(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上の酸化膜の上に多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シリコン層上に、
ゲルマニウムとの反応開始温度が４５０〜５００℃である金属とゲルマニウムとの化合物、あるいは前記金属とゲルマニウムとの混合物の層を形成し、
ついで、これを加熱処理することにより前記酸化膜上に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製法。
【請求項２】
シリコン基板上の酸化膜の上に多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シリコン層上に、
ゲルマニウム−シリコン化合物との反応開始温度が４５０〜５００℃である金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物、あるいは前記金属とゲルマニウム−シリコン化合物との混合物の層を形成し、
ついで、これを加熱処理することにより前記酸化膜上に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細化が可能で、かつ低温で形成可能な電極を備えた半導体装置の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の電極あるいは配線の材料として不純物が高濃度に添加された多結晶シリコンが用いられていた。多結晶シリコンは安価で安定性が優れているが、電気的抵抗が比較的大きいために、微細化された電子回路には不向きであった。また、このものは、ソースおよびドレイン領域形成の目的で、イオン打ち込み法等によりに基板に導入される不純物原子によって、その抵抗値が大きく変動するという問題があった。
【０００３】
そこで、多結晶シリコンに変わるより低抵抗な電極等の材料として、ＷＳiｘ、ＴiＳiｘ等の金属−シリコン化合物（以下、これらをシリサイドと総称する）が開発され、多結晶シリコン上にシリサイドの層を形成して電極等として用いられるようになった。このシリサイドは熱的に安定であるため、多結晶シリコンを用いた半導体装置製造プロセスへの整合性を有し、また多結晶シリコン上にシリサイド層を形成することで電極等の抵抗を低下させることができ、電子回路の微細化に適したものであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２４６８６６号公報
【特許文献２】
特開昭６４−８９４４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシリサイド層を形成する際には、９００℃以上の高温で熱処理を行うため、シリコン基板自体へも影響して損傷や応力が大きくなり、ソースおよびドレイン領域形成の目的で基板に注入される不純物の分布領域の制御が困難になる等の問題があった。
【０００６】
この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、電極の抵抗が低く、電子回路の微細化が可能であり、かつ低温で形成可能である電極を備えた半導体装置を製造する方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１の発明は、シリコン基板上の酸化膜の上に多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シリコン層上に、
ゲルマニウムとの反応開始温度が４５０〜５００℃である金属とゲルマニウムとの化合物、あるいは前記金属とゲルマニウムとの混合物の層を形成し、
ついで、これを加熱処理することにより前記酸化膜上に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製法である。
【０００８】
請求項２の発明は、シリコン基板上の酸化膜の上に多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シリコン層上に、
ゲルマニウム−シリコン化合物との反応開始温度が４５０〜５００℃である金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物、あるいは前記金属とゲルマニウム−シリコン化合物との混合物の層を形成し、
ついで、これを加熱処理することにより前記酸化膜上に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の製法で得られた半導体装置の一例を示すものであり、電極１部分の構造を示すものであるが、同時に本発明の対象外である配線２部分の構造も示してある。
【００１０】
この例の半導体装置は、シリコン基板３の表面に酸化膜４が形成され、その上面に、下層が多結晶シリコン層５からなり、上層が金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物の層６からなり、これらの中間的組成層が多結晶シリコン−ゲルマニウム化合物の層からなる積層物である電極１が設けられ、さらに電極１の両側には、シリコン基板に不純物が導入された不純物分布領域７が形成されている。この２つの不純物領域７は、それぞれトランジスタのソースおよびドレインとして作用するものである。
【００１１】
あるいは、電極１の上層として、金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物あるいは混合物の層６を用いることもできる。
前記金属とゲルマニウムとの、または前記金属とゲルマニウム−シリコン化合物との反応開始温度が４５０〜５００℃となっている。
【００１２】
上記金属としては、Ｗ、Ｔi、Ｚr、Ｔa、Ｍo、Ｎb、ＨfおよびＶ等からなる高融点を有する遷移金属群、あるいはＣu、Ｃo、Ｃr、ＮｉおよびＭn等からなる遷移金属群、あるいはＰt、Ｒh、ＩｒおよびＰdからなる貴金属群より選ばれる一種 または二種以上のものが用いられる。但し、これらの金属群のうち、タングステン(化学記号Ｗ)はゲルマニウムと化合物をつくらないので混合物として用いられる。さらに、金属とゲルマニウムあるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物との組成比は１:１〜１:３の範囲をとる。
【００１３】
本発明において、金属とゲルマニウム、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物との組成比がモル比で１:１〜１:３の範囲とした理由は以下の通りである。一般に金属（記号Ｍ）と周期率表ＩＶ族であるシリコンおよびゲルマニウム（記号Ｘ）とは化学量論的には組成比が１：１あるいは１：２の化合物を形成するが、実際の薄膜形成過程や、シリコン、ゲルマニウムあるいはゲルマニウム−シリコン化合物と金属との反応過程においては非化学量論的な組成のものが形成され、実使用上においては、組成比Ｍ：Ｘが１：１あるいは１：２のものよりも、Ｘ成分がやや多い１：１＋αあるいは１：２＋αのものが形成される。
【００１４】
そして、これらは成膜上安定であり、また膜の密着性に優れ、膜の応力上の適正化が図り易いため、本発明において好適に用いることができる。そして、さらにＸ成分が多く、その組成比Ｍ：Ｘが１：３よりも大きくなると、電気的抵抗値が上昇する、あるいは膜安定化のための熱処理温度が高くなるという問題がある。したがって、本発明における金属とゲルマニウム、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物との組成比は１：１〜１：３と設定することができる。
