１
４Ａが得られ、化学量論的組成のＴｉＳｉｘを形成して
からＡｓ＋イオン打込みして形成した同じ構造のチタン
シリサイド化ダイオードと比較して、耐圧で５ｖ、リー
ク電流で１７１０倍の改善が得られた。透過型電子顕微
鏡により断面観察を行なったところ、Ｔｉ５ｉｚを形成
した後イオン打込みを行なった試料では、シリサイド膜
下に顕著な結晶欠陥が形成されているのに対して、本実
施例では欠陥が観察されなかった。

［実施例２］第４図は、本発明を０ＭＯ８に適用した例
を説明する図である。ｎ型、（１００）面方位、１０Ω
・印のＳｉ基板にｎ型ウェル１３、Ｐ型ウェル１２、フ
ィールド酸化膜２、チャネルストッパ層１４、多結晶Ｓ
ｉゲート１１を形成した後、実施例１と同条件で、Ｔｉ
膜堆積、シリサイド形成、未反応Ｔｉ除去を行なった。

そして、他方をホトレジストでマスクしながら、ｐ型ウ
ェル１２が形成されている領域に対してＡｓ、ｎ型ウェ
ル１３の領域に対してほう素（以下、Ｂ）を、それぞれ
１２０ＫｅＶ　、２０ＫｅＶの打込みエネルギで、５Ｘ
１０１１！■−２イオン打込みした後、アルボン雰囲気
、９５０℃、３０秒の条件でランプアニールを行なった
。拡散層を形成した後にシリサイドを形成する方法を用
いて同様の構造のＣＭＯＳを作製した場合、Ａｓドープ
したｎ型拡散層上のチタンシリサイドの膜厚が３５Ωｍ
とｐ型拡散層上の５０Ωｍに比して３０％も薄くなって
しまうのに対して、本実施例では、ｎ型、ｐ型部拡散層
とも厚さ５５Ωｍのチタンシリサイド膜が形成された。

本実施例によれば、拡散層形成後にシリサイドを形成し
た場合に比べて、伝達コンダクタンスが、ＮＭＯ８では
８０％、ＰＭＯ８では１０％向上した。

［実施例３］第５図は、本発明の他の実施例を説明する
図である。ｐ型、（１００）面方位、１０Ω・国のＳｉ
基板ｌにフィールド酸化膜２を形成した後、ＣＶＤ法に
より厚さ３０Ωｍのタングステンシリサイドを堆積した
。ここでタングステンシリサイドＷ　Ｓ　ｉ　ｘの組成
は、ｘ＝１．０　　となるようにした。ホトリソグラフ
ィおよび、反応性イオンエツチングにより所望の領域の
みタングステンシリサイドを残した後、Ａｓを２００Ｋ
ｅＶ、２Ｘ　１０１１５ｄｌ−”の条件でイオン打込み
し、窒素雰囲気中、９５０℃、３０分の条件で熱処理し
た。この熱処理を行なうことによってタングステンシリ
サイドの組成が化学量論的組成であるＷＳｉｘに変化し
ていることがＸ線回折より確認された。本実施例では、
耐圧１６Ｖ、逆方向バイアス５■印加時のリーク電嵐２
　Ｘ　Ｉ　０−１８Ａ　が得られ、ＣＶＤ法により、は
じめから化学量論的組成であるＷＳｉｚを堆積した場合
に比べ、耐圧で２ｖ、リーク電流で１７３倍の改善が得
られた。本実施例のように、金属膜／　Ｓ　ｉ基板の反
応を用いずＣＶＤ法などによって化学量論的組成でない
シリサイドを堆積する場合でも、本発明の効果は得られ
る。また、ここではシリサイドの種類として、チタンシ
リサイド及びタングステンシリサイドの例のみを示した
が、例えば、モリブデンシリサイドやタンタルシリサイ
ドなどの他のシリサイドについても同様の効果が得られ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シリサイド化拡散層の形成において、
Ｓｉ基板中に不純物を含まない状態でシリサイド形成反
応を行なわれることができるので、安定に再現性良くシ
リサイド膜を形成でき、かつ、シリサイド膜下にイオン
打込みに起因する結晶欠陥が残らないため、接合特性も
良好なシリサイド化拡散層を形成することができる。特
に、例えば０ＭＯ８のように、異種導電型拡散層が同一
基板上に形成されており、その拡散層上にシリサイドを
形成する場合、各導電型拡散層上で同条件でシリサイド
形成できるため、本発明の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本工程を説明するための断　′面図
、第２図は従来法の基本工程を説明する断面図、第３図
乃至第５図はそれぞれ本発明の異なる実施例を説明する
断面図である。 １・・・Ｓｉ基板、４・・・金属、５・・・化学量論的
組成でないシリサイド、６・・・化学量論的組成のシリ
サイド、７・・・高濃度拡散層、８・・・チタンシリサ
イド（ＴｉＳｉｘ）、９−　ｎ型拡散層、１０−　ｐ型
拡散層、１５・・・タングステンシリサイド（ＷＳｉ２
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコン基板上の所望部分に、化学量論的組成より
   過剰の金属を含む組成の金属シリサイド膜を形成する工
   程と、その後該シリコン基板にイオン打込みを行なう工
   程と、その後上記金属シリサイド膜を化学量論的組成に
   変化させる工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
   造方法。