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JP2528961B2 - Ｖｌｓｉ装置の抵抗領域に低抵抗接続を形成する方法 - Google Patents

Ｖｌｓｉ装置の抵抗領域に低抵抗接続を形成する方法

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JP2528961B2
JP2528961B2 JP1022748A JP2274889A JP2528961B2 JP 2528961 B2 JP2528961 B2 JP 2528961B2 JP 1022748 A JP1022748 A JP 1022748A JP 2274889 A JP2274889 A JP 2274889A JP 2528961 B2 JP2528961 B2 JP 2528961B2
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metal silicide
layer
resistance
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ジン デージェ
キム チャン―ヒュン
リー チュルージン
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サムサン エレクトロニクス シーオー．，エルティーディー．
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は超大規模集積回路（VLSI）の装置に使用する
ための低抵抗接続方法に係るもので、特にシリコン基板
の表面に形成されたN+及び／又はP+ドーピングされた抵
抗領域に低抵抗接続をする方法に係るものである。
＜従来の技術＞ VLSI装置を製造する場合において、耐熱性の金属ケイ
化物（Silicide）が多結晶シリコンの欠点等を克服する
ために接続材料として使用されている。
多結晶シリコンはその厚さ5000Åに対して20〜30Ω／
□の高いシート抵抗を持つので、高速動作のためのＲ−
Ｃ遅延時間の短縮や、高密度のための線幅の縮小を達成
することが困難である。そのため、多結晶シリコンより
一段階低いシート抵抗を持つタングステンケイ化物、チ
タニウムケイ化物、白金ケイ化物等のような金属ケイ化
物がVLSI装置の高速動作と高集積を達成するために使用
されている。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、絶縁層上の金属ケイ化物とシリコン基
板に高くドーピングして形成された抵抗領域との間を絶
縁層の開口を通じて接続する際に、安定した低抵抗接続
の形成という点において若干の問題が残っている。
すなわち、第１に、VLSI装置の製造において広く使用
されるCMOS製造工程に適用させるため、N+とP+抵抗領域
と同時に抵抗接続可能な金属ケイ化物を選択する必要が
ある。従来の技術においては、N+抵抗領域と接続するた
めの接続材料としてタングステンケイ化物が主に使用さ
れている。しかし、タングステンケイ化物は、高温処理
されるケイ化物化の工程中にP+及びN+抵抗領域からドー
パントを外部に拡散させてしまうため、タングステンケ
イ化物と抵抗領域との間の接続抵抗が増加する結果を招
く。
第２に、スパッター沈積されたケイ化物は、シリコン
酸化膜の垂直構造上で良好なステップカバレージ（Step
Coverage）を常に提供することが難しい。これに対
し、CVDによって形成された金属ケイ化物は一般に良好
なステップカバレージを持つことが知られている。
ここで一般に、金属ケイ化物中のチタニウムケイ化物
は、何より低いシート抵抗を持つということが発見され
ている。そして、スパッタリングによってチタニウムケ
イ化物を形成する２つの方法が従来の技術において公知
とされている。その１つがスパッタリングによって沈積
されたチタニウムを下部のシリコンと熱的に反応させる
方法であり、もう１つがスパッタリングによって直接的
