JPH0430422A - 半導体装置およびその製造方法 - 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】 〔概　要〕 微細な不純物領域を必要とする高密度・高性能半導体集
積回路に関し 浅いな不純物領域を形成するための固相拡散を阻害する
自然酸化膜を除去する熱処理工程において、該自然酸化
膜を除去するために設けられる金属層と下地の半導体基
板との反応を抑制することにより、該浅い不純物領域が
反応生成物のスパイクの貫通により破壊されることを防
止し、また。

半導体基板における浅い不純物領域と配線との接合部分
に設けられるバリヤ層と半導体基板との反応によって生
じる同様の問題点を解決することを目的とし 半導体基板と、該半導体基板の一表面に画定された不純
物頭載上に堆積された層であって酸素に対して活性であ
り且つ該半導体基板と化合物を生成する高融点金属また
は遷移金属から成る金属層と、該金属層上に堆積され且
つ該金属層と化合物を生成する半導体層と、該半導体層
に接続された配線層とを有するように半導体装置の構造
を構成するか、または、半導体基板の一表面に画定され
た不純物領域を表出する開口が設けられた絶縁層を該表
面に形成し、該絶縁層が形成された該半導体基板表面に
酸素に活性な高融点金属あるいは遷移金属から成り且つ
該半導体基板と化合物を生成する金属層を形成し、該金
属層と化合物を生成する半導体層を該金属層上に形成し
、該金属層と該半導体基板および半導体層とを反応させ
て化合物層を生成させるとともに該半導体基板表面の自
然酸化膜を除去するための熱処理工程と、該熱処理工程
の後に該半導体層に接続された配線層を形成する諸工程
を含むように半導体装置の製造方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に係り、とくに、微細な不純物領域
を必要とする高密度・高性能半導体集積回路に関する。

［従来の技術］ 例えばＭＯＳ　　Ｉ−ランジスタのソース領域およびド
レイン領域の形成は５通常、ゲート電極をマスクとして
半導体基板に不純物をイオン注入することにより行われ
ている。この方法は、ソース・ドレイン領域を自己整合
的に形成できる利点を有するが、ソース・ドレイン領域
を浅くする上で限界がある。例えば、硼素（Ｂ）を不純
物とするｐ型ソース・ドレイン領域の可能な最小深さは
３００ｎｍ程度である。これは、ソース・ドレイン領域
等の不純物領域の横方向の広がりが、これらの深さによ
って影響を受けるためである。したがって、上記のよう
なイオン注入法によっては５例えば６４メガピント級の
高密度半導体集積回路に必要とされる。

横方向の広がりが１１００ｎ程度の微細な不純物領域を
形成することができない。

［発明が解決しようとする課題］ イオン注入の代わりに、不純物をドープした多結晶シリ
コン層を拡散源とする固相拡散により浅い不純物領域を
形成する方法が提案されている。

固相拡散法は、バイポーラトランジスタにおけるエミッ
タ領域の形成に対してすでに用いられている。

ところで、シリコンをはじめとする半導体基板の表面に
は、数ｎｍの自然酸化膜が存在する。この自然酸化膜は
、上記固相拡散において、多結晶シリコン層から不純物
領域への不純物の拡散を妨げる。したがって、拡散源と
なる多結晶シリコン層と基板との間に存在する自然酸化
膜をあらかじめ除去しておくことが必要である。このた
めの自然酸化膜の除去方法の一つとして、固相拡散源と
なる多結晶シリコンの堆積に先立って、半導体基板を不
活性核雰囲気中、　１０００°Ｃ以上の高温で熱処理す
る方法がある。しかし、この方法は、半導体基板にすで
に導入されている不純物の再分布が生じ。

不純物領域が深くなってしまう問題がある。

一方、シリコン基板にアルミニウム等から成る配線を接
続する場合、シリコン基板とアルミニウム配線層との相
互拡散を防止するために、これらの界面に２例えばチタ
ン膜を設けることが行われている。このチタン膜は、上
記相互拡散に対するバリヤ層として機能する。このチタ
ン膜をシリコン基板表面の自然酸化膜の除去に利用する
方法が提案されている。すなわち、上記のようにシリコ
ン基板とアルミニウム配線との接合部に形成されたチタ
ン膜は、６００°Ｃ程度の熱処理によって、シリコン基
板表面の酸素を遊離させる。この酸素は。

上記熱処理によって生じたシリサイド層中に偏析する。

このようにして、シリコン基板における不純物の再分布
を起こさない程度の低温で自然酸化膜が除去され、シリ
コン基板とアルミニウム配線とのオーミック接触が達成
される。

