JPH11121745A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
約を受けずに厚膜化し、微細化したときに生じる層抵抗
の上昇とばらつきの増加を抑制し、耐熱性を向上させ
る。 【解決手段】 多結晶シリコン4上にシリコン窒化膜5
を形成し、ゲート電極としてパターニングする。次に、
酸化膜の側壁6を形成し、イオン注入により拡散層7を
形成する。続いて、1回目のチタン8を堆積し、窒化雰
囲気中でRTAを行い、拡散層7上にのみチタンシリサ
イド層を形成する。未反応チタンを除去した後、層間絶
縁膜10を形成し、化学的機械的研磨(CMP)によ
り、ゲート電極上のシリコン窒化膜5の表面が露出する
まで研磨して、層間絶縁膜10を平坦化する。この時、
シリコン窒化膜5がCMPストッパーになる。次に、シ
リコン窒化膜5を除去した後、2回目のチタンを1回目
よりも厚く堆積し、窒化雰囲気中でRTAを行い、ゲー
ト電極上に拡散層7上よりも厚いチタンシリサイド層1
2を形成する。
Description
方法、特にゲート電極、及びソース、ドレイン拡散層上
に自己整合的にシリサイド層が形成されたMOS型トラ
ンジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。
実現してきたが、スケーリング則に従わない寄生抵抗の
増大を抑制することが重要になってきている。ゲート電
極及び拡散層を低抵抗化するためには、シリサイド化が
有効な手段である。
的にシリサイド層が形成されたMOS型半導体装置の製
造方法を図2、図3を用いて説明する。
わち、図2(a)に示すように、シリコン基板201上
にフィールド酸化膜202を形成し、フィールド酸化膜
で囲まれた領域にゲート酸化膜203を形成し、ゲート
酸化膜上にゲート電極となる多結晶シリコン204を形
成する。次に、ゲート電極の側面に酸化膜の側壁205
を形成し、イオン注入によりソース、ドレイン拡散層2
06を形成する。次に図2(b)に示すように、多結晶
シリコンのゲート電極204表面と拡散層206の表面
の自然酸化膜をバッファードフッ酸により除去した後、
スパッタ法によりチタン層207を形成する。次に図2
(c)に示すように、窒素雰囲気中で急速熱処理(RT
A:Rapid Thermal Annealin
g)することにより、チタン層207とゲート電極20
4及び拡散層206とを反応させ、チタンシリサイド層
208を形成する。次に、未反応のチタン層をウェット
エッチングにより除去し、前述のRTAよりも高温のR
TAを行いチタンシリサイドを低抵抗化する。その後、
層間絶縁膜を堆積して、コンタクト開口部を設けた後、
アルミ電極を形成する処理とを行うことによって得られ
る。
に記載された方法である。この方法は、以下のとおりで
ある。すなわち、図3(a)に示すように、シリコン基
板上301にフィールド酸化膜302を形成し、フィー
ルド酸化膜で囲まれた領域にゲート酸化膜303を形成
し、ゲート酸化膜上にゲート電極となる多結晶シリコン
304を形成する。次に、ゲート電極の側面に酸化膜の
側壁305を形成する。 次に図3(b)に示すよう
に、多結晶シリコンのゲート電極304表面と、ソー
ス、ドレインとなるシリコン基板301の表面の自然酸
化膜をバッファードフッ酸により除去した後、スパッタ
法によりチタン層306を形成する。
気中でRTAすることにより、シリコンと接触している
チタン306をシリサイド化してチタンシリサイド30
7とし、酸化膜と接触しているチタン306を窒化して
窒化チタン308とする。さらに、イオン注入によりソ
ース、ドレイン拡散層309を形成する。次に図3
(d)に示すように、スパッタ法によりアモルファスシ
リコン310を形成する。次に図3(e)に示すよう
に、フォトリソグラフィー工程と異方性エッチングによ
りアモルファスシリコン310をパターニング後、スパ
ッタ法によりチタン層311を形成する。次に図3
(f)に示すように、窒素雰囲気中でRTAすることに
より、アモルファスシリコン310と接触しているチタ
ン311シリサイド化してチタンシリサイド312と
し、残りの部分を窒化して窒化チタンとする。さらに、
窒化チタンのみをウェットエッチングにより除去し、窒
素雰囲気中で前述のRTAより高温のRTAを行い、チ
タンシリサイドを低抵抗化する。その後、層間絶縁膜を
堆積して、コンタクト開口部を設けた後、アルミ電極を
