(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体層上に高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液により前記シリコン半導体層上及び前記高融点金属シリサイド膜上の自然シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
シリコン半導体膜上に設けられた拡散層表面に高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記シリコン半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、
金属配線と前記拡散層との接続および前記金属配線と前記高融点金属シリサイド膜との接続をとるためのコンタクトホールを前記絶縁膜に設ける工程と、
少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液により、前記拡散層上及び前記高融点金属シリサイド膜上の自然シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
前記金属配線を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、高融点金属シリサイド膜がシリコン層上の一部に形成される半導体装置において、シリコン層と金属配線、高融点金属シリサイド層と金属配線等との良好な電気的接続を得ることができる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置では、シリコン基板上に形成された拡散層、高融点金属シリサイド層等と、金属配線との良好な電気的接続を得るために、これらの層上に形成される自然シリコン酸化膜（以下、自然酸化膜という）を除去する必要がある。従来は、この種の酸化膜を除去する方法として、フッ化水素酸と水との混合溶液により除去する方法、あるいはフッ化水素酸の重量含有率が３〜５％であるようなフッ化水素酸、フッ化アンモニウムおよび水を含んだバッファード溶液（緩衝溶液）により除去する方法が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の混合溶液、バッファード溶液による方法では、自然酸化膜だけでなく高融点金属シリサイド膜もエッチングされてしまい、そのエッチングレートは酸化膜のエッチングレートよりも大きかった。図４は、このような状況を説明するための模式図である。ＬＯＣＯＳ酸化膜３６により分離された高融点金属シリサイド層３２とシリコン半導体層３４とが半導体基板３０上に混在する。これらの層３２、３４上には、自然酸化膜（図示せず）が形成されているため、従来の方法により自然酸化膜を除去しようとすると、この酸化膜と共にシリサイド層３２もエッチングされてしまう。このため、自然酸化膜を十分に除去しようとして十分なエッチング時間をとると、シリサイド層３２のエッチングも共に進んでしまい、半導体装置の特性上好ましくなかった。
【０００４】
したがって、高融点金属シリサイド膜のエッチングレートＲＳｉとシリコン酸化膜のエッチングレートＲＯｘとの比、すなわちＲＳｉ／ＲＯｘの小さいエッチング溶液が望まれていた。
【０００５】
一方、特許２５２２３８９号公報には、この種の酸化膜を除去する方法が提案されている。この方法では、（ＨＦ）／（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ＋Ｈ２Ｏ）（重量比）が０．５％以下を満足するフッ化水素酸、フッ化アンモニウムおよび水を含有した溶液により、シリコン半導体層をエッチングして自然酸化膜を除去している。この溶液を用いれば、高融点金属シリサイド膜のエッチングレートとシリコン酸化膜のエッチングレートの比ＲＳｉ／ＲＯｘを小さくできる。Ｔｉシリサイド膜の場合のエッチング特性を図５に示す。フッ化水素酸の含有率が０．５％以下では、この比ＲＳｉ／ＲＯｘが小さくなっていることがわかる。
【０００６】
ところが、この溶液は組成的に安定ではなく、使用しているとすぐにエッチングレートが変化してしまうという特性をもっている。このため、好適なエッチングレートを有し、且つ組成的にも安定な溶液を用いて、もっと適用が簡単なプロセスを開発することが要望されていた。
【０００７】
本発明の目的は、このような要望を鑑みてなされたものであり、シリサイド層が一部に形成されたシリコン半導体層上において、シリコンと金属間、高融点金属シリサイドと金属間において良好なコンタクト特性を得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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は次のような構成とした。
【０００９】
