JPS6052044A - 金属珪化物形成方法 - 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】 １産業上の利用分野」 本発明は集積回路の製造方法に係わるもので、どくに単
結晶もしくは多結晶シリコン−１−に金属珪化物を形成
させる方法に関するものである。

［従来の技術１ 金属Ｊ」化物はこれを集積回路にお【プる相亙結線ｋＡ
　ｌとして用いることにより、従来の多結晶シリ：］ン
の最小抵抗値が約１００１１１１１／Ｓ（＋である等の
欠点を解消しようとするもので、例えば Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｆ　Ｔを使用した大規模集積回路の性能
を高めるためには、シー１〜抵抗値が約１　ｏｈｍ／　
ｓｑ以下の１１化チタンが用いられる（「ポリシリコン
を凌駕する■１化物Ｉ　Ｊ　、　Ｇ　、　Ｐ　Ｏ３ａ、
　ｒ　Ｅ　１ｅｏｔｒＯｎｉｃｓＪ第５４巻第２２弓、
１９８１年１１月３日、１０１−１０２　’ｔｔＥ参照
）。このように金属珪化物は、ぎわめで高い集積度を要
求される集積回路にａ３ける内部結線やゲート等の線幅
を減少さけるのに好適である。

集積回路に使用する■１化物開発におｌプる最近の成果
のひとつに、マスク層を用いてシリコン切片の所望の領
域を露出させたのち金属層の蒸着を行なう自己整合拡散
法がある。露出された基板トにおけるこれらシリコン切
片の領域はアニーリングによって金属珪化物に転換され
、非転換金属は材質選択イ１１のあるエツチングを用い
てこれを除去する。このような自己整合拡散法としては
米国特許第４．０ｆ１０．７１９号にその一例が記載さ
れているが、この場合には二酸化シリ−１ンをマスク層
として用い、基板を５００℃で加熱することによりシリ
コン」−に珪化プラチナを形成させ、非転換プラヂナは
王水中で１ツヂングを行なうことにより除去する。この
自己整合拡散法によれば、通常必要どされる内部結線や
ゲー１へ電極のパターン化に必要なマスキングに稈を省
略することが可能である。

「発明が解決しようと覆る問題点１ そもそも珪化プロレスにおいて望ましいことは、そのプ
ロセスに再現性があるかどうかということ、すなわち露
出したシリコンないしポリシリコン上に形成された金属
珪化物が、均一でかつ予定した通りのシー１〜抵抗舶を
もつものかどうかということである。ざらにまた金属層
をシリコン層と密に接触ざＵるためには、露出したシリ
コンが十分清浄で、かつ自然発生的に生成する自然酸化
物を含まないことが必要であるが、実際には酸化物を除
去しデグレージングを行なった後でも、金属蒸着に先立
ってシリコン切片が大気に露出される際に、薄い自然酸
化物の層が形成されることは避は難く、この自然酸化物
の存イ１にＪ：って珪化プロレスの再現性が損なわれる
ことが判った。

さらに従来の■］化プロレスにおける問題として、反応
の進行中にシリコンが珪化物を介して金属層内に拡散し
、この金属と反応して本来のパターンの外側に金属珪化
物を形成し、該パターンの線幅を無効にづる、いわゆる
アラ１〜デイフコージヨンの問題がある。こうしたａ！
＠な場合には、アラ１へ９− ディフュージョンにより形成された珪化物が橋絡するこ
とによって、数ミラ１］ンの間隔を隔てて隣接する導伝
路どうしが短絡することがあり、これは例えばパターン
を形成したシリコン切片」−にＩ」化チタンを形成する
にあたって、チタン・シリコン反応を同相で行う場合な
どに大ぎな障害となる。

「発明の目的］ ゆえに本発明の目的は、シリコンもしくはポリシリコン
、またはこれら両者に金属珪化物を形成することにより
集積回路を製造でる方法を上２のような観点から改良す
ることにある。

