JPH0680682B2 - Device manufacturing method - Google Patents
Device manufacturing methodInfo
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- JPH0680682B2 JPH0680682B2 JP62503471A JP50347187A JPH0680682B2 JP H0680682 B2 JPH0680682 B2 JP H0680682B2 JP 62503471 A JP62503471 A JP 62503471A JP 50347187 A JP50347187 A JP 50347187A JP H0680682 B2 JPH0680682 B2 JP H0680682B2
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- drain
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- silicon
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
- H10P14/42—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials using a gas or vapour
- H10P14/43—Chemical deposition, e.g. chemical vapour deposition [CVD]
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- H—ELECTRICITY
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- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は一般的にはデバイス、例えば、半導体デバイス
の製造方法、並びに結果として得られるデバイスに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to methods of manufacturing devices, such as semiconductor devices, and the resulting devices.
2.技術背景 金属含有材料、つまり純粋の金属、分子が1つ或は複数
の金属原子を含む分子−タイプの材料、及び/或は上の
1つ或は複数を含む混合物の処理された或は処理されて
ない基板上への堆積は様々なデバイスの製造において重
要な役割を果す。これらデバイスには、例えば、離散半
導体デバイス、集積回路デバイス、及び磁気バブルデバ
イスが含まれる。典型的には、例えば、純粋の金属の処
理された或は処理されてない半導体基板の選択された領
域への堆積は、パターン化された堆積マスク、例えば、
パターン化されたホトレジスト層を基板表面上に形成、
続いて該マスクをもつ基板表面上に金属を電子ビーム蒸
着或はrf−スパッタリングすることによって達成され
る。その後マスクを除去すると、選択された基板領域の
みに金属カバーが残る。別の方法としては、堆積マスク
を形成することなく、金属が直接に基板表面上に堆積さ
れ、パターン化されたエッチ マスク、例えば、パター
ン化されたホトレジスト層がその金属上に形成される。
次に、金属がエッチ マスクを通じて蝕刻され、エッチ
マスクが除去され、選択された領域のみに金属が残さ
れる。2. Technical Background Metal-containing materials, ie pure metals, molecule-type materials in which the molecule contains one or more metal atoms, and / or treated mixtures of one or more of the above. Deposition on untreated substrates plays an important role in the manufacture of various devices. These devices include, for example, discrete semiconductor devices, integrated circuit devices, and magnetic bubble devices. Typically, for example, the deposition of pure metal on selected areas of a treated or untreated semiconductor substrate is performed using a patterned deposition mask, such as
Forming a patterned photoresist layer on the substrate surface,
Subsequent electron beam evaporation or rf-sputtering of the metal on the substrate surface with the mask. Subsequent removal of the mask leaves the metal cover only in the selected substrate area. Alternatively, the metal is deposited directly on the surface of the substrate without forming a deposition mask and a patterned etch mask, eg, a patterned photoresist layer, is formed on the metal.
The metal is then etched through the etch mask and the etch mask is removed, leaving the metal only in the selected areas.
製造が金属含有材料の堆積を伴なう集積回路デバイスの
中には多くのMOS(金属/酸化物半導体)集積回路デバ
イス、例えば、n−チャネルMOS、p−チャネルMOS、及
びCMOS(相補形MOS)集積回路デバイスが含まれる。
(ここで用いられる用語、集積回路は複数の相互接続さ
れた離散デバイスを意味する。)これらMOS集積回路(I
C)は、典型的には、複数のMOSFET(金属/酸化物半導
体電界効果形トランジスタ)を含み、個々のMOSFETは半
導体材料、例えば、シリコンの活性表面層を含む。個々
のMOSFETは又、活性層の表面に形成された薄いゲート酸
化物(gate oxide、GOX)、このGOXの表面に形成され
た、例えば、ドープされた多結晶シリコン(ポリシリコ
ン)の導電ゲート、このゲートの両側に形成され、MOSF
ETのソース及びドレインを構成する活性層の高濃度にド
ープされた2つの部分を含む。(GOXと比較して)厚い
フィールド酸化物(FOX)はMOSFETを互いに分離し、電
気的に絶縁する機能を持つ。Many integrated circuit devices, the fabrication of which involves deposition of metal-containing materials, include many MOS (metal / oxide semiconductor) integrated circuit devices, such as n-channel MOS, p-channel MOS, and CMOS (complementary MOS). ) Includes integrated circuit devices.
(As used herein, integrated circuit means a plurality of interconnected discrete devices.) These MOS integrated circuits (I
C) typically comprises a plurality of MOSFETs (metal / oxide semiconductor field effect transistors), each MOSFET comprising an active surface layer of semiconductor material, eg silicon. The individual MOSFETs also have a thin gate oxide (GOX) formed on the surface of the active layer, a conductive gate of, for example, doped polycrystalline silicon (polysilicon) formed on the surface of this GOX, Formed on both sides of this gate, MOSF
It includes two heavily doped portions of the active layer that make up the source and drain of the ET. Thick field oxides (FOX) (compared to GOX) serve to isolate and electrically isolate the MOSFETs from each other.
上に説明のMOC ICはMOSFETのソース、ドレイン、及びゲ
ートから延びる金属ラナー(runner)への金属、例え
ば、アルミニウム或はアルミニウム/銅合金のコンタク
トを含み、これを通じてMOSFETとの電気通信が達成され
る。これら金属コンタクト及びラナーは上に説明の堆積
及びパターニング技術を用いて形成される。つまり、電
気的に絶縁のガラス、例えば SiO2−P2O5或はSiO2−P2O5−B2O3を含むガラスが従来が
従来の気相成長(chemical vapor deposition、CVD)技
術を用いてICのMOSFET及びFOX上に堆積される。これは
ゲート金属化層とソース/ドレイン金属化層との間のレ
ベル間誘電体(電気絶縁層)として機能する。その後、
このレベル間誘電体がソース、ドレイン及びゲートへの
経路孔(via hole)を形成するためにパターン化され
る。金属導体、例えばアルミニウムが、例えばrf−スパ
ッタリング或は電子ビーム蒸着によってこのレベル間誘
電体上、並びに経路孔内に堆積され、ソース、ドレイン
及びゲートへの電気コンタクトが形成される。(レベル
間誘電体に上に)堆積されたアルミニウムが次にパター
ン化されたエッチ マスク、例えば、パターン化された
ホトレジスト層を通じて蝕刻され、コンタクト パッド
に終端する相互接続ラナーが形成される。The MOC IC described above includes a metal, eg, aluminum or aluminum / copper alloy, contact to a metal runner extending from the MOSFET's source, drain and gate, through which electrical communication with the MOSFET is achieved. It These metal contacts and runners are formed using the deposition and patterning techniques described above. That is, an electrically insulating glass, for example, a glass containing SiO 2 —P 2 O 5 or SiO 2 —P 2 O 5 —B 2 O 3 is a conventional chemical vapor deposition (CVD) technique. Is deposited on the MOSFET and FOX of the IC using. It acts as an interlevel dielectric (electrically insulating layer) between the gate metallization and the source / drain metallization. afterwards,
This interlevel dielectric is patterned to form via holes to the source, drain and gate. A metal conductor, such as aluminum, is deposited, for example by rf-sputtering or electron beam evaporation, on this interlevel dielectric and in the via holes to form electrical contacts to the source, drain and gate. The deposited aluminum (on the interlevel dielectric) is then etched through a patterned etch mask, eg, a patterned photoresist layer, to form interconnect runners terminating in contact pads.
重要なことに、金属含有材料のデバイス基板への堆積
は、しばしば堆積された材料と基板との間の望ましくな
い相互作用を伴なう。例えば、半導体材料、例えば、シ
リコンは、ソース及びドレインへの電気コンタクトに用
いられる堆積された金属、例えば、アルミニウム内への
高い溶解度を示す。つまりシリコンがアルミニウム内に
拡散してアルミニウム/シリコン合金を形成する傾向を
持つ。このため、上側の金属コンタクトからアルミニウ
ムが下側のシリコン内に拡散され、アルミニウム、スパ
イク(aluminum spike)と呼ばれる物が形成される。周
知の如く、アルミニウムはシリコンに対するp−タイプ
ドーパントとなる。従って、アルミニウム スパイクが
n−タイプ ソース或はドレインを通じて(p−タイプ
基板に)延びると、ソース/基板或はドレイン/基板界
面の所のp−n接合が失われてしまう。アルミニウム
スパイクは、典型的には、シリコン内に約1μm以内し
か延びないため、この存在は、通常、ソース及びドレイ
ンのp−n接合が約1μm以上の深さを持つようなデバ
イスでは大きな問題とはならない。然し、これらスパイ
クは、間も無くの商品化が期待されているp−n接合の
深さが約1μm以下のデバイスでは重大な問題となる。Importantly, the deposition of metal-containing materials on device substrates is often accompanied by undesired interactions between the deposited material and the substrate. For example, semiconductor materials, such as silicon, exhibit high solubility in deposited metals used for electrical contact to the source and drain, such as aluminum. That is, silicon has a tendency to diffuse into aluminum to form an aluminum / silicon alloy. This causes aluminum to diffuse from the upper metal contacts into the lower silicon, forming what is called aluminum spikes. As is well known, aluminum is a p-type dopant for silicon. Therefore, if the aluminum spike extends through the n-type source or drain (to the p-type substrate), the pn junction at the source / substrate or drain / substrate interface is lost. aluminum
Since the spikes typically extend within about 1 μm into the silicon, their presence is usually not a major problem in devices where the source and drain pn junctions have a depth of about 1 μm or more. I won't. However, these spikes become a serious problem in a device having a pn junction depth of about 1 μm or less, which is expected to be commercialized soon.
