JPH0321065A - 半導体装置及び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ＩＣＳ　ＬＳＩ等の高集積の半導体装置及びそ
の製造方法に関する。

（従来の技術） ＩＣＳ　ＬＳＩ等の半導体装置に形或される素子は、半
導体基板上の微細な領域によって構威されている。この
微細領域は、例えば、半導体基板に不純物がドーブされ
ることにより形成される。

近年、これらの半導体装置の高集積化が進められている
。それに伴ってこれらの半導体装置を構戊する素子の微
細化が進められ、素子の構造も複雑になってきている。

そのため、各素子を構戊する不純物がドーブされた領域
間の距離も小さくなり、製造工程中の高温処理による不
純物の拡散等１ ２ による不良が生じ易くなってきている。

第３図に従来の半導体装置の一例を示す。シリコン基板
１上にトレンチｌ２が形成され、基板１の上面とトレン
チ１２の内面とにキャパシタ絶縁膜２が形成されている
。キャパシタ絶縁膜２が形或されたトレンチｌ２内には
、多結晶シリコン（以下ではｒａ−ＳｉＪと称する）に
不純物をドブしたａ−Ｓｉ電極３が埋め込まれている。

ａ一Ｓｉ電極３、キャパシタ絶縁膜２、及び基板１によ
ってキャパシタ１４が形成される。

キャパシタ１４が形成された基板１上の全面にはａ−Ｓ
ｔ層１１が堆積されている。キャパシタ１４の側方のａ
−Ｓｉ層１１にはトランジスタｌ３が形戊されている。

トランジスタ１３はソース領域７、ドレイン領域１５、
チャンネル領域６、これらの領域上に形戊されたゲート
酸化膜１０，及びゲート電極８を有している。この半導
体装置はキャパシタ１４とトランジスタ１３とにより、
メモリとして機能する。

（発明が解決しようとする課題） 一３一 この半導体装置はａ−Ｓｔ電極３を形成した後、トラン
ジスタ１３を形成することによって作製される。ａ−Ｓ
ｉ電極３は比較的高濃度で不純物ドブされているので、
比較的高温の処理が行われる後のトランジスタ１３の形
戊工程では、ａ−Ｓｉ？ｌ１極３中の不純物の拡散が生
じ易い。このような拡散が生じると、ソース領域７及び
ａ−Ｓｆ電極３の不純物濃度が変化し、半導体装置の動
作に悪影響を与える。

このような不純物の拡散を避けるためには、トランジス
タｌ３とキャパシタ１４とを離して設けることが必要で
ある。しかし、トランジスダ１３とキャパシタ１４とを
離して設けると、半導体装置の高集積化を図ることがで
きなくなる。

本発明はこのような従来の問題点を解決するものであり
、本発明の目的は、高集積化が可能な構成を有する半導
体装置を提供することである。本発明の他の目的は、上
記の高集積化可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。

（課題を解決するための手段） −４− 本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されたトレ
ンチと、該トレンチの内面に形成された絶縁膜と、該絶
縁膜が形成された該トレンチ内に配された不純物を含む
半導体電極と、該半導体電極に電気的に接続されたソー
ス領域を有するトランジスタと、を備えた半導体装置で
あって、該半導体電極上の該トレンチ内に不純物拡散防
止層が設けられ、該不純物拡散防止層の上に該ソース領
域が形戊されてており、そのことによって上記目的が達
戊される。

また、前記不純物拡散防止層をＴｆ，　　Ｔａ，　　Ｐ
ｔＳＣ　ｏＳＷ，及びＭｏから成る群から選択された金
属の窒化物から成る層とすることもできる。

本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン領域と絶縁
膜領域とが露出している基板上に、金属膜を形戊する工
程と、該基板を加熱処理して該シリコン領域上の金属膜
をシ，リサイド化する工程と、シリサイド化されていな
い該金属膜を除去して該シリコン領域表面に金属シリサ
イド膜を形戊する工程と、該金属シワサイド膜が形戊さ
れた基板を、Ｎ２及びＮＨ３からなる群から遍択された
気体雰囲気中で加熱し、該金属シリサイド膜を全て金属
窒化膜に変える工程と、を包含しており、そのことによ
って上記目的が達成される。

また、前記金属膜がＴｉ，ＴａＳ　ＰｔＳ　Ｃｏ，Ｗ１
及びＭｏから成る群から選択された金属から成る構成と
することもできる。

（作用） 本発明の半導体装置ではトレンチ内の不純物がドーブさ
れた半導体電極上に、該電極にドープされている不純物
の拡散を防止する為の不純物拡散防止層が形成されてい
る。そのため、トランジスタのソース領域をトレンチの
直上に設けることが可能となる。従って、半導体装置の
高集積化を図ることが可能となる。