［発明の概要］ このようなｔ」的を達成するために本発明の一実施例に
おいては、二酸化シリコン等のマスク層をシリコン切片
上に形成しかつパターン化することにより、該切片の所
定の領域を露出させ、ついでこの切片にスパツターエツ
ヂング処理を行なって、露出したシリコンもしくはポリ
シリコンから自然酸化物を除去し、しかるのちに該切ｌ
；をそのままの位閥に保持しつつ金属層を被着させるこ
とに３Ｊ、１０− リ、切片を被覆する。次にこの切片を加熱することによ
り、シリコンまたはポリシリコン、もしくはこれら両者
を被覆する金属を金属珪化物に転換さｔｔ、非転換金属
を材質選択ｆｌを有するエツチング材料を用いて取り除
く。本発明の他の実施例において、金属層としてはチタ
ンの層を用いてこれを前記切片に被着させ、窒素を含む
雰囲気中でシリコンまたはポリシリコンとチタンを互い
に反応させることにより、前述したようなシリコンが−
Ｈ化チタンおよびチタンの層を介してアウトデフニージ
ョンを起すのを防止するようにする。

１発明の構成］ 以下、本発明につき図面を参照しつつざらに詳細に説明
する。

第１図ないし第５図に本発明にＪ：る製造方法を実施す
る場合の各工程にお（プる半導体素子の一部断面を示す
。まず第１図に示すように、シリコンの基板１０十には
二酸化シリコン層１２が、例えば熱酸化または化学蒸着
法等により形成され、公知の方法によってパターン化す
ることにより、基板１０の所定の領域を露出させるため
の空白領域を画定する。この場合、二酸化シリコン層１
２のパターン化に先立って、多結晶シリコンすなわちポ
リシリコンの層を該層１２上に追加形成しかつパターン
化しておいてもよい。いずれにせよ、かくて得られた切
片は次の工程でこれを例えばト１２８０４およびｌ−１
２０２の溶液に曝し、さらには１０％のフッ化水素によ
りデグレージング処理を行なうことにより金属被着処理
にそなえる。デグレージング処理後、真空装置に入れて
金属蒸着を行なうに先立ってシリコン基板１０が人気に
露出される際に、薄い自然酸化物の層１６がシリコン基
板１０とポリシリコン領ＩＩｉ！１４に形成される。

前述のようにこの自然酸化物層１６は、この後に形成さ
れる金属珪化物の均一性を損なうことが判っている。

本発明は、上記のＪ、うなシリコン切片を効果的に製作
するために、金属被着処理に先立って真空装置内の金属
被着処理＜（ｉ置でスパッターエツチングを行なうこと
であることを解明してなされたものである。第２図にお
いて矢印１８は真空装置内にお（プるシリコン切ハに対
するパーティクル打出しを示したもので、これによって
シリコン基板１０およびポリシリコン領域１４から自然
酸化物１６を効果的に除去することができる。ついで第
３図に示すように、シリコン切片上に所望の厚さに金属
層２０をスパッタリングにより被着させ、層１０．１２
および領域１４の各表面を被覆する。

しかるのちシリコン切片を真空装置から取り出し、窒素
もしくはアルゴンの不活性雰囲気または真空中で加熱す
ることにより、金属をシリコン基板１０およびポリシリ
コン領域１４と反応させて、金属層２０がこれらシリコ
ン基板およびポリシリコン領域と接する部分を金属珪化
物領域２２に転換する。この場合、珪化反応の進行中に
シリコンとポリシリコンが局部的に転換されるため、該
金属珪化物の一部がシリコン基板１０およびポリシリコ
ン領域１４中に入り込む。ついで該切片を金属に対して
は作用するが金属珪化物に対しては作用しない材質選択
性エツチング材料に曝すことに１３− より、金属層２０の非反応部分を取り除く。このような
エツチング材料としては金属としてチタンを用いる場合
は、例えばＨ２ＳＯ４と１１２０２の混合溶液からなる
ウェットエッチを用いるのがよい。上記のようにして得
た半導体切片の断面構造を第５図に示す。本発明による
製造方法はこのような半導体切片を得ることをもって完
結さけてもよいが、所望ならば該切片をアニール処理す
ることにより、金属珪化物２２の抵抗伯をさらに低くす
るようにしてもよい。