にチタニウムケイ化物を沈積する方法である。しかし、
スパッタリングによって沈積されたチタニウムは、電気
的な絶縁のために要求される約5000Åのシリコン酸化膜
の垂直壁面上で良好なステップカバレージを提供するこ
とができず、電気的な断線を招いてしまう場合が時々あ
る。
そこで、本発明の目的は、電気的な断線を防止するこ
とができる金属ケイ化物を使用した低抵抗接続を形成す
る方法を提供することにある。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するため、この発明に係るVLSI装置
の抵抗領域に低抵抗接続を形成する一つの方法は、シリ
コン基板に不純物をドーピングして形成した抵抗領域に
対し低抵抗接続を形成する方法であって、シリコン基板
上に絶縁層を形成する工程と、その絶縁層上に多結晶シ
リコン層を形成する工程と、絶縁層及び多結晶シリコン
層に開口を形成して前記抵抗領域の表面を露出させる工
程と、多結晶シリコン層上と開口内に低シート抵抗の特
性をもつ第１の金属ケイ化物層を形成する工程と、その
第１の金属ケイ化物層上と開口内にステップカバレージ
に優れた特性をもつ第２の金属ケイ化物層を形成して第
１の金属ケイ化物層のステップカバレージを補う工程
と、を含むことを特徴とする。
また、この発明に係るVLSI装置の抵抗領域に低抵抗接
続を形成する別の方法は、シリコン基板に不純物をドー
ピングして形成した抵抗領域に対し低抵抗接続を形成す
る方法であって、シリコン基板上に絶縁層を形成する工
程と、その絶縁層に開口を形成して前記抵抗領域の表面
を露出させる工程と、絶縁層上と開口内に多結晶シリコ
ン層を形成する工程と、その多結晶シリコン層上に低シ
ート抵抗の特性をもつ金属層を形成した後シリコンと反
応させて第１の金属ケイ化物層を形成する工程と、その
第１の金属ケイ化物層上と開口内にステップカバレージ
に優れた特性をもつ第２の金属ケイ化物層を形成して第
１の金属ケイ化物層のステップカバレージを補う工程
と、を含むことを特徴とする。
さらに、この発明に係るVLSI装置の抵抗領域に低抵抗
接続を形成する更に別の方法は、シリコン基板に不純物
をドーピングして形成した抵抗領域に対し絶縁層に設け
た開口を介して金属ケイ化物層を接触させ低抵抗接続を
形成する方法において、スパッタリングを用いて前記抵
抗領域に接触する最初の金属ケイ化物層を形成した後に
CVDを用いて金属ケイ化物層に更に形成することで、前
記最初の金属ケイ化物層の開口内におけるステップカバ
レージを補うようにし、更に、前記CVDを用いた金属ケ
イ化物層の形成前又は後に前記抵抗領域への不純物イオ
ン注入を行うことで接続抵抗の増加を防止することを特
徴とする。
＜実 施 例＞ 第１図（Ａ）〜第１図（Ｄ）を参照すると、本発明の
一実施例がその製造の各段階におけるシリコン基板の部
分断面図を用いて示されている。
第１図（Ａ）に示したように、Ｎ型又はＰ型不純物を
高くドーピングした抵抗領域２がシリコン基板１の表面
に形成されている。そして、約5000Åの絶縁層としての
シリコン酸化膜層３がシリコン基板１上に熱酸化又はCV
Dによって形成され、さらに、約1000Åの多結晶シリコ
ン層４がシリコン酸化膜層３上に公知のCVDによって沈
積されている。
第１図（Ｂ）を参照すると、抵抗領域２の選択された
表面６′を露出させる開口５が、RIEのような異方性エ
ッチング技術によって多結晶シリコン層４とシリコン酸
化膜層３に形成される。典型的には、開口５は約0.6μ
ｍの幅である。そして開口５の形成後、このシリコンチ
ップはチタニウムスパッタリングするためにマグネトロ
ンスパッタリング装置に移され、先ず、チタニウムのス
パッタリング前に大気への露出によって生じた多結晶シ
リコン層４と露出した抵抗領域２の表面６′上にある薄
いシリコン酸化膜と表面汚染がスパッタークリーニング
によって除去される。その後、約1000Åのチタニウムが
Ar雰囲気の中でスパッタリング沈積される。
第１図（Ｃ）に示したように、チタニウムの沈積によ
ってチタニウム層６が、多結晶シリコン層４上で厚さ約