形成する処理を行うことによって得られる。
た第1の製造方法は、堆積するチタンの膜厚を厚くし
て、形成されるシリサイド層の膜厚を厚くすると、シリ
サイドの耐熱性は向上するが、拡散層と基板間の接合リ
ーク電流が増加するため、浅い拡散層を形成することが
できない。逆に、堆積するチタンの膜厚を薄くして、形
成されるシリサイド層の膜厚を薄くすると、接合リーク
電流は抑制できるので浅い拡散層を形成することは可能
だが、ゲート電極上のシリサイド層抵抗を十分に下げる
ことができない。また、耐熱性も低くなる。シリサイド
膜厚が薄くなると、シリサイド形成後の高温の熱処理に
よって、シリサイドの凝集が発生し層抵抗が増大すると
いう問題がある。拡散層に比べゲート電極は微細なた
め、層抵抗の増加と耐熱性の劣化は、ゲート電極上のシ
リサイド層で顕著に現れる。素子の動作を高速化するた
めには、ゲート電極及び拡散層の寄生抵抗を低減すると
同時に浅い拡散層を形成する必要がある。つまり、ゲー
ト電極上には厚いシリサイド層を形成し、拡散層上には
薄いシリサイド層を形成しなければならないが、この方
法では、1回のチタン堆積工程と1回のシリサイド化工
程によって、ゲート電極及びソース、ドレイン拡散層上
にシリサイド層を同時に形成するため、ゲート電極上の
シリサイド層の膜厚と拡散層上のシリサイド層の膜厚を
別々に制御することができない。さらに、ゲート電極の
側面に形成された酸化膜の側壁上にも薄いシリサイドが
形成されてしまい、ゲート電極と拡散層とが短絡してし
まうことがある。
堆積工程と、2回のシリサイド化工程とにより拡散層深
さに制限されることなく、ゲート電極上のシリサイド層
を厚く形成することはできるが、アモルファスシリコン
堆積工程、フォトリソグラフィーによるアモルファスシ
リコンのパターニング工程、アモルファスシリコンのエ
ッチング工程が必要となり、工程数が多くなるため、製
造コストが高くなる。さらに、シリサイド層間に窒化チ
タンがあるため、単層のシリサイドに比べ層抵抗は高
く、層抵抗のばらつきの要因にもなる。また、アモルフ
ァスシリコンが2回目のシリサイド化で完全にシリサイ
ド化されないと層抵抗が高くなってしまう。さらに、1
回目のシリサイド化工程でゲート電極の側面に形成され
た酸化膜の側壁上にも薄いシリサイドが形成されてしま
い、ゲート電極と拡散層とが短絡してしまうことがあ
る。同様に、2回目のシリサイド化工程でもゲート電極
の側面に形成された酸化膜の側壁上の窒化チタン上にも
薄いシリサイドが形成されてしまい、ゲート電極と拡散
層とが短絡してしまうことがある。
ド層を拡散層上のシリサイド層よりも厚くすることで、
微細化したときに生じる層抵抗の上昇とばらつきの増加
を抑制し、耐熱性を向上させると同時に、浅い拡散層を
形成することができる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。
を有するMOSトランジスタにおいて、ゲート電極とソ
ース、ドレイン拡散層がシリサイドによって短絡すると
いう不良を防止し歩留まりを向上させることができる半
導体装置の製造方法を提供することにある。
め、本発明による半導体装置の製造方法においては、第
1導電型の半導体基板上に素子分離領域で分離された領
域と、前記第1導電型の半導体基板上にゲート酸化膜を
介して設けられたゲート電極と、第2導電型の拡散層と
を有し、該拡散層上にシリサイド層を形成した後、該拡
散層上のシリサイド層の形成とは別工程で前記ゲート電
極上にシリサイド層を形成するものである。
ルト、モリブデン、タングステンよりなるグループから
選択された高融点金属とシリコンとのシリサイド化反応
によって形成されたものである。
離領域を形成する工程と、前記半導体基板上にゲート酸
化膜を介してゲート電極となる多結晶シリコンを形成す
る工程と、該多結晶シリコン上にシリコン窒化膜を形成
する工程と、前記多結晶シリコンと前記シリコン窒化膜
をパターニングする工程と、該パターニングされた前記
多結晶シリコン、シリコン窒化膜の積層膜の側面に側壁
絶縁膜を形成する工程と、第2導電型の拡散層形成領域
の表面を露出する工程と、前記半導体基板上に第1の高
融点金属を堆積する工程と、熱処理により前記第1の高
融点金属と前記拡散層形成領域とを反応させシリサイド
化する工程と、シリサイド化反応に寄与しなかった前記
第1の高融点金属を除去する工程と、前記半導体基板上
に第1の絶縁酸化膜を形成する工程と、該第1の絶縁酸
