JPH03292729A - スパッタリングターゲットおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
スパッタリングターゲットおよび半導体装置の製造方法Info
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- JPH03292729A JPH03292729A JP9573290A JP9573290A JPH03292729A JP H03292729 A JPH03292729 A JP H03292729A JP 9573290 A JP9573290 A JP 9573290A JP 9573290 A JP9573290 A JP 9573290A JP H03292729 A JPH03292729 A JP H03292729A
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Landscapes
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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。
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に際し 特にシリサイド化接
合、シリサイド層を有した電極 配線部に用いる金属硅
化物を形成する為のスパッタリングターゲット、及びそ
の半導体製造プロセスへの適用に関するものであム 従来の技術 半導体集積回路の高密度化にともなって構成要素である
MOS)ランジスタも縮小化される力(かかる装置にお
いては深さ方向の縮小化も実施しなくては正常なトラン
ジスタ動作を維持することはできなl、% また 横
方向の縮小化にともない平坦化を容易にする為に配線の
厚さも薄くする必要がある。以上の問題を解決するム
最近注目されているのがシリコン基板、多結晶シリコン
層における高濃度不純物拡散層より低抵抗な高融点金属
シリサイド層を用いて接合、電極を形成する方法である
。例えEMOSトランジスタのソー人ドレイン領域に自
己整合的にシリサイド化接合層を形成する従来の技術(
シリサイド化接合法)としては アイ、イー、イー、−
イー、 トランザクションオブエレクトロンデバイスイ
ズED−31(1984年)1329頁から1334頁
(IE’ 、 Trans、 Electron(De
vices、 ED−31(1984)pp1329〜
1334)に示されていも第4図に従来のシリサイド化
接合部の構造の概略を説明すも 第4図に示すようにシ
リコン基板51に自己整合的に形成されたチタンシリサ
イド層52力交 絶対M53の選択的開口部34を介し
て、導体配線55と高濃度不純物拡散層(n”又はp゛
層)56との間に位置したシリサイド化接合構造となっ
ていも 以上の従来のシリサイド化接合構造においては
チタンシリサイド層52の存在により、高濃度不純物拡
散層56の面抵抗の低抵抗化が実現されている。
合、シリサイド層を有した電極 配線部に用いる金属硅
化物を形成する為のスパッタリングターゲット、及びそ
の半導体製造プロセスへの適用に関するものであム 従来の技術 半導体集積回路の高密度化にともなって構成要素である
MOS)ランジスタも縮小化される力(かかる装置にお
いては深さ方向の縮小化も実施しなくては正常なトラン
ジスタ動作を維持することはできなl、% また 横
方向の縮小化にともない平坦化を容易にする為に配線の
厚さも薄くする必要がある。以上の問題を解決するム
最近注目されているのがシリコン基板、多結晶シリコン
層における高濃度不純物拡散層より低抵抗な高融点金属
シリサイド層を用いて接合、電極を形成する方法である
。例えEMOSトランジスタのソー人ドレイン領域に自
己整合的にシリサイド化接合層を形成する従来の技術(
シリサイド化接合法)としては アイ、イー、イー、−
イー、 トランザクションオブエレクトロンデバイスイ
ズED−31(1984年)1329頁から1334頁
(IE’ 、 Trans、 Electron(De
vices、 ED−31(1984)pp1329〜
1334)に示されていも第4図に従来のシリサイド化
接合部の構造の概略を説明すも 第4図に示すようにシ
リコン基板51に自己整合的に形成されたチタンシリサ
イド層52力交 絶対M53の選択的開口部34を介し