500Å、開口５内の露出した抵抗領域２の表面６′上で
厚さ約200Åで形成される。このとき、シリコン酸化膜
層３の垂直壁面８にはチタニウムが沈積されない。この
チタニウム層６の沈積後、シリコン基板はRTA（Rapid T
hermal Annealing）装置に移され、窒素雰囲気内で約10
秒の間約850℃で加熱される。
これにより、第１図（Ｄ）に示すように、チタニウム
は下部のシリコンと反応することによってチタニウムケ
イ化物層７に変換される。そして、シリコン酸化膜層３
の垂直壁面８におけるチタニウムケイ化物層７の電気的
な断線を防止するために、タングステンケイ化物層９
が、公知のLPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Depos
ition）を用いて約360℃で垂直壁面８とチタニウムケイ
化物層７上に沈積される。
以上の工程によって約２Ω／□のシート抵抗を持つ低
抵抗接続を達成することができる。ただし、この場合、
ケイ化物化工程中のチタニウム層６と多結晶シリコン層
４の厚さ、表面汚染、加熱時間等により、反応しなかっ
たチタニウムとポリシリコンがチタニウムケイ化物層７
に部分的に残っている可能性がありうる。
そこで、本発明の他の実施例を示す第１図（Ｅ）を参
照すると、第１図（Ｂ）の工程後、チタニウムケイ化物
ターゲットからのAr雰囲気におけるスパッタリングによ
り、多結晶シリコン層４上と露出した抵抗領域２の表面
６′上にチタニウムケイ化物層10を形成している。この
チタニウムケイ化物層10の厚さは開口５の中で約500Å
で、多結晶シリコン層４上で約1000Åである。また、タ
ーゲットは1:2.6のチタニウム−シリコンの比率を持つ
シリコンを多く含有したチタニウムケイ化物のターゲッ
トである。このようなスパッタリング沈積によって形成
されるチタニウムケイ化物層10においても、シリコン酸
化膜層３の垂直壁面８で電気的な断線が発生する。その
電気的な断線を防止するために、タングステンケイ化物
層11がチタニウムケイ化物層10と垂直壁面８上にLPCVD
によって形成される。その後、それらケイ化物層10、11
の低抵抗形成のためにアニール熱処理が、RTA装置を用
いて窒素雰囲気で約20秒の間約900℃で行われる。
チタニウムケイ化物が形成される時、抵抗領域２にあ
るシリコンが消耗され、体積の収縮に起因して抵抗領域
２でストレスが発生する。これは、約0.2μｍ深さの抵
抗領域２が使用されるVLSI装置において漏洩電流の発生
を招いてしまう。しかし、このような問題は下記の工程
によって解決することができる。
第２図（Ａ）を参照すると、シリコン基板１にN+又は
P+ドーピングされた抵抗領域２が形成され、公知の異方
性エッチング技術によってシリコン酸化膜層３に垂直壁
面８を持つ開口５が形成される。その後、多結晶シリコ
ン層14が公知のCVDによって沈積される。多結晶シリコ
ン14の厚さは、シリコン酸化膜層３上においては約1000
Å、露出した抵抗領域２の表面６′上においては約500
Å、そして垂直壁面８においては更に薄い。次いで、こ
の多結晶シリコン層14上にチタニウム層15がスパッター
沈積される。多結晶シリコン層14上のチタニウム層15は
厚さ約500Å、開口５の中は約200Åとされる。この場
合、垂直壁面８においてチタニウム層15の電気的な断線
が発生する。そして、チタニウム層15の沈積後、熱処理
を用いたケイ化物工程が行われる。
第２図（Ｂ）を参照すると、そのケイ化物化工程によ
って生成されたチタニウムケイ化物層16が示されてい
る。しかしながら、電気的な断線はやはり残っている。
この電気的な断線を防止するために、公知のLPCVDによ
ってタングステンケイ化物層17が垂直壁面８とチタニウ
ムケイ化物層16上に沈積される。
一方、ドーパントの外部拡散に起因した接続抵抗の増
加を防止するために、上記ケイ化物化工程中の抵抗領域
２にイオン注入をする。このイオン注入工程はタングス
テンケイ化物層17の形成前、又は形成後に行うことがで
きる。N+抵抗領域のイオン注入は砒素（As）にて約1016