アルミニウム スパイクはアルミニウムをシリコン飽和
アルミニウム/シリコン合金、つまり、製造の際に経験
する最高温度にてシリコンにて飽和された合金と置き換
えることによって防ぐことができることが提案されてい
る。(この合金はアルミニウムとソース及びドレインと
の間の界面の所のシリコン濃度勾配を大きく落し、従っ
て、シリコンのソース及びドレインからの金属コンタク
トへの拡散を不可能にする。)残念なことに、高温処理
が終ると、つまり室温においてこれら合金はシリコンが
過飽和となり、このため(アルミニウムをドープした)
シリコンが析出する結果となる。この析出の結果、n+ソ
ース及びドレイン(通常約1019cm-3以上のレベルにドー
プされる)への金属コンタクトが不当に高いコンタクト
抵抗、つまり、約10-5ohm−cm2以上のコンタクト抵抗を
示す、つまり望ましくない高いコンタクト抵抗を与える
こととなる。(これとは対照的にp+ソース及びドレイン
へのコンタクト抵抗は約10-6ohm−cm2に等しいか、これ
以上となるのみである。) アルミニウム スパイクはアルミニウムとシリコンの相
互拡散に対する障壁をソースとドレインの所に与えるこ
とによって防止でき、しかも高抵抗コンタクトも回避で
きることが提案されている。更に、この障壁としてはタ
ングステン(W)を用いることが提案されている。この
提案に対する1つの理由は、タングステンが2つの低圧
CVD(LPCVD)技術のいずれかを用いてパターン化された
堆積マスクを用いることなく、然もその後のエッチング
を必要とすることなくソース及びドレイン上に選択的に
堆積できることが知られているためである。第1の技術
によると、六フッ化タングステン(WF6)がレベル間誘
電体内に経路孔が形成された後のそしてこの経路孔にア
ルミニウムが堆積される前に処理されたシリコン基板上
に流される。WF6はレベル間誘電体のSiO2と比べて相対
的に不活性であるため、WF6は露出されたソース及びド
レイン領域のSiと優先的に反応し、これら領域上に形成
されるW(固体)及び(反応チャンバーから排気される
ガス)SiF4を以下の化学式を介して生成する。It has been proposed that aluminum spikes can be prevented by replacing aluminum with a silicon saturated aluminum / silicon alloy, that is, an alloy saturated with silicon at the highest temperatures experienced during manufacture. (This alloy drastically reduces the silicon concentration gradient at the interface between the aluminum and the source and drain, thus disabling the diffusion of silicon from the source and drain into the metal contact.) Unfortunately, At the end of the high temperature treatment, ie at room temperature, these alloys become supersaturated with silicon, which is why (aluminum-doped)
This results in the deposition of silicon. As a result of this deposition, metal contacts to the n + source and drain (usually doped to levels above about 10 19 cm -3 ) have unreasonably high contact resistances, ie contacts above about 10 -5 ohm-cm 2. It exhibits resistance, that is, it gives an undesirably high contact resistance. (By contrast, the contact resistance to the p + source and drain is equal to or greater than about 10 -6 ohm-cm 2 only.) The aluminum spike provides a barrier to the interdiffusion of aluminum and silicon. It has been proposed that this can be prevented by applying to the source and drain, and high resistance contacts can be avoided. Furthermore, it has been proposed to use tungsten (W) as this barrier. One reason for this suggestion is that tungsten has two low pressures.
It is known that it can be selectively deposited on the source and drain without the use of a deposition mask patterned using any of the CVD (LPCVD) techniques and without the need for subsequent etching. is there. According to the first technique, tungsten hexafluoride (WF 6 ) is flown onto a treated silicon substrate after the via holes are formed in the interlevel dielectric and before aluminum is deposited in the via holes. . Since WF 6 is relatively inert as compared to SiO 2 in the interlevel dielectric, WF 6 reacts preferentially with Si in the exposed source and drain regions, forming W ( Solid) and (gas evacuated from the reaction chamber) SiF 4 are produced via the following chemical formula:
2WF6+3Si→2W+3SiF4 (1) この反応式はソース及びドレインからのシリコンの除去
(エッチング)を伴なうが、これは取るに足りないもの
であると信じられてきた。更に、結果としてのタングス
テン層は、通常、約15ナノメートル(nm)厚以下である
と報告されており、従って、この層はアルミニウムとシ
リコンの間の有効な拡散障壁としては薄すぎる。2WF 6 + 3Si → 2W + 3SiF 4 (1) This reaction involves removal (etching) of silicon from the source and drain, which has been believed to be insignificant. In addition, the resulting tungsten layer is typically reported to be about 15 nanometers (nm) or less thick, so it is too thin as an effective diffusion barrier between aluminum and silicon.
タングステンを選択的に堆積するための第2の技術にお
いては、WF6及びH2の両方が処理されたシリコン基板を
横切って流される(反応チャンバー内の全てのガスの全
圧は従来は約1トンに保たれた)。最初に、WF6が露出
されたソース及びドレインのSiと反応し(上は説明のよ
うな)Wの薄い層を形成する。次に、堆積温度が約250
℃以上、約600℃以下であることを条件に、露出された
ソースとドレイン領域を覆うがレベル間誘電体のSiOは
覆わないWがWF6とH2の間の化学反応を促す触媒として
作用し、以下の化学式を介して(ソース及びドレイン上
に形成される)追加のWがHF(反応チャンバーから排出
されるガス)を生成する。In a second technique for selectively depositing tungsten, both WF 6 and H 2 are flowed across a treated silicon substrate (the total pressure of all gases in the reaction chamber was conventionally about 1 Kept tons). First, WF 6 reacts with the exposed source and drain Si to form a thin layer of W (as described above). Next, the deposition temperature is about 250
W acts as a catalyst that promotes the chemical reaction between WF 6 and H 2 , covering the exposed source and drain regions, but not the interlevel dielectric SiO, provided that the temperature is above ℃ and below about 600 ℃ However, additional W (formed on the source and drain) produces HF (gas exiting the reaction chamber) via the following formula:
WF6+3H2→W+6HF (2) 第2の技術は有効な拡散障壁として機能するタングステ
ンの充分に厚い層を与えるが、約1μmの深さを持つ
(Wにて覆われた)p+ソース及びドレイン領域へのアル
ミニウム コンタクトは高過ぎるコンタクト抵抗、つま
り、約10-5ohm−cm2以上のコンタクト抵抗を示すことが
報告されている。(約1μmの深さを持つn+ソース及び
ドレインへのコンタクト抵抗は約10-6ohm−cm2以上或は
これに等しい低い抵抗を持つことが報告されている)。WF 6 + 3H 2 → W + 6HF (2) The second technique provides a sufficiently thick layer of tungsten to act as an effective diffusion barrier, but with a p + source (covered with W) with a depth of about 1 μm and Aluminum contacts to the drain region have been reported to exhibit too high a contact resistance, that is, a contact resistance of about 10 -5 ohm-cm 2 or more. (The contact resistance to the n + source and drain having a depth of about 1 μm is reported to have a low resistance of about 10 −6 ohm-cm 2 or more).
つまり、デバイス製造法の開発に携わる者のいまだに実
現されてない問題として、上の挙げた方法と関連する問
題を回避できる処理された或は処理されてない基板上に
金属含有材料を堆積するための技術の開発が残されてい
る。That is, to deposit metal-containing materials on treated or untreated substrates that can avoid problems associated with the above-listed methods, a problem that has not yet been realized for those involved in device fabrication process development. The development of this technology remains.
発明の要約 本発明は少なくとも2つの実体を処理された或は処理さ
れてない基板の1つの領域、複数の領域、或は全ての上
に金属含有材料を形成する目的で反応させるステップを
含むデバイス製造方法に関する。多くの場合において、
この所望の反応はこれら反応性実体の1つ(或は複数)
と基板材料、例えば、(処理された或は処理されない基
板にみられる)半導体材料、(処理された基板上にみら
れる)金属、或は(処理された基板上にみられる)SiO2
との間の第2の反応を伴なう(この第2の反応が前にく
る場合さえある)。重要なことは、この第2の反応が今
迄認識されなかった非常に望ましくない結果を生じるこ
とである。例えばソース及びドレインのシリコン表面上
にWを形成するために式(2)に与えられる反応に従っ
てWF6とH2を反応させたい場合、WF6が必然的に式(1)
に与えられる反応に従ってシリコンと反応し、このため
にソース及びドレインを部分的に侵食する。この侵食は
取るに足りないものと信じられてきたが、n+ソース及び
ドレインの侵食の程度は、通常p+ソース及びドレインの
侵食の程度よりはるかに大きいことが発見された。事
実、約1μm以下の深さを持つn+ソース及びドレイン
は、しばしば、激しく侵食され、場合によっては殆ど全
部侵食されてしまうことが発見された。これに加えて、
約1μm以下の深さをもつ(Wにて覆われた)p+及びn+
ソース及びドレインへのアルミニウム コンタクトのコ
ンタクト抵抗は、これまで報告されてきた約1μm以上
の深さをもつ(Wにて覆われた)p+及びn+ソース及びド
レインへのコンタクト抵抗よりはるかに高いことが発見
された。例えば、約1μm以下の深さをもつ(Wにて覆
われた)p+ソース及びドレインへのコンタクト抵抗は約
5×10-5ohm−cm2以上であることが発見された。これに
加えて、約1μm以下の深さをもつ(Wにて覆われた)
n+ソース及びコンタクト抵抗は約10-5ohm−cm2以上であ
ることが発見された。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a device comprising reacting at least two entities for the purpose of forming a metal-containing material on one region, a plurality of regions, or all of a treated or untreated substrate. It relates to a manufacturing method. In many cases,
The desired reaction is one or more of these reactive entities.
And substrate material, eg, semiconductor material (found on treated or untreated substrate), metal (found on treated substrate), or SiO 2 (found on treated substrate).
With a second reaction between and (which may even precede). Importantly, this second reaction produces highly undesired results that have hitherto been unrecognized. For example, if one wants to react WF 6 with H 2 according to the reaction given in equation (2) to form W on the silicon surface of the source and drain, then WF 6 is necessarily
Reacts with the silicon according to the reaction given to it, thus partially attacking the source and drain. While this erosion has been believed to be insignificant, it has been discovered that the degree of erosion of the n + source and drain is usually much greater than that of the p + source and drain. In fact, it has been discovered that n + sources and drains with a depth of about 1 μm or less are often severely and in some cases almost entirely eroded. In addition to this,
P + and n + (covered with W) having a depth of about 1 μm or less
The contact resistance of aluminum contacts to the source and drain is much higher than the previously reported contact resistance to p + and n + sources and drains (covered with W) with a depth of about 1 μm or more. It was discovered. For example, it has been discovered that the contact resistance to the p + source and drain (covered with W) having a depth of about 1 μm or less is about 5 × 10 −5 ohm-cm 2 or more. In addition to this, it has a depth of about 1 μm or less (covered with W).
It has been discovered that the n + source and contact resistance is greater than about 10 -5 ohm-cm 2 .
