JP2586407B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2586407B2
JP2586407B2 JP6265695A JP26569594A JP2586407B2 JP 2586407 B2 JP2586407 B2 JP 2586407B2 JP 6265695 A JP6265695 A JP 6265695A JP 26569594 A JP26569594 A JP 26569594A JP 2586407 B2 JP2586407 B2 JP 2586407B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に、表面に高融点金属シリサイド膜を設けて
低抵抗化を図った浅い接合をなす不純物拡散層の形成方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a shallow junction diffusion layer having a low melting point by providing a refractory metal silicide film on the surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述した不純物拡散層を有する典型的な
例であるCMOS型半導体装置は高性能化、高集積化に
向けてさらなる微細化の開発が進められている。この際
に、MOS型電界効果トランジスタのソース・ドレイン
領域として用いられる不純物拡散層として0.1μm程
度以下の浅い接合が不可欠である。また、接合の深さが
浅くなると、不純物拡散層抵抗が増加し、高速性を有す
る半導体装置の実現の妨げになっている。そこで、不純
物拡散層上や多結晶シリコンでなるゲート電極上に高融
点金属シリサイド膜を自己整合的に形成するサリサイド
技術が用いられている。従来、半導体シリコン基板に接
合を形成する方法として、ドーパントとなる不純物をイ
オン注入により半導体シリコン基板の表面部に選択的に
導入し、電気炉やランプアニール装置でアニール熱処理
する手法が用いられている。ところが、不純物をイオン
注入により半導体シリコン基板中に導入する際、チャネ
リングが生じ不純物が深くまで侵入し、接合を浅くでき
ないという問題点があった。この問題点を解決するため
に、図4に示すように、P型半導体シリコン基板1の低
指数の結晶軸方向例えば〔100〕軸方向からずらして
不純物をイオン注入する手法(第1の従来例)や、図5
に示すように、不純物のイオン注入を行なう前に半導体
の電気的特性に影響を及ばさないイオン、例えばシリコ
ンやゲルマニウムのイオン注入により、予めP型半導体
シリコン基板1上のソース・ドレイン形成領域の表面近
傍に非晶質層9−1,9−2を形成するという手法(第
2の従来例)が提案されている。さらに、特開平3−1
1731号公報には、シリコンのイオン注入エネルギー
を大きくすることによってP型シリコン基板1中に非晶
質層6を深くまで形成させることにより、非晶質層9−
1,9−2が再結晶する際に発生する結晶欠陥をMOS
型電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域より広
がる空乏層より深い領域に形成させ、良好な電流−電圧
特性を得る手法が記載されている。
2. Description of the Related Art As a typical example of a CMOS type semiconductor device having the above-described impurity diffusion layer, further miniaturization is being promoted for higher performance and higher integration. At this time, a shallow junction of about 0.1 μm or less is indispensable as an impurity diffusion layer used as a source / drain region of a MOS field effect transistor. Also, when the junction depth becomes shallow, the resistance of the impurity diffusion layer increases, which hinders the realization of a semiconductor device having high speed. Therefore, a salicide technique of forming a refractory metal silicide film in a self-alignment manner on an impurity diffusion layer or a gate electrode made of polycrystalline silicon is used. Conventionally, as a method of forming a junction on a semiconductor silicon substrate, a method has been used in which an impurity serving as a dopant is selectively introduced into a surface portion of the semiconductor silicon substrate by ion implantation, and annealing is performed by an electric furnace or a lamp annealing apparatus. . However, when impurities are introduced into a semiconductor silicon substrate by ion implantation, channeling occurs and the impurities penetrate deeply, and there is a problem that the junction cannot be made shallow. In order to solve this problem, as shown in FIG. 4, a method of ion-implanting impurities is shifted from the low-index crystal axis direction of the P-type semiconductor silicon substrate 1, for example, the [100] axis direction (first conventional example). 5)
As shown in FIG. 1, before the ion implantation of impurities, ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor, for example, ions of silicon or germanium are implanted into the source / drain formation region on the P-type semiconductor silicon substrate 1 in advance. A technique of forming amorphous layers 9-1 and 9-2 near the surface (second conventional example) has been proposed. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 3-1
No. 1731 discloses that the amorphous layer 6 is formed deeply in the P-type silicon substrate 1 by increasing the ion implantation energy of silicon to thereby form the amorphous layer 9-.
The crystal defects generated when 1,9-2 are recrystallized are
A method is described in which a transistor is formed in a region deeper than a depletion layer extending from a source / drain region of a field effect transistor to obtain good current-voltage characteristics.