化膜を平坦化すると同時に前記多結晶シリコン上のシリ
コン窒化膜表面を露出する工程と、該シリコン窒化膜を
除去し、前記多結晶シリコン表面を露出する工程と、前
記半導体基板上に第2の高融点金属を堆積する工程と、
熱処理により前記第2の高融点金属と前記多結晶シリコ
ン表面とを反応させシリサイド化する工程と、シリサイ
ド化反応に寄与しなかった前記第2の高融点金属を除去
する工程と、前記半導体基板上に第2の絶縁酸化膜を形
成する工程とを含むものである。
ぞれ、チタン、コバルト、モリブデン、タングステンよ
りなるグループから選択されたものである。
レイン拡散層上のシリサイド層を別工程で形成するた
め、シリサイド層の膜厚は別々に制御できる。従って、
ゲート電極上のシリサイド層は拡散層深さに制約を受け
ず、十分に厚膜化できるので、低抵抗化することができ
る。また、耐熱性も向上するので、シリサイドの凝集に
よって層抵抗が増大するという問題もなくなる。一方、
拡散層上のシリサイド層は拡散層深さに応じて薄膜化で
きるので、浅い拡散層の形成が可能になる。
散層がシリサイドによって短絡するという不良を防止し
歩留まりを向上させることができる。
して説明する。図1は本発明の1実施形態を製造工程順
に示す断面図である。まず、図1(a)に示すように、
シリコン基板1の不活性領域にフィールド酸化膜2を、
活性領域に膜厚5〜10nmのゲート酸化膜3をそれぞ
れ公知の技術を用いて形成する。次に、ゲート酸化膜3
上に多結晶シリコン4を150〜200nm程度形成
後、シリコン窒化膜5を50nm程度形成する。
ソグラフィー工程と異方性エッチングとによりゲート電
極4としてパターニングする。次に、CVD法により酸
化膜を100nm程度形成し、その後、異方性エッチン
グにより酸化膜をエッチングし、ゲート電極4の側面に
酸化膜の側壁6を形成する。さらに、イオン注入を行
い、熱処理を行って、拡散層7を形成する。
ードフッ酸により拡散層7上の自然酸化膜を除去した
後、スパッタ法によりチタン層8を30nm程度形成す
る。
気中で650〜700℃のRTAを行い、チタン層8と
拡散層7を反応させ、厚さ約50nmのチタンシリサイ
ド層9を形成する。次に、未反応のチタン層をアンモニ
ア水と過酸化水素水の混合液により除去する。
膜10を500nm程度形成する。さらに、化学的機械
的研磨(CMP:Chemical Mechanic
alPolishing)により、ゲート電極4上のシ
リコン窒化膜5の表面が露出するまで研磨して、層間絶
縁膜10を平坦化する。この時、ゲート電極4上のシリ
コン窒化膜5がCMPストッパーになる。
窒化膜5を熱リン酸により除去する。さらに、バッファ
ードフッ酸によりゲート電極4上の自然酸化膜を除去し
た後、スパッタ法によりチタン層11を50nm程度形
成する。
気中で650〜700℃のRTAを行い、チタン層11
とゲート電極4(多結晶シリコン)を反応させ、厚さ約
80nmのチタンシリサイド層12を形成する。次に、
未反応のチタン層をアンモニア水と過酸化水素水の混合
液により除去する。さらに、窒素雰囲気中で800〜8
50℃のRTAを行い、チタンシリサイド9、12を低
抵抗化する。
ト開口部を設けた後、アルミ電極を形成してMOS型ト
ランジスタを完成する。
明する。構造は第1の実施形態と同じであるが、本実施
形態においては、第1の実施形態におけるチタン8に代
えてコバルトを用いている。本実施形態において、前記
の実施形態と同様にシリコン基板にフィールド酸化膜、
ゲート酸化膜をそれぞれ公知の技術を用いて形成する。
次に、ゲート酸化膜上に多結晶シリコンを150〜20
0nm程度形成後、シリコン窒化膜を50nm程度形成
する。
エッチングによりゲート電極としてパターニングする。
次に、CVD法により酸化膜を100nm程度形成し、
その後、異方性エッチングにより酸化膜をエッチング
し、ゲート電極の側面に酸化膜の側壁を形成する。さら
に、イオン注入を行い、熱処理を行って、拡散層を形成
する。
の自然酸化膜を除去した後、スパッタ法によりコバルト
層を10nm程度形成する。
RTAを行いコバルト層と、拡散層とを反応させ、厚さ
約30nmのコバルトシリサイド層を形成する。次に、
未反応のコバルト層を硫酸と過酸化水素水の混合液によ
り除去する。
る。さらに、化学的機械的研磨(CMP:Chemic
al Mechanical Polishing)に
より、ゲート電極上のシリコン窒化膜の表面が露出する