不純物拡散防止層に好ましい材質として、金属窒化膜が
挙げられる。金属窒化膜は導電性を有し、半導体電極に
ドープされた不純物の拡散を防止する機能を有している
ので、上述の半導体装置の不純物拡散防止層として適し
ている。具体的には、５一 −６− ＴｉＳ　Ｔａ，ＰｔＳ　Ｃｏ、Ｗ１　及びＭｏの金属の
窒化物を挙げることができる。

これらの金属窒化膜を有する半導体装置は、以下のよう
にして作製することができる。シリコン領域と絶縁膜の
領域とが表面に露出している基板上に、金属膜が堆積さ
れる。金属膜の材料としては、上述のＴｉ，Ｔａ，Ｐｔ
Ｓ　Ｃｏ、Ｗ１　及びＭＯの金属が用いられる。金属膜
が形成された基板は加熱処理され、シリコン領域上の金
属がシリサイド化される。金属シリサイド膜は金属とシ
リコンとの反応によって形成されるので、金属シリサイ
ド膜はシリコン領域にのみ自己整合的に形成される。シ
リサイド化の後、シリサイド化されなかった金属膜が除
去される。

シリコン領域上に形成された金属シリサイド膜は、Ｎ２
或いはＮＨ３雰囲気中での加熱によって窒化され、全て
金属窒化膜に変えられる。従って、金属シリサイド膜も
シリコン領域上に自己整合的に形成されることになる。

この窒化工程によって金属シリサイド膜は全て窒化され
ることが必要である。金属シリサイド膜が一部でも残っ
ていると、後のプロセスで高温処理が行われた場合に、
コンタクト特性が劣化するので好ましくない。金属窒化
膜は高温でも安定であり、熱劣化することはない。

本発明のような自己整合的な方法によれば、金属シリサ
イド膜を高い位置精度で形戊することができ、従来の例
えばフォトリソグラフィー法のように、マスクアライン
メント精度やエソチング精度に制約されることがない。

金属膜のシリサイド化及び金属シリサイド膜の窒化は比
較的低温、かつ、短時間で行われるので、シリコン領域
にドーブされた不純物の拡散は殆ど起こらない。従って
、不純物が隣接する領域に拡散して該領域の機能に影響
を与えるということがない。

本発明の半導体装置の構成は、上記以外の例えば半導体
基板上の配線のコンタクト部分にも用いることができる
。即ち、半導体基板上の不純物かドープされた領域と金
属配線との接続部分に、上−７− −８ 記の金属窒化物から成る不純物拡散防止層を形成するこ
とにより、高温プロセスにおける不純物の拡散を防止す
ることができる。しかも、不純物拡散防止層の熱劣化も
起こらない。

（実施例） 本発明を実施例について以下に説明する。第１図に本発
明半導体装置の一実施例を示す。第２図（ａ）〜（Ｃ）
に本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を示す。第
１図に示す本発明の半導体装置を、第２図の製造工程に
従って以下に説明する。まず、シリコン基板１上にトレ
ンチ１２をドライエッチングにより形戊した。トレンチ
１２は直径１μｍ、深さ３μｍの円柱の形状である。次
に、基板１の上面及びトレンチ１２の内面にキャパシタ
絶縁膜２を形成した。キャパシタ絶縁膜２はＳｉＮＨ，
３ｉ０２等により形戊され、その膜厚は、ＳｉＮｘを用
いる場合には３０ＡＳ　Ｓｆ０２を用いる場合には５０
Ａである。

次に、Ｃ　Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により基板１の全面にａ−Ｓ
ｉ層を堆積し、ＲＩＥ　（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によりトレンチ１２内以外に堆積さ
れたａ−Ｓｉ層を除去した。このトレンチ１２内のａ−
Ｓｉ層中に固層拡散法によってヒ素（ＡＳ）をドーピン
グし、ａ−Ｓｉｔ極３を形戊した。ａ−Ｓｉ電極３中の
ヒ素の濃度は、１　０　１９ｃｍ−３以上である。ａ−
Ｓｉ電極３、キャパシタ絶縁膜２、及びシリコン基板１
によってキャパシタｌ４が形成されている。

次に、基板１の全面にスパッタリング法によりＴｉ金属
層４を堆積した（第２図（ａ））。この基板１を窒素雰
囲気中でアニールすることにより、ａ−Ｓｉ電極３上の
金属膜４をシリサイド化した。

シリサイド化の温度は５００〜６　０　０　’Ｃ，時間
は３０秒である。シリサイド化されていない金属膜４を
ウエットエッチング法により除去し、金属シリサイド膜
５を得た（第２図（ｂ））。

次に、基板ｌを窒素雰囲気中でアニールして金属シリサ
イド膜５を全て金属窒化膜に変え、不純物拡散防止層９
とした。窒化の′ｆＡ度は９００゜Ｃ５時間は３０秒で
ある。窒化は金属シリサイド膜５９ １０ が完全に窒化される条件で行われる必要がある。