【0003】一方、従来のサリサイド構造のLDDMO
S型電界効果トランジスタの製造方法(第3の従来例)
としては、図6(a)に示すように、通常の半導体製造
プロセスに従って、P型半導体シリコン基板1上に、N
ウェル2、フィールド酸化膜3、ゲート酸化膜4とポリ
シリコンからなるゲート電極5、低濃度不純物注入層6
−1,6−2を形成した後、図6(b)に示すように、
酸化シリコン膜7を堆積し、図6(c)に示すように、
異方性エッチングを利用して絶縁性スペーサ8を形成
し、イオン注入を行ない熱処理を行なって高濃度不純物
拡散層15−1,15−2を形成し(このとき低濃度不
純物注入層6−1,6−2は活性化されて低濃度不純物
拡散層14−1,14−2となる)、図7(a)に示す
ように、高濃度不純物拡散層15−1,15−2の表面
の酸化シリコン膜を除去し、全面に高融点金属としての
チタン膜11をスパッタリング法にて堆積する。その
後、窒素雰囲気中で650℃,30秒程度の第1の熱処
理を施しシリサイド反応を起こす。その結果、図7
(b)に示すように、C49相のTiSi2 膜12−
1,12−2,12−3が形成される。その後、余剰T
iエッチ、800℃,10秒程度の第2の熱処理を施
し、図7(c)に示すように、低抵抗相であるC54相
のTiSi2 膜13−1,13−2,13−3を形成す
る。その後、従来のプロセスに従って、図示しない層間
絶縁膜を形成し、コンタクトホールを開孔し、コンタク
トホールを開孔し、金属配線、保護膜等を形成する。
On the other hand, a conventional salicide structure LDDMO
Manufacturing method of S-type field effect transistor (third conventional example)
As shown in FIG. 6A, according to a normal semiconductor manufacturing process,
Well 2, field oxide film 3, gate oxide film 4, gate electrode 5 made of polysilicon, low-concentration impurity implantation layer 6
After forming -1, 6-2, as shown in FIG.
A silicon oxide film 7 is deposited, and as shown in FIG.
The insulating spacer 8 is formed using anisotropic etching, ion implantation is performed, and heat treatment is performed to form the high concentration impurity diffusion layers 15-1 and 15-2 (at this time, the low concentration impurity implantation layer 6-1). , 6-2 are activated to form low concentration impurity diffusion layers 14-1 and 14-2), and as shown in FIG. The silicon oxide film is removed, and a titanium film 11 as a high melting point metal is deposited on the entire surface by a sputtering method. Thereafter, a first heat treatment is performed at 650 ° C. for about 30 seconds in a nitrogen atmosphere to cause a silicide reaction. As a result, FIG.
As shown in (b), the C49 phase TiSi 2 film 12-
1, 12-2 and 12-3 are formed. Then, surplus T
An i-etch, a second heat treatment at 800 ° C. for about 10 seconds is performed, and as shown in FIG. 7C, the C54 phase TiSi 2 films 13-1, 13-2, and 13-3, which are low-resistance phases, are formed. Form. Thereafter, according to a conventional process, an interlayer insulating film (not shown) is formed, a contact hole is opened, a contact hole is opened, and a metal wiring, a protective film and the like are formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の浅い接合の不純
物拡散層を形成する方法の1つである低指数結晶軸から
ずらして不純物をイオン注入する方法では、十分にチャ
ネリングを抑制することができず、イオン注入直後にお
いて、既に不純物がP型半導体シリコン基板1中の深い
領域まで侵入しており、0.1μm以下の浅い接合を形
成するのは困難である。一方、予めP型半導体シリコン
基板1の表面近傍にシリコンイオンの注入によって非晶
質層9−1,9−2を形成する方法では、イオン注入に
よるチャネリングを抑制することができ、イオン注入直
後の不純物分布を浅い領域に制限することができる。し
かしながら、その後の不純物を活性化する為のアニール
熱処理の際に、不純物がP型半導体シリコン基板1の深
い領域まで拡散していき、浅い接合を形成するのが困難
である。このことは、ジャーナル・オブ・エレクトロニ
ック・マテリアルズ(Journal of Elec
tronic Materials)誌、第19巻、第
1号、1990年、第67頁−第88頁に記載の論文に
明らかである。つまり、アニール熱処理時にシリコンイ
オンの注入によって形成された非晶質層9−1,9−2
が再結晶し、その際の点欠陥の存在が不純物の拡散を増
速しているためである。
In the conventional method of forming an impurity diffusion layer having a shallow junction, which is a method of ion-implanting an impurity off a low-index crystal axis, channeling can be sufficiently suppressed. Immediately after the ion implantation, impurities have already penetrated to a deep region in the P-type semiconductor silicon substrate 1, and it is difficult to form a shallow junction of 0.1 μm or less. On the other hand, in the method in which the amorphous layers 9-1 and 9-2 are previously formed by implanting silicon ions near the surface of the P-type semiconductor silicon substrate 1, channeling due to ion implantation can be suppressed, and The impurity distribution can be limited to a shallow region. However, during the subsequent annealing heat treatment for activating the impurities, the impurities diffuse to the deep region of the P-type semiconductor silicon substrate 1 and it is difficult to form a shallow junction. This is because of the Journal of Electronic Materials
(Tronic Materials), Vol. 19, No. 1, 1990, pp. 67-88. That is, the amorphous layers 9-1 and 9-2 formed by the implantation of silicon ions during the annealing heat treatment.
Is recrystallized, and the presence of point defects at that time accelerates the diffusion of impurities.