て、導体配線55と高濃度不純物拡散層(n”又はp゛
層)56との間に位置したシリサイド化接合構造となっ
ていも 以上の従来のシリサイド化接合構造においては
チタンシリサイド層52の存在により、高濃度不純物拡
散層56の面抵抗の低抵抗化が実現されている。
発明が解決しようとする課題
しかしなが収 現在のところ自己整合的チタンシリサイ
ド膜形成特番へ イオン注入による界面ミキシングを
行うことにより膜厚の均一な良好な膜質から得られてL
後の比較的高温・長時間の熱処理(900℃以1 3
0分間以上)の際にチタンシリサイドが凝集することに
よって表面荒れや亀裂力(生ム シリサイドの亀裂部で
はシリコン基板が露出するという問題があった この様
子を第5図を用いて説明すも 第5図(a)に示すよう
にシリコン基板61上に形成されたチタンシリサイド層
は90〇−30分間の熱処理を施されることにより凝集
し 第5図(b)に示すように島状シリサイド層63に
変形し島状シリサイド層63の間に高抵抗層のシリコン
基板61が露出した状態となム この高温熱処理は集積
回路プロセスではチタンシリサイド膜形成後へ例えば注
入不純物の活性化や層間絶縁膜の平坦化リフローの為の
熱処理で必要であも このような問題点については実験
結果としてジャーナルオブアプライドフィジクス(19
86年)243頁から245頁(JAP(1986)p
p243〜245)にも示されていも この問題点は形
状の劣化のみならず、電気的にはシート抵抗の増大 接
合リークの増大を引き起こし シリサイド化接合の有効
性を失うこととなa 本発明はかかる点に鑑ヘ シリサ
イド接合形成後の熱処理によってL シリサイド層の表
面荒れ 亀裂が生じず、電気特性の劣化のない高耐熱性
シリサイド層を形成することができるスパッタリングタ
ーゲットおよび半導体装置の製造方法を提供することを
目的とすa 課題を解決するための手段 本発明は金属元素との化合物の融点力(当該金属元素の
硅化物の融点よりも高い元素を不純物として含有せしめ
た当該金属のスパッタリングターゲットであム また本
発明は上記スパッタリングターゲットを用いて金属膜を
形成する半導体装置の製造方法であム 作用 本発明は熱処理により本スパッタリングターゲットを用
いて形成したシリサイド膜が多結晶膜として成長する際
に 膜中に含有した不純物 例えば炭素や窒素力丈 例
えば金属炭化物や金属窒化物となって膜内の結晶粒界に
析出し これら析出物がシリサイド膜の二次成長(結晶
粒の合体化)を抑制することにより、シリサイド膜の表
面荒れや亀裂を防止することができも 実施例 第1図は本発明の一実施例におけるチタン膜の形成方法
を示す概略図を示す。シリコン基板11上にスパッタ法
により、窒素を含んだチタンスパッタリングターゲット
12(第1図(a))を用いて窒素を不純物として含ん
だチタン薄膜13を形成する(第1図(b))。なお窒
素を含んだチタンスパッタリングターゲット12は例え
ば現在 市場に出ているチタンナイトライドターゲット
の製造工程において窒素の含有量を少なくするだけで、
現有のスパッタリングターゲット形成方法で容易に製造
でき4 次に このスパッタリングターゲットを用いて
形成したチタン薄膜を用いた半導体装置におけるチタン
シリサイド層の形成方法を第2図を用いて説明すも こ
こでは−例としてシリサイド化反応法による形成方法に
ついて説明する。第2図(a)に示すようにシリコン基
板21上に炭煮 あるいは窒素を含んだスパッタリング
ターゲットを用いて炭素あるいは窒素を含んだチタン薄
膜22を形成する。例えば0.1%の窒素を含んだスパ
ッタリングターゲットを用(\ アルゴンガスを用いて
スパッタリング蒸着した場合 0.1%の窒素を含んだ
チタン薄膜を形成できる。又 同様に・1%の窒素を含
んだチタンターゲットを用いた場合1%の窒素を含んだ
チタン薄膜を形成できも 以上の手法で微量の炭素ある
いは窒素を含んだチタン薄膜22を形成した也 シリサ
イド化温度以五 すなわち600℃以上で例えば窒素ガ
ス中で熱処理を1分間〜60分間行うと第2図(b)に
示すようにシリコン基板21上に微量の炭素あるいは窒
素力交 結晶粒界23に炭素あるいは炭化チタンあるい
は窒化チタンが析出したチタンシリサイド層24が形成
できる。本方法により形成されたチタンシリサイド膜を
不活性ガス中で900t、 60分間熱処理を行って
も第2図(c)に示すようにチタンシリサイド層24の
2次成長(結晶粒24aの合体)は結晶粒界23に析出
