JP2668380B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2668380B2 JP63084095A JP8409588A JP2668380B2 JP 2668380 B2 JP2668380 B2 JP 2668380B2 JP 63084095 A JP63084095 A JP 63084095A JP 8409588 A JP8409588 A JP 8409588A JP 2668380 B2 JP2668380 B2 JP 2668380B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 不純物領域と電極・配線とのオーミック・コンタクト
を低抵抗化するのに好適な半導体装置の製造方法に関
し、 電極・配線と不純物拡散領域とのコンタクト抵抗や電
極・配線そのものの層質が劣化することなく抵抗値が充
分に低い半導体装置が得られるようにすることを目的と
し、 半導体基板に不純物を導入して不純物拡散領域を形成
してから絶縁層を形成する工程と、次いで、該不純物拡
散領域に対向する該絶縁層に電極コンタクト窓を形成す
る工程と、次いで、該電極コンタクト窓を含めた全面に
イオン注入するのに必要な厚さに制御された電極・配線
層を形成する工程と、次いで、該電極・配線層と前記半
導体基板との界面に於ける不純物濃度が充分に高くなる
よう該電極・配線層の厚さに対応して制御された加速エ
ネルギをもって不純物イオンを打ち込む工程と、次い
で、前記電極・配線層よりも厚い電極・配線層を形成し
て積層する工程とが含まれてなるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、不純物領域と電極・配線とのオーミック・
コンタクトを低抵抗化するのに好適な半導体装置の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、半導体装置は高集積化されるほどオーミック
・コンタクトには低抵抗化が要求される。
通常、半導体装置に於ける電極・配線は不純物拡散領
域とオーミック・コンタクトさせるようになっていて、
その不純物拡散領域はイオン注入法を適用して形成され
ることが多い。そこで、オーミック・コンタクトを低抵
抗化するには、電極・配線と不純物拡散領域とが接触し
ている界面に於ける不純物濃度が最高となるようにイオ
ン注入の加速エネルギ或いはイオン注入される面上に形
成された絶縁層の厚さなどを制御して最適化することが
行われたり、或いは、電極・配線を形成した後にイオン
注入することが行われている。
第17図乃至第24図は従来技術を解説する為の工程要所
に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、以下、こ
れ等の図を参照しつつ説明する。
第17図参照 (1) 例えば窒化シリコン(Si3N4)層などを耐酸化
性マスクとする選択的熱酸化法を適用することに依り、
p型シリコン半導体基板1に厚さ例えば6000〔Å〕程度
の二酸化シリコン(SiO2)からなるフィールド絶縁層2
を成長させる。
(2) 耐酸化性マスクとして用いた窒化シリコン層を
除去してp型シリコン半導体基板1の一部を表出させ
る。
第18図参照 (3) 熱酸化法を適用することに依り、前記表出され
たp型シリコン半導体基板1上に厚さ例えば200〔Å〕
程度の二酸化シリコンからなる絶縁層3を成長させる。
尚、この際、フィールド絶縁層2も極僅か厚くなる。
第19図参照 (4) イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量
を例えば4×1015〔cm-2〕、加速エネルギを例えば70
〔KeV〕としてAsイオンの打ち込みを行う。
第20図参照 (5) 窒素雰囲気中に於いて、温度を例えば1000
〔℃〕、時間を例えば10〔分〕として前記打ち込まれた
Asイオンを活性化する為の熱処理を行い、動作可能なn+
型不純物拡散領域4を生成させる。
第21図参照 (6) 化学気相成長(chemical vapor deposition:CV
D)法を適用することに依り、厚さ例えば2500〔Å〕程
度の二酸化シリコンからなる層間絶縁層5を形成する。
(7) 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、層間絶縁層5並びに絶縁層3の選択的エッチ
ングを行い、電極コンタクト窓3Aを形成する。
第22図参照 (8) CVD法を適用することに依り、厚さ例えば2000
〔Å〕程度のWSiXからなる電極・配線層を形成する。