本発明によるデバイス製造方法は、先行技術による方法
と第2の(望ましくない)反応と関連する悪影響を防
ぐ、或はこの程度を大きく低減するための様々な技術を
含む点において異なる。つまり、基板材料の少なくとも
2つの反応性実体の1つ(或は複数)の間の(望ましく
ない)反応の速度をこの少なくとも2つの反応性実体間
の(要求される)反応の速度を大きく低減させることな
く抑制するための技術が開発された。例えば、Wを形成
するためにWF6とH2を反応させたい場合、WF6とH2との間
の反応速度を大きく落すことなく、WF6とSiの間の(望
ましくない反応と関連する)反応速度を、例えば、望ま
しくない反応の生成物の1つの濃度を増加すること、つ
まりSiF4の濃度を(通常に起る濃度より)増加させるこ
とによって大きく低減することができることが発見され
た。この技術(及びその他)によってn+及びp+ソース及
びドレインの両方の侵食が大きく低減される。この腐蝕
の低減は約1μm以下の深さのn+ソースドレインをもつ
をもつデバイスにおいては特に重要である。更に、全く
予期されなかったことに、n+及びp+ソース及びドレイン
の両方へのコンタクト抵抗も約10-6ohm−cm2以下のレベ
ルに大きく落ちるという良い結果を与える。The device manufacturing method according to the present invention differs from prior art methods in that it includes various techniques for preventing or greatly reducing the adverse effects associated with the second (undesirable) reaction. That is, the rate of (undesired) reaction between one (or more) of the at least two reactive entities of the substrate material is greatly reduced the rate of (required) reaction between the at least two reactive entities. Techniques have been developed to suppress without causing. For example, if you want to reacting WF 6 and H 2 to form a W, large without lowering the reaction rate between the WF 6 and H 2, it is associated with (undesirable reactions between WF 6 and Si ) It has been discovered that the reaction rate can be significantly reduced, for example, by increasing the concentration of one of the products of the undesired reaction, that is, by increasing the concentration of SiF 4 (above the normal concentration). . This technique (and others) greatly reduces erosion of both n + and p + sources and drains. This reduction in corrosion is especially important in devices with n + source and drain depths of about 1 μm or less. Moreover, quite unexpectedly, it gives the good result that the contact resistance to both the n + and p + source and drain also drops significantly to levels below about 10 −6 ohm-cm 2 .
図面の簡単な説明 第1図から第7図は本発明によるデバイス製造法の1つ
の実施態様に含まれる様々なステップを示し;そして 第8図から第10図は先行技術による製造方法及び本発明
によるデバイス製造方法を用いて達成されるデバイス
コンタクト抵抗を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 to 7 show various steps involved in one embodiment of a device manufacturing method according to the present invention; and FIGS. 8 to 10 are prior art manufacturing methods and the present invention. Achieved by using the device manufacturing method according to
Indicates contact resistance.
詳細な説明 本発明はデバイス、例えば、離散半導体デバイス、集積
回路デバイス、及びバブル デバイス(bubble)を製造
するための方法に関し、本方法は処理された或は処理さ
れてない基板の1つの領域、或は複数の領域、或は全体
の上に金属含有材料を形成するステップを含む。本発明
は又本発明による方法から得られるデバイスに関する。DETAILED DESCRIPTION The present invention relates to a method for manufacturing a device, such as a discrete semiconductor device, an integrated circuit device, and a bubble device, the method comprising a region of a treated or untreated substrate, Or forming a metal-containing material over a plurality of regions, or the entire region. The invention also relates to the device obtained from the method according to the invention.
金属含有材料の形成は、本発明によると、(基板材料以
外の)少なくとも2つの反応性実体を反応させることに
よって達成される。ここで、この実体の少なくとも1つ
はこの金属含有材料内に含まれるタイプの金属を含む。
説明の如く、この少なくとも2つの反応性実体間の反応
は、多くの場合、この反応性実体の1つ(或は複数)と
基板材料の間の第2の反応(或は一連の反応)を伴な
う。これもまた説明の如く、この第2の反応は、通常、
以前は認識されてなかった極めて望ましくない結果を与
える。この望ましくない結果を回避するため、或は程度
を大きく低減させるために、本発明によるデバイス製造
方法においては、第2の望ましくない反応と関連する反
応速度を落すための各種技術の1つ(或は複数)が用い
られる。重要なことに、これら技術は2つの反応性実体
間の反応速度が大きく低下されないように選択される。
(本発明の目的においては、この反応の大きな低下は金
属含有材料の形成の速度が約0.1nm/分以上であるとき回
避できたものとみなされる。) 上に挙げられた技術の幾つかは、従来使用されているの
と異なる(反応チャッバー内のガスの)全圧を使用し
て、或は従来使用されているのと異なる反応温度を使用
しての望ましくない反応によって生成される1つ或は複
数の生成物の(通常からの)変動、例えば、増加を伴な
う。特定の状況においてどの技術を使用するかは、コン
トロールサンプルを用いて決定すべきである。The formation of the metal-containing material is achieved according to the invention by reacting at least two reactive entities (other than the substrate material). Here, at least one of the entities comprises a metal of the type contained within the metal-containing material.
As mentioned, the reaction between the at least two reactive entities often results in a second reaction (or series of reactions) between one (or more) of the reactive entities and the substrate material. Accompany. This second reaction is usually
It gives highly undesirable results that were previously unrecognized. In order to avoid this undesirable result, or to a great extent reduce it, in the device manufacturing method according to the present invention, one of various techniques for slowing down the reaction rate associated with the second undesirable reaction (or Is used). Importantly, these techniques are chosen so that the reaction rate between the two reactive entities is not significantly reduced.
(For the purposes of the present invention, this large reduction in reaction is considered to have been avoided when the rate of formation of the metal-containing material is above about 0.1 nm / min.) Some of the techniques listed above , One produced by an undesired reaction using a different total pressure (of the gas in the reaction chabber) than is conventionally used, or using a reaction temperature different from that conventionally used Or it is accompanied by a variation (out of normal) of multiple products, eg an increase. A control sample should be used to determine which technique to use in a particular situation.
一例として、上に説明の如く、MOSFETソース及びドレイ
ンのシリコン表面上にWを形成するためにWF6とH2を反
応させる場合、必然的にWF6がシリコンとも反応してソ
ース及びドレインを侵食する。n+ソース及びドレインの
侵食の程度はp+ソース及びドレインの侵食より非常に大
きい。事実、上に説明の如く、約1μm以下の深さをも
つn+ソース及びドレインは侵食が激しく、通常殆ど全て
が侵食される。本発明の目的においては、ソース或はド
レインの深さは元の基板表面に対する最小二乗補正平面
近似値(least−squares−fit planar approxi−matio
n)からソース或はドレイン内のドーパント濃度が周囲
基板内のドーパント濃度に等しい最も低いポイント迄延
びる垂直の延長の長さと定義される。このポイントは、
例えば、SIMS分析、或は従来の接合着色(junction sta
ining)技術によって決定される。これら着色技術に関
しては、例えば、W.E.ビードル(W.E.Beadle)等によっ
て編集のシリコン集積回路技術に対する早引き参照マニ
ュアル(Quick Reference Manual for Silicon Inte−g
rated Circuit Technology)、ジョン ウィーリー ア
ンド サンズ(John Wiley and Sons、New York、1985
セクション5−9)を参照すること。Erosion As an example, as the above explanation, the case where the WF 6 and H 2 are reacted to form a W on the silicon surfaces of MOSFET sources and drains, the source and drain inevitably reaction WF 6 is also silicon To do. The degree of erosion of the n + source and drain is much greater than that of the p + source and drain. In fact, as explained above, n + source and drain with depths of about 1 μm or less are severely eroded, and usually almost all. For purposes of this invention, the depth of the source or drain is the least-squares-fit planar approxi-matio with respect to the original substrate surface.
It is defined as the length of the vertical extension from n) to the lowest point where the dopant concentration in the source or drain is equal to the dopant concentration in the surrounding substrate. This point is
For example, SIMS analysis or conventional junction coloring (junction sta
ining) technology. Regarding these coloring techniques, for example, a Quick Reference Manual for Silicon Inte-g which is edited by a WE beadle (WEBeadle) or the like is used.
rated Circuit Technology, John Wiley and Sons, New York, 1985
See Sections 5-9).
更に前述の如く、WF6とSiの間の望ましくない反応に対
する反応速度は、例えば望ましくない反応の生成物の濃
度、つまり、SiF4の濃度を(通常に発生するより高く)
増加させることによって簡単に落すことができ、従っ
て、n+ソース及びドレインの過剰エッチングを低減でき
ることが発見された。SiF4の濃度が増加するほど所望の
効果が高くなる。但し、SiF4の濃度を増加するとWF6とH
2との間の反応速度が落ちる傾向がある。従って、本発
明によると、WF6及びH2は反応チャンバーに、例えば、
夫々10sccm(standard cubic centimeters perminute)
及び2000sccmの流速にて流され、SiF4は反応チャンバー
に約1sccmから約100sccmの範囲の流速にて流される。約
1sccm以下のSiF4の流速はこれらがWF6とSiとの間の反応
速度の減少効果を殺すため望ましくない。約100sccm以
上のSiF4の流速はこれがWF6とH2の間の反応速度を大き
く落すために望ましくない。Further, as mentioned above, the reaction rate for undesired reactions between WF 6 and Si is, for example, the concentration of the products of the undesired reactions, ie the concentration of SiF 4 (higher than normally occurs).
It has been discovered that by increasing it can be easily dropped, thus reducing overetching of the n + source and drain. The desired effect is enhanced as the concentration of SiF 4 is increased. However, when the concentration of SiF 4 is increased, WF 6 and H
The reaction rate between the two tends to decrease. Therefore, according to the present invention, WF 6 and H 2 are added to the reaction chamber, for example,
10 sccm (standard cubic centimeters perminute) each
And 2000 sccm, and SiF 4 is flown into the reaction chamber at a flow rate in the range of about 1 sccm to about 100 sccm. about
SiF 4 flow rates below 1 sccm are undesirable as they counteract the effect of reducing the reaction rate between WF 6 and Si. SiF 4 flow rates above about 100 sccm are undesirable as this significantly slows the reaction rate between WF 6 and H 2 .