した炭素、窒化チタン、炭化チタンなどの析出層(第1
図(b)参照)によって抑制され シリサイド層24の
変形は起こらず表面もフオロジーも平滑であつ九 この
2次成長の抑制は粒界23に析出した層の融点が高い為
(窒化チタン2930℃、炭化チタン3140℃、炭素
3510℃)チタンシリサイド層24の2次成長が起こ
る900℃程度の熱処理において耘 前記各層は2次成
長を起こさず安定であることによム 一般に2次成長が
起こる温度は融点の〜0.6倍であると言われていも
次に実際のデータに関して、本発明の詳細な説明すも
実用的な半導体プロセスに用いる熱処理温度よりも高温
である1100℃までの温度で、窒素を含まないチタン
と窒素を0.05%含んだチタンをシリコン基板上に厚
さ35r+m形成した試料をアルゴンガス雰囲気中で熱
処理し シート抵抗を測定した結果を表1に示す。
ド膜形成特番へ イオン注入による界面ミキシングを
行うことにより膜厚の均一な良好な膜質から得られてL
後の比較的高温・長時間の熱処理(900℃以1 3
0分間以上)の際にチタンシリサイドが凝集することに
よって表面荒れや亀裂力(生ム シリサイドの亀裂部で
はシリコン基板が露出するという問題があった この様
子を第5図を用いて説明すも 第5図(a)に示すよう
にシリコン基板61上に形成されたチタンシリサイド層
は90〇−30分間の熱処理を施されることにより凝集
し 第5図(b)に示すように島状シリサイド層63に
変形し島状シリサイド層63の間に高抵抗層のシリコン
基板61が露出した状態となム この高温熱処理は集積
回路プロセスではチタンシリサイド膜形成後へ例えば注
入不純物の活性化や層間絶縁膜の平坦化リフローの為の
熱処理で必要であも このような問題点については実験
結果としてジャーナルオブアプライドフィジクス(19
86年)243頁から245頁(JAP(1986)p
p243〜245)にも示されていも この問題点は形
状の劣化のみならず、電気的にはシート抵抗の増大 接
合リークの増大を引き起こし シリサイド化接合の有効
性を失うこととなa 本発明はかかる点に鑑ヘ シリサ
イド接合形成後の熱処理によってL シリサイド層の表
面荒れ 亀裂が生じず、電気特性の劣化のない高耐熱性
シリサイド層を形成することができるスパッタリングタ
ーゲットおよび半導体装置の製造方法を提供することを
目的とすa 課題を解決するための手段 本発明は金属元素との化合物の融点力(当該金属元素の
硅化物の融点よりも高い元素を不純物として含有せしめ
た当該金属のスパッタリングターゲットであム また本
発明は上記スパッタリングターゲットを用いて金属膜を
形成する半導体装置の製造方法であム 作用 本発明は熱処理により本スパッタリングターゲットを用
いて形成したシリサイド膜が多結晶膜として成長する際
に 膜中に含有した不純物 例えば炭素や窒素力丈 例
えば金属炭化物や金属窒化物となって膜内の結晶粒界に
析出し これら析出物がシリサイド膜の二次成長(結晶
粒の合体化)を抑制することにより、シリサイド膜の表
面荒れや亀裂を防止することができも 実施例 第1図は本発明の一実施例におけるチタン膜の形成方法
を示す概略図を示す。シリコン基板11上にスパッタ法
により、窒素を含んだチタンスパッタリングターゲット
12(第1図(a))を用いて窒素を不純物として含ん
だチタン薄膜13を形成する(第1図(b))。なお窒
素を含んだチタンスパッタリングターゲット12は例え
ば現在 市場に出ているチタンナイトライドターゲット
の製造工程において窒素の含有量を少なくするだけで、
現有のスパッタリングターゲット形成方法で容易に製造
でき4 次に このスパッタリングターゲットを用いて
形成したチタン薄膜を用いた半導体装置におけるチタン
シリサイド層の形成方法を第2図を用いて説明すも こ
こでは−例としてシリサイド化反応法による形成方法に
ついて説明する。第2図(a)に示すようにシリコン基
板21上に炭煮 あるいは窒素を含んだスパッタリング
ターゲットを用いて炭素あるいは窒素を含んだチタン薄
膜22を形成する。例えば0.1%の窒素を含んだスパ
ッタリングターゲットを用(\ アルゴンガスを用いて
スパッタリング蒸着した場合 0.1%の窒素を含んだ
チタン薄膜を形成できる。又 同様に・1%の窒素を含
んだチタンターゲットを用いた場合1%の窒素を含んだ
チタン薄膜を形成できも 以上の手法で微量の炭素ある
いは窒素を含んだチタン薄膜22を形成した也 シリサ
イド化温度以五 すなわち600℃以上で例えば窒素ガ