まで研磨して、層間絶縁膜を平坦化する。この時、ゲー
ト電極上のシリコン窒化膜がCMPストッパーになる。
去する。さらに、バッファードフッ酸によりゲート電極
上の自然酸化膜を除去した後、スパッタ法によりチタン
層を50nm程度形成する。
RTAを行い、チタン層とゲート電極(多結晶シリコ
ン)を反応させ、厚さ約80nmのチタンシリサイド層
を形成する。次に、未反応のチタン層をアンモニア水と
過酸化水素水の混合液により除去する。さらに、窒素雰
囲気中で800〜850℃のRTAを行い、コバルトシ
リサイドとチタンシリサイドを低抵抗化する。
ト開口部を設けた後、アルミ電極を形成してMOS型ト
ランジスタを完成する。
とで、チタンシリサイドよりもさらに拡散層を浅くする
ことができるので、素子動作の高速化に有利である。
極上のシリサイド層とソース、ドレイン拡散層上のシリ
サイド層を別工程で形成するため、シリサイド層の膜厚
は別々に制御することができ、形成されるシリサイド層
の膜厚は、チタンの堆積膜厚によって制御できる。ま
た、ゲート電極上のシリサイド層は拡散層深さに制約を
受けず、十分に厚膜化できるので、低抵抗化することが
できる。また、耐熱性も向上するので、シリサイドの凝
集によって層抵抗が増大するという問題もなくなる。一
方、拡散層上のシリサイド層は拡散層深さに応じて薄膜
化できるので、浅い拡散層の形成が可能になる。従っ
て、ゲート電極及び拡散層の寄生抵抗を低減すると同時
に浅い拡散層を形成することができるので、素子の動作
の高速化が可能となる。ゲート線幅0.2μmのCMO
Sプロセスにおいて、チタンシリサイドの層抵抗が5Ω
/□以下で、拡散層深さを0.1μmで形成できる。
散層がシリサイドによって短絡するという不良を防止し
歩留まりを向上させることができる。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に素子分離領
域で分離された領域と、前記第1導電型の半導体基板上
にゲート酸化膜を介して設けられたゲート電極と、第2
導電型の拡散層とを有し、該拡散層上にシリサイド層を
形成した後、該拡散層上のシリサイド層の形成とは別工
程で前記ゲート電極上にシリサイド層を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記シリサイド層は、チタン、コバル
ト、モリブデン、タングステンよりなるグループから選
択された高融点金属とシリコンとのシリサイド化反応に
よって形成されたものであることを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 第1導電型の半導体基板上に素子分離領
域を形成する工程と、前記半導体基板上にゲート酸化膜
を介してゲート電極となる多結晶シリコンを形成する工
程と、該多結晶シリコン上にシリコン窒化膜を形成する
工程と、前記多結晶シリコンと前記シリコン窒化膜をパ
ターニングする工程と、該パターニングされた前記多結
晶シリコン、シリコン窒化膜の積層膜の側面に側壁絶縁
膜を形成する工程と、第2導電型の拡散層形成領域の表
面を露出する工程と、前記半導体基板上に第1の高融点
金属を堆積する工程と、熱処理により前記第1の高融点
金属と前記拡散層形成領域とを反応させシリサイド化す
る工程と、シリサイド化反応に寄与しなかった前記第1
の高融点金属を除去する工程と、前記半導体基板上に第
1の絶縁酸化膜を形成する工程と、該第1の絶縁酸化膜
を平坦化すると同時に前記多結晶シリコン上のシリコン
窒化膜表面を露出する工程と、該シリコン窒化膜を除去
し、前記多結晶シリコン表面を露出する工程と、前記半
導体基板上に第2の高融点金属を堆積する工程と、熱処
理により前記第2の高融点金属と前記多結晶シリコン表
面とを反応させシリサイド化する工程と、シリサイド化
反応に寄与しなかった前記第2の高融点金属を除去する
工程と、前記半導体基板上に第2の絶縁酸化膜を形成す
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。 - 【請求項4】 前記第1、第2の高融点金属がそれぞ
れ、チタン、コバルト、モリブデン、タングステンより
なるグループから選択されたものであることを特徴とす
る請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
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