又、反応チャンバー内の全圧を従来のレベルの133Pa
(1トル)以上にあげたときもWF6とSiの間の反応速度
が落ちることが発見された。これに加えて、従来の温度
レンジの外側の反応温度の使用、例えば、約250度C以
下の温度及び約600度C以上の温度は同様の望ましい結
果を与える。但し、約600度C以上の温度はWの形成に
おける選択性を落す。In addition, the total pressure inside the reaction chamber is 133Pa
It has been discovered that the reaction rate between WF 6 and Si slows down even above (1 torr). In addition, the use of reaction temperatures outside the conventional temperature range, such as temperatures below about 250 degrees C and above about 600 degrees C, give similar desirable results. However, temperatures above about 600 ° C. reduce the selectivity in the formation of W.
上の説明の技術は、Wの形成において有効であるばかり
でなく、広範囲の金属含有材料の形成にも有功である。
例えば、モリブデン、タンタル、チタニウム及びレニウ
ム等の金属並びにこれらの対応するケイ化物は、これら
金属のフッ化物或は塩化物、例えば、MoF6、TaCl5TiC
l4、及びReF6を還元剤、例えば、H2(金属を生成)或は
SiH4(ケイ化物を生成)と反応することによって簡単に
生成される。前述のように、これら金属フッ化物或は塩
化物はケイ素と反応し、上に説明の望ましくない結果を
与える傾向をもつ。但し、これら望ましくない反応と関
連する反応速度は上に説明の技術を用いて簡単に落すこ
とができる。The techniques described above are not only effective in forming W, but are also effective in forming a wide range of metal-containing materials.
For example, metals such as molybdenum, tantalum, titanium and rhenium, and their corresponding silicides are fluorides or chlorides of these metals, such as MoF 6 , TaCl 5 TiC.
l 4 and ReF 6 as a reducing agent, such as H 2 (forms a metal) or
It is easily produced by reacting with SiH 4 (which produces silicide). As mentioned above, these metal fluorides or chlorides tend to react with silicon, giving the undesirable results explained above. However, the reaction rates associated with these unwanted reactions can be easily slowed down using the techniques described above.
本発明を更に完全に理解するための学術的な側面とし
て、以下に1つのn−チャネルMOSFETを含むMOS IC、例
えば、n−チャネルMOS IC或はCMOS ICの製造への本発
明によるデバイス製造方法の応用が述べられる。重要な
こととして、このn−チャネルMOSFETは約1μm以下の
深さをもつn+ソース及びドレインを含む。更に、このMO
SFETはソース及びドレインの所でのアルミニウムとケイ
素の相互拡散(interdiffusion)を防止或は低減するた
めの拡散障壁、例えば、タングステン拡散障壁を含み、
従って、アルミニウムがこれらソース及びドレインを通
じてスパイク(spike)することを防ぐ。As an academic aspect for a more complete understanding of the present invention, a device manufacturing method according to the present invention for manufacturing a MOS IC including one n-channel MOSFET, for example, an n-channel MOS IC or a CMOS IC, is described below. The application of is described. Importantly, the n-channel MOSFET includes n + source and drain having a depth of about 1 μm or less. Furthermore, this MO
The SFET includes a diffusion barrier, such as a tungsten diffusion barrier, to prevent or reduce interdiffusion of aluminum and silicon at the source and drain,
Therefore, it prevents aluminum from spikes through these sources and drains.
第1図から第7図に示されるように、本発明によると、
n−チャネルMOSFETを含むMOS ICはドープされた半導体
材料20の層の表面上に薄いGOX 30と厚いFOX 40を形成す
ることによって製造される。層20は半導体材料の基板10
の表面活性層を構成する。MOS ICがn−チャネル及びp
−チャネルMOSFETの両方を含むときは、基板10は必然的
にp−タイプ及びn−タイプバルク領域の両方を含む。
以下の説明においては、n−チャネルMOSFETは、例え
ば、1016cm-3のドーピングレベルをもつp−タイプバル
ブ領域内に製造されるものと想定する。As shown in FIGS. 1 to 7, according to the present invention,
MOS ICs, including n-channel MOSFETs, are manufactured by forming a thin GOX 30 and a thick FOX 40 on the surface of a layer of doped semiconductor material 20. Layer 20 is a substrate 10 of semiconductor material.
Constituting the surface active layer of. MOS IC is n-channel and p
When including both -channel MOSFETs, the substrate 10 necessarily includes both p-type and n-type bulk regions.
In the following description, it is assumed that the n-channel MOSFET is manufactured in a p-type valve region with a doping level of 10 16 cm -3 , for example.
厚いFOX40は層20の表面上のMOSFETが形成されるべきGOX
で覆われたGASAD(gate−and−source−and−drain)領
域50を分離する。例えば、活性層20がシリコンである場
合は、GOX30及びFOX40は、典型的には、夫々SiO2の薄い
層及び厚い層から構成される。FOX40は、例えば、層20
の表面を熱的に酸化することによって形成される。層20
の表面上のGASAD領域50を露出するためにFOX内に(従来
の技術によって)窓を開けた後に、GOX30が、例えば層2
0の表面を再び熱酸化することによって形成される。例
えば、VLSI(very large scale integrated)MOS ICの
場合は、SiO2GOX30の厚さは約15nmから約100nmの範囲と
され、好ましくは、約20nmとされる。約15nm以下の厚さ
のGOX30はこの薄い層は誘電ブレークダウン(dielectir
c breakdown)を起こす危険があるために望ましくな
い。一方、約100nmより厚い場合は、デバイス動作が不
必要に高い電圧を要求するために望ましくない。Thick FOX40 is the GOX on which the MOSFET on the surface of layer 20 should be formed.
GASAD (gate-and-source-and-drain) regions 50 covered with are separated. For example, if active layer 20 is silicon, GOX 30 and FOX 40 are typically composed of thin and thick layers of SiO 2 , respectively. FOX40 is, for example, layer 20
It is formed by thermally oxidizing the surface of. Layer 20
After opening a window (by conventional technique) in the FOX to expose the GASAD region 50 on the surface of the GOX30, eg layer 2
It is formed by thermally oxidizing the surface of 0 again. For example, in the case of a VLSI (very large scale integrated) MOS IC, the thickness of SiO 2 GOX 30 is in the range of about 15 nm to about 100 nm, preferably about 20 nm. GOX30 with a thickness of less than about 15 nm shows that this thin layer has a dielectric breakdown (dielectir
It is not desirable due to the risk of causing (c breakdown). On the other hand, thicker than about 100 nm is not desirable because device operation requires unnecessarily high voltage.
MOS ICのSiO2の厚さは約200nmから約800nmの範囲とさ
れ、好ましくは、約400nmとされる。約200nm以下の厚さ
はラナー(runners)に加えられた電圧が下側の半導体
材料を反転させる恐れがある。一方、約800nm以上の厚
さはこのような厚い層ではその後の金属、例えば、アル
ミニウムのよく順応した堆積が困難となることから望ま
しくない。The thickness of the SiO 2 of the MOS IC is in the range of about 200 nm to about 800 nm, preferably about 400 nm. Thicknesses below about 200 nm can cause the voltage applied to the runners to invert the underlying semiconductor material. On the other hand, thicknesses above about 800 nm are not desirable as such thick layers make subsequent conformational deposition of the metal, eg aluminum, difficult.
GOX30及びFOX40が形成された後、ゲート材料の層、例え
ば、ポリシリコンの層がGOX並びにFOX上に堆積され、次
に(従来の技術によって)ゲート60を形成するためにパ
ターン化される。堆積されたゲート材料の厚さ、従っ
て、ゲートの厚さは、約200nmから約800nmの範囲とさ
れ、好ましくは、約600nmとされる。約200nm以下の厚さ
はこのような薄い層は望ましくない高いシート抵抗をも
ち、レベル間誘電体(interlevel dielectric)を通じ
ての経路孔(via holes)のエッチングの際に過剰に侵
食される危険がある。約800nm以上の厚さはこのような
厚い層をエッチングするとき実質的に垂直のゲート側壁
を達成することが困難となり望ましくない。After the GOX 30 and FOX 40 are formed, a layer of gate material, such as polysilicon, is deposited over the GOX and FOX and then patterned (by conventional techniques) to form gate 60. The thickness of the deposited gate material, and thus the gate thickness, is in the range of about 200 nm to about 800 nm, preferably about 600 nm. Thicknesses below about 200 nm such thin layers have an undesirably high sheet resistance and risk excessive erosion during the etching of via holes through the interlevel dielectric. . Thicknesses above about 800 nm are undesirable because it becomes difficult to achieve substantially vertical gate sidewalls when etching such thick layers.
ゲート60を堆積マスクとして用いて、ゲートの反対側の
活性層20内にドーパント(これは後にMOSFETのソース及
びドレインを形成するために活性層20に拡散される)が
注入される。n−チャネルMOSFETであり、活性層20が、
例えば、(p−タイプの)シリコンである場合は、有効
な(n+ソース及びドレインを形成するための)ドーパン
トとしては、例えば、リン、ヒ素、及びアンチモンが含
まれる。更に、これらドーパントの放射エネルギー(in
cident energies)は約10keVから300keVの範囲とされ、
好ましくは、約100keVとされる。約10keV以下のエネル
ギーは結果としての接合が浅くなりすぎるために望まし
くない。300keV以上のエネルギーでは結果としての接合
が深くなりすぎる。つまり、拡散の後に1μm以上の深
さに達する。Using the gate 60 as a deposition mask, a dopant, which is later diffused into the active layer 20 to form the MOSFET source and drain, is implanted into the active layer 20 opposite the gate. It is an n-channel MOSFET, and the active layer 20 is
For example, in the case of silicon (p-type), effective dopants (to form the n + source and drain) include, for example, phosphorus, arsenic, and antimony. In addition, the radiant energy of these dopants (in
cident energies) is in the range of about 10keV to 300keV,
It is preferably about 100 keV. Energy below about 10 keV is undesirable because the resulting junction becomes too shallow. At energies above 300 keV, the resulting bond becomes too deep. That is, it reaches a depth of 1 μm or more after diffusion.
MOS ICがp−チャネルMOSFETも含む場合、例えば、MOS
ICがCMOS ICである場合は、基板10は約1016cm-3の典型
的なドーパントレベルをもつ(その中にp−チャネルMO
SFETが形成される)n−タイプバルブ領域も含む。後に
p−チャネルMOSFETのソース及びドレインを形成するた
めにn−タイプバルブ領域、例えば、n−タイプシリコ
ンの活性層内に注入される有効なp−タイプドーパント
としては、ホウ素、アルミニウム、及びガリウムが含ま
れる。これらドーパントの放射エネルギーは、通常、上
記のレベルと同一とされる。If the MOS IC also includes a p-channel MOSFET, eg a MOS
If the IC is a CMOS IC, the substrate 10 has a typical dopant level of about 10 16 cm -3 (within the p-channel MO).