しかしながら、上記熱処理において、基板のシリコン原
子がチタン層へ拡散すると同時に、チタン原子がシリコ
ン基板に拡散する。したがって。

シリコン基板に形成されている浅い不純物領域が消失し
たり、あるいは、チタンシリサイドの突起（スパイク）
の貫通により、浅い不純物領域が破壊されてしまう等の
問題がある。

本発明は、チタン膜等のバリヤ層による自然酸化膜除去
効果を利用して固相拡散に対して障害となる自然酸化膜
を除去可能とするとともに、シリコン基板とアルミニウ
ム配線との接続において浅い不純物領域がチタンシリサ
イドのスパイクによって破壊される上記従来の問題点を
も解決可能な方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、半導体基板と、該半導体基板の一表面に画
定された不純物領域上に堆積された層であって酸素に対
して活性であり且つ該半導体基板と化合物を生成する高
融点金属または遷移金属から成る金属層と１該金属層上
に堆積され且つ該金属層と化合物を生成する半導体層と
、該半導体層に接続された配線層とを有することを特徴
とする本発明に係る半導体装置、または、半導体基板の
一表面に画定された不純物領域を表出する開口が設けら
れた絶縁層を該表面に形成する工程と、該絶縁層が形成
された該半導体基板表面に酸素に活性な高融点金属ある
いは遷移金属から成り且つ該半導体基板と化合物を生成
する金属層を形成する工程と、該金属層と化合物を生成
する半導体層を該金属層上に形成する工程と、該金属層
と該半導体基板および半導体層とを反応させて化合物層
を生成させるとともに該半導体基板表面の自然酸化膜を
除去するための熱処理工程と、該熱処理工程の後に該半
導体層に接続された配線層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする本発明に係る半導体装置の製造方法、もし
くは、該半導体層が該不純物領域に対する不純物拡散源
である上記半導体装置またはその製造方法によって達成
される。

〔作　用〕

例えばシリコン基板上にチタン膜とシリコン層を積層し
た構造とする。低温熱処理によってチタン膜がシリサイ
ド化するが、このときのシリコンの供給は、チタン膜上
のシリコン層からも行われるために、シリコン基板から
の供給が抑制される。

したがって、浅い不純物領域の消失やシリサイドのスパ
イクによる破壊が防止される。上記熱処理において、シ
リコン基板表面の自然酸化膜が除去される。また、上記
熱処理後にシリコン層に不純物をドープし、この不純物
をシリコン基板に拡散することにより浅い不純物領域を
形成することができる。

上記のように２本発明は１例えばシリコン基板とアルミ
ニウム配線の接合部にチタン膜から成るバリヤ層を有す
る配線接続構造における従来の問題点、および１例えば
多結晶シリコン層を不純物拡散源として浅い不純物領域
を形成する従来の方法における問題点の双方を解決する
ことができる。

その適用範囲は、高速度のＭＯＳ　）ランジスタやバイ
ポーラトランジスタ、あるいは、薄膜トランジスタのよ
うに、浅い不純物領域を特徴とする特許の半導体装置に
及ぶ。

〔実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明をＭＯＳ　　）ランジスタに適用する場
合の工程例を示す要部断面図であって、同図（ａ）に示
すように１例えばｐ型のシリコン基板１の所定領域に１
周知のＬＯＧＯＳ（Ｌｏｃａｌ　０ｘｉｄａｔｉｏｎ　
ｏｆ　５ｉ−１ｉｃｏｎ）法により、厚さ約６０００人
の分離絶縁層８を形成する。次いで１分離絶縁層８から
表出する素子形成領域に１通常の手法にしたがって、同
図（ｂ）に示すように５例えば多結晶シリコンから成る
ゲート電極９を形成する。ゲート電極９は、ゲート絶縁
膜１２によってシリコン基板１と絶縁されており、また
、側壁絶縁膜１３によってその露出表面を覆われている
。

次いで、シリコン基板１表面金体に１例えばチタン（Ｔ
ｉ）から成る厚さ約１００人の金属層６および多結晶シ
リコンから成る厚さ約３０００人の半導体層４を順次堆
積する。金属層６および半導体層４のそれぞれの形成は
１周知の方法を適宜用いて行えばよく１例えばチタン層
に対してはスパッタリング法を、多結晶シリコン層に対
してはＣＶＤ　（化学気相成長）法を用いることができ
る。