第23図参照 (9) 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、前記電極・配線層のパターニングを行い電極
・配線6とする。
第24図参照 (10) CVD法を適用することに依り、厚さ例えば1000
〔Å〕程度の二酸化シリコンからなる保護層7を形成す
る。
(11) 電極・配線6とn+型不純物拡散領域4との間の
オーミック・コンタクトを低抵抗化する為、温度を例え
ば950〔℃〕、時間を例えば20〔分〕とする熱処理を行
う。
第25図及び第26図は本発明を実現するに際して行なっ
た実験で得られた従来技術を解説する為の工程要所に於
ける半導体装置の要部切断側面図を表し、以下、これ等
の図を参照しつつ説明する。尚、第17図乃至第24図に於
いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意
味を持つものとし、また、電極・配線層を形成する迄の
工程は第17図乃至第24図について説明した従来例と同様
であるから省略し、その次の段階から説明する。
第25図参照 (1) イオン注入法を適用することに依り、既に形成
された電極・配線層の上からドーズ量を例えば4×1015
〔cm-2〕、加速エネルギを例えば70〔KeV〕としてAsイ
オンの打ち込みを行う。尚、この場合の不純物イオンと
しては、n+型不純物拡散領域4を構成する不純物と同じ
ものを選択すれば良い。
第26図参照 (2) 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、前記電極・配線層のパターニングを行い電極
・配線6とする。
(3) CVD法を適用することに依り、厚さ例えば1000
〔Å〕程度の二酸化シリコンからなる保護層7を形成す
る。
(4) 電極・配線6とn+型不純物拡散領域4とのオー
ミック・コンタクトを低抵抗化する為、並びに、工程
(1)でイオン注入したAsを活性化する為、温度を例え
ば950〔℃〕、時間を例えば20〔分〕とする熱処理を行
う。
〔発明が解決しようとする課題〕
第17図乃至第18図について説明した従来例のようにし
て製造された半導体装置に於いては、絶縁層3の厚さ、
Asイオンを注入さる際の加速エネルギなどを最適化する
ことでn+型不純物拡散領域4と電極・配線6との界面に
於ける不純物濃度が最も高くなっていて、良好なオーミ
ック・コンタクトが得られているとされている。
ところが、工程(4)に於けるイオン注入でAsを導入
された絶縁層3は工程(7)に於ける電極コンタクト窓
3Aの形成時に肝心な部分が除去されてしまう。従って、
工程(8)及び(9)でn+型不純物拡散領域4にコンタ
クトする電極・配線6を形成し、工程(11)でオーミッ
ク・コンタクトを低抵抗化する為の熱処理を行った場
合、n+型不純物拡散領域4からAsが電極・配線6中に再
拡散され、コンタクト抵抗は却って増加する。
また、第25図及び第26図について説明した従来例のよ
うにして製造された半導体装置に於いても、電極・配線
層の上から注入するAsイオンの加速エネルギを最適化す
ることでn+型不純物拡散領域4と電極・配線6との界面
に於ける不純物濃度が高くなって良好なオーミック・コ
ンタクトが得られているとされている。
然しながら、このようにすると、電極・配線6の層質
が劣化して抵抗値が増加する。
本発明は、電極・配線と不純物拡散領域とのコンタク
ト抵抗や電極・配線そのものの層質が劣化することなく
抵抗値が充分に低い半導体装置が得られるようにする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図乃至第6図は本発明の原理を解説する為の半導
体装置の要部切断側面図を表し、以下、これ等の図を参
照しつつ説明する。尚、第17図乃至第26図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。
第1図参照 (1) 図は絶縁層3及び層間絶縁層5の選択的エッチ
ングを行って開口3Aを形成した状態を表しているが、こ
れは第21図に表されている状態と同じであり、これ以前
の工程は従来技術に依る場合と変わりない。
第2図参照 (2) 厚さが約100〔Å〕乃至1000〔Å〕程度の薄い
電極・配線層8を形成する。
第3図参照 (3) 薄い電極・配線層8の上からAsイオンの注入を
行う。
第4図参照 (4) 電極・配線層8と同種の電極・配線層6を積層
するように形成する。
第5図参照 (5) 電極・配線層8並びに電極・配線層6のパター
ニングを行って電極・配線8′並びに6′とする。
第6図参照 (6) 保護膜7を形成してから電極・配線8′及び
6′とn+型不純物拡散領域4とのオーミック・コンタク