本発明に係わる半導体装置の製造方法では、シリコン半導体層上に高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およげエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液によりシリコン半導体層上及び前記高融点金属シリサイド膜上の自然シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を備える。
【００１０】
このように、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液は、組成的に安定であるため、エッチングレートが変動しにくい。更に、この溶液は、高融点金属シリサイド膜のエッチングレートとシリコン酸化膜のエッチングレートとの比が小さいという特性をも持つため、自然酸化膜をエッチングに適用すると、シリサイド層の膜減りを低減しつつ、且つ自然酸化膜も除去できる。
【００１１】
本発明に係わる半導体装置の製造方法では、シリコン半導体層上に設けられた拡散層表面に高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、シリコン半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、金属配線と拡散層との凄続および金属配線と高融点金属シリサイド膜との接続をとるためのコンタクトホールを絶縁膜に設ける工程と、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液により、拡散層上及び前記高融点金属シリサイド膜上の自然シリコン酸化膜をエッチングする工程と、金属配線を形成する工程と、を備える。
【００１２】
このように、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液は、組成的に安定であるため、エッチングレートが変動しにくい。また、この溶液では、高融点金属シリサイド膜のエッチングレートとシリコン酸化膜のエッチングレートとの比が小さいという特性を併せて持つため、コンタクトホールに形成された自然酸化膜をエッチングに適用すると、シリサイド層の膜減りを低減しつつ、且つ自然酸化膜も除去できる。したがって、シリコンと金属間、高融点金属シリサイドと金属間において良好な電気的特性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１〜図３は、本発明に係わる半導体装置の製造方法について、一実施態様の工程断面を示した模式断面図である。これらの図面を用いて、本実施の態様を説明する。なお、シリコン半導体層としてシリコン半導体基板１を（以下、基板という）用いた場合を説明する。なお、絶縁基板上にシリコン半導体層を形成したもの等を用いてもよい。
【００１５】
まず、基板１上に素子分離膜３を形成する（図１（ａ））。素子分離膜３は、例えば、温度９５０［℃］、ウエット酸化という条件で、ＬＯＣＯＳ法により熱酸化膜を形成する。この素子分離膜３により後に形成される拡散層およびシリサイド層が電気的に分離される。
【００１６】
次いで、拡散層５を形成する（図１（ｂ））。拡散層は、例えば、エネルギー１０〜３０［ｋｅＶ］、ドーズ量１×１０１４〜１×１０１５［ｃｍ−２］で砒素（Ａｓ＋）をイオン注入し、この後に温度９００［℃］、時間３０［分］の熱処理を行って不純物の活性化を行い、Ｎ型拡散層を形成する。なお、Ｐ型拡散層を形成する場合は、ホウ素（Ｂ＋）等をイオン注入すればよい。
【００１７】
拡散層５を形成した後に、シリサイドマスク膜７を形成する（図１（ｃ））。このマスク膜７は絶縁膜であって、シリサイド層を形成しない拡散層上を覆って形成される。マスク膜７は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）法により厚さ５００［ｎｍ］のシリコン酸化膜を基板全面に成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターンを形成して、このパターンをマスクにしてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により異方性エッチングして、図１（ｃ）左側の拡散層上にある酸化膜を除去してマスク膜７を形成する。
【００１８】
続いて、シリサイドを形成すための金属膜９を成膜する（図２（ａ））。金属膜９の材料としては、シリコンとシリサイド合金を形成する金属を用いる。更に、半導体製造工程の熱工程との整合性の点から高融点金属が好ましい。特に、低抵抗のシリサイドが形成できるので、チタン（Ｔｉ）を用いることが好ましい。他の金属材料としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等を使用してもよい。金属膜９の成膜条件の一例を示せば、厚さ３０［ｎｍ］のＴｉ薄膜をスパッタリング法により基板全面に成膜する方法がある。この成膜方法は、スパッタリング法に限らず、他に真空蒸着法等の物理的蒸着法を用いてもよく、またＣＶＤ法を用いてもよい。