N-type valve region (where the SFET is formed) is also included. Boron, aluminum, and gallium are effective p-type dopants that are subsequently implanted into the n-type valve region, eg, the active layer of n-type silicon, to form the source and drain of the p-channel MOSFET. included. The radiant energy of these dopants is usually the same as the above levels.
レベル間誘電体70が次にFOX40、ゲート60、並びにGASAD
領域50のドーピングされた部分の上に堆積される。レベ
ル間誘電体70としては、例えば、SiO2−P2O5或はSiO2−
P2O5−B2O3が含まれるが、これら材料は従来のCVD技術
を用いて簡単に堆積できる。レベル間誘電体70の厚さは
約1/2μmから約2μmの範囲とされ、好ましくは、約
1μmとされる。約1/2μm以下の厚さはこのような薄
い層では絶縁が不十分となるために望ましくない。約2
μm以上の厚さでは、このような厚い層ではその後の金
属化において段のカバーがうまくできなくなる。Interlevel dielectric 70 is then FOX 40, gate 60, and GASAD
Deposited on the doped portion of region 50. As the interlevel dielectric 70, for example, SiO 2 --P 2 O 5 or SiO 2-
Including but P 2 O 5 -B 2 O 3 , these materials can be easily deposited using conventional CVD techniques. The interlevel dielectric 70 has a thickness in the range of about 1/2 μm to about 2 μm, preferably about 1 μm. Thicknesses less than about 1/2 μm are not desirable due to poor insulation in such thin layers. About 2
At thicknesses of μm and above, such thick layers do not lend itself well to subsequent step metallization.
堆積されたレベル間誘電体70の上側面は、典型的には平
坦ではなく(これは、通常、後の処理において問題とな
る)。レベル間誘電体70の流動性を導き出し、従って、
表面の平坦性を達成するため、並びに注入されたドーパ
ントを活性層20内に駆り立てソース80及びドレイン90を
形成するために、基板が約850度Cから約1100度Cの範
囲の温度で、約1時間から約2時間の範囲の対応する期
間だけ加熱される。約850度C以下の温度、及び約1時
間以下の加熱時間は、ガラスの流れる量が小さくなりす
ぎるため望ましくない。一方、約1100度C以上の温度、
及び約2時間以上の加熱時間では、望ましくない深い接
合が形成される虞れがある。The top surface of the deposited interlevel dielectric 70 is typically not flat (which is usually a problem in later processing). Derives the fluidity of the interlevel dielectric 70, and therefore
To achieve surface planarity and to drive the implanted dopants into the active layer 20 to form the source 80 and drain 90, the substrate is at a temperature in the range of about 850 ° C. to about 1100 ° C. It is heated for a corresponding period ranging from 1 hour to about 2 hours. Temperatures below about 850 ° C. and heating times below about 1 hour are undesirable because the amount of glass flowing becomes too small. On the other hand, temperatures above about 1100 degrees C,
And heating times of about 2 hours or more can form undesired deep bonds.
ソース及びドレインの形成の後、レベル間誘電体が夫々
ソース、ドレイン及びゲートへの経路孔100、110、及び
120を開けるために(従来の技術を用いて)パターン化
される。ソース、ドレイン及びゲートへの(後に形成さ
れるべき)電気コンタクトとしてアルミニウムを用い、
基板10がシリコンである場合は、個々のソース及びドレ
インの上にアルミニウムとシリコンの相互拡散を防ぐた
めの障壁(130、140)が形成される。同時に、ゲート60
上に層150が形成される。拡散障壁は、例えば、タング
ステンの領域を含む。別の方法として、この障壁はチタ
ニウム、タンタル、モリブデン或はレニウムの領域を含
むこともできる。拡散障壁の厚さは約30nmから約150nm
の範囲とされ、好ましくは、約100nmとされる。約30nm
以下の厚さは、このような薄い領域は弱すぎる拡散領域
を与えるために望ましくない。約150nm以上の厚さで
は、タングステンの形成における選択性を失うこととな
る。After formation of the source and drain, the inter-level dielectric will provide via holes 100, 110, and to the source, drain, and gate, respectively.
Patterned (using conventional techniques) to open 120. Using aluminum as electrical contacts (to be formed later) to the source, drain and gate,
If the substrate 10 is silicon, barriers (130, 140) are formed on the individual sources and drains to prevent aluminum and silicon interdiffusion. At the same time, gate 60
Layer 150 is formed thereon. The diffusion barrier comprises, for example, a region of tungsten. Alternatively, the barrier may include titanium, tantalum, molybdenum or rhenium regions. Diffusion barrier thickness is about 30 nm to about 150 nm
And is preferably about 100 nm. About 30 nm
The following thicknesses are undesirable because such thin areas give diffusion areas that are too weak. Thicknesses above about 150 nm result in loss of selectivity in forming tungsten.
拡散障壁130及び140がタングステンの場合、有効の厚さ
のタングステンがWF6とH2を反応させることによってソ
ース及びドレイン上に簡単に選択的に形成される。更
に、n+ソース及びドレインの過剰のエッチングを抑える
ために、過多のSiF4が導入される。WF6の流速は約1sccm
から約30sccmの範囲とされ、好ましくは、約10sccmとさ
れる。約4sccm以下の流速では、タングステンの形成速
度が遅くなりすぎる。一方、約30sccm以上の流速では、
タングステンを形成するのに使用される装置の腐蝕が激
しくなり望ましくない。When the diffusion barriers 130 and 140 are tungsten, an effective thickness of tungsten is simply and selectively formed on the source and drain by reacting WF 6 and H 2 . Further, excessive SiF 4 is introduced to suppress excessive etching of the n + source and drain. The flow rate of WF 6 is about 1 sccm
To about 30 sccm, preferably about 10 sccm. At a flow rate below about 4 sccm, the tungsten formation rate becomes too slow. On the other hand, at a flow rate of about 30 sccm or more,
The corrosion of the equipment used to form the tungsten is severe and undesirable.
H2の流速は約100sccmから約5000sccmの範囲とされ、好
ましくは、約2000sccmとされる。約100sccm以下の流速
は過剰のシリコン侵食を起こすため望ましくない。約50
00sccm以上の流速では望ましくない高い全圧となる。The flow rate of H 2 is in the range of about 100 sccm to about 5000 sccm, preferably about 2000 sccm. Flow rates below about 100 sccm are undesirable because they cause excessive silicon erosion. About 50
Flow rates above 00 sccm result in undesirably high total pressures.
SiO4の流速は1sccmから約100sccmの範囲とされ、望まし
くは、約20sccmとされる。約1sccm以下及び約100sccm以
上の流速は上記の理由で望ましくない。The flow rate of SiO 4 ranges from 1 sccm to about 100 sccm, preferably about 20 sccm. Flow rates below about 1 sccm and above about 100 sccm are undesirable for the above reasons.
選択的形成において用いられるガスの全圧は約13Pa(10
0ミリトル)から約267Pa(2トル)の範囲とされ、好ま
しくは、約133Pa(1トル)とさる。これに加えて、反
応温度は約250度Cから約600度Cの範囲とされ、望まし
くは、約300度C或は約550度Cとされる。約13Pa(100
ミリトル)以下の全圧、及び約250度C以下の反応温度
は、低いタングステン形成速度を与えるために望ましく
ない。約267Pa(2トル)以上の全圧はタングステンの
気相核形成を与え、ソース及びドレインの表面上への核
形成を与えないために望ましくない。約600度C以上の
反応温度では、タングステン形成における選択性が失わ
れる。The total pressure of the gas used in the selective formation is about 13 Pa (10
It ranges from 0 millitorr to about 267 Pa (2 torr), preferably about 133 Pa (1 torr). In addition to this, the reaction temperature is in the range of about 250 ° C to about 600 ° C, preferably about 300 ° C or about 550 ° C. About 13Pa (100
Total pressures below millitorr and reaction temperatures below about 250 degrees C are undesirable because they give low tungsten formation rates. A total pressure of about 267 Pa (2 Torr) or higher is undesirable because it provides vapor phase nucleation of tungsten and not nucleation on the source and drain surfaces. At reaction temperatures above about 600 ° C, the selectivity in tungsten formation is lost.
拡散障壁130及び140の形成の後に、金属の層160、例え
ば、アルミニウム層がレベル間誘電体70上、並びにソー
ス、ドレイン及びゲートに通じる経路孔内に堆積され
る。層160の厚さは約1/2μmから約2μmの範囲とされ
る。約1/2μm以下の厚さは望ましくない高いシート抵
抗を与える。約2μm以上の厚さでは、このような厚い
層ではこの層のパターン化の際に実質的に垂直の側壁が
達成できなくなる。堆積に続いて、金属コンタクトパッ
ドに終端する相互接続金属ラナーを形成するために金属
層160がパターン化(図示なし)、例えば、選択的反応
性イオンエッチングされる。こうして処理された基板が
次に、反応性イオンエッチングの際に発生した放射損傷
を除去するために、例えば、450度Cの温度にて、約1
時間焼なましされる。After forming the diffusion barriers 130 and 140, a layer of metal 160, eg, an aluminum layer, is deposited on the interlevel dielectric 70 and in the via holes leading to the source, drain and gate. The thickness of layer 160 is in the range of about 1/2 μm to about 2 μm. Thicknesses less than about 1/2 μm give undesirably high sheet resistance. Above a thickness of about 2 μm, such thick layers do not achieve substantially vertical sidewalls during patterning of this layer. Following deposition, the metal layer 160 is patterned (not shown), eg, selective reactive ion etching, to form interconnect metal runners terminating in the metal contact pads. The substrate thus treated is then subjected to about 1 ° C., for example at a temperature of 450 ° C., to remove the radiation damage generated during reactive ion etching.
Annealed for hours.
MOS ICが一連の従来のステップによって完成されるが、
これらステップには、典型的には、従来の技術であるプ
ラズマ促進CVDによって、湿気及び物理的な損傷から守
るための障壁を形成するためにシリコン窒化物層がIC上
に堆積される。MOS IC is completed by a series of conventional steps,
During these steps, a silicon nitride layer is typically deposited on the IC by conventional techniques of plasma-enhanced CVD to form a barrier to protect against moisture and physical damage.