次いで１周知のリソグラフ技術を用いて、同図（Ｃ）に
示すように、半導体層４および金属層６をパターンニン
グする。これらのパターンニングは。

塩素系のガスを用いる周知のＲＩＥ（反応性スパッタリ
ング）により行えばよい。

なお、上記において、金属層６として、タングステン（
ｋ）、モリブデン（ＭｏＬ　タンタル（Ｔａ）等の高融
点金属、あるいは、鉄（Ｆｅ）やクロム（Ｃｒ）等の遷
移金属から成る層を形成してもよい。これらの層厚は、
シリコン基板１表面に存在する自然酸化膜７を、後述す
る熱処理によって充分除去できる厚さとする。ただし、
シリサイド化反応によってシリコン基板１表面が消耗し
すぎないように注意する。このため、１００人程度にす
るのが適当である。

次いで、シリコン基板１を１例えば窒素のような不活性
雰囲気中で、４５０〜８５０°Ｃ１３０分間熱処理（第
１熱処理）′する。これにより、金属層６は。

シリコン基板１および多結晶シリコン層４と反応して１
例えばチタンシリサイド（ＴｉＳｉｚ）を生成する。同
時に、シリコン基板１表面の酸素が遊離しシリサイド層
中に偏析する。このようにして、自然酸化膜７が除去さ
れる。

上記ののち１例えばイオン注入法により、多結晶シリコ
ン層４に、ｎ型不純物として燐（Ｐ）をドープする。こ
のとき１分離絶縁層８および側壁絶縁膜１３に燐（Ｐ）
が注入されても差支えない。このイオン注入条件は１例
えばイオン加速電圧４０ｋＶドーズ量４Ｘ１０１５イオ
ン／ｃｍ”である。

次いで、シリコン基板１を９例えば赤外線照射を用いる
周知のＰＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅ
ａｌｉｎｇ）法により、９００°Ｃｌ２Ｏ秒間熱処理（
第２熱処理）する。

その結果、多結晶シリコンＮ４にドープされた燐（Ｐ）
がシリコン基板１に拡散し、同図（ｄ）に示すように、
ｎ型の浅い不純物領域２が形成される。同図において、
符号３はチタン層６から成るシリサイド層である。

次いで、同図（ｅ）に示すように、シリコン基板１表面
金体に１例えばＰＳＧ　（燐珪酸ガラス）等から成る厚
さ約１μｍの絶縁層１０を堆積し、この絶縁層１０に多
結晶シリコン層４を表出する直径１μｍ程度のコンタク
トホールを形成する。このコンタクトホールの形成は１
周知のリソグラフ技術と弗素系のガスを用いるＲＩＥ法
により行えばよい。そののち、多結晶シリコン層４に接
続する１例えばアルミニウム（ＡＩ）から成る配線層５
を形成して本発明に係るｎチャネルＭＯ５）ランジスタ
が完成する。

なお、上記において、半導体層４および金属層６を１分
離絶縁層８上に延在する配線としてパターンニングすれ
ば、これらの層を下層とする多層配線構造を形成するこ
とができる。

第２図は、′上記実施例における半導体層４と金属層６
をパターンニングする代わりに、これらの層をセルファ
ライン方式により形成する場合の工程例を示す要部断面
図である。

上記実施例と同様にして１例えばｐ型のシリコン基板１
表面に分離絶縁層８およびゲート電極９を形成したのち
、同図（ａ）に示すように、シリコン基板１表面全体に
１例えばＳｉＯ□から成る厚さ約１μｍの絶縁層１０を
堆積する。そして、絶縁層１０に。

ソース・ドレイン領域を表出する直径０．５　μｍ程度
の開口１５を形成する。開口１５の形成は１通常のフォ
トリソグラフ技術と弗素系ガスを用いるＲＩＥ法により
行えばよい。

次いで、開口１５内に表出するシリコン基板１表面に１
例えばタングステン（囚）から成る金属層１６を約１０
０人の厚さに選択成長させる。この選択選択は１例えば
畦、（６弗化タングステン）のような高融点金属化合物
ガスを用いるＣＶＤ法により行う。

これにより、絶縁層１０上には金属層１６を成長させな
いでおくことができる。

次いで、シリコン基板１表面全体に５例えば多結晶シリ
コンから成る厚さ約３０００人の半導体層を堆積する。

この半導体層は、絶縁層１０の開口１５内にも充填され
る。絶縁層１０上の半導体層を１周知の方法用いて、絶
縁層１０が表出するまでエッチバックする。その結果、
同図ら）に示すように、開口１５内に半導体層１４が埋
め込まれた構造となる。このように、金属層１６と半導
体層１４とはセルファラインで形成される。