なお上記プロレスは例えばｐｔ　、ｐｄ　、、Ｃｏ、Ｍ
Ｏ、Ｔａ　、Ｗ等の珪化物など、−Ｈ化チタン（以下単
に珪化チタンという）以外の各種金属珪化物の形成に用
いた場合に特に有効であることは言うまでもない。

次に本発明による！￥Ｉ　Ｇ方法を下記の実施例により
さらに詳細に説明する。

［実施例−１ まずアルゴン雰囲気で真空装８ミリｔｏｒｒとしたマグ
ネ１−ロン・スパッタリング装置でスパッター１４− エツチングを行なった。エツチング時間は約１ＫＷのＲ
「パワーで約５分とすることにＪ：す、約２０ないし３
０オングストロ一ム／分の酸化物エツチング速度を得た
。自然酸化物層１６の厚さは通常わずか約２０′Ａング
ス］〜ロームであるが、そのような自然酸化物を除去す
るのに要するニ「ツチング時間以」−スパッターエツチ
ング処理を行なうと、結果として得られる珪化物のシー
１〜抵抗値が実質的に低下することが判明している。こ
のことは、珪化チタンのシー１へ抵抗の測定値（ｏｈｍ
／ｓｑ）をスパッターエツチング時間（分）の関数とし
て示した第６図のグラフから叩解できよう。いずれにせ
よエツチングの諸パラメーターを様々に変えることによ
り、酸化物エツチング速度や、ひいては所要エツチング
Ｕ）間が変化することになる。

第７図は本発明による製造方法の他の利点を示す棒グラ
フで、本発明により作成した多数の半導体切片のシート
抵抗測定値（斜線で示す）を従来の珪化法で得た多数の
半導体切片のシーｌ−抵抗測定値（斑点で示す）と比較
したものである。このグラフから、本発明により作成し
た半導体切片のシー１へ抵抗値がわずか約０．４ないし
Ｑ、６ｏｈｍ／Ｓ（Ｉであるのに対し、従来の￥Ｊ造法
で得た半導体切片のシート抵抗値は約０．９ないし１．
８ｏｈｎ＋／ｓｑであり、従って本発明により得られる
金属珪化物は従来のものに較べ、はるかに均質でかつ再
現性が高いことが理解される。

上記スバツタエツヂング処Ｌｆｆ１に引き続いて、切片
を真空装置内の原位置に保持したままで、約２０００７
１ンクストロームのチタン層をスパッタリングににり被
着した。ついで該切片を炉内に移し、アルゴンの雰囲気
中で約３０分間、約６２５℃で加熱することにＪζす、
ブタンをシリコンおよびポリシリコンと反応させて珪化
チタンを形成さ一μた。この■１化ヂタンの切片をざら
にアルゴンの雰囲気中で約１５分間、約８００℃で加熱
することにより、その抵抗値をさらに低下さけた。

ブタン・シリコン反応においてはシリコンが主拡散成分
の役割を果たすことはＪ：り知られているところであり
、このためシリコンは珪化チタンの層を介して所望のパ
ターンの外側へ拡散しようとづる。本発明はこのような
原因にＪ：つて起る前記アウ］〜ディフコージョン現象
を、反応雰囲気中に窒素を導入することにより防止する
ことを提案するもので、このような工程を含む製造方法
をもって本弁明の第二の実施例とするものである。

前記反応雰囲気中に導入された窒素は容易にチタンを介
して拡散し、シリコン原子がインターフェース領域を越
えて珪化チタンとチタンの層内に拡散するのを実質的に
抑制する。この窒素はアルゴンの雰囲気中に直接導入し
てもよいが、場合によっては水素１０％と窒素９０％と
からなる窒素形成ガスを用いてもよい。また窒化シリコ
ンの形成は、反応温度を約７００℃に保つこと等により
これを効果的に防ぐことができる。