【００１９】
金属膜９を成膜した後に、シリサイド膜１１を形成する（図２（ｂ））。シリサイド膜１１は、拡散層５中のシリコンと金属膜９中の金属とを熱処理により反応させて形成する。熱処理条件の一例を以下に示す。まず、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）法により、温度６５０［℃］、時間３０［秒］の条件で熱処理して、シリコンとＴｉを反応させてシリサイドを形成する。シリコンと反応しなかったＴｉは、硫酸と過酸化水素水との混合液を使用して除去する。この後、温度８００［℃］、時間３０［秒］の条件で熱処理炉でアニールを行うと、Ｔｉシリサイド膜１１が形成される。これにより、基板の表面の一部に高融点金属シリサイド膜が形成される。
【００２０】
次いで、絶縁膜１３を形成する（図２（ｃ））。絶縁膜１３は、基板上のシリサイド膜１１等とこの上層の金属配線を絶縁するために基板全面に形成される層間絶縁膜である。層間絶縁膜１３の成膜条件の一例を示せば、常圧ＣＶＤ法で厚さ８００［ｎｍ］の酸化膜、例えば、ＢＰＳＧ（ボロン・リン・ドープシリケートガラス）膜を形成し、温度８５０［℃］、時間３０［分］の条件でリフローを熱処理炉で行い、基板表面を平坦化する方法がある。層間絶縁膜１３の材料としては、これに限られることなく、ＳｉＮ系、ＳｉＯＮ系、他のＳｉ０２系またはこれらに他の元素（半導体に不純物として添加する元素）を含有させた材料等が、成膜および加工が容易なので好ましい。また、これら複数の材料を積層し形成してもよい。絶縁膜の平坦化方法としては、レジストまたはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）を用いたエッチバック法等を用いてもよい。
【００２１】
層間絶縁膜１３を形成後に、コンタクトホール１５を開口する（図３（ａ））。コンタクトホール１５は、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクト形成領域にパターンを形成し、層間絶縁膜１３の下に形成された導体層５、１１に達するまでＲＩＥ法により層間絶縁膜１３を異方性エッチングして形成する。
【００２２】
続いて、コンタクトホール１５に導電体を埋め込んでコンタクトプラグ１７を形成するための前処理を行う。この方法の一例を下記に示す。
【００２３】
まず、シリコンと金属間、シリサイドと金属間において良好な電気的接続をとるために、コンタクトホール１５上に形成されている自然酸化膜（図示せず）をエッチングにより除去する。エッチング溶液としては、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有し、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液を用いると、組成的に安定であるため、エッチングレートが変動し難く、更にエッチング速度またはエッチングレートの比が好適な範囲となる。したがって、基板上の自然酸化膜を除去する溶液として、好ましいことが判明した。エッチング時間としては、１８０［秒］程度が、シリサイド膜１１および拡散層５との良好な電気的接続をとる上で好ましい。なお、上記の溶液において、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下としたのは、シリサイドと自然酸化膜との選択比が好ましい範囲にあると共に、エッチングレートの安定性も良好であるからである。また、合計含有量が５重量％を越えると、エッチングレートの安定性が悪化し、あるいはシリサイドと自然酸化膜との選択比が悪化するという不都合が生じる。
【００２４】
上記エッチング溶液の一例を用いて、様々な膜のエッチングレートを測定した結果を示すと、
シリコン酸化膜  ：０．７９［ｎｍ／分］
Ｔｉシリサイド膜：１．０４［ｎｍ／分］
層間絶縁膜      ：２．９１［ｎｍ／分］
ポリシリコン膜  ：０．７４［ｎｍ／分］
となる。このデータから、Ｔｉシリサイド膜はシリコン酸化膜とほほ同等のエッチングレートである。例えば、Ｔｉシリサイド膜のエッチングレートＲTiとシリコン酸化膜のエッチングレートＲOxとの比は、ＲTi／ＲOx＝１．３２程度である。一方、従来のフッ化水素酸の重量含有率が３〜５％であるようなフッ化水素酸、フッ化アンモニウムおよび水を含んだバッファード溶液により自然酸化膜を除去した場合には、前記図５に示したように、チタンシリサイド膜のエッチレート／シリコン酸化膜のエッチレート（ＲTi／ＲOx）＝３〜５程度になる。故に、高融点金属シリサイド膜のエッチング量は従来よりも少なくなり、且つ基板表面の自然酸化膜を安定して除去できる。したがって、シリコンと金属間、シリサイドと金属間において良好な電気的接続をとることができる。