/cm2の線量で行われ、P+抵抗領域のイオン注入は硼素
（Ｂ）にて約1016/cm2の線量で行われる。
以上の各実施例は本発明の概念を逸脱しない範囲内で
様々な変形を行えることは当業者であれば容易に理解す
ることができるであろう。例えば、タングステンケイ化
物は低温でLPCVDによって形成された金属ケイ化物の中
で選択された１つであること等が分かる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）〜第１図（Ｄ）は本発明の一実施例による
低抵抗接続を形成する方法を説明するためのシリコン基
板の部分断面図、 第１図（Ｅ）は本発明の他の実施例を説明するシリコン
基板の部分断面図、そして 第２図（Ａ）と第２図（Ｂ）は本発明の更に他の実施例
を説明するためのシリコン基板の部分断面図である。 １……シリコン基板 ２……抵抗領域 ３……シリコン酸化膜層（絶縁層） ４、14……多結晶シリコン層 ５……開口 ６、15……チタニウム層 ６′……抵抗領域の表面 ７、10、16……チタニウムケイ化物層 ８……垂直壁面 ９、11、17……タングステンケイ化物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チュルージン リー 大韓民国 キョンギ‐ド スウォン‐シ ティ クウォンスンーグ メタン‐ドン 896 メタン ジュゴン 第４ アパ ート ナンバー 407―105 (56)参考文献 特開 昭60−193380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−119750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294816（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコン基板に不純物をドーピングして形
    成した抵抗領域に対し低抵抗接続を形成する方法であっ
    て、 シリコン基板上に絶縁層を形成する工程と、その絶縁層
    上に多結晶シリコン層を形成する工程と、絶縁層及び多
    結晶シリコン層に開口を形成して前記抵抗領域の表面を
    露出させる工程と、多結晶シリコン層上と開口内に低シ
    ート抵抗の特性をもつ第１の金属ケイ化物層を形成する
    工程と、その第１の金属ケイ化物層上と開口内にステッ
    プカバレージに優れた特性をもつ第２の金属ケイ化物層
    を形成して第１の金属ケイ化物層のステップカバレージ
    を補う工程と、アニール処理により第１、第２の金属ケ
    イ化物層どうしの低抵抗形成を行う工程と、を含むこと
    を特徴とする低抵抗接続の形成方法。
  2. 【請求項２】抵抗領域の少なくとも１つがVLSI装置のP1
    抵抗領域であり、残りの抵抗領域がVLSI装置のN1抵抗領
    域である請求項（１）記載の低抵抗接続の形成方法。
  3. 【請求項３】第１の金属ケイ化物層をスパッタリングに
    より形成し、第２の金属ケイ化物層をCVDにより形成す
    る請求項（１）又は請求項（２）記載の低抵抗接続の形
    成方法。
  4. 【請求項４】第１の金属ケイ化物層がチタニウムケイ化
    物層で、第２の金属ケイ化物層がタングステンケイ化物
    層である請求項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の
    低抵抗接続の形成方法。
  5. 【請求項５】シリコン基板に不純物をドーピングして形
    成した抵抗領域に対し低抵抗接続を形成する方法であっ
    て、 シリコン基板上に絶縁層を形成する工程と、その絶縁層
    上に多結晶シリコン層を形成する工程と、絶縁層及び多
    結晶シリコン層に開口を形成して前記抵抗領域の表面を
    露出させる工程と、多結晶シリコン層上と開口内に低シ
    ート抵抗の特性をもつ金属層をスパッタリングにより形
    成した後シリコンと反応させて第１の金属ケイ化物層を