【0005】本発明の目的は、非晶質層中にイオン注入
された不純物がアニール熱処理時に増速拡散することを
抑制し、高融点金属シリサイド膜で低抵抗化された浅い
接合の不純物拡散層を形成できる半導体装置の製造方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress an impurity ion-implanted into an amorphous layer from being accelerated and diffused during annealing heat treatment, and to provide a shallow junction impurity diffusion layer having a low resistance by a high melting point metal silicide film. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can form a semiconductor device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体シリコン基板の表面部にIV族元素イ
オンを注入して非晶質層を形成し、前記非晶質層の表面
部に不純物イオンを注入して不純物注入層を形成し、前
記不純物注入層に高融点金属膜を被着し、前記非晶質層
が再結晶しない高々500℃の温度で第1の熱処理を行
なって前記高融点金属膜をシリサイド化し、前記第1の
熱処理時に前記高融点金属膜の表面に形成された反応生
成物および未反応のまま残っている前記高融点金属膜を
除去し、500℃を越える温度で第2の熱処理を行なっ
て前記非晶質層の再結晶化、前記不純物注入層の活性化
および前記高融点金属シリサイドの相転移を行なうこと
によって不純物拡散層を形成する工程を有するというも
のである。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an amorphous layer is formed by implanting Group IV element ions into a surface portion of a semiconductor silicon substrate, and the surface portion of the amorphous layer is formed. To form an impurity-implanted layer, deposit a high-melting metal film on the impurity-implanted layer, and perform a first heat treatment at a temperature of at most 500 ° C. at which the amorphous layer is not recrystallized. The refractory metal film is silicided, and the reaction product formed on the surface of the refractory metal film during the first heat treatment and the refractory metal film remaining unreacted are removed, and the temperature exceeds 500 ° C. Forming an impurity diffusion layer by performing a second heat treatment at a temperature to recrystallize the amorphous layer, activate the impurity implantation layer, and perform a phase transition of the refractory metal silicide. It is.

