JPS5852853A - 半導体装置の製法 - 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】 本発明は半導体装置の製法、特に例えば半導体集積回路
ＬＳＩにおける配線層、或いは例えばＬ８Ｉｋおける絶
縁ゲート型電界効果トランジスタＭＯ８のダート電極等
において、高い信頼性を得るようｋした半導体装置の製
法を提供するものである。

従来、半導体装置における配線層、或いはゲート電極と
して多結晶シリコンが一般に用いられている。しかしな
がら、この多結晶シリコンは、その比抵抗が１ｘｌＯ（
’１ｃｓｚ以上という比較的高い値を持ち、また、その
結晶粒径が比較的大きいために、％に高速、高集積Ｌ８
Ｉにおいては、満足し得ないものである。

一方、上述したゲート電極、或いは配線層として、その
低比抵抗イビをはかつて白金シリサイドを用いることが
知られている。この白金シリサイドの形成は、通常、厚
さ３０００１１１度の多結晶シリコン層上に、厚さが８
００Ｘ程度以下の白金層、すなわちその厚さが多結シリ
コン層の厚さの０．２７倍程度以下Ｋ［当する比較的薄
い白金層を蒸着し、その後６００℃以下の温度による熱
ｌ８１１１を行って、多結晶シリコン層上に白金シリサ
イドを形成するという方法が採られる。このような、シ
リサイド形成後のシート抵抗は２．５Ω／日程度となる
ものであり、多結晶シリコン層自体のシート抵抗３０Ｑ
／Ｄに比し、可成りその抵抗を低くする効果はあるが、
このように形成した白金シリサイドは、その後の半導体
装置の製造過１ｉｋおける熱処理、％に８００℃以上の
鴎処理を受けると、シート抵抗が急激に増加してしまい
、多結晶シリコン層表面に白金シリサイドを形成した効
果が失われてしまう−したがってこの場合、白金シリサ
イドを高抵抗化するような高温の熱処理は回避されねば
ならないが、実際上製積回路、例えば為集積のＬＳＩい
わゆるＶＬＳＩのように多層配線構造を採る場合１例え
ば下層の配線の存在による凹凸によって上層の配線にい
わゆる段切れが生じないようｋするため、上下各配劇層
間に介在させる絶縁属の表面を平坦化するための絶縁膜
の溶融化処理、いわゆるグラスフローを行うものであり
、このグラスフローは、現状では９００℃以上の熱処理
を必要としている。また、例えば回路素子としてのＭＯ
８ｉ製造する場合、そのソース及びドレイン領域をイオ
ン注入法によって形成する場合など、その活性化の熱処
理は９００℃以上の熱処理を必要とする。したがって従
来半導体装置を製造するに、このような白金シリサイド
の形成は、その後に高温熱処理を施すものｋおいては適
用困難とされていた。

本発明は、白金シリサイドの形成後において、高温の熱
処理がなされても、抵抗の増加を効果的に回避できて、
これに伴って、動作速度の向上、信頼性の向上をはかる
ことができるようｋしたものである。

すなわち１本発明においては１種々の実験考察を重ねた
結果、白金シリサイドの形成に嶋って。

多結晶シリコン層上に白金層を被着し、これに熱処理を
行って白金シリサイドを形成する場合ｋ。

その多結晶Ｓ／　９　：１７層上の白金の厚さが、白金
シリコンの形成後の熱処理による特性変化の大小に大き
く関与していることを見出し、これｋよってこの白金シ
リサイドの形成条件を特定してその後の高温熱処理に対
して安定した特性が得られるようｋしたものである・ 図画を参照して本発明を詳５ｎｃｓｎｉするに１本発明
にシいては第１図に示すように、基板１１ｈ例えば半導
体集積回路を形成する単結晶シリ：ｙｙ基［（ＩＬｈｋ
、　Ｊｌす１０００〜３０００１Ｆ）不Ｎ物カ１’−り
されて像比抵抗化されたシリコン層（２）を、周知の化
学的気相成長法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法等によ
って生成する。このように形成されたシリコン層（２）
は、非単結晶の例えば多結晶層として形成される。崗、
［１１ＪＰいては、基体ロクの表両ｋｓｉｏｆｉ等の絶
縁層（３）が形成され、これに穿設された窓（３ｍ）を
通じて基体（１１の所定部に配線ないしは電極をコンタ
クトさせる場合を示していて、この場合、シリコン層（
２）は窓（３ａ）内を含んで絶縁層（樹を介して基体（
１１上忙形成される。そして、このシリコン層（２）上
に白金Ｐｔ層（４）をシリコン層（２）の厚さの０．３
５〜０．７倍、好ましくは０．５〜０．７倍の厚さで、
しかも１６００Ｘを越えることのない厚さに、例えば蒸
着法によって被着形成する・すなわち、この白金層（４
）は、そのシリコン層（２）との相対的厚さが従来方法
において被着される白金層のそれに比し、大に選ばれる
。

