JPS586125A - 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】 本発明は金属シリサイドとシリコン基板との接触を有す
る半導体装置の製造方法に関するものである。

金属シリサイドとシリコン基板との接触は導電接触やシ
１ットキ障１１接触として半導体装置において広く用い
られている。従来、金属シリサイドとシリコン基板との
接触を所定の開口部において形成する方法としては、次
の３つの方法が知られている。

＠１の方法は、第１図（匍に示した様に、シリコン基板
ｌｌ　　上に形成した絶縁膜１２　　Ｋ開口１３　　を
設けた恢、全面に金属薄膜１４　　を被着せしめ、ｊ！
に適切な条件ア熱処理を施すことにより開口部１３にお
いて金属とシリコンとを反応せしめて、第１図（ｂ）に
示した如く、開口部１３　　にのみ金属シリサイド層１
５　　を形成する。次に１金゛属シリチイドはエツチン
グせず絶縁膜上に被着された未反応の金（２）−３ 綱膜のみをエツチングする適切なエツチング液を用いて
未反応金属膜４４′を除去することにより、第１図ＩＣ
）の如く開口部１３　　に自己整合的に金属シリサイド
層を形成する、ことを特徴としたもめである。しかしこ
の第１の方法においては、多くの金属に対して金属膜と
シリコン基板表面との反応により著しい体積変化やスト
レスの発生が生じ電気的特性の劣化を招く欠点があった
。この様な問題点は、厚い金属膜の場合、即ちシリサイ
ド形成における反応量が多い場合に特に顕著となる。

第２の方法は、第２図（ａ）Ｋ示す如く、前記第１の方
法における金ｊｓ膜の代りにある特定の金属に対する金
属シリサイド相中最もシリコン原子Ｉｋ度の高いもの（
例えＣ本モリブデンに軸してはＭｏＳ輸白金に対しては
１ｔｓｉなどが好例である。以下簡単のために高シリコ
ン濃度金属シリサイドと呼→を被着せしめ、その後第２
図（ｂ）の如く、ホトエツチング法を用いて開口を含む
領斌を残して他の部分をエツチング除去することにより
、金属シリサイドパターン部　を形成する方法である。

ここに第２図（ａ）　において２１はシリコン基板を、
また４は酸化シリコン膜を示す。この第２の方法におい
ては、金属シリサイドはもはやシリコンと反応しない安
定な組成のもの、即ち高シリコン＃度シリサイドか用い
られるので、前記第１の方法ＯＩＭＫシリコン基板との
反応に起因する間−は生じない。

しかし、この第２の方法で用いられる安定組成の＾シリ
コンミｍ金属シリサイドは、もはやシリコンと反応しな
いため電気的％性は金属シリサイドとシリコン基板との
間の界面の性質に著しく影響され再玩性が乏しいという
問題がある上、自己整合的に形成することが鰺しいこと
も大きな欠点である。

第３の方法は第２の方法の変形で、第２図（旬における
＾シリコン劇度金栖シリサイドｍ別を最初から＾シリコ
ンミｍ金属シリサイドの単一膜として被着せしめるので
はなく、金属とシリコン族からなりかつ熱処理による反
応後に高シリコン濃度金属シリサイドが形成される様に
金属とシリコンとの総量比を決めた多層膜として被着せ
しめた後、熱処理により所望の安定な高シリコン＃ＩＩ
ＷＩＬ金属シリサイドを全面にわたって形成するととｋ
より第２図（ａ）の構造を得る方法であるが、この第３
の方法は、金Ｓ膜とシリコン躾を多層状に被着せしめる
ため工程が複雑になりかつ自己整合的に形成できないと
いう欠点も解消できない。

なお、上記３つの方法いずれに対しても、第３図（ａ）
に示した如くシリコン基板３１上の絶縁＄３２に開口を
設ける際に用いるレジスト膜３３を残しておいてその上
に金属膜や合金［３４を形成した後、該ホトレジスト膜
おを溶解除去しその際にホトレジスト膜３３　上の金Ｉ
ＭＭや合金膜部　も除去されることを利用して第３図（
ｂ）に示した如く開口部゛にのみ選択的に金Ｉｉ４膜や
合金膜部を残飯せしめる方法、いわゆるリフトオフ法も
適用可能である。

しかしリフトオフ法の場合には、耐熱性に劣るレジス）
１−用いでいるので金ＪＩＩＩ農や合金膜を被着せしめ
る際に基板加熱を充分に行えず、従って界面特性の劣化
を引起したり、ホトレジスト中の有機ガスによる汚染が
先しるといった問題かあった。、（５） 本発明は、上記従来の方法における問題点を看しく改善
した金属シリサイド電極を有する半導体装置の製造方法
に関するものである。