上に説明のMOS ICは、従来のMOS ICと拡散障壁の形成が
実質的に侵食のないn+ソース及びドレインを与える点で
異なる。(本発明の目的においては、ソース或はドレイ
ンは、元の基板表面の最小二乗補正平面近似値から拡散
障壁とソース或はドレインの間の界面の最も低いポイン
トまでの垂直延長が約30nm以下であるときに実質的に侵
食を受けないと見なされる)。これに加えて、全く予想
されなかったことであるが、n−チャネルMOSFETのソー
ス及びドレインを含むこのICの全てのソース及びドレイ
ンへの金属コンタクトは、約1016ohm−cm2以下、典型的
には約5×10-7ohm−cm2以下のコンタクト抵抗を示す。
重要なことに、この予期しなかった低いコンタクト抵抗
は熱的に安定、つまり、上に説明のような従来の焼きな
まし手順によって実質的に影響を受けないことである。
このため、結果としてのコンタクト抵抗は熱に安定であ
り、然もこれまで達成が可能であったレベルよりもかな
り低くなる。(本発明の目的においては、ソース或はド
レインへのコンタクト抵抗はソース或はドレインへのコ
ンタクト抵抗Rcとソース或はドレインの上側表面の面積
Aの積とされる。前者はソース或はドレインを含むデバ
イス基板の領域を横断しての電流−電圧(I−V)曲線
を測定することによって簡単に決定できる。上側表面の
面積Aとソース或はドレインの深さdが次に従来の技
術、例えば、走査電子顕微鏡、伝送電子マイクロスコピ
ー、或は二次イオン マス スペクトロスコピーを用い
て測定される。次に、A及びdの測定値に基づいて、ソ
ース或はドレインに対する理想曲線I−Vが、例えば、
S.M.エスゼ(S.M.Sze)、半導体デバイスの物理(Physi
cs of Semiconductor Devices)、ジョン ウィリー
アンド サンズ(John Wiley and Sons、N.Y.)、第2
版、ページ304に示される方法から計算される。典型的
には、測定されるI−V曲線は理論的なI−V曲線から
一定量だけずれる。重要なことは、Rcがこのずれと一定
の関係をもつことである。つまり、Rc=△V/Iによって
表わされる。ここで、△Vは固定の電流Iに対する2つ
のI−V曲線の間の電圧値の差を表わす。別の方法とし
て、Rcはソース或はドレイン間に順方向のバイアス電圧
を加え、これを増加してゆき、これに対応するdV/dI、
つまり加えられた電圧の結果としてのソース/ドレイン
電流に対する導関数を測定することによって簡単に決定
できる。コンタクト抵抗は飽和状態、つまり、dV/dIが
順バイアスの増加とともに変動することを止めた時点の
dV/dIに等しい。The MOS ICs described above differ from conventional MOS ICs in that the formation of the diffusion barrier provides a substantially erosion-free n + source and drain. (For purposes of the present invention, a source or drain is a vertical extension of about 30 nm or less from the least squares corrected plane approximation of the original substrate surface to the lowest point of the interface between the diffusion barrier and the source or drain. It is considered to be virtually eroded at times). In addition to this, unexpectedly, metal contacts to all sources and drains of this IC, including the sources and drains of n-channel MOSFETs, are typically less than about 10 16 ohm-cm 2. Shows a contact resistance of about 5 × 10 −7 ohm-cm 2 or less.
Importantly, this unexpectedly low contact resistance is thermally stable, that is, substantially unaffected by conventional annealing procedures such as those described above.
As a result, the resulting contact resistance is thermally stable and still well below the levels previously achievable. (For the purpose of the present invention, the contact resistance to the source or drain is the product of the contact resistance Rc to the source or drain and the area A of the upper surface of the source or drain. It can be easily determined by measuring a current-voltage (IV) curve across the area of the device substrate that contains the upper surface area A and the source or drain depth d in the prior art. For example, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, or secondary ion mass spectroscopy can be used to determine the ideal curve IV for the source or drain based on the measurements of A and d . , For example,
SM sze (SMSze), semiconductor device physics (Physi
cs of Semiconductor Devices), John Willie
And Sons (John Wiley and Sons, NY), 2nd
Edition, calculated from the method shown on page 304. Typically, the measured IV curve deviates from the theoretical IV curve by a certain amount. What is important is that Rc has a certain relationship with this deviation. That is, it is represented by Rc = ΔV / I. Where ΔV represents the difference in voltage value between the two IV curves for a fixed current I. Alternatively, Rc applies a forward bias voltage across the source or drain and increases it to the corresponding dV / dI,
That is, it can be easily determined by measuring the derivative with respect to the source / drain current as a result of the applied voltage. Contact resistance is saturated, that is, when dV / dI stops changing with increasing forward bias.
Equal to dV / dI.
本発明に必須ではないが、上のMOS ICは、好ましくは上
に説明のように拡散障壁を形成する前にソース或はドレ
イン上に金属ケイ化物の領域、つまり、コバルト ケイ
化物、チタン ケイ化物、プラチナ ケイ化物、或はモ
リブデン ケイ化物を含むように製造される。これら金
属ケイ化物領域は、結果としてn−チャネルMOSFETのソ
ース及びドレインを含むMOS ICのソース及びドレインへ
の熱に安定のコンタクト抵抗を与えるために重要であ
る。こうして得られるコンタクト抵抗は、上に説明の値
より更に低くなる。つまり、約10-6ohm−cm2以下、更に
は約10-7ohm−cm2以下となる。金属ケイ化物の厚さは約
30nmから約100nmの範囲とされる。約30nm以下の厚さ
は、この程度の薄い層は、通常上側の金属が基板に浸透
し結果としてコンタクト抵抗を増加させることを防止で
きないため不適当である。約100nm以上の厚さは、この
ように厚い層はケイ化物の形成の際に不当に多量の基板
材料を消費するために適当でない。Although not essential to the invention, the above MOS IC is preferably a region of metal silicide, ie cobalt silicide, titanium silicide, on the source or drain prior to forming the diffusion barrier as described above. , Platinum silicide, or molybdenum silicide. These metal silicide regions are important because they result in a stable contact resistance to heat to the source and drain of a MOS IC, including the source and drain of the n-channel MOSFET. The contact resistance thus obtained is even lower than the values explained above. That is, it is about 10 -6 ohm-cm 2 or less, and further about 10 -7 ohm-cm 2 or less. The thickness of metal silicide is about
The range is from 30 nm to about 100 nm. A thickness of about 30 nm or less is unsuitable because such a thin layer cannot usually prevent the upper metal from penetrating the substrate and consequently increasing contact resistance. Thicknesses above about 100 nm are unsuitable because such thick layers consume unduly large amounts of substrate material during silicide formation.
好ましくは、金属ケイ化物領域は、対応する純粋の金属
をレベル間誘電体内の経路孔に堆積、つまり、rf−スパ
ッタリングし、次に不活性雰囲気、例えば、アルゴン内
で焼結し、こうして金属をソース及びドレインのシリコ
ンと反応させることによって形成される。堆積される金
属の厚さは約15nmから約50nmの範囲とされる。約15nm以
下の厚さ及び約50nm以上の厚さは上に説明の範囲から外
れる厚さの金属ケイ化物を与えるために望ましくない。
適当な焼結温度、及び対応する焼結時間は、約300度C
にて約1時間から約1000度Cにて約1時間の範囲であ
る。約300度C以下の焼結温度、及び約1時間以下の焼
結時間は、金属とシリコンとの間の反応が不完全となる
ために適当でない。約1000度C以上の焼結温度、及び約
1時間以上の焼結時間は、金属ケイ化物内の金属とケイ
素と二酸化ケイ素の両方の間の望ましくない反応を引き
起こすために適当でない。Preferably, the metal silicide region deposits corresponding pure metal in the via holes in the interlevel dielectric, i.e., rf-sputtered, and then sintered in an inert atmosphere, e.g., argon, thus removing the metal. It is formed by reacting with the silicon of the source and drain. The thickness of the deposited metal is in the range of about 15 nm to about 50 nm. Thicknesses less than about 15 nm and greater than about 50 nm are undesirable because they give metal suicide thicknesses outside the ranges described above.
Suitable sintering temperature and corresponding sintering time is about 300 degree C
The temperature ranges from about 1 hour to about 1000 ° C for about 1 hour. Sintering temperatures below about 300 ° C. and sintering times below about 1 hour are not suitable due to incomplete reaction between the metal and silicon. Sintering temperatures of about 1000 ° C. and above, and sintering times of about 1 hour and above are not suitable to cause undesired reactions between both metal and silicon and silicon dioxide in the metal silicide.
上に説明の金属ケイ化物領域を形成するための焼結手順
を使用すると、ソース及びドレインの幾らかの侵食が起
る。但し、この侵食は、通常、WF6とソース及びドレイ
ンのシリコンとの間の望ましくない反応によって生成さ
れる侵食に比べて小さい。Using the sintering procedure to form the metal silicide regions described above, some erosion of the source and drain occurs. However, this erosion is typically small compared to the erosion produced by the undesired reaction between WF 6 and the source and drain silicon.
重要なことに、この金属ケイ化物領域は、多孔性であ
り、従って、反応性実体、例えば、WF6がソース及びド
レインのケイ素と反応し、これを侵食することを許す。
更に、WF6は溶け出し、金属ケイ化物のケイ素と反応す
る傾向をもつ。このため、上に説明の本発明による方法
が金属ケイ化物の侵食を防ぎ、実質的に侵食のないソー
ス及びドレインを達成するために必須となる。(本発明
の目的においては、拡散障壁及び金属ケイ化物でカバー
されたソース或はドレインは、特定の仮想平面から金属
ケイ化物とソース或はドレインの間の界面の最も低いポ
イント迄の延長の長さが約30nm以下であるとき実質的に
侵食がないとみなされる。この仮想平面は元の基板表面
に対する最小二乗補正近似平面より下(基板内)にこれ
に平行に位置される。これに加え、この2つの平面間に
延びる垂直の長さは金属ケイ化物を形成するのに消費さ
れたシリコンの対応する均一な層の厚さに等しい。この
厚さは金属ケイ化物内の金属の量から簡単に推測でき、
これは、例えば、従来のラザフォード バック散乱(Ru
therford Back−Scattering)技術を用いて簡単に決定
できる。金属ケイ化物を形成するのに用いられたケイ素
源がソース或はドレインでない場合は、仮想平面は元の
基板表面に対する最小二乗補正平面近似値と同一とな
る。) 例 反対の導電タイプの2つのグループのシリコン ウェー
ハが以下のように処理された。ここで、グループIと呼
ばれる最初のグループは20−100Ωcmの抵抗を示す25個
のp−タイプ ウェーハを含み、ここで、グループIIと
呼ばれる第2のグループは、10−20Ωの抵抗を示す25個
のn−タイプ ウェーハから構成された。Importantly, this metal silicide region is porous, thus allowing reactive entities, such as WF 6, to react with and attack the source and drain silicon.