【0007】MOS型電界効果トランジスタのソース・
ドレイン領域として不純物拡散層を形成するには、半導
体シリコン基板の表面をゲート絶縁膜を介して選択的に
被覆するゲート電極を形成し、前記ゲート電極の側面に
絶縁性スペーサを形成した後に、非晶質層の形成等を行
えばよい。
The source of a MOS type field effect transistor
To form an impurity diffusion layer as a drain region, a gate electrode for selectively covering the surface of a semiconductor silicon substrate via a gate insulating film is formed, and an insulating spacer is formed on a side surface of the gate electrode. A crystalline layer may be formed.

【0008】高融点金属としてはチタン,タングステ
ン,ジルコニウムまたはハフニウムを用いることができ
る。
As the refractory metal, titanium, tungsten, zirconium or hafnium can be used.

【0009】高融点金属がチタンのときは、相転移後の
チタンシリサイドは結晶構造がC54のTiSi2 が主
成分となる。
When the refractory metal is titanium, the titanium silicide after the phase transition is mainly composed of TiSi 2 having a crystal structure of C54.

【0010】IV族元素のうち、シリコンまたはゲルニ
ウム、特にシリコンが好ましい。
Of the Group IV elements, silicon or germanium, especially silicon, is preferred.

【0011】[0011]

【作用】第1の熱処理においてシリコン原子が消費され
るので、第2の熱処理時にいわば格子間シリコン−不純
物原子もしくは空格子点−不純物原子の対拡散が減少す
る。
Since silicon atoms are consumed in the first heat treatment, diffusion of interstitial silicon-impurity atoms or vacancy-impurity atoms in the second heat treatment is reduced.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】まず、図1(a)に示すように、P型半導
体シリコン基板1の表面部にN型ウェル2を形成し、フ
ィールド酸化膜3を選択的に形成して素子形成領域を区
画し、素子形成領域の表面に、厚さ10nmのゲート酸
化膜4を形成し、ポリシリコン膜を堆積しパターニング
してゲート電極5を形成する。次にボロンイオンを注入
エネルギー20keV、注入量3×1013cm-2の条件
で打込み低濃度不純物注入層6−1,6−2を形成す
る。
First, as shown in FIG. 1A, an N-type well 2 is formed on the surface of a P-type semiconductor silicon substrate 1, and a field oxide film 3 is selectively formed to partition an element formation region. Then, a gate oxide film 4 having a thickness of 10 nm is formed on the surface of the element formation region, and a polysilicon film is deposited and patterned to form a gate electrode 5. Next, boron ions are implanted under the conditions of an implantation energy of 20 keV and an implantation amount of 3 × 10 13 cm −2 to form low-concentration impurity implantation layers 6-1 and 6-2.