以−り本発明の実施例につぎ記載したが、これら実施例
の変形やその他の実施態様についても、上の記載おＪζ
び添付図面から当業者において容易に想到しうるであろ
う。故にこれら変形例やその他の実ＭＩ！態様もまた本
発明の権利範囲に含まれるも１７− のであることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明においては、二酸化シリコン等
のマスク層をシリコン切片上に形成しかつパターン化す
ることにより、該切片の所定の領域を露出させ、ついで
この切片にスパッターエツチング処理を行なって、露出
したシリコンもしくはポリシリコンから自然酸化物を除
去し、しかるのちに該切片をそのままの位置に保持しつ
つ金属層を被着さぼることにより切片を被覆し、次にこ
の切片を加熱することにより、シリ−１ンまたはポリシ
リコン、もしくはこれら両者を被覆する金属を金属珪化
物に転換させ、非転換金属を月質選択性を有するエツチ
ング材料を用いて取り除りにうにしたこと、ざらに具体
的に言えば金属被着処理に先Ｙ７つて真空装置内の金属
被着処理位置でスパッターエツチングを行なうこととし
たため、スパッターエツチング処理から金属被着処理に
移行づるに当ってシリコン切片が大気に露出することが
なく、従って該切片上に酸化物の層が形成される１８− ことが少ないので、珪化プロセスの再現性の向上と、ひ
いてはこのプロレスににり得られる金属珪化物の性能の
均一化を図ることかできる。さらに本発明においては、
好ましくは金属層どしてチタンの層を用いてこれをシリ
コン切片に被着させ、窒素を含む雰囲気中でシリコンま
たはポリシリコンとチタンを乃いに反応させることどし
たため、シリコンが二珪化ヂタンおよびチタンの層を介
してアウＩ〜デフコーションを起すのを防止することが
できる等の効宋もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例により半導体切
片を製造するプロセスの各工程にお【プる該切片の一部
断面図、第６図は本発明による製造方法において珪化物
のシー１〜抵抗値をスパッタ−１ツヂング時間の関数ど
して示したグラフ、第７図は本発明により製造した多数
の半導体切片のシー１〜抵抗測定値を、従来の製法で得
た多数の半導体切片のシート抵抗測定値と比較したグラ
フである。 １０・・・シリコン基板、 １２・・・二酸化シリコン層、 １４・・・ポリシリコン領域、 １６・・・自然酸化物Ｄｉ、 １８・・・パーティクルによる衝撃、 ２０・・・金属層、 ２２・・・金属■１化物層 代即人　浅　祠　□＾ 靭 ２３８ スパンター　二ン＋耗ｖ間　（＠） Ｆｉｇ６ 手続補正書（自発） 昭和５９年５月０７０ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第　８８５８５　号 ２、発明の名称 金属珪化物形成方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所 氏　名　テキサス　インスツルメンツ　インコーホレイ
テッド（名　称） ４、代理人 ５、補正命令のＦｌ刊 昭和　年　月　日 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和４２年特許願第　ｙｙｔｙ、を号 ２、発明の名称 ｋＡ　憾イし１カ４ｒシ〜入り５朱へ ３、補正をする者 事件との関係　特８′「出願人 住　所 ４、代理人 電　話　（２１１）　３６５１　（代表）昭和（７年　
２月Ｓ１日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　１　面 ８、補正の内容　別紙のとおり 手続ネｒｌｉｊｌ二出 昭和５９イ■１０月４１］ 特許庁長官殿ＴＲＩ、１ １、事イ′１の表示 昭和５９年特許願第８８５８５号 ２、発明の名称 金属珪化物形成方法 ３、補正をする者 事イ′１どの関係　１れ′Ｆ出願人 住所 名　称　テキサス　イナスツルメンツ インコーポレイテッド ４、代理人 居　所　〒１００東京都千代口１区人手町二丁目２番１
号新人手町ビルヂング３３１ ５、補正命令の日イ」 昭和　年　月　口 ６、補正により減少する発明の数　３ ７、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 発明の詳細な説明の欄　。 同時に出ｍ審査請求書を捉出してあります。 １、　特許請求の範囲の欄を別紙の通り訂正する。 ２．　発明の詳細な説明の欄に以下の訂正を行う。 （１）　明細書第１０頁第１２行［［発明の概要刊から