その後、熱処理１例えば６００℃以下の加熱処理を施し
て白金層（４）と、これの下のシリコン層（２）とを反
応させて第２図に示すように、白金シリサイドＰｔＳ口
引５）を形成する。

このようｋして形成された白金シリサイド層（５）は、
シリコン層（２）Ｋ比し、充分低い抵抗を有する。

また、このようにして形成された白金シリサイド層（５
）は、その後の高温熱処理、例えば９００℃で３０分間
の熱処理を経ても殆んど抵抗増加を来すことがなかった
。

第３図、第４図及び第５図は、夫々初期の膜厚が１００
ＯＸ、　２００Ｇ！及び３０００芙の多結晶シリコン層
（２（上に、夫ｋ１４る厚さの白金層（４）を被着して
成る試料を多数侭用意し、これらについて夫々Ｎ２ガス
中で６００℃の熱処理を行った場合、７００℃の熱処理
を行？た場合、８００℃の熱処理を行った場合、９００
℃の熱処理を行った場合の各熱処理後のシート抵抗（Ω
／口）を測定したものである。第３図において曲８０１
１．Ｃｌ２１．　（１３ハ夫４　白金層（４）　ノ膜厚
’１１４００Ｘ。

５００Ｘ　、　６００χに選定した場合、すなわち、１
０００１の厚さのシリコン層（２）に対しこれの厚さの
０．４倍、０．５倍、０．６倍に白金層（４）の厚さを
選定した場合の前述した各温度による熱処理後のシート
抵抗を測定した結果を示す。また、第４図において曲線
−。

（２）、　（２３１，Ｑ４、（ハ）は、夫々白金層（４
）の膜厚を４００Ｘ。

５００Ｘ　１６０ＯＸ％８００Ｘ、　１０００１ｋ選定
した場合、すなわち、２０００Ｘの厚さのシリコン層１
２）ｋ対し、これの厚さの０．２倍、０．２５倍、０．
３倍、０．４倍、０．５倍に白金層（４）の厚さを選定
した場合の前述した各温度による熱処理後のシート抵抗
を測定した結果を示す、更にまた、第５図において曲１
１ＣＩυ、Ｃｉ３、−１關、（至）は、夫々白金層（４
）ノ膜厚ヲ４００Ｘ、　６００ｉ。

８００Ｘ、　１００ＯＸ、　１２００１に選定した場合
、すなわち、ａｏｏｏｌの厚さのシリコン層＋２１に対
し、これの厚さの０．１３倍、０，２倍、０，２７倍、
０．３３倍、０．４倍に白金層（４）の厚さを選定した
場合の前述した各温度による熱処理後のシート抵抗を測
定した結果を示す。第３図〜第５図をみて明らかなよう
に１初期のシリコン層（２）の厚さに対する白金層（４
）の相対的厚さを大とするにつれ、高い温度による熱処
理によつ【も抵抗の増加がみられなくなってくる。

第６図は、夫′々初期における白金層（４）の厚さｔ（
４）と、シリコン層（２）の厚さｔ（２）との比’（４
）　／　ｔ（ｚ）　＆ｃ対する９００℃の熱処理後のシ
ート抵抗−１９，。。”Ｃ）とそれ以前になされた６０
０℃の熱処理後のシート抵抗β、、６゜。、。、との比
、すなわち、シート抵抗の変化率を示したもので、図中
、丸印点はシリコン層（２）の厚さｔ（りが１００ＯＸ
の場合、３角印点はｔ（２）が２０００Ｘの場合、菱形
印点はｔ（２）が３０００１の場合を示す。これをみて
も明らかなよ５に白金層（４）の厚さｔ（４）と、シリ
コン層（２）の厚さｔ（７）との比””／ｌ（りが大に
なるＫつれ、抵抗変化が小さくなっている。