【0014】次に、図1(b)に示すように、厚さ20
0nmの酸化シリコン膜7をCVD法で堆積し、異方性
エッチングにより、図1(c)に示すように、絶縁性ス
ペーサ8を形成する。次に、ゲート電極5、絶縁性スペ
ーサ8およびフィールド酸化膜2をマスクにして注入エ
ネルギー70keV,注入量2x1015cm-2の条件
で、シリコンイオンを注入し、P型半導体シリコン基板
1の表面から200nmの深さにわたって非晶質層9A
−1,9A−2を形成する。シリコンイオン注入によ
り、P型半導体シリコン基板1を構成しているシリコン
原子そのものが弾き飛ばされ、非晶質層9A−1,9A
−2はいわば空孔と過剰な格子間シリコンを含む集合体
となっている。次に図1(d)に示すように、前述と同
様にゲート電極5等をマスクにして素子形成領域にP型
不純物であるフッ化ボロンを注入エネルギー20ke
V,注入量3x1015cm-2の条件でイオン注入(平均
飛程20nm)して、高濃度不純物注入層10A−1,
10A−2を形成する。次に、図2(a)に示すよう
に、全面に高融点金属膜としてチタン膜11をスパッタ
リング法によって20nm程度堆積する。その後、窒素
雰囲気中でランプアニール法により非晶質層が再結晶し
ない温度および時間、すなわち500℃以下の温度例え
ば450℃で30秒程度の第1の熱処理を施し、チタン
シリサイド膜16−1,16−2,16−3を形成す
る。シリサイド化の温度が低いので、これらのチタンシ
リサイド膜はTiSix ,(x<2),と表わすことが
できる。この段階ではフッ化ボロンの拡散は殆んど生じ
てはいない。次に、チタンシリサイド膜16−1,16
−2,16−3上に存在する未反応のTiおよび第1の
熱処理で出来た窒化チタンなどの反応生成物を、アンモ
ニア過酸化水素水を用いて除去し、窒素雰囲気中でラン
プアニール法によって850℃付近で10秒程度で第2
の熱処理を施すことによって、図2(c)に示すよう
に、チタンシリサイド膜13A−1,13A−2および
13A−3がそれぞれ高濃度不純物拡散層15A−1,
15A−2およびゲート電極5上に形成される。本熱処
理を施すことによって、第1の熱処理によって形成され
たチタンシリサイド膜は、シート抵抗3Ω/□を持つ低
抵抗なC54相のチタンシリサイド(TiSi2 )に相
転移する。それと同時に、非晶質層は再結晶化し、イオ
ン注入されたボロンも活性化される(低濃度不純物注入
層および高濃度不純物注入層はそれぞれ低濃度不純物拡
散層および高濃度不純物拡散層となる)。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 7 having a thickness of 0 nm is deposited by a CVD method, and an insulating spacer 8 is formed by anisotropic etching as shown in FIG. Next, using the gate electrode 5, the insulating spacer 8 and the field oxide film 2 as a mask, silicon ions are implanted under the conditions of an implantation energy of 70 keV and an implantation amount of 2 × 10 15 cm −2 , and from the surface of the P-type semiconductor silicon substrate 1 Amorphous layer 9A over a depth of 200 nm
-1, 9A-2 are formed. By the silicon ion implantation, the silicon atoms themselves constituting the P-type semiconductor silicon substrate 1 are repelled, and the amorphous layers 9A-1 and 9A are removed.
-2 is an aggregate containing vacancies and excess interstitial silicon. Next, as shown in FIG. 1D, similarly to the above, using the gate electrode 5 and the like as a mask, an element formation region is implanted with boron fluoride as a P-type impurity at an implantation energy of 20 ke.
V, ion implantation (average range: 20 nm) under the condition of an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 , and a high-concentration impurity implanted layer 10A-1,
Form 10A-2. Next, as shown in FIG. 2A, a titanium film 11 is deposited on the entire surface as a high melting point metal film to a thickness of about 20 nm by a sputtering method. Thereafter, a first heat treatment is performed at a temperature and a time at which the amorphous layer is not recrystallized by a lamp annealing method in a nitrogen atmosphere, that is, at a temperature of 500 ° C. or less, for example, at 450 ° C. for about 30 seconds, and a titanium silicide film 16-1, 16-2 and 16-3 are formed. Since the temperature of the silicide is low, these titanium silicide film TiSi x, can be expressed (x <2), and. At this stage, diffusion of boron fluoride hardly occurs. Next, the titanium silicide films 16-1, 16
The reaction products such as unreacted Ti and titanium nitride formed by the first heat treatment existing on -2, 16-3 are removed by using an ammonia hydrogen peroxide solution, and the lamp is annealed in a nitrogen atmosphere by a lamp annealing method. Second in about 10 seconds at around 850 ° C
2C, the titanium silicide films 13A-1, 13A-2, and 13A-3 become high-concentration impurity diffusion layers 15A-1, 15A-1 as shown in FIG.
15A-2 and on the gate electrode 5. By performing this heat treatment, the titanium silicide film formed by the first heat treatment undergoes a phase transition to a low-resistance C54 phase titanium silicide (TiSi 2 ) having a sheet resistance of 3Ω / □. At the same time, the amorphous layer is recrystallized, and the ion-implanted boron is also activated (the low-concentration impurity implantation layers and the high-concentration impurity implantation layers become low-concentration impurity diffusion layers and high-concentration impurity diffusion layers, respectively). .