In addition, WF 6 tends to leach out and react with the metal silicide silicon. For this reason, the method according to the invention described above is essential for preventing the erosion of the metal suicide and achieving a substantially erosion-free source and drain. (For purposes of the present invention, a diffusion barrier and a source or drain covered with a metal silicide is the length of extension from a particular virtual plane to the lowest point of the interface between the metal silicide and the source or drain. Is considered to be substantially free of erosion when is less than about 30 nm.This virtual plane is located below (inside of) the least-squares correction approximation plane to the original substrate surface and parallel to it. , The vertical length extending between the two planes is equal to the thickness of the corresponding uniform layer of silicon consumed to form the metal suicide, which thickness depends on the amount of metal in the metal suicide. Easy to guess,
This is the case, for example, with the traditional Rutherford Backscatter (Ru
It can be easily determined using the therford Back-Scattering technique. If the silicon source used to form the metal silicide is not a source or drain, the virtual plane will be the same as the least squares corrected plane approximation to the original substrate surface. Example: Two groups of silicon wafers of opposite conductivity type were processed as follows. The first group, referred to herein as Group I, contains 25 p-type wafers exhibiting a resistance of 20-100 Ωcm, while the second group, referred to as Group II, contains 25 p-type wafers exhibiting a resistance of 10-20 Ω. Of n-type wafers.
最初に、約10nmの厚さをもつ二酸化ケイ素層が個々のの
ウェーハ上に熱的に成長された。次に相対的に高濃度に
ドープされたn−タイプのバルク領域がグループIのウ
ェーハ内に形成され、そして相対的に高濃度にドープさ
れたn−タイプのバルク領域がグループIIのウェーハ内
に形成され、CMOSデバイス内に採用されるp−タブ及び
n−タブが模擬された。これはホウ素イオンをグループ
Iのウェーハに注入し(30keV、4×1012cm-2)、リン
イオンをグループIIのウェーハに注入(100keV、2×
1012cm-2)し、次にウェーハを1100度Cにて約2時間加
熱してウェーハ内に拡散させることによって達成され
た。First, a silicon dioxide layer with a thickness of about 10 nm was thermally grown on individual wafers. A relatively highly doped n-type bulk region is then formed in the group I wafer, and a relatively highly doped n-type bulk region is formed in the group II wafer. The p-tabs and n-tabs that were formed and employed in CMOS devices were simulated. It implants boron ions into group I wafers (30keV, 4 × 10 12 cm -2 ) and phosphorus ions into group II wafers (100keV, 2 ×).
10 12 cm -2 ) and then heating the wafer at 1100 degrees C for about 2 hours to diffuse into the wafer.
約120nmの厚さをもつ窒化ケイ素の層が従来のLPCVD技術
を用いてグループI及びグループIIの個々のウェーハ上
に堆積された。個々のウェーハ上の窒化ケイ素層が次に
CHF3及びO2の雰囲気内で選択反応性イオン蝕刻された。
約600nmの厚さをもつフィールド酸化物(FOX)の個々の
ウェーハの結果としての露出された表面領域上に熱的に
成長された。ケイ化窒化物を除去した後に、約25nmの厚
さをもつゲート酸化物(GOX)が窒化ケイ素によって前
に覆われた表面領域上の個々のウェーハ上に熱的に成長
された。A layer of silicon nitride having a thickness of about 120 nm was deposited on individual Group I and Group II wafers using conventional LPCVD techniques. The silicon nitride layer on each wafer is then
Selective reactive ion etching was performed in an atmosphere of CHF 3 and O 2 .
Field oxide (FOX) having a thickness of about 600 nm was thermally grown on the resulting exposed surface area of individual wafers. After removing the silicide nitride, a gate oxide (GOX) with a thickness of about 25 nm was thermally grown on the individual wafers on the surface area previously covered by silicon nitride.
結果としてウェーハ内のソース及びドレイン領域となる
ものを最終的に形成するために、グループIのウェーハ
は8×1014cm-2から1×1016cm-2の範囲の様々なドーズ
レベルで100keVヒ素(n−タイプ ドーパント)の注
入が施された。ひ素はGOXにて覆われた領域は通過した
が、FOXにて覆われた領域には到達しなかった。同様
に、グループIIのウェーハに8×1014cm-2から1×1016
cm-2の範囲の様々なドーズ レベルにて50keVホウ素−
二フッ化物(p−タイプ ドーパント)の注入が行なわ
れた。In order to ultimately form what will be the source and drain regions within the wafer, Group I wafers are 100 keV at various dose levels ranging from 8 × 10 14 cm -2 to 1 × 10 16 cm -2. An implant of arsenic (n-type dopant) was made. Arsenic passed through the GOX-covered area but did not reach the FOX-covered area. Similarly, for Group II wafers from 8 x 10 14 cm -2 to 1 x 10 16
50keV boron at various dose levels in the cm -2 range-
Implantation of difluoride (p-type dopant) was performed.
ドープされない二酸化ケイ素の200nm層から成るレベル
間誘電体が従来のLPCVD技術を用いて個々のウェーハに
堆積された。(レベル間誘電体はp+領域をリン、つま
り、n−タイプ ドーパントで汚すのを避けるためにド
ープされなかった。)このレベル間誘電体が次にウェー
ハを900度Cにて30分間加熱することによって密圧され
た。これに加えて、ウェーハを950度Cにて約60分間加
熱することによって、レベル間誘電体がこの上側表面を
平坦にするために流され、ひ素及びリンの注入が活性化
され、ソース/ドレイン領域を形成するようにウェーハ
内に拡散された。An interlevel dielectric consisting of a 200 nm layer of undoped silicon dioxide was deposited on individual wafers using conventional LPCVD techniques. (The interlevel dielectric was not doped to avoid contaminating the p + region with phosphorus, an n-type dopant.) This interlevel dielectric then heats the wafer at 900 ° C. for 30 minutes. Was tightly packed by. In addition, by heating the wafer at 950 ° C for about 60 minutes, the interlevel dielectric is flushed to planarize this upper surface, arsenic and phosphorus implants are activated, and the source / drain is drained. Diffused into the wafer to form regions.
レベル間誘電体がHFを用いてソース/ドレイン領域への
経路孔(via hole)を形成するために選択的に湿式エ
ッチングされた。(反応性イオン エッチングはこのエ
ッチングによるシリコンの侵食を回避するために敢て用
いられなかった。)この経路孔は(異方反応性イオンエ
ッチングを用いて達成されるような)1.25μm長の辺を
もつ正方形となるように意図されたが、HFによって与え
られる等方エッチングは経路孔を2.2μmという長い辺
をもつ正方形に広げる傾向をもった。The interlevel dielectric was selectively wet etched using HF to form via holes to the source / drain regions. (Reactive Ion Etching was not dared to avoid the erosion of silicon by this etch.) This via hole has a 1.25 μm long side (as achieved using anisotropic reactive ion etching). Although intended to be a square with, the isotropic etching provided by HF tends to widen the via holes into squares with sides as long as 2.2 μm.
処理されたウェーハが3つのカテゴリー(カテゴリー
I、II及びIII)に分けられた。カテゴリーI及びII
は、夫々、様々なヒ素注入レベルをもつp−タイプ(グ
ループI)及び様々なホウ素二フッ化物注入レベルをも
つn−タイプ(グループII)ウェーハを含み、カテゴリ
ーIIIは1つのp−タイプ ウェーハ及び1つのn−タ
イプウェーハを含んだ。The processed wafers were divided into three categories (Category I, II and III). Categories I and II
Includes p-type (Group I) and n-type (Group II) wafers with varying arsenic implant levels and Boron difluoride implant levels, respectively, while Category III includes one p-type wafer and Included one n-type wafer.
タングステンの層が2つのステップからなるプロセスを
用いてカテゴリーIのウェーハのソース/ドレイン領域
上に選択的に堆積された。つまり、約15nmの厚さをもつ
タングステンの膜が、最初にWF6をウェーハを横切っ
て、例えば、290度Cの温度にて約1分間流すことによ
ってカテゴリーIのウェーハ上に(式(1)に与えられ
る反応を介して)選択的に堆積された。堆積チャンバー
内の厚は400Pa(3トル)とされた。WF6の分圧は0.67Pa
(5ミリトル)であり、アルゴンの分圧が全圧の残りの
圧力を構成した。次に、約50nmの厚さをもつタングステ
ンの追加の層がWF6及びH2をウェーハを横切って、例え
ば290度Cの温度にて約15分間流すことによって(式
(2)に与えられる反応を介して)選択的に堆積され
た。堆積チャンバー内の全圧は186.7Pa(1.4トル)とさ
れ、WF6の分圧は1.3Pa(10ミリトル)であり、H2の分圧
がこの全圧の残りを構成した。A layer of tungsten was selectively deposited on the source / drain regions of Category I wafers using a two step process. That is, a film of tungsten having a thickness of about 15 nm is first formed on a Category I wafer by passing WF 6 across the wafer, eg, at a temperature of 290 ° C. for about 1 minute (equation (1) Was selectively deposited (via the reaction given to). The thickness in the deposition chamber was 400 Pa (3 torr). The partial pressure of WF 6 is 0.67Pa
(5 mTorr) and the partial pressure of Argon constituted the remaining pressure of the total pressure. Then, an additional layer of tungsten having a thickness of about 50 nm is applied by flowing WF 6 and H 2 across the wafer at a temperature of, for example, 290 ° C. for about 15 minutes (the reaction given in equation (2)). Selectively). The total pressure in the deposition chamber was 186.7 Pa (1.4 torr), the partial pressure of WF 6 was 1.3 Pa (10 mtorr), and the partial pressure of H 2 constituted the rest of this total pressure.