本発明による方法は、シリコン基板の−１面上に絶縁膜
を形成し、該絶縁膜に開口を設けて所定部分のシリコン
基板表面を露出せしめた後に、金属原子＃度が５０９ｂ
を超える金属とシリコンとからなる金ｌｌ４Ｍ７４、も
しくは該組成の合金膜を形成するための金属ドとシリコ
ン昶とからなる多層膜、を被着し、その後熱処理を行う
仁とにより開口部において前記合金膜もしくは多層膜と
前記シリコン基板とを反応せしめて該開口部にシリコン
−ｒが恥チ以上の金属シリサイドを形成し、更に絶縁膜
上に直接被崩せしめもしくは前記熱処理により形成され
た金属原子良度が５０１を超える金属とシリコンとから
なる合金膜を選択的にエツチング除去することにより、
開口部にのみシリコン原子鎖度が団チ以上の金属シリサ
イド層を残置せしめる、ことを特徴とするものである。

　　　　　　゛本発明の方法によれば、高シリコン鎖度
の安定な（６）。

金属シリサイド層を開口部に自己整合的に形成すること
ができるだけでなく、開口部において、金属成分の多い
金属とシリコンとからなる合金膜あるいは金属とシリコ
ンとの多層膜、とシリコ・ン基板との適度な反応が生じ
るので（高シリコン濃度の安定な金属シリサイド相が形
成されるまで）界面特性も良好なものが形成される。

次に本発明による方法をｎチャンネル、エンハーンスメ
ント／デプリーシーン（を９構成の埴凋インバータ回路
の製造に応用した例を図を用いて詳細に説明する。以下
説明の簡単のために１ゲート電極がソース電極に接続さ
れたデプリーシ翳ンＷＩト’ｆｆの部分についてのみ述
べる。公知の熱酸化法、ホトエツチング法およびイオン
注入法を用いて第４図＋ａ）　Ｋ示された様に、ｐ型シ
リコン基板４１　　の−主面上に形成されたゲート酸化
膜４２に設けられた開口４３　　と、該開口４３　　を
通じてヒ　素が高濃度にドープされたｎ＋不純物領埴伺
　を有する構造を形成する。

なお将来デプリーシ１ン１１ｉＦＥＴのチャネルとなる
べき領域には、閾値電圧の制御の為、いわゆるチャネル
ドープと言われる微量のヒ素イオン注入が行われている
が、本実施例の説明においては本質的な意味を持たない
ので記述を省略する。次に第４図（ｂ）に示された様に
Ｍｏｂ、８３なる組成比Ｏモリブデンとシリコンとから
なる合金膜部　を公知あ直流スパッタリング法で被着せ
しめ、次いで（５）で窒素ガス中での熱処理を施すこと
により、第４図（Ｃ）に示され°た様に開口部において
前記合金膜４５とｎ＋　領域祠　のシリコンとを反応せ
しめＭｏＳ輸なる安定なモリブデンシリサイド層４６　
　を形成舎しめる。この際ゲート酸化膜々上の合金［４
５’にはシリコンの供給が無いため組成はＭｏ、８ｉの
ま＼である（数時間にも及び長時間の熱処理を行った場
合には開ロ部ド形成されたＭｏ８一層を通じてｎ＋領領
域らシリコン原子の供給（拡散）が生じＭｏ８ｉｓの領
域がゲート酸化膜成上へもせり出して来るので、その様
な条件は避けねばならない）。

次に熱リン酸液中に浸漬するとＭｏ、８ｉは熱リン酸゛
ニ浸すレルカＭｏＳ輸は浸されない為、Ｍｏ、８ｉ　１
［４’；■み選択的に除去され、第４図（ｄ）に示され
た様な構造を得る。更に公知のスパッタリング法やホト
エツチング法により第４図（ｅ）に示された様に、モリ
ブデン膜からなりかつ前記Ｍｏ８一層と導電接触を有す
るゲート電極４７　を形成したのち、該ゲート電極をマ
スクとしたいわゆるイオン注入による自己整合ドーピン
グによりｎ＋不純物領斌、即ち、デプリーシ謬ン型ＦＥ
Ｔのソース領域化　とドレイン領域４９　を形成した。