次いで、半導体層１４を５例えば窒素ガス中、６００〜
８５０°Ｃで３０分間熱処理（第１熱処理）する。その
結果、金属層６はシリコン基板工と半導体層１４と反応
し１例えばタングステンシリサイド（ＷＳｉｚ）を生成
する。同時に、シリコン基板１表面の酸素が遊離し、シ
リサイド層中に偏析する。このようにして、シリコン基
板１表面の自然酸化膜７が除去される。

次いで、半導体層１４に３例えばｎ型不純物として燐（
Ｐ）をイオン注入する。この注入条件は１例えばイオン
加速電圧４０ｋＶ、　　ドーズ量４×１０′５イオン／
ｃｍ２である。このとき、絶縁層１０に燐（Ｐ）がイオ
ン注入されても差支えない。そののち、シリコン基板１
を１例えば前記ＲＴＡ法により、９００°Ｃ５２０秒間
熱処理（第２熱処理）する。この熱処理により、半導体
層１４にドープされた不純物がシリコン基板１に拡散し
、同図（Ｃ）に示すように、ｎ型の浅い不純物領域２が
形成される。なお、同図において符号３は前記金属層１
６から成るシリサイド層である。

上記ののち、絶縁層１０上に１例えばアルミニウム（Ａ
Ｉ）から成る配線層５を形成して本発明に係るｎチャネ
ルＭＯ５）ランジスタが完成する。

上記各実施例におけるシリコン基板ｌの導電型と半導体
層４および１４にドープされる不純物の導電型とを入れ
替えても５本発明は成立する。また少なくとも表面がＧ
ａＡｓを始めとする化合物半導体から成る基板を用いる
場合においても３表面の自然酸化膜の除去、浅い不純物
領域が配線材料半導体基板との反応生成物から成るスパ
イクにより破壊される現象の防止に対して有効である。

〔発明の効果］ 本発明によれば、半導体基板と配線との接続部に良好な
オーミック接触が形成され、かつ、浅い不純物領域を必
要とする微細間Ｓ　トランジスタバイポーラトランジス
タあるいは薄膜トランジスタから成る高速・高密度集積
回路の信顛性および製造歩留りを向上し１　これらの実
用化を促進する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の実施例の工程説明図である。 図において。 王はシリコン基板、　　２は不純物領域。 ３はシリサイド層、　　４と１４は半導体層。 ５は配線層、　　　　　６と１６は金属層７は自然酸化
膜、　　　８は分離絶縁層。 ９はゲート電極、１０は絶縁層。 １２はゲート絶縁膜、１３は側壁絶縁膜。 １５は開口。 である。 不発日月の実施イ列Ｃ工程説明図（その２）第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、 該半導体基板の一表面に画定された不純物領域上に堆積
   された層であって、酸素に対して活性であり且つ該半導
   体基板と化合物を生成する高融点金属または遷移金属か
   ら成る金属層と、 該金属層上に堆積され且つ該金属層と化合物を生成する
   半導体層と、 該半導体層に接続された配線層 とを有することを特徴とする半導体装置。
2. （２）前記半導体層は該不純物領域に導入される不純物
   がドープされていることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置。
3. （３）該半導体基板表面がシリコンであることを特徴と
   する請求項１記載の半導体装置。
4. （４）半導体基板の一表面に画定された不純物領域を表
   出する開口が設けられた絶縁層を該表面に形成する工程
   と、 該絶縁層が形成された該半導体基板表面に酸素に活性な
   高融点金属あるいは遷移金属から成り且つ該半導体基板
   と化合物を生成する金属層を形成する工程と、 該金属層と化合物を生成する半導体層を該金属層上に形
   成する工程と、 該金属層と該半導体基板および半導体層とを反応させて
   化合物層を生成させるとともに該半導体基板表面の自然
   酸化膜を除去するための熱処理工程と、 該熱処理工程の後に該半導体層に接続された配線層を形
   成する工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. （５）該金属層と該半導体基板および半導体層とを反応
   させるための前記熱処理工程に続いて、該不純物領域に
   導入される不純物を該半導体層に対して注入する工程と
   、 該半導体層に注入された該不純物を該化合物層を通して
   該不純物領域に拡散させるための第２の熱処理工程 を施行することを特徴とする請求項４記載の半導体装置
   の製造方法。