JPS6343348A - チタンシリサイド膜の形成方法 - 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） この発明はチタンシリサイド膜の形成方法、特に半導体
素子の電極、配線材料として用いられるチタンシリサイ
ド膜の熱処理の方法に関する。

（従来の技術） 高融点金属シリサイドは高温まで安定でしかも比較的比
抵抗の小さい材料であり、従来のシリコンＬＳＩ（大規
模集積回路）プロセスに耐えることから、ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔ　（電界効果トランジスタ）の電極材料として用いら
れている（例えば、文献「最新ＬＳＩプロセス技術」前
田和夫著、工業調査会、第３９７頁〜第４０６頁）、特
に、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）は高融点金属シリ
サイド中でも、最も比抵抗の小さな材料であり１、ｊＥ
ＬｓＩ用電極材料として注目されている。

第３図はチタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）をゲート電極
に用いた従来構造のＭＯＳＦＥＴの構造を概略的に示す
断面図である。この構造のＭＯＳ　ＦＥＴを作製する工
程は、先ず、ｐ型基板１０を熱酸化し、表面に形成され
た５ｉ０２膜１２上に例えばＣＶＤ法でポリシリコン１
４を形成する。然る後、ポリシリコン１４にリンをドー
ピングした後、例えばチタン（Ｔｉ）とシリコン（Ｓｉ
）とを数十へずつ積層した積層膜１Ｂを、後処理で所定
の組成比のチタンシリサイド膜が得られるように、電子
ビーム法着又はコスパッタにより形成する。続いてホト
リソグラフィ技術によってパターンを形成し、その後バ
ターニングされた積層膜に対するプラズマエツチングを
行ってゲート電極を形成する。その後、９００℃前後の
温度で熱処理（アニ−ル）を行い、積層膜１６を低比抵
抗のチタンシリサ・イドＴｉＳｉｘ膜（積層膜と同符号
１６を付して示す。）にし、続いて通常の如くイオン注
入法によってｐ型Ｓｉ基板１０にソース及びトレイン用
のに拡散領域１８を形成する。

又、この積層膜の代わりに、チタンとシリコンの合金タ
ーゲットをスパッタして高比抵抗の非晶質（アモルファ
ス）のチタンシリサイド合金膜として形成した後、前述
と同様に９００　’Ｃ前後の温度で熱処理を行って低比
抵抗のチタンシリサイド′膜１６として形成することも
行われている。

（発明が解決しようとする問題点） 通常ＴｉＳｉｘはアニール処理をほどこさないと、比抵
抗が高く、使用に耐えない。アニールは通常拡散炉（′
ｉｔ気炉）を用いて行われるが、ＴｌＳｉｘはＮ２と非
常に反応し易いので、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気が用い
られている。

第４図は、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で熱処理（アニー
ル）を行って得られたＴｉＳｉｘのシート抵抗の温度依
存性を示す実験結果で、縦軸にシート抵抗（Ω／口）及
び横軸にアニール温度（°Ｃ）をそれぞれプロットして
示しである。この実験では、Ｓｔ基板上にＴｉとＳｉと
の積層膜を同時スパッタで形成した後、拡散炉（電気炉
）においてＡｒ雰囲気中で温度を変えてこの積層膜のア
ニールを行い、得られたＴｉＳｉｘ　　（但し、８１１
成比Ｘを２．５とした。）膜のシート抵抗を測置した。

尚、この実験において、雰囲気ガスの置換に１５分及び
電気炉の高温部でのアニール時間を３０分とした。

この実験結果から理解出来るように、約９００℃までは
シート抵抗が低いが、約ｔｏｏｏ℃ではシート抵抗が増
加して大きな値となっており、高温度でシート抵抗が安
定しないという問題点があった。

この不安定の原因はＡｒ中の残留Ｎ２であることが分っ
ている。このような残留ガスの影響をなくすために、従
来、Ａｒへの置換を充分に行うとか、超高純度のＡｒガ
スを用いるとか、高真空中で７ニールを行うとか等の種
々の手段が採られていた。

しかしながら、チタンシリサイドの熱処理時に用いられ
る雰囲気中に残留するＮ２ガスを除去するために従来行
われている上述したような方法では、雰囲気ガスの置換
のために処理時間が大幅に長びいてしまうこと、高真空
処理のためには装置のコストが高くしかも処理時間が長
くなってしまうという問題点があった。

この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので
、従ってこの発明の目的は、高温度でのシート抵抗の安
定化を図りかつ短時間で処理出来るチタンシリサイド膜
の形成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） この目的の達成を図るため、この発明のチタンシリサイ
ド膜の形成方法によれば、シリコンの下地上に形成した
チタンとシリコンとから成るｔや膜に対する熱処理を酸
化雰囲気中で行うことを特徴とする。