    形成する工程と、その第１の金属ケイ化物層上と開口内
    にステップカバレージに優れた特性をもつ第２の金属ケ
    イ化物層をCVDにより形成して第１の金属ケイ化物層の
    ステップカバレージを補う工程と、を含むことを特徴と
    する低抵抗接続の形成方法。
  6. 【請求項６】第１の金属ケイ化物層がチタニウムケイ化
    物層で、第２の金属ケイ化物層がタングステンケイ化物
    層である請求項（５）記載の低抵抗接続の形成方法。
  7. 【請求項７】シリコン基板に不純物をドーピングして形
    成した抵抗領域に対し低抵抗接続を形成する方法であっ
    て、 シリコン基板上に絶縁層を形成する工程と、その絶縁層
    に開口を形成して前記抵抗領域の表面を露出させる工程
    と、絶縁層上と開口内に多結晶シリコン層を形成する工
    程と、その多結晶シリコン層上に低シート抵抗の特性を
    もつ金属層を形成した後シリコンと反応させて第１の金
    属ケイ化物層を形成する工程と、その第１の金属ケイ化
    物層上と開口内にステップカバレージに優れた特性をも
    つ第２の金属ケイ化物層を形成して第１の金属ケイ化物
    層のステップカバレージ補う工程と、この第２の金属ケ
    イ化物層の形成工程の前又は後に、前記抵抗領域に対し
    イオン注入を行って不純物濃度を高めることで接続抵抗
    の増加を防止する工程と、を含むことを特徴とする低抵
    抗接続の形成方法。
  8. 【請求項８】抵抗領域の少なくとも１つがVLSI装置のP+
    抵抗領域であり、残りの抵抗領域がVLSI装置のN+抵抗領
    域である請求項（７）記載の低抵抗接続の形成方法。
  9. 【請求項９】第１の金属ケイ化物層形成用の金属層をス
    パッタリングにより形成し、第２の金属ケイ化物層をCV
    Dにより形成する請求項（７）又は請求項（８）記載の
    低抵抗接続の形成方法。
  10. 【請求項１０】第１の金属ケイ化物層がチタニウムケイ
    化物層で、第２の金属ケイ化物層がタングステンケイ化
    物層である請求項（７）〜（９）のいずれか１項に記載
    の低抵抗接続の形成方法。
  11. 【請求項１１】シリコン基板に不純物をドーピングして
    形成した抵抗領域に対し絶縁層に設けた開口を介して金
    属ケイ化物層を接触させ低抵抗接続を形成する方法にお
    いて、 スパッタリングを用いて前記抵抗領域に接触する最初の
    金属ケイ化物層を形成した後にCVDを用いて金属ケイ化
    物層を更に形成することで、前記最初の金属ケイ化物層
    の開口内におけるステップカバレージを補うようにし、
    更に、前記CVDを用いた金属ケイ化物層の形成前又は後
    に前記抵抗領域への不純物イオン注入を行うことで接続
    抵抗の増加を防止するようにし、また、前記CVDを用い
    た金属ケイ化物層の形成後にアニール処理を行って前記
    金属ケイ化物層どうしの低抵抗形成を行うようにしたこ
    とを特徴とする低抵抗接続の形成方法。
  12. 【請求項１２】抵抗領域の少なくとも１つがVLSI装置の
    P+抵抗領域であり、残りの抵抗領域がVLSI装置のN+抵抗
    領域である請求項（11）記載の低抵抗接続の形成方法。
  13. 【請求項１３】スパッタリングを用いて形成される金属
    ケイ化物層が低シート抵抗特性をもつ第１の金属ケイ化
    物層で、CVDを用いて形成される金属ケイ化物層がステ
    ップカバレージに優れた特性をもつ第２の金属ケイ化物
    層である請求項（11）又は請求項（12）記載の低抵抗接
    続の形成方法。
  14. 【請求項１４】スパッタリングを用いて形成される金属
    ケイ化物層がチタニウムケイ化物層で、CVDを用いて形
    成される金属ケイ化物層がタングステンケイ化物層であ
    る請求項（13）記載の低抵抗接続の形成方法。
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