トを低抵抗化する為、及び、工程(3)でイオン注入し
たAsを活性化する為の熱処理を行う。
前記工程に於いて、電極・配線層8の厚さ並びにイオ
ン注入に於ける加速エネルギを適切に選択すると電極・
配線8′とn+型不純物拡散領域4との界面に於ける不純
物濃度を最高にすることができる。
このようなことから、本発明に依る半導体装置の製造
方法に於いては、半導体基板(例えばp型シリコン半導
体基板1)に不純物(例えばAs)を導入して不純物拡散
領域(例えばn+型不純物拡散領域4)を形成してから絶
縁層(例えば絶縁層5)を形成する工程と、次いで、該
不純物拡散領域に対向する該絶縁層(例えば絶縁層5及
び3)に電極コンタクト窓(例えば電極コンタクト窓3
A)を形成する工程と、次いで、該電極コンタクト窓を
含めた全面にイオン注入するのに必要な厚さに制御され
た電極・配線層(例えば電極・配線層8)を形成する工
程と、次いで、該電極・配線層と前記半導体基板との界
面に於ける不純物濃度が充分に高くなるよう該電極・配
線層の厚さに対応して制御された加速エネルギをもって
不純物イオンを打ち込む工程と、次いで、前記電極・配
線層よりも厚い電極・配線層(例えば電極・配線層6)
を形成して積層する工程とが含まれてなるよう構成す
る。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、薄い電極・配線と不純物
拡散領域との界面に於ける不純物濃度は充分に高い状態
に維持されるからオーミック・コンタクトは良好であ
り、しかも、その薄い電極・配線は不純物を高い濃度で
含有しているので、オーミック・コンタクトの低抵抗化
や打ち込まれた不純物イオンを活性化する為の熱処理を
行っても前記不純物拡散領域からの不純物が前記薄い電
極・配線に再拡散することは殆どなく、従って、その薄
い電極・配線に積層されている厚い電極・配線に前記不
純物拡散領域からの不純物が再拡散されことは有効に阻
止され、また、その厚い電極・配線には不純物イオンが
打ち込まれていないことから、層質の劣化は全く発生せ
ず、それ自体の抵抗値は低い状態に維持されている。
〔実施例〕
第7図乃至第16図は本発明一実施例を解説する為の工
程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、第
1図乃至第6図、第17図乃至第26図に於いて用いた記号
と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものと
する。以下、第7図乃至第16図を参照しつつ説明する。
第7図参照 (1) 例えば窒化シリコン層などを耐酸化性マスクと
する選択的熱酸化法を適用することに依り、p型シリコ
ン半導体基板1に厚さ例えば6000〔Å〕程度の二酸化シ
リコンからなるフィールド絶縁層2を成長させる。
(2) 耐酸化性マスクとして用いた窒化シリコン層を
除去してp型シリコン半導体基板1の一部を表出させ
る。
第8図参照 (3) 熱酸化法を適用することに依り、前記表出され
たp型シリコン半導体基板1上に厚さ例えば200〔Å〕
程度の二酸化シリコンからなる絶縁層3を成長させる。
第9図参照 (4) イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量
を例えば4×1015〔cm-2〕、加速エネルギを例えば70
〔KeV〕としてAsイオンの打ち込みを行う。
第10図参照 (5) 窒素雰囲気中に於いて、温度を例えば950
〔℃〕、時間を例えば20〔分〕として前記打ち込まれた
Asイオンを活性化する為の熱処理を行い、動作可能なn+
型不純物拡散領域4を生成させる。
第11図参照 (6) CVD法を適用することに依り、厚さ例えば2500
〔Å〕程度の二酸化シリコンからなる層間絶縁層5を形
成する。
(7) 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、層間絶縁層5並びに絶縁層3の選択的エッチ
ングを行い、電極コンタクト窓3Aを形成する。
第12図参照 (8) スパッタリング法を適用することに依り、厚さ
例えば200〔Å〕程度のWSiXからなる電極・配線層8を
形成する。
第13図参照 (9) イオン注入法を適用することに依り、ドーズ量
を例えば4×1015〔cm-2〕、加速エネルギを例えば70
〔KeV〕としてAsイオンの打ち込みを行う。
第14図参照 (10) スパッタリング法を適用することに依り、厚さ
例えば2000〔Å〕程度のWSiXからなる電極・配線層6を
形成する。
第15図参照 (11) 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、前記電極・配線層6並びに8のパターニング