ス中で熱処理を1分間〜60分間行うと第2図(b)に
示すようにシリコン基板21上に微量の炭素あるいは窒
素力交 結晶粒界23に炭素あるいは炭化チタンあるい
は窒化チタンが析出したチタンシリサイド層24が形成
できる。本方法により形成されたチタンシリサイド膜を
不活性ガス中で900t、 60分間熱処理を行って
も第2図(c)に示すようにチタンシリサイド層24の
2次成長(結晶粒24aの合体)は結晶粒界23に析出
した炭素、窒化チタン、炭化チタンなどの析出層(第1
図(b)参照)によって抑制され シリサイド層24の
変形は起こらず表面もフオロジーも平滑であつ九 この
2次成長の抑制は粒界23に析出した層の融点が高い為
(窒化チタン2930℃、炭化チタン3140℃、炭素
3510℃)チタンシリサイド層24の2次成長が起こ
る900℃程度の熱処理において耘 前記各層は2次成
長を起こさず安定であることによム 一般に2次成長が
起こる温度は融点の〜0.6倍であると言われていも
次に実際のデータに関して、本発明の詳細な説明すも
実用的な半導体プロセスに用いる熱処理温度よりも高温
である1100℃までの温度で、窒素を含まないチタン
と窒素を0.05%含んだチタンをシリコン基板上に厚
さ35r+m形成した試料をアルゴンガス雰囲気中で熱
処理し シート抵抗を測定した結果を表1に示す。
(以下余白)
表1
(シン、千4けジ
この結果か収530℃から680℃での熱処理の間にチ
タンはシリコン基板と固相反応しチタンシリサイドとな
り抵抗値が低くなっていも ま?、:、 1100℃
2秒熱処理までは両者にシート抵抗値の差は見られない
力t 1100℃20秒熱処理後で(よ 窒素を含有
した試料ではシート抵抗は2.5Ω/口と1100℃2
秒までの熱処理後と大差は見られない力丈 窒素を含有
しない試料では1100℃20秒熱処理後62Ω/口と
なり30倍以上の高シート抵抗となっ通 このシート抵
抗の相違はチタンシリサイド膜の表面モフオロジーの相
違に起因している。1100℃20秒熱処理後の両試料
の平面TEM特性図を第3図に示す。
タンはシリコン基板と固相反応しチタンシリサイドとな
り抵抗値が低くなっていも ま?、:、 1100℃
2秒熱処理までは両者にシート抵抗値の差は見られない
力t 1100℃20秒熱処理後で(よ 窒素を含有
した試料ではシート抵抗は2.5Ω/口と1100℃2
秒までの熱処理後と大差は見られない力丈 窒素を含有
しない試料では1100℃20秒熱処理後62Ω/口と
なり30倍以上の高シート抵抗となっ通 このシート抵
抗の相違はチタンシリサイド膜の表面モフオロジーの相
違に起因している。1100℃20秒熱処理後の両試料
の平面TEM特性図を第3図に示す。
第3図(a)は窒素を含有しない試銖 第3図(b)は
窒素を含有した試料に対応しており、第3図(a)では
チタンシリサイド(TiSI2)が凝集し島状シリサイ
ド層(図中、黒い部分)となりシリコン基板(図中、白
い部分)が露出してい4 −X 第3図(b)では同
図(a)のような凝集及びシリコン基板の露出は見られ
ず全面がチタンシリサイド(TiSb )でおおわれ
表面モフォロジーも平滑であるという結果を得ていム
な耘 本構造の実施例では金属の硅化物をチタンシリサ
イドとした力丈 他の材粧例えばタングステンシリサイ
ド、コノくルトシリサイド、ニッケルシリサイドなどの
場合でも全く同様であム また 不純物の含有量として
は形成されたシリサイド膜の抵抗値を低く、安定化させ
る為に過度の含有は不適であり、10−2%から10−
1%までは適切な量であつ九 シリサイド膜の下地基板
はシリコン材料を用いて説明した力丈 シリコン酸化膜
やシリコン窒化膜など他の材料でも良しも更に この高
耐熱性シリサイド膜をMOS)ランジスタにおけるゲー
ト電機 シリサイド化接合層の構成要素として用いたと
こへ900℃30分間の熱処理後も良好な電気特恒 例
えば前者ではゲート酸化膜耐圧9 MV/cm以上 後
者では接合リーク電流0、5nA/cm2以下の値を得
た また シリサイド膜の形成方法として前記実施例に
おいては金属とシリコンとのシリサイド化反応を利用し
た力丈 堆積時に直籠 不純物を含有せしめたシリサイ
ドターゲットを用いてシリサイド膜を形成しても同様な
結果が得られることは言うまでもなII〜発明の詳細 な説明したよう艮 本発明によれば 粒界に高融点の析
出層を形成することにより、シリサイド層の高温熱処理
中の結晶粒の2次成長を抑制することが可能であり、し