もし、金属シリサイド膜５が一部でも残っていると、後
のトランジスタを形成する高温プロセスで該膜５が劣化
し、ａ−Ｓｉ電極３と不純物拡散防止層９との間のコン
タクト特性が劣化するからである。

次に、トランジスタ１３を形戊する。不純物拡散防止層
９を形成した基板１の全面に、減圧ＣＶＤ法によりａ−
Ｓｉ層を形成した。このａ−Ｓｉ層ｌ１の全面に、トラ
ンジスタのチャンネル部を形成する為の不純物イオン注
入を行った。用いた不純物イオンはＰ（リン）であり、
注入されるイオンの濃度は約１　０　１７ｃｍ−３であ
る。次に、ａ−Ｓｉ層１１の表面を熱酸化し、ゲート酸
化膜１０を形戊した。更に、ゲート酸化膜１０上の全面
に減圧ＣＶＤ法により、ａ−Ｓｊ膜を堆積した。このａ
−Ｓｒ膜に熱拡散法を用いてリン（Ｐ）をドープした。

リンをドープしたａ−Ｓｔ膜をドライエノチング法によ
り所定の形状にパターニングし、ゲート電極８を形成し
た（第２図（Ｃ））。

上述のようにして形戊したゲー｝［極８をマスクどして
基板１の全面にイオン注入を行い、ソス領域７及びドレ
イン領域１５を形戊した。用いた不純物イオンはＢ（ホ
ウ素）であり、注入されるイオンの濃度は１０２”ｃｍ
−３以上である。ケート電極８によってマスクされ、イ
オン注入が行われなかった部分がチャンネル領域６とな
る（第１図）。以上のようにしてトランジスタ１３が形
成され、第１図の半導体装置が得られた。

本実施例の半導体装置では、ａ−ＳｉｔＨ極３の上方に
ソース領域７が形或され、半導体装置の高集積化が為さ
れている。そしてａ−ＳｉＮ極３とソース領域７との間
に不純物拡散防止層９か形成されているので、後のトラ
ンジスタを製造する高温のプロセスでも、ａ−Ｓｉ’ｌ
極３の不純物がソース領域７へ拡散することはない。

本実施例の製造方法によれば、金属窒化膜をキャパシタ
１４のトレンチ１２内に自己整合的に形成することかで
きる。そのため、高い位置精度で金属窒化膜から成る不
純物拡散防止層９を形戊す１１ −１２ ることかできる。不純物拡散防止層９を従来の例えばフ
ォトリングラフィ法によって形成すると、アラインメン
ト精度やエッチング精度によっては不純物拡散防止層９
の位置がずれることがある。

このような位置ずれの問題は、本実施例の製造方法では
全く起こらない。そのため、得られる半導体装置は非常
に高い信頼性を有している。本実施例の製造方法によれ
ば、信頼性の高い半導体装置が得られることが実際に確
かめられた。

（発明の効果） 本発明の半導体装置では、このようにキャパシタとトラ
ンジスタとを接近させて設けることができるので、半導
体装置の高集積化が可能となる。

また、本発明の製造方法によれば、高い信頼性を有する
上記の高集積半導体装置を得ることができるので、半導
体装置の品質を向上させることができる。

４．図［の。　なＭ８ 第１図は本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図、
第２図（ａ）〜（Ｃ）は第１図の本発明半導体装置の製
造方法を示す図、第３図は半導体装置の従来例を示す図
である。

ｌ・・・シリコン基板、２・・・キャパシタ絶縁膜、３
・・・ａ−Ｓｉ電極、４・・・金属膜、５・・・金属シ
リサイド膜、６・・・チャンネル領域、７・・・ソース
領域、８・・・ゲート電極、９・・・不純物拡散防止層
、１０・・ゲー｝絶ｉＬ　　ｌ　２・・・トレンチ、１
３・・・トランジスタ、１４・・・キャパシタ、１５・
・・ドレイン領域。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に形成されたトレンチと、該トレンチ
   の内面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜が形成された該
   トレンチ内に配された不純物を含む半導体電極と、該半
   導体電極に電気的に接続されたソース領域を有するトラ
   ンジスタと、を備えた半導体装置であって、 該半導体電極上の該トレンチ内に不純物拡散防止層が設
   けられ、該不純物拡散防止層の上に該ソース領域が形成
   されている半導体装置。 ２、シリコン領域と絶縁膜領域とが露出している基板上
   に、金属膜を形成する工程と、 該基板を加熱処理して該シリコン領域上の金属膜をシリ
   サイド化する工程と、 シリサイド化されていない該金属膜を除去して該シリコ
   ン領域表面に金属シリサイド膜を形成する工程と、 該金属シリサイド膜が形成された基板を、Ｎ＿２及びＮ
   Ｈ＿３からなる群から選択された気体雰囲気中で加熱し
   、該金属シリサイド膜を全て金属窒化膜に変える工程と
   、 を包含する半導体装置の製造方法。