JP2600972B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特
に、ソース,ドレイン表面上に自己整合シリサイド層を
有する半導体集積回路に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor integrated circuit having a self-aligned silicide layer on source and drain surfaces.
半導体集積回路の高集積化に伴い、素子寸法の微細化
が急である。素子の微細化は、横方向だけでなく、縦方
向にもおこなう必要があり、このためソース,ドレイン
の拡散層深さは、年々浅くなっている。従来の工程では
拡散層による配線はソース,ドレインと同時に形成され
るため、拡散層深さが浅くなるにつれ、これらの層抵抗
が上昇し、回路の動作速度が著しく低下するという問題
が生じる。With the increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuits, the miniaturization of element dimensions is abrupt. It is necessary to reduce the size of the element not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. For this reason, the depth of the source and drain diffusion layers is decreasing year by year. In the conventional process, the wiring by the diffusion layer is formed at the same time as the source and the drain. Therefore, as the depth of the diffusion layer becomes shallower, the resistance of these layers increases and the operation speed of the circuit is significantly reduced.
この問題を解決するため、近年ソース,ドレインおよ
び配線となる拡散層表面に自己整合的にチタン(Ti),
コバルト(Co),タンタル(Ta)等の金属硅化物(シリ
サイド)を形成する方法が採用され始めている。この構
造は例えば、第3図に示すようにP型シリコン基板1上
の、フィールド酸化膜2で分離された活性領域にゲート
酸化膜3を介して多結晶シリコンのゲート電極4が形成
され、ゲート電極4の側壁には酸化膜6のサイドウォー
ルが形成されている。n-層7とn+層8で構成されたソー
ス,ドレイン上に例えばチタンシリサイド層9、同時に
ゲート電極の多結晶シリコン層4上にもチタシリサイド
層9が形成されている。そして、層間絶縁膜12を介して
金属配線層14が接続された構造を有する。なお上記自己
整合シリサイド層の形成方法は、例えばIEEE Tr.Elec.D
ev.第32巻、141頁(1985年)掲載のアルペリン(M.Alpe
rin)他による「VLSI用の自己整合したチタニウム・シ
リサイド工程の開発」等を参照されたい。上述した自己
整合シリサイド層の層抵抗は、数Ω/□という低抵抗の
ため、浅接合化による拡散層抵抗の増大を避けることが
可能となる。In order to solve this problem, titanium (Ti), titanium (Ti),
A method of forming a metal silicide (silicide) such as cobalt (Co) or tantalum (Ta) has begun to be adopted. In this structure, for example, as shown in FIG. 3, a polycrystalline silicon gate electrode 4 is formed on a P-type silicon substrate 1 in an active region separated by a field oxide film 2 with a gate oxide film 3 interposed therebetween. On the side wall of the electrode 4, a side wall of the oxide film 6 is formed. For example, a titanium silicide layer 9 is formed on the source and the drain composed of the n − layer 7 and the n + layer 8, and at the same time, a titanium silicide layer 9 is formed on the polycrystalline silicon layer 4 of the gate electrode. Then, it has a structure in which a metal wiring layer 14 is connected via an interlayer insulating film 12. The method of forming the self-aligned silicide layer is described in, for example, IEEE Tr. Elec.
ev. Volume 32, p. 141 (1985), Alperin (M. Alpe)
rin) et al., "Development of Self-Aligned Titanium Silicide Process for VLSI". Since the layer resistance of the self-aligned silicide layer described above is as low as several Ω / □, it is possible to avoid an increase in diffusion layer resistance due to a shallow junction.
ところで、半導体集積回路の高集積化には、配線の微
細化も要求される。このためには、配線が形成される領
域の基板表面の凹凸を極力減らす必要があり、従来配線
下の層間絶縁膜にPSGあるいはBPSG等の熱溶融性絶縁膜
を適用し、この膜を900℃〜1000℃の高温で熱処理して
リフローさせることにより、基板表面の平坦化を行なっ
ている。ところが前述のソース,ドレイン表面上に自己
整合シリサイド層を形成する方法では、この高温リフロ
ーにより、ソース,ドレイン拡散層中のドーパント不純
物(例えばPチャネルではボロン)がシリサイド層中に