【0015】その後は、通常のプロセスにしたがって、
図示しない層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールを開
孔し、メタル配線を形成し、保護膜等を形成し、MOS
型電界効果トランジスタの作製を終る。
Thereafter, according to a normal process,
A not-shown interlayer insulating film is formed, a contact hole is opened, a metal wiring is formed, a protective film is formed, and a MOS is formed.
The fabrication of the field effect transistor is completed.

【0016】図3は、本実施例によるボロンの活性化熱
処理後のボロンの分布と、従来例のそれとの比較を示す
図である。図6,図7を参照して説明した従来例では、
プロファイルbに示すように、ボロンはP型半導体シリ
コン基板1中の深い領域まで拡散していき、形成される
接合の深さは0.2μm程度であるが、プロファイルa
に示すように本実施例では0.1μm以下に浅くするこ
とができる。
FIG. 3 is a diagram showing a comparison between the distribution of boron after the heat treatment for activating boron according to the present embodiment and that of the conventional example. In the conventional example described with reference to FIGS.
As shown in the profile b, boron diffuses to a deep region in the P-type semiconductor silicon substrate 1, and the junction formed has a depth of about 0.2 μm.
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the depth can be reduced to 0.1 μm or less.

【0017】本実施例によって、このような浅い接合の
不純物拡散層が形成できる理由についての十分な説明は
できないが、次のように考えれば、ある程度納得するこ
とができよう。仮りに、非晶質層を結晶層に置きかえて
みる。第1の熱処理によって、チタンシリサイドが形成
される際に、チタンシリサイド反応の拡散種であるシリ
コンのチタン膜11中への移動によって、P型半導体シ
リコン基板1中に空孔を発生し、非晶質層10A−1,
10A−2中の過剰な格子間シリコンが消費される。
Although the reason why such an impurity diffusion layer having a shallow junction can be formed by this embodiment cannot be explained sufficiently, it can be understood to some extent by considering the following. Let's assume that the amorphous layer is replaced with a crystalline layer. When titanium silicide is formed by the first heat treatment, vacancies are generated in the P-type semiconductor silicon substrate 1 by the movement of silicon, which is a diffusion species of the titanium silicide reaction, into the titanium film 11, and the amorphous silicon becomes amorphous. Layer 10A-1,
Excess interstitial silicon in 10A-2 is consumed.

【0018】ボロンやBF2 + のシリコン結晶中におけ
る拡散は格子間シリコン−不純物対拡散モデルで説明で
きるというのが定説になっているので、第2の熱処理時
の不純物拡散の増速拡散は抑制される。本実施例で、こ
れに類似した現象が起っていると推定してもあながち誤
りであるとはいえないであろう。
It is a common theory that the diffusion of boron and BF 2 + in a silicon crystal can be explained by an interstitial silicon-impurity pair diffusion model, so that the accelerated diffusion of impurity diffusion during the second heat treatment is suppressed. Is done. In the present embodiment, even if it is estimated that a phenomenon similar to this occurs, it cannot be said that it is an error.