この酸化雰囲気としては好ましくは酸素雰囲気或は水法
気とすることが出来る。また、この雰囲気中に多少Ｎ２
ガスが混入していても問題がない。熱処理は通常の拡散
炉（電気炉）で行う加熱処理であっても良いし、或はま
た、レーザアニール、ランプアニール又はその他の任意
好適な手段での熱処理であっても良い。

また、この場合のチタンとシリコンとから成る薄膜とし
ては、好ましくはチタンとシリコンの化合物の薄膜、チ
タンとシリコンとの積層膜、或はチタンとシリコンのア
モルファス合金膜のいずれかとすることが出来、これら
の形成方法は問わない。

また、この発明では、シリコンの下地として、好ましく
はポリシリコン、モノシリコン、或はアモルファスシリ
コンのいずれかとすることが出来る。

（作用） このように、この発明ではシリコンの下地上に形成した
チタンとシリコンの化合物の薄膜、チタンとシリコンと
の積層膜、或はチタンとシリコンの非晶質合金膜の熱処
理を、酸化雰囲気中で、行うので、熱処理済みのチタン
シリサイド膜にＮ２が含まれることがなく、その結果、
高温度熱処理でもシート抵抗が低い値で安定化する。

また、この発明の熱処理では、従来のような雰囲気ガス
の置換処理を行わないし、或は高真空処理のための高価
な装置を使用することがないので、従来よりも短時間で
処理が可能であり、しかも、例えば従来の拡散炉を用い
て処理が出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。

尚、以下説明する実施例は単なるこの発明の好適例であ
り、従ってこの発明が以下の実施例の種々の条件にのみ
限定されるものではないことを理解されたい。

チタンシリサイド膜 既に説明したように、この発明ではシリコンの下地上に
形成したチタンとシリコンとから成る薄膜に対し酸化雰
囲気中で熱処理を行ってチタンシリサイド膜を形成する
方法である。以下、この例に限定されるものではないが
、シリコン基板上に、チタンとシリコンの積層膜を形成
した後、この積層膜に酸素雰囲気中で熱処理を行ってチ
タンシリサイド膜を形成する例につき説明する。

第１図はこの発明の一実施例により形成されたチタンシ
リサイド膜のシート抵抗（縦軸にプロット）のアニール
温度（横軸にプロット）依存性を説明するための図であ
る。この実施例では、下地としてシリコン基板を用い、
この基板上に。

Ｔｉ（チタン）とＳｆ（シリコン）を同時にスパッタし
てチタンとシリコンとが８０Ａずつ積層して全体の膜厚
が２５００Ａとなるような積層膜を形成した０次にシリ
コン基板上に形成されたチタンとシリコンのこの積層膜
を、酸化雰囲気として例えば酸素（０２）を例えば４文
／分の流量で流しである拡散炉（電気炉）中で、３０分
間（これは第４図の従来例の高温部での熱処理時間と同
゛　−の時間である）アニールを行った。

この第１図に示した実験結果からも理解出来るように、
７００℃以上の温度ではチタンシリサイドのシート抵抗
は１Ω／口以下となっており、１０００℃以上のアニー
ル温度でもＡｒ（アルゴン）雰囲気中での熱処理の場合
でみられたような（第４図参照）シート抵抗の増加はな
く、約１Ω／口以下の低い値に安定している。従って、
低抵抗のチタンシリサイドが得られることが分る。

さらに、このようにして形成したチタンシリサイド膜を
オージェ分析により深さ方向の組成分析を行ったところ
、Ｎ及びＯの汚染のないチタンシリサイドが形成されて
いることが確認された。また、チタンシリサイド膜の表
面には、Ｓｔの熱酸化の場合と同程度の膜厚の５ｉ０２
膜が形成されていた。

この場合、下地は、単結晶のシリコンの代わりにポリシ
リコンであっても、アモルファスシリコンであっても良
く、又、この上に形成する膜はチタンとシリコンとの化
合物の膜或はチタンシリサイドのアモルファス合金膜で
あっても良い、これらの膜の形成は、電子ビーム蒸着、
各種のスパッタ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、その他の任
意好適な方法で行い得る。