３′）抵抗質イヒリ（９００°Ｃ）／ρ　　　しｉ、実
際上２以下Ｓ（藝ｏｏ　”Ｃ） にとどめることが望ましいことから、ここにｔ（４）／
Ｙ２）は、０．３５以１ｋ、更に望ましくは０．５以上
に選ぶ所以かある。しかしながら、ここＫ　’（４）／
　ｔ（１）が０．７を越えると白金がシリコン層（２）
の全厚さに渡って拡散し【この白金が直接シリコン基板
（１）Ｋ接することｋなって、半導体素子の特性に影響
を及ぼすおそれが生じてくるので、ｔ（４）／　ｉ（！
、は０．７以下に選ぶ、また実際上白金層の絶対的厚さ
が余り厚くなると剥離の問題が生じてくるのでこの白金
層（４）の厚さは１６００Ｘを越えない厚さとする。

肖、このようＫし【形成された白金シリサイド層が表面
に形成されたシリコン層は、例えばイオンミリングによ
って所定のパターンとされて、電極、或いは配線等の所
要のパターンとされる。

尚、本発明調法をＭＯ８に適用してそのゲート電極と、
ソース及びドレインの電極と、これらの配Ｉ！１部とを
上述した白金シリサイドを有する多結晶シリコン層によ
って構成したものｋついて、そのシュＶツシエホールド
電圧及び電子の移動度を測定したところ、極めて再現性
にすぐれ、ガラスフローやソース及びドレイン領域をイ
オン注入によって形成する手法を採った場合でも、安定
した特性を示すことが確められた。

尚、例えば厚さが３０００Ｘの多結晶シリコン層上に４
００Ｘの厚さの白金蒸着膜を形成してシリサイドを形成
したものにおいて８５０℃、３０分間の高温熱処理を行
ったところ、そのシート抵抗ρ、はに０７口以上となっ
たがこの場合の電子顕微鏡写真は、第７図に示すように
観察された。これに比し、３０００Ｘの厚さの多結晶シ
リコン層上ｋ　１２００Ｘの厚さの白金（蒸着膜厚比０
．４）を行ってシリサイドを形成して後同様の熱処理を
行った本Ｉｉ＠製法によるものは、高温熱処理後におけ
る電子顕微鏡写真は、第８ｖＡｋ示すよ５に観察された
。

第７図及び第８図において黒い部分はＳｉ、白い部分は
Ｐｔであり、両者を比較して明らかなようＫ。

本発明によるものはＰｔが連らなった形態を採っている
ものであり、仁れがため低抵抗が保持されるものと思わ
れる。これに比し第７図に示されるもののよ５に従来の
ものは、Ｐｔが点在してしまっているものであり、これ
がため抵抗が増大してしまうものと思われる。

上４したように本発明製法によって得た白金シリサイド
層を有するシリコン層は、高温の熱処理によってもその
抵抗の増加が小さく抑えられるので、前述したように白
金シリずイドによる電極、或いは配線等の導電部の形成
後にガラスフロ一時の高温処理、或いはイオン注入によ
る場合の不純物の活性化処理等の加熱によっても特性低
下を米すことなく信頼性の向上をはかることができ、Ｖ
ＬＳＩを始めとして各種半導体装置に適用してその利益
は大である。

【図面の簡単な説明】

第１ＷＡ及び第２１１！ｌは本発明製法の一例の各工程
の路線的拡大断面図、第３８ないし第５図は夫々本発明
の説ｗＡに供する熱処理温度とシート抵抗との関係の測
定曲線図、第６図は白金層とシリコン層の厚み比と、シ
ート抵抗の温度による変化率との関係の測定曲線図、第
７図及び第８図は本発明の説明に供する白金シリサイド
の拡大図である。 １１１は基体、（２）はシリコン層、（４）は白金層、
（５）は白金シリサイド層である。 第７図 第８図 第３図 ％ｆｉ捏１身（１Ｃ） 第４図 鵡恋理：ＪＬ崖（０Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に厚さ１００ＯＸ〜３０００Ｘのシリコン層を形
   成する工程と、該シリコン層上に厚さがシリコン層の厚
   さの０，３５〜０．７倍且つ１１ｉ００１を越えない白
   金層を形成する工程と、熱処理工程とを有する半導体装
   置の製法。