を行い電極・配線6′並びに8′とする。
第16図参照 (12) CVD法を適用することに依り、厚さ例えば2000
〔Å〕程度の二酸化シリコンからなる保護層7を形成す
る。
(13) 電極・配線8′とn+型不純物拡散領域4とのオ
ーミック・コンタクトを低抵抗化する為、温度を例えば
950〔℃〕、時間を例えば10〔秒〕とする所謂ラピッド
・サーマル・アニール(rapid thermal anneal;RTA)で
熱処理を行う。
このようにして製造した半導体装置に於ける電極・配
線8′とn+型不純物拡散領域4との界面に於ける不純物
濃度は1×1021〔cm-3〕を維持していた。また、当然の
ことながら、電極・配線6′には層質の劣化が発生する
ことはない。
本発明に於いては、前記実施例に限られず、多くの改
変を加えることができ、例えば、電極・配線をWSiXを他
の金属シリサイドや金属そのものに代替したり、また、
層厚を約100〔Å〕乃至1000〔Å〕程度の範囲で適宜に
選択したり、注入イオンをB+、BF2 +、P+に代替するなど
は任意である。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、半導
体基板上の絶縁層に電極コンタクト窓を形成し、該電極
コンタクト窓を含めた全面にイオン注入するのに必要な
厚さに制御された電極・配線層を形成し、該電極・配線
層と前記半導体基板との界面に於ける不純物濃度が充分
に高くなるよう該電極・配線層の厚さに対応して制御さ
れた加速エネルギをもって不純物イオンを打ち込み、前
記電極・配線層よりも厚い電極・配線層を形成して積層
するようにしている。
前記構成を採ることに依り、薄い電極・配線と不純物
拡散領域との界面に於ける不純物濃度は充分に高い状態
に維持されるからオーミック・コンタクトは良好であ
り、しかも、その薄い電極・配線は高濃度の不純物を含
有しているので、オーミック・コンタクトの低抵抗化や
打ち込まれた不純物イオンを活性化する為の熱処理を行
っても前記不純物拡散領域からの不純物が前記薄い電極
・配線に再拡散することは殆どなく、従って、その薄い
電極・配線に積層されている厚い電極・配線に前記不純
物拡散領域からの不純物が再拡散されることは有効に阻
止され、また、その厚い電極・配線には不純物イオンが
打ち込まれていないことから、層質の劣化は全く発生せ
ず、それ自体の抵抗値は低い状態に維持されている。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第6図は本発明の原理を説明する為の工程要
所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第7図乃至第
16図は本発明実施例を説明する為の工程要所に於ける半
導体装置の要部切断側面図、第17図乃至第24図は従来例
を説明する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断
側面図、第25図及び第26図は本発明を実現するに際して
行なった実験で得られた従来技術を解説する為の工程要
所に於ける半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表し
ている。 図に於いて、1はp型シリコン半導体基板、2はフィー
ルド絶縁層、3は絶縁層、3Aは電極コンタクト窓、4は
n+型不純物拡散領域、5は層間絶縁層、6は厚い電極・
配線層、6′は厚い電極・配線、7は保護層、8は薄い
電極・配線層、8′は薄い電極・配線をそれぞれ示して
いる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板に不純物を導入して不純物拡散
    領域を形成してから絶縁層を形成する工程と、 次いで、該不純物拡散領域に対向する該絶縁層に電極コ
    ンタクト窓を形成する工程と、 次いで、該電極コンタクト窓を含めた全面にイオン注入
    するのに必要な厚さに制御された電極・配線層を形成す
    る工程と、 次いで、該電極・配線層と前記半導体基板との界面に於
    ける不純物濃度が充分に高くなるよう該電極・配線層の
    厚さに対応して制御された加速エネルギをもって不純物
    イオンを打ち込む工程と、 次いで、前記電極・配線層よりも厚い電極・配線層を形
    成して積層する工程とが含まれてなることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
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