【0019】IV族元素としてSiを用いて非晶質化す
る場合について説明したが、GeやCなどの他の元素、
特にGeを用いることもできる。イオン注入によって非
晶質化する場合に格子シリコンをはじき出して格子間シ
リコンが発生するからである。また、第1、第2の熱処
理でチタンなどの高融点金属とGeとが反応して合金を
形成する可能性は殆んどない。
Although the case where amorphous is formed by using Si as a group IV element has been described, other elements such as Ge and C,
In particular, Ge can be used. This is because lattice silicon is repelled when amorphous by ion implantation, and interstitial silicon is generated. In addition, there is almost no possibility that the high-melting point metal such as titanium and Ge react with each other to form an alloy in the first and second heat treatments.

【0020】また、高融点金属としてチタンを使用した
場合について述べたが、シリサイド反応時の拡散種がシ
リコンであるタングステン,ジルコニウムやハフニウム
等を用いてもよい。
Although the case where titanium is used as the high melting point metal has been described, silicon, tungsten, zirconium, hafnium, or the like may be used as a diffusion species during the silicide reaction.

【0021】更に、P型不純物拡散層を形成する場合に
ついて説明したが、N型不純物拡散層を形成する場合に
も本発明は成立する。PやAsのシリコン結晶中におけ
る拡散は空格子点−不純物原子対による部分が50%程
度は存在しているとされているし、第1の熱処理時に空
格子点も減少すると考えられる。
Further, the case where the P-type impurity diffusion layer is formed has been described. However, the present invention is also applicable to the case where the N-type impurity diffusion layer is formed. It is considered that about 50% of the diffusion of P and As in a silicon crystal is caused by a vacancy-impurity atom pair, and it is considered that the vacancy decreases during the first heat treatment.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
温でのシリサイド反応によってIV族元素イオンの注入
によって形成された非晶質層中の格子間シリコンを消費
することが可能となり、非晶質層中にイオン注入された
ドーパントとなる不純物の増速拡散を抑制することがで
きる。その結果、微細化されたMOS型電界効果トラン
ジスタなどに不可欠なシリサイド膜によって低抵抗され
た浅い接合の不純物拡散層を形成することができ、半導
体装置の高集積化に寄与するという効果がある。
As described above, according to the present invention, the interstitial silicon in the amorphous layer formed by the implantation of Group IV element ions can be consumed by the silicide reaction at a low temperature. Accelerated diffusion of impurities serving as a dopant ion-implanted into the crystalline layer can be suppressed. As a result, a shallow junction impurity diffusion layer having a low resistance can be formed by a silicide film indispensable for a miniaturized MOS type field effect transistor and the like, which has an effect of contributing to high integration of a semiconductor device.

【0023】[0023]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の説明のため(a)〜(d)
に分図して示す工程順断面図である。
FIGS. 1A to 1D illustrate an embodiment of the present invention.
FIG.

【図2】図1に続いて(a)〜(c)に分図して示す工
程順断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views in the order of steps, which are separated from FIGS.

【図3】本発明の一実施例による不純物拡散層のプロフ
ァイルを従来例と比較して示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a profile of an impurity diffusion layer according to an embodiment of the present invention in comparison with a conventional example.

【図4】第1の従来例について説明するための断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a first conventional example.

【図5】第2の従来例について説明するための断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view for explaining a second conventional example.

【図6】第3の従来例の説明のため(a)〜(c)に分
図して示す工程順断面図である。
6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views in the order of steps for explaining a third conventional example.