、第１１頁第１２行［「発明の構成］」までの記載を以
下の通りにする。 １′［問題点を解決するための手段およびその作用］ 本発明は上記従来の珪化プロレスにお りるアラ１−ディフュージョンの問題点に鑑み、まず、
シリコンの表面の一部を化学的に不活性な物質の領域で
覆いシリコンの選択領域を画成し、該シリコンの選択領
域と化学的不活性領域とを覆うブタ窒素を含む雰囲気中
で加熱すると、シリコンがチタン層内に拡散しチタン層
を珪化ブタンに転換するが、窒素もチタン層と反応して
窒化チタンとなり、シリコンが選択領域」ニのチタン層
から化学的不活性領域上のブタン層に拡散することを防
止する。 シリコンとは単結晶シリ：」ンでも多結晶シリコンでも
よい。選択領域は１つに限らず、複数の領域でもよく、
又単結晶領域と多結晶領域の組合わせでもにい。 シリコンの表面とは土面に限らず下面、側面等をも含む
ものとする。単結晶シリＴ１ン基板十に酸化膜、多結晶
シリコン層を積層した場合、単結晶シリコン基板の土面
及び多結晶シリ：１ン層の下面が酸化膜で覆われること
になる。 ［実施例］」 （２）　同第１３頁第２−３行［パーティクル打出し」
を「粒子衝撃」ど訂正する。 〈３）　同第１４頁第１６−１８行を削除覆る。 （４）　同第１８頁第３行〜第１９頁第３行を削除する
。 ３、　図面の簡単な説明の欄に以下の訂正を行う。 （１）　第２０頁第１行〜第７行を以下の通り変更する
。 ｆｆ１０．１４・・・シリコン、 １２・・・化学的に不活性な領域、 ２０・・・チタン層、 ２２・・・珪化チタン。、］ ３− 「２、特許請求の範囲 　１　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１〉　絶縁層をシリコン層上に形成しかつパターン化
   することにより、該シリコン層の所定の領域を露出さけ
   、不活性雰囲気中でこれらシリコン層および絶縁層のス
   パッターエツチングを行ない、前記絶縁層と前記所定の
   領域を被覆する金属層を形成し、かくて得られた多層体
   を加熱して前記金属層と接する前記所定の領域に珪化物
   を形成させることを特徴とする金属珪化物形成方法。 （２）　前記絶縁層が二酸化シリコンからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属珪化物形成方
   法。 （３）　前記スパッターエツチングはアルゴン雰囲気の
   真空中でこれを行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の金属珪化物形成方法。 （４）　前記金属層の形成は前記スパッターエツチング
   処理１す、そのままの位置でチタン層を形成することに
   にりこれを行なうようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の金属珪化物形成方法。 （５）　前記多層体の加熱は、窒素を含む不活性雰囲気
   中でこれを行なうようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の金属珪化物形成方法。 （６）　前記多層体はこれを約７００　℃以下の温度に
   加熱することにより前記所定の領域に二珪化チタンを形
   成さ１ＬるＪ：うにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の金属珪化物形成方法。 （７）　前記二酸化シリＩンの絶縁層の形成おＪ：びパ
   ターン化に引き続いて、該二酸化シリコン層に多結晶シ
   リコンの層を形成しかつパターン化することを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の金属珪化物形成方法。 （８）　絶縁層をシリコン層上に形成しかつパターン化
   することにより、シリコン層の所定の領域を露出させ、
   前記絶縁層と前記所定の領域を被覆する金属層を形成し
   、かくて得られた多層体を窒素を含む不活↑１１雰囲気
   中で加熱することにより、前記金属層と接する前記所定
   の領域に珪化物を形成させることを特徴とする金属珪化
   物形成方法。 （９）　前記絶縁層が二酸化シリコンからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の金属珪化物形成方