後は、通常のルＴ製造工程と同様に公知の方法で層間絶
縁膜を被着し、アルミニウム配線や導電接触を形成する
ことにより所望のインバータが得られる。

更に本発明の第２の実施例を第５図を用いて説明する。

本実施例は前記第１の実施例におけるｊｉＡｏｍ８ｉ組
成の合金［４５の代りにリンを含んだＭｏ、８ｉ　Ｎを
用い、口“不純物領域形成工程の簡単化を図９たもので
ある。第５図＋ａ）に示された様にｐ型シリコン基板５
１　　の−主面上にゲート酸化膜５２　　ｔ−形成し、
所定の個所に開口５３　　を設け、次にＩＮ５図（ｂ）
に示された様にリンを含んだＮＩｏｓＳｔ組成の膜Ｕ　
及び蜜化シリコン膜謁　を被着せしめる。この際、リン
を含んだｍ−組成の膜部　は、Ｍｏ、８ｉ組成のターゲ
ットを用いたとえばアルゴンとフォスフイン（Ｐ）４）
との混合ガス雰囲気中でのスパッタリングにより形成で
きる。リンの１１１２は約ＩＱ”（＊−”程度でよい。

次に勤℃の窒素ガス中での熱処理を行うことにより第５
図（Ｃ）に示された　　　様に開口部においてｈ／１Ｄ
ｓＳｉ組成膜とシリコン基板との反応が生じてＭｏ８一
層間が形成されると共に、リンを含んだｍ、ｓｉ膜から
リンがシリコン基板中に熱拡散し自己整合的に♂不純物
領域５７　が形成される。窒化シリコン膜聞　は、この
熱処理の際にリンが一８１膜から蒸発するのを防ぐため
のものである。次に熱リン酸液に浸して窒化シリコン膜
聞　及び未反応のＭＤｓｓ＋　Ｈｓ４：　　を選択的に
エツチング除去することにより、第１０実施例における
第４図（ｄＪで示されたものと同じ構造を得ることがで
きるので、それ以後は第１０実施例の場合に従って行え
ばよい。

１記集施においてはいずれもＮｂ８−形成反応は窒素ガ
ス中で行つたが、応用にようて酸化性算囲気中で行って
も本発明による方法は有効に利用できる。それは、シリ
コン基板と接している金属シリサイドの酸化を行った場
合、表面に形成される酸化シリコン膜によって消費され
る金属シリサイド中のシリコンは基板シリコンから補給
され金属シリサイドの組成は殆ど変化せず高シリコン濃
度の金属シリサイド相が保たれるが、絶Ｍ膜上の金属シ
リサイド部においては酸化によりて消費されたシリコン
の補給はなく、従って益々金属成分が多くなるので高シ
リコン濃度金属シリサイド層との選択エツチングがより
容易となるためである。

【図面の簡単な説明】

第１図各図、第２図各図、帛３図各図は、金属シリサイ
ドとシリコンとの接触を形成する従来の方法を説明する
ために１費工程を追って示した模式的断面図。ｗｃ４図
各図及び第５図会図は、本発明による方法をゲート電極
とソース゛電極とをＩ＆続したＮＯ３型に’ｌ；Ｔの製
造に応用した実施例で説明するためにその主ｌ［［ＪＩ
ｉ！造工程を追うて示した模式的断面図である。 図中、各記号はそれぞれ次のものを示している。 １１、２１．３１．４１．　り１・・・シリコン基板、
１２．２２．３２．４２、　ｂ２・・・　酸化シリコン
膜、１４．１４’・・・金属膜、１５゜２５　　・・・
高シリコンｍｆ金属シリサイド、Ｕ・・・　低シリコン
濃度全域・シリコン合金膜、３３・・・　レジスト、３
４．３５・・・金属又は金属シリサイド膜、祠、・４８
、４９．５７・・・♂不純物領域、４５．４５’・・・
ｙｂ、８ｉ　ｉｌ。 ４６、５６−・・Ｍｏ２Ｓ、　、　４’１−ｕｎ、５４
．５４’・・・リンを含ん　　。 だＭｏｓ　８　ｉ膜、５５・・・車代シリコン膜。 Ｏ１ 第１胆　　　　第３胆 才２図 第４胆　　　　　　　　ｔ５目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコン基板の一主面上に絶縁膜を形成し、肢絶縁ｊｌ
   ｌＫ開口を設けて所定部分のシリコン基板表面を露出せ
   しめた後に、金属原子濃度が潮を超える金属とシリコン
   とからなる合金膜、もしくは該組成の合金膜を形成する
   ための金属膜とシリコン膜とからなる多層膜、を被着し
   、その後熱処理を行うことにより開口部において前記合
   金膜もしくは多層膜とシリコン基板とを反応せしめて核
   間口部にシリコン原子濃度が５ｏｔｓ　以上の金属シリ
   サイドを形成し、更に＃り＊膜上に直接被着せしめもし
   くは前記熱処理により形成されている金属原子濃度５０
   １！　　を超える金属とシリコンとからなる合金膜を選
   択的にエツチング除去することにより、開口部にのみシ
   リコン原子讃度が５０１　以上の金属シリサイドｌ−を
   残置せしめる、ことを特徴とす１１） る半導体装置の製造方法。