たがってシリサイド層形成後の高温熱処理に伴うシリサ
イド層の形状の劣化を防ぎ、電気特性の優れた電極形成
が可能であり、その実用的効果は太き(〜
窒素を含有した試料に対応しており、第3図(a)では
チタンシリサイド(TiSI2)が凝集し島状シリサイ
ド層(図中、黒い部分)となりシリコン基板(図中、白
い部分)が露出してい4 −X 第3図(b)では同
図(a)のような凝集及びシリコン基板の露出は見られ
ず全面がチタンシリサイド(TiSb )でおおわれ
表面モフォロジーも平滑であるという結果を得ていム
な耘 本構造の実施例では金属の硅化物をチタンシリサ
イドとした力丈 他の材粧例えばタングステンシリサイ
ド、コノくルトシリサイド、ニッケルシリサイドなどの
場合でも全く同様であム また 不純物の含有量として
は形成されたシリサイド膜の抵抗値を低く、安定化させ
る為に過度の含有は不適であり、10−2%から10−
1%までは適切な量であつ九 シリサイド膜の下地基板
はシリコン材料を用いて説明した力丈 シリコン酸化膜
やシリコン窒化膜など他の材料でも良しも更に この高
耐熱性シリサイド膜をMOS)ランジスタにおけるゲー
ト電機 シリサイド化接合層の構成要素として用いたと
こへ900℃30分間の熱処理後も良好な電気特恒 例
えば前者ではゲート酸化膜耐圧9 MV/cm以上 後
者では接合リーク電流0、5nA/cm2以下の値を得
た また シリサイド膜の形成方法として前記実施例に
おいては金属とシリコンとのシリサイド化反応を利用し
た力丈 堆積時に直籠 不純物を含有せしめたシリサイ
ドターゲットを用いてシリサイド膜を形成しても同様な
結果が得られることは言うまでもなII〜発明の詳細 な説明したよう艮 本発明によれば 粒界に高融点の析
出層を形成することにより、シリサイド層の高温熱処理
中の結晶粒の2次成長を抑制することが可能であり、し
たがってシリサイド層形成後の高温熱処理に伴うシリサ
イド層の形状の劣化を防ぎ、電気特性の優れた電極形成
が可能であり、その実用的効果は太き(〜
第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例におけるチ
タン薄膜の形成概略医 第2図(a)〜(c)は本シリ
サイド膜の製造方法の一実施例の断面構造図 第3図(
a)、 (b)は1100℃、20秒熱処理後のチタン
シリサイド膜の平面TEM特性医 第4図はシリサイド
化接合の概略医 第5図(a)、 (b)は従来のシリ
サイド膜の熱処理による劣化の様子を示した概念構造図
であム 11・・・・シリコン基数12・・・・窒素を含んだチ
タンスパッタリングターゲット、13・・・・窒素を含
んだチタン薄WL23・・・・粒界 24・・・・チタ
ンシリサイド層。
タン薄膜の形成概略医 第2図(a)〜(c)は本シリ
サイド膜の製造方法の一実施例の断面構造図 第3図(
a)、 (b)は1100℃、20秒熱処理後のチタン
シリサイド膜の平面TEM特性医 第4図はシリサイド
化接合の概略医 第5図(a)、 (b)は従来のシリ
サイド膜の熱処理による劣化の様子を示した概念構造図
であム 11・・・・シリコン基数12・・・・窒素を含んだチ
タンスパッタリングターゲット、13・・・・窒素を含
んだチタン薄WL23・・・・粒界 24・・・・チタ
ンシリサイド層。
Claims (2)
- (1)金属元素との化合物の融点を前記金属元素の硅化
物の融点より高くする元素0.01%から1%含有する
ことを特徴とするスパッタリングターゲット。 - (2)金属膜を形成するにあたり、前記金属元素との化
合物の融点を前記金属元素の硅化物の融点よりも高くす
る元素を含有した金属スパッタリングターゲットを用い
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9573290A JPH03292729A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | スパッタリングターゲットおよび半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9573290A JPH03292729A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | スパッタリングターゲットおよび半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03292729A true JPH03292729A (ja) | 1991-12-24 |