【００１５】
また、ゲルマニウムとシリコンとは任意の組成で固溶することが知られており、ゲルマニウム−シリコン化合物を使用する場合のゲルマニウムおよびシリコンの組成比は任意に設定することができる。
【００１６】
上記半導体装置の電極を構成する金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物あるいは混合物からなる層を製造する方法は、例えば多結晶シリコン層上にこれらの層を、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の任意の手段によって、直接、成長させることにより形成することもできる（後述の製造例１）。
【００１７】
あるいは、ゲルマニウムあるいはゲルマニウム−シリコン化合物の層をスパッタリング法、反応性スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の任意の手段によって成長させ、次いでその上面に金属層を任意の方法で成長させた後、６００〜９００℃の温度で熱処理を行い、金属とゲルマニウム、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物とを反応させることにより形成することもできる（後述の製造例２）。
【００１８】
以下、本発明の半導体装置の製法の例について説明する。図２は、電極１の製造工程を示したもので、図３、図４はそれぞれの製法例において形成された層を加熱処理した際の膜組成の変化を示した模式断面図である。図中、Metalは金属、Geはゲルマニウム、Poly  Geは多結晶ゲル マニウム、Siはシリコン、Poly  Siは多結晶シリコンを示す。
【００１９】
（製造例１）
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板３の表面に酸化膜４を形成した後、この酸化膜４の上面に不純物が添加された多結晶シリコン層５を形成する。次いで、多結晶シリコン層５の上面全面に金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物の層６をスパッタリング法、反応性スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の任意の手段により成長させる。次に、６００〜９００℃の温度で加熱処理を行い、上記の化合物あるいは混合物の層６と多結晶シリコン層５とを相互拡散させることによりこれらの密着性を高め、安定化させる。
【００２０】
このとき、図３に示すように、多結晶シリコン層とその上面全面に形成された金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物の層との間には、熱処理によって相互拡散が起こり、その中間部分で、金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物の層にシリコンが拡散された、あるいは多結晶シリコンの層にゲルマニウムが拡散された中間的組成層が形成される。ここで中間組成層とは、必ずしも一様な組成を有する層ではなく、組成が徐々に変化して、上層あるいは下層の組成に近づく組成を有する層をいう。
【００２１】
さらに、図２（ｂ）に示すようにエッチングにより不要部分を取り除いて電極１を形成する。この後、シリコン基板３のトランジスタ領域へ不純物を導入して、図１に示すようなトランジスタのソースおよびドレインとして作用する不純物分布領域７を形成する。
【００２２】
（製造例２）
製造例１と同様にして多結晶シリコン層５を形成し、この上面全面に金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物あるいは混合物の層６をスパッタリング法、反応性スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の任意の手段により成長させる。次に６００〜９００℃の温度で加熱処理を行い、上記の化合物あるいは混合物の層６と多結晶シリコン層５とを相互拡散させることによりこれらの密着性を高め、安定化させる。
【００２３】
このとき、図４に示すように、多結晶シリコン層とその上面全面に形成された金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物あるいは混合物の層との間には、熱処理によって相互拡散が起こり、その中間部分で、多結晶シリコンの層にゲルマニウムが拡散された中間的組成層が形成される。
【００２４】
さらに、図２（ｂ）に示すようにエッチングにより不要部分を取り除いて電極１を形成する。この後、シリコン基板３のトランジスタ領域へ不純物を導入して、図１に示すようなトランジスタのソースおよびドレインとして作用する不純物分布領域７を形成する。
【００２５】
以上、製造例１、２として示した製造工程は、現在広く知られかつ使用されている多結晶シリコンとシリサイドの積層体からなる電極等の製造工程をそのまま適用できるものであり、容易に実用することができる。
【００２６】
また、電極１の材料として用いられる、金属とゲルマニウム、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物とが、４５０〜５００℃の低温で反応を開始するため、従来の電極等の材料であるシリサイドの形成に必要な９００℃以上の熱処理よりも、低温による熱処理が可能である。したがって、熱によるシリコン基板３の損傷や応力への影響が少なくて済み、不純物分布領域７の制御が容易になる。
【００２７】
以上、本発明の製法例を示したが、いずれの方法においても、加熱処理をする工程と、エッチングにより電極１を形成する工程の順序は前後しても構わない。
【００２８】
あるいは、エッチングにより電極１を形成した後に、シリコン基板３へ不純物を導入してトランジスタのソースおよびドレインとして作用する不純物分布領域７を形成し、その後に加熱処理をすることも可能である。
【００２９】
このようにして得られた本発明の半導体装置は、その電極１のシート抵抗値がいずれも１〜３Ω／□と、多結晶シリコン層上にシリサイドの層を形成してなる従来の電極等のシート抵抗値３〜５Ω／□に比べて低いものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電極におけるシート抵抗が、従来の、多結晶シリコン層上にシリサイドの層を形成して得られたものに比べて低いものとなり、電極の薄膜化および微細化が可能であるため、集積度が向上した半導体装置を製造することができる。また、電極は低温での熱処理によって形成可能なため、熱による基板への影響が少なく、品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の製法で得られた半導体装置の一例を示す構造図である。
【図２】  本発明の半導体装置の製法の製造工程を示す構造図である。
【図３】  製造例１−Ａにおいて形成された層を加熱処理した際の膜組成の変化を示した模式断面図である。
【図４】  製造例１−Ｂにおいて形成された層を加熱処理した際の膜組成の変化を示した模式断面図である。
【符号の説明】
１…電極、６…金属とゲルマニウムとの化合物あるいは混合物、あるいは金属とゲルマニウム−シリコン化合物との化合物あるいは混合物からなる層
【図１】
0003791500.tif 000002
【図２】
0003791500.tif 000003
【図３】
0003791500.tif 000004
【図４】
0003791500.tif 000005