【００２５】
次に、シリコンおよびシリサイド上に導電性の密着層（図示せず）を成膜する。密着性がよいので、材料としてはＴｉＮ等が好ましい。また、成膜法は、ステップカバリッジがよいので、スパッタリング法が好ましい。
【００２６】
この後、コンタクトホール１５に導電体を埋め込んでコンタクトプラグ１７を形成する（図３（ｂ））。プラグ１７の形成方法の一例を示せば、ＣＶＤ法により基板全面にタングステン（Ｗ）膜を成膜し、エッチバック法を用いて層間絶縁膜１３が露出するまでＷ膜をエッチングして、コンタクトホール１５に埋め込まれたタングステンのプラグ１７を形成する方法がある。このようなプラグ１７の材料としては導電性材料であって、特にタングステン（Ｗ）等の高融点金属、アルミニウム合金等が、成膜および加工が比較的容易なので好ましい。
【００２７】
プラグ１７を形成後に、配線２１を形成する（図３（ｃ））。配線２１は、基板全面に導電性膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いて配線パターンを形成し、このパターンをマスクとしてエッチングして形成する。配線２１は、例えば、銅（Ｃｕ）を含有したアルミニウム合金膜をスパッタリング法により成膜して、ＲＩＥ法により異方性エッチングして形成する。配線２１の他の材料としては、純アルミニウム、Ａｌ−シリコン（Ｓｉ）、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等の種々のアルミニウム合金等の導電性材料が、成膜および加工が容易なので好ましい。また、これらの材料を積層して形成したものを用いてもよい。
【００２８】
なお、上記の説明では、Ｎ型拡散層と金属間、高融点金属シリサイド層と金属間において良好な電気的接続を確保する場合について説明したが、シリコン半導体層として、Ｎ型拡散層に限ることなく、Ｐ型拡散層でもよい。また、ポリシリコン層と金属間等についても同様に適用できる。
【００２９】
以上説明した方法を用いることにより、シリコン層と金属間、シリサイドと金属間等において良好なコンタクト特性を有する半導体装置を製造できる。
【００３０】
したがって、以上説明したように、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下である溶液は、組成的にも安定であり、更に高融点金属シリサイド膜とシリコン酸化膜のエッチングレートとの比、つまりＲＳｉ／ＲＯｘが小さいので、自然酸化膜をエッチングする溶液として有用である。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係わる半導体装置の製造方法において、少なくともフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、水およびエチレングリコールを含有する溶液であって、且つフッ化水素酸とフッ化アンモニウムの合計含有量が５重量％以下の溶液は、従来の溶液に比べて組成的に安定であるため、エッチングレートも変動しにくい。つまり、エッチング溶液の安定性が向上するので、製造プロセスへの適用が容易となる。
【００３２】
併せて、この溶液は、高融点金属シリサイド膜とシリコン酸化膜のエッチングレートとの比ＲＳｉ／ＲＯｘも小さいので、シリコン層、シリサイド層等の導電層上に形成される自然酸化膜をエッチングするときに、シリサイド膜の除去量を低減しつつ、且つ自然酸化膜も除去できる。
【００３３】
したがって、シリコンと金属間、シリサイドと金属間等において、良好な電気的接続を確保した半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係わる半導体装置の製造方法の一実施態様を示した模式断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係わる半導体装置の製造方法の一実施態様を示した模式断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、ぞれぞれ本発明に係わる半導体装置の製造方法の一実施態様を示した模式断面図である。
【図４】図４は、従来の技術を説明するための半導体装置の模式図である。
【図５】図５は、従来の技術において、Ｔｉシリサイド膜のエッチングレートとシリコン酸化膜のエッチングレートと比の特性を示した特性図である。
【符号の説明】
１…シリコン半導体基板、３…素子分離膜、５…Ｎ型拡散層、７…シリコン酸化膜、９…Ｔｉ膜、１１…Ｔｉシリサイド膜、１３…絶縁膜、１５…コンタクトホール、１７…コンタクトプラグ、２１…配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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