   法。 〈１０）　前記金属層はこれをチタンの層で形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の金属Ｈ化物
   形成方法。 （１１）　前記多層体の加熱はこれを約７００℃以下の
   温度に加熱覆ることにより、前記所定の領域に二珪化チ
   タンを形成させるようにしＩこことを特徴とする特許請
   求の範囲第１０項記載の金属珪化物形成方法。 （１２）　前記ブタン層の形成直前に、前記シリコン層
   および前記二酸化シリコン層を不活性雰囲気中でスパッ
   ターエツチング処即するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１１項記載の金属珪化物形成方法。 （１３）　前記二酸化シリコンの絶縁層の形成およびパ
   ターン化に引き続いて、該二酸化シリンコ層に多結晶シ
   リコンの層を形成しかつパターン化することを特徴とす
   る特許請求の崎囲第１２項記載の金属珪化物形成方法。 （１４）　絶縁層をシリコン層上に形成しかつパターン
   化゛りることによりシリコン層の所定のｆｔ４域を露出
   させ１前記絶縁層と前記所定の領域を被覆Ｊるブタン層
   を形成し、かくて得られた多層体を窒素を含む不活性雰
   囲気中で加熱りることにより、前記チタン層と接づる前
   記所定の領域上に二珪化チタンを形成させることを特徴
   とする二珪化チタン形成方法。 （１５）　前記絶縁層が二酸化シリコンからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の二珪化チタン
   形成り法。 （１６〉　前記多層体の加熱はこれを約７ｏｏ℃以下の
   渇痕に加熱するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１５　Ｔｒｉ記載の二珪化チタン形成方法。 （１７）　前記ブタン層の形成直前に、前記シリコン層
   および前記二酸化シリコン層を不活性雰囲気中でスパッ
   ターエツチング処理するようにしたことを特徴とする特
   ＹＴ請求の範囲第１６項記載の二珪化チタン形成方法。 （１８）　前記二酸化シリコン層の形成およびパターン
   化に引き続いて該二酸化シリコン層上に多結晶シリコン
   の層を形成しかつパターン化することを特徴とする特許
   請求の範囲第１５項記載の金属珪化物形成方法。 （１９）　前記二酸化シリコン層の形成およびパターン
   化に引き続いて該二酸化シリコン層上に多結晶シリコン
   の層を形成しかつパターン化することを特徴とする特ｒ
   Ｆ請求のＶ！囲第１７項記載の金属珪化物形成方法。 （２０）　絶縁層上にパターン化多結晶シリコン層を形
   成し、不活性雰囲気中でこの多結晶シリコン層および前
   記絶縁層のスパッターエツチングを行ない、全体にわた
   って金属層を形成し、かくて得られた多層体を加熱して
   前記多結晶シリコン層を被覆する金属層中に金属珪化物
   を形成させるこ５− とを特徴とする金属珪化物形成方法。 （２１）　前記絶縁層が二酸化シリコンからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第２０項記載の金属珪化物形
   成方法。 （２２）　前記金属層の形成は、前記スパッターエツチ
   ング処狸後、そのままの（ｒ／、　ｆＦｊｆでチタン層
   を形成することにより、これを行なうようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の金属珪化物形
   成方法。 （２３）　前記多層体の加熱は、窒素を含む不活性雰囲
   気中でこれを行なうようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２２項記載の金属１１化物形成方法。 （２４）　前記加熱はこれを約７００℃以下の記庶に加
   熱することにより行なって、二珪化チタンを形成さける
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２３項記
   載の金属珪化物形成方法。 （２５）　前記絶縁層はこれを単結晶シリコンの層上の
   形成づるとともに、前記多結晶シリコン層の形成および
   パターン化に先立って、前記絶縁層−〇− をパターン化して前記単結晶シリコン層の所定の領域を
   露出さけるようにしたことを特徴とする特許請求の範Ｉ
   ＩＩ（第２４項記載の金属珪化物形成方法。