Family
ID=14145649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9573290A Pending JPH03292729A (ja) | 1990-04-10 | 1990-04-10 | スパッタリングターゲットおよび半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03292729A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5449631A (en) * | 1994-07-29 | 1995-09-12 | International Business Machines Corporation | Prevention of agglomeration and inversion in a semiconductor salicide process |
US5518958A (en) * | 1994-07-29 | 1996-05-21 | International Business Machines Corporation | Prevention of agglomeration and inversion in a semiconductor polycide process |
WO1997012391A1 (en) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Intel Corporation | Improved interface between titanium and aluminum-alloy in metal stack for integrated circuit |
JP2005340855A (ja) * | 2005-07-22 | 2005-12-08 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-04-10 JP JP9573290A patent/JPH03292729A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5449631A (en) * | 1994-07-29 | 1995-09-12 | International Business Machines Corporation | Prevention of agglomeration and inversion in a semiconductor salicide process |
US5518958A (en) * | 1994-07-29 | 1996-05-21 | International Business Machines Corporation | Prevention of agglomeration and inversion in a semiconductor polycide process |
WO1997012391A1 (en) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Intel Corporation | Improved interface between titanium and aluminum-alloy in metal stack for integrated circuit |
US5747879A (en) * | 1995-09-29 | 1998-05-05 | Intel Corporation | Interface between titanium and aluminum-alloy in metal stack for integrated circuit |
JP2005340855A (ja) * | 2005-07-22 | 2005-12-08 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP4711766B2 (ja) * | 2005-07-22 | 2011-06-29 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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