厚さ約50nmのタングステンの層は、温度290度Cで、約1
5分間ウェーハを横切ってWF6、H2及びSiF4を流すことに
よりカテゴリーIIのウェーハのソース/ドレイン領域上
に選択的に堆積された。堆積チャンバー内の全圧は189.
3Pa(1.42トル)であり、WF6の分圧は1.3Pa(10ミリト
ル)であり、SiF4の分圧は6.7Pa(20ミリトル)であり
そして、H2の分圧はこの全圧の残りを構成した。A layer of tungsten with a thickness of about 50 nm is about 1 at a temperature of 290 ° C.
It was selectively deposited on the source / drain regions of Category II wafers by flowing WF 6 , H 2 and SiF 4 across the wafer for 5 minutes. The total pressure in the deposition chamber is 189.
3 Pa (1.42 Torr), WF 6 partial pressure is 1.3 Pa (10 mTorr), SiF 4 partial pressure is 6.7 Pa (20 mTorr), and H 2 partial pressure is the remainder of this total pressure. Configured.
カテゴリーIIIのウェーハの処理は、カテゴリーIIのウ
ェーハの処理とタングステンの形成の前にソース/ドレ
イン領域上にケイ化白金(platinum siliside)の層が
形成された点のみ異なる。つまり、カテゴリーIIIのウ
ェーハが最初にHNO3/H2SO4の溶液にて洗浄された。次
に、白金の20nm厚の層がウェーハの上側表面上にスパッ
ター堆積され、ウェーハが(容量にて)90パーセントの
アルゴン及び10パーセントの酸素を含むガス雰囲気内で
650度Cにて約15分間焼結された。結果として、約40nm
の厚さをもつケイ化白金の層がソース及びドレインの露
出された上側表面上に選択的に形成された。残りの未反
応の白金は王水を用いて除去された。タングステン形成
の前にこれらウェーハが100:1FH溶液を用いて洗浄され
た。The processing of Category III wafers differs from the processing of Category II wafers only in that a layer of platinum siliside is formed on the source / drain regions prior to the formation of tungsten. That is, a Category III wafer was first cleaned with a HNO 3 / H 2 SO 4 solution. Next, a 20 nm thick layer of platinum is sputter-deposited on the upper surface of the wafer and the wafer is placed in a gas atmosphere containing 90 percent argon (by volume) and 10 percent oxygen.
Sintered at 650 ° C for about 15 minutes. As a result, about 40 nm
A layer of platinum silicide having a thickness of .epsilon. Was selectively formed on the exposed upper surface of the source and drain. The remaining unreacted platinum was removed using aqua regia. The wafers were cleaned with a 100: 1 FH solution prior to tungsten formation.
選択的タングステン堆積手順に続いて、カテゴリーI、
II及びIIIの全てのウェーハが金属化された。つまり、
1μm厚のAl−1/2パーセントCuの膜が個々のウェーハ
上にスパッターされた。次に、レベル間誘電体上のアル
ミニウムが、コンタクト パッドに終端するラナー(ru
nner)を形成するためにBCl3/Cl2雰囲気内で選択反応
性イオン蝕刻された。Following the selective tungsten deposition procedure, Category I,
All II and III wafers were metallized. That is,
A 1 μm thick Al-1 / 2 percent Cu film was sputtered onto individual wafers. The aluminum on the interlevel dielectric then runs through the runner (ru) that terminates at the contact pad.
nr) was formed by selective reactive ion etching in a BCl 3 / Cl 2 atmosphere.
全てのウェーハのソース及びドレイン領域へのコンタク
ト抵抗が従来のケルビン(kelvin)法を用いてソース/
ドレイン表面ドーピングの濃度NDの関数として測定され
た。これに関しては、例えばR.A.レビー2(R.A.Levy)
の論文[CMOSデバイスに対するIn−ソースAl−0.5%Cu
金属化(In−Source Al−0.5%Cu Metallization for C
MOS Devices)]、ジャーナル オブ ザ エレクトロ
ケミカル ソサエティ(Journal of the Electrochem
ical Society)、Vol.132ページ159、1985年を参照する
こと。これらコンタクト抵抗の熱安定性をテストするた
めに、ウェーハが330度Cの温度で45分間及び続いて450
度Cで45分間焼結され、個々の焼結手順の後にコンタク
ト抵抗が測定された。The contact resistance to the source and drain regions of all wafers is source / drained using the conventional kelvin method.
The drain surface doping concentration was measured as a function of N D. In this regard, for example, RA Levy 2 (RALevy)
Paper [In-source Al-0.5% Cu for CMOS devices]
In-Source Al-0.5% Cu Metallization for C
MOS Devices)], Journal of the Electrochem Society
ical Society), Vol. 132, page 159, 1985. To test the thermal stability of these contact resistances, the wafer was placed at a temperature of 330 ° C. for 45 minutes and then 450.
Sintered for 45 minutes at C and the contact resistance was measured after each sintering procedure.
NDの関数として測定されたコンタクト抵抗の値が第8図
から第10図にプロットされている。カテゴリーIのウェ
ーハによって達成された結果を示す第8図及び第9図か
ら明らかなように、p+ソース/ドレイン領域へのコンタ
クト抵抗は、同等の表面ドーピング濃度ではn+領域への
値よりも高い。これに加え、n+及びp+領域の両方へのコ
ンタクト抵抗は熱的に不安定である。つまり焼結手順の
後に大きく上昇する。The values of contact resistance measured as a function of N D are plotted in FIGS. 8-10. As can be seen in Figures 8 and 9 which show the results achieved with Category I wafers, the contact resistance to the p + source / drain regions is lower than that to the n + regions at equivalent surface doping concentrations. high. In addition to this, the contact resistance to both the n + and p + regions is thermally unstable. That is, there is a large rise after the sintering procedure.
第10図はカテゴリーII及びカテゴリーIIIのウェーハに
よって達成された結果を示す。図から明らかなように、
カテゴリーIIのウェーハ内のp+領域へのコンタクト抵抗
はn+領域へのコンタクト抵抗に等しいかこれより低く、
両セットのコンタクト抵抗はともに熱的に安定である。
これに加えて、カテゴリーIIIのウェーハはn+及びp+領
域の両方への大きく低下され熱的に安定なコンタクト抵
抗を示す。Figure 10 shows the results achieved with Category II and Category III wafers. As is clear from the figure,
The contact resistance to the p + region in a Category II wafer is equal to or lower than the contact resistance to the n + region,
Both sets of contact resistance are thermally stable.
In addition to this, Category III wafers exhibit greatly reduced and thermally stable contact resistance to both the n + and p + regions.
カテゴリーI、II及びIIIのウェーハから取られたサン
プルについて走査電子、及び伝送電子マイクロブラフが
とられた。これらマイクロブラフはカテゴリーII及びII
Iのウェーハ内のソース及びトレイン領域はカテゴリー
Iのウェーハ内の対応する領域よりかなり少ない垂直及
び横方向の侵食を受けたことを示した。Scanning electron and transmission electron microbluffs were taken on samples taken from Category I, II and III wafers. These micro bluffs are category II and II
It was shown that the source and train areas in the I wafers suffered significantly less vertical and lateral erosion than the corresponding areas in the Category I wafers.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レヴィ,ローランド アルバート アメリカ合衆国 07974 ニュージャーシ イ,マレイ ヒル,サミット ロード 40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Levy, Roland Albert United States 07974 New Jersey, Murray Hill, Summit Road 40
Claims (8)
は基板材料を含む処理されたまたは処理されていない基
板の領域上に金属含有材料を形成する工程と、 該デバイスの製造を完結する工程とを含み、 該形成工程は少なくとも第1の反応性実体と少なくとも
第2の反応性実体及び前記基板材料とを反応させる工程
を含み、該反応工程は前記金属含有材料を含む生成物と
前記基板材料を含む生成物とを生産する、デバイスを製
造する方法において、 該第1、2の反応性実体の間の反応速度を実質的に落と
すことなく、該第1の反応性実体及び前記基板材料の間
の反応速度を低下させるために前記基板材料及び前記第
1の反応性実体の反応生成物を含む反応性実体を加える
ことを特徴とする方法。1. A method of manufacturing a device, the method comprising the steps of forming a metal-containing material on a region of a treated or untreated substrate containing a substrate material, and completing the manufacture of the device. A step of reacting at least a first reactive entity with at least a second reactive entity and the substrate material, the reacting step comprising: a product containing the metal-containing material; A method of manufacturing a device for producing a product comprising a substrate material, the first reactive entity and the substrate without substantially slowing down the reaction rate between the first and second reactive entities. A method comprising adding a reactive entity comprising a reaction product of the substrate material and the first reactive entity to reduce a reaction rate between materials.
基板材料は半導体材料を含むことを特徴とする方法。2. The method of claim 1, wherein the substrate material comprises a semiconductor material.
半導体材料はシリコンを含むことを特徴とする方法。3. The method of claim 2 wherein the semiconductor material comprises silicon.
法であって、該半導体材料はシリコンを含み、かつ前記
金属含有材料上にはアルミニウム層が設けられているこ
とを特徴とする方法。4. The method according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor material includes silicon, and an aluminum layer is provided on the metal-containing material. how to.
記載の方法であって、前記金属含有材料はタングステ
ン、タンタル、チタン、モリブデン、およびレニウムの
少なくとも1つを含むことを特徴とする方法。5. The method according to claim 1, wherein the metal-containing material contains at least one of tungsten, tantalum, titanium, molybdenum, and rhenium. And how to.
記載の方法であって、該第1の反応性実体はWF6を含む
ことを特徴とする方法。6. A method according to any one of claims 1 to 5 wherein the first reactive entity comprises WF 6 .
記載の方法であって、該第2の反応性実体はH2を含むこ
とを特徴とする方法。7. A method as claimed in any one of claims 1 to 6 wherein the second reactive entity comprises H 2 .
記載の方法であって、前記生成物はSiF4を含むことを特
徴とする方法。8. The method according to claim 1, wherein the product contains SiF 4 .
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US87447586A | 1986-06-16 | 1986-06-16 | |
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| US874475 | 1992-04-23 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63503581A JPS63503581A (en) | 1988-12-22 |
| JPH0680682B2 true JPH0680682B2 (en) | 1994-10-12 |
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ID=25363874
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Patent Citations (1)
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