さらに、酸化雰囲気として酸素を用いたが、水蒸気であ
っても良く、又、これら雰囲気中に多少Ｎ２が含まれて
いても問題はない。

また、上述の実験結果から、この発明においての熱処理
温度は設計に応じた適切な温度で行うことが出来る。

ゲート）　への。

この発明のチタンシリサイド膜の形成方法を例えばＭＯ
ＳＦＥＴのゲート電極の形成に適用した例につき説明す
る。

第２図は、この発明を用いた場合の５ｉＬＳＩ製造工程
を示した主要工程図で、各図は工程段階でのＭＯＳＦＥ
Ｔ−素子部分の状態を断面図で概略画に示しである。尚
、断面を表わすハンチング等は一部分を除き省略して示
１−である・この工程例では、先ず、フィールド酸化を
行ってＰ型シリコン基板２０にフィールド酸化膜（Ｓｉ
０２膜）　２２を形成しＣＤｔｚ図（Ａ））、ケート酸
化を行って基板２０の表面に酸化膜としての５ｉｎ２膜
２４を形成しく第２図（Ｂ））、次にこれら５ｉ０７膜
２２及び２４上にポリシリコン膜２６を形成しく第２図
（Ｃ））　、このポリシリコン膜２Ｃ上にチタンとシリ
コンのｖｒ層膜２８を形成しく第２図（Ｄ））、次にゲ
ート電極のエンチングを行い（第２図（Ｅ））、然る後
、この発明のチタンシリサイドの形成方法を拡散炉中で
実行する。

この実施例では熱酸化雰囲気として、酸素の雰囲気を用
い、この雰囲気中で、チタンとシリコンの積層膜２８の
熱処理すなわちアニールを行い、この熱処理によって、
積層膜２８はチタンシリサイド膜３０となる（第２図（
Ｆ））。

このチタンシリサイド膜３０の形成と同時に、このチタ
ンシリサイドＩ＋！２３０及びｐ型シリコン基板２０１
−に酸化膜（ＳｉＯ２膜）３２が形成される。この酸化
膜３２の厚みは例えば９００°Ｃで１時間のアニールを
行うと、約２００Ａ程度の薄膜となる。

従って、この酸化＋１！Ｊ３２を通してイオン注入によ
り、ソース及びドレインのためのｎ＋　ｆｆ＋域３４を
形成することが出来る（第２図（Ｇ））。

このような薄い酸化膜を通してイオンｉＬ人を行うこと
は、チャンネリングによる異常注入を防ぐことが出来、
また、浅い接合を得る方法として使われているが、この
発明の熱処理すなわちアニール法によれば、イオン注入
マスク用の〜化膜３２がアニールと同時に形成されるこ
ととなる。

配客　ジｐへの また、この発明のチタンシリサイド膜の形成方法を配線
の形成に適用出来る。

例えば１図示せずも、ＭＯ５＋−ランジスタのソース及
びドレイン電極の引き出し線としてポリシリコンと、チ
タンシリサイドとからなる積層膜を用いるこ゛とが出来
る。この揚台アニールと同時に形成される酸化膜は層間
絶縁膜として利用することが出来る。従って、従来アニ
ールの後に再度行われていた酸化の工程を省略すること
が出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のチタン
シリサイド膜の形成方法によれば、チタンシリサイドの
熱処理を酸化雰囲気中で行うので、高温での熱処理にお
いて安定な低抵抗のチタンシリサイド膜を再現性良く得
ることが出来る。

また、従来のような雰囲気ガスの置換或は高真空度にす
ること等に多大な注意を払う必要が無いので、短時間処
理で、しかも低コストでチタンシリサイド膜を形成する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のチタンシリサイトゲ漠の形成方法の
説明に供するチタンシリサイドのシート抵抗のアニール
温度依存性の説明図、 第２図はこの発明の方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造方
法を説明するための工程図、 第３図は従来のチタンシリサイトゲ−）ＭＯＳＦＥＴの
説明に供する断面図、 第４図は従来のチタンシリサイド膜の形成方法の説明に
供するチタンシリサイドのシート抵抗のアニール温度依
存性の説明図である６ ２０・・・ｐ型シリコン基板 ２２・・・フィールド酸化膜（ＳｉＯ２）２４．３２・
・・酸化膜（ＳｉＯｚ） ２６・・・ポリシリコン膜、　２８・・・積層膜３０・
・・チタンシリサイド■々 ３２・・・を領域。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社５θθ　　　　
　　　　　　　１０θθアニ一ノｂフ五度（０Ｃ） ご（７）発明によるＴｒＳｒ２．のシー）亀ｔ１７）ア
ニーノＬ温崖々６５′庄第１図 ｆｇ　　　　　　　　　　　　／’ 第３図 （）ｌ’Ｊ　　　　　　　ｑ　　　　　　　’−！コ　
　伽０’Ｓｌ　　　マ〜　　〜　　　　　　Ｎ　　　　
　　Ｎ　　＾ｑ　　′＋１　１〈≧ 〜　　　　　　０＠ （１−Ｉ 、５′ジσ　　　　　　　　　　　　　　／θσθアニ
ーノムジヱ度（°Ｃ） イ芝七力Ｔ１５Ｉ２５のシーＦ丁へ抗のアニーノ履温１
度φ家、Ｄ・庄第４図 手浄売ネ甫正書 昭和６２年５月６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンの下地上に形成したチタンとシリコンと
   から成る薄膜に対し熱処理を行ってチタンシリサイド膜
   を形成するに当り、 この熱処理を酸化雰囲気中で行うことを特徴とするチタ
   ンシリサイド膜の形成方法。