【図7】図6に続いて(a)〜(c)に分図して示す工
程順断面図である。
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views in the order of steps, which are separated and shown in FIGS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体シリコン基板 2 N型ウェル 3 フィールド酸化膜 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6−1,6−2 低濃度不純物注入層 7 酸化シリコン膜 8 絶縁性スペーサ 9−1,9−2,9A−1,9A−2 非晶質層 10−1,10−2,10A−1,10A−2 高濃
度不純物注入層 11 チタン膜 12−1,12−2,12−3 TiSi2 膜 13−1,13−2,13−3 TiSi2 膜 13A−1,13A−2,13A−3 チタンシリサ
イド膜 14−1,14−2,14A−1,14A−2 低濃
度不純物拡散層 15−1,15−2,15A−1,15A−2 高濃
度不純物拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type semiconductor silicon substrate 2 N-type well 3 Field oxide film 4 Gate oxide film 5 Gate electrode 6-1 and 6-2 Low-concentration impurity injection layer 7 Silicon oxide film 8 Insulating spacer 9-1, 9-2, 9A -1,9A-2 Amorphous layer 10-1,10-2,10A-1,10A-2 High concentration impurity injection layer 11 Titanium film 12-1,12-2,12-3 TiSi 2 film 13-1 , 13-2, 13-3 TiSi 2 film 13A-1, 13A- 2, 13A-3 Titanium silicide film 14-1, 14-2, 14A-1, 14A-2 Low concentration impurity diffusion layer 15-1, 15 −2,15A-1,15A-2 High concentration impurity diffusion layer

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体シリコン基板の表面部にIV族元
素イオンを注入して非晶質層を形成し、前記非晶質層の
表面部に不純物イオンを注入して不純物注入層を形成
し、前記不純物注入層に高融点金属膜を被着し、前記非
晶質層が再結晶しない高々500℃の温度で第1の熱処
理を行なって前記高融点金属膜をシリサイド化し、前記
第1の熱処理時に前記高融点金属膜の表面に形成された
反応生成物および未反応のまま残っている前記高融点金
属膜を除去し、500℃を越える温度で第2の熱処理を
行なって前記非晶質層の再結晶化、前記不純物注入層の
活性化および前記高融点金属シリサイドの相転移を行な
うことによって不純物拡散層を形成する工程を有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. An amorphous layer is formed by implanting Group IV element ions into a surface portion of a semiconductor silicon substrate, and an impurity implanted layer is formed by implanting impurity ions into a surface portion of the amorphous layer. A high melting point metal film is deposited on the impurity-implanted layer, and a first heat treatment is performed at a temperature of at most 500 ° C. at which the amorphous layer is not recrystallized to silicify the high melting point metal film. Sometimes, the reaction product formed on the surface of the refractory metal film and the unreacted refractory metal film are removed, and a second heat treatment is performed at a temperature exceeding 500 ° C. to form the amorphous layer. A step of forming an impurity diffusion layer by recrystallizing, activating the impurity implantation layer, and performing a phase transition of the refractory metal silicide.
【請求項2】 半導体シリコン基板の表面をゲート絶縁
膜を介して選択的に被覆するゲート電極を形成し、前記
ゲート電極の側面に絶縁性スペーサを形成した後に、非
晶質層を形成する請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. A method according to claim 1, further comprising forming a gate electrode for selectively covering a surface of the semiconductor silicon substrate via a gate insulating film, forming an insulating spacer on a side surface of the gate electrode, and then forming an amorphous layer. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1.
【請求項3】 高融点金属はチタン,タングステン,ジ
ルコニウムまたはハフニウムである請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the refractory metal is titanium, tungsten, zirconium or hafnium.
【請求項4】 高融点金属はチタンであり、相転移後の
チタンシリサイドは結晶構造がC54のTiSi2 が主
成分である請求項1または2記載の半導体装置の製造方
法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high melting point metal is titanium, and the titanium silicide after the phase transition is mainly composed of TiSi 2 having a crystal structure of C54.
【請求項5】 IV族元素はシリコンである請求項1,
2,3または4記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of claim 1, wherein the Group IV element is silicon.
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to 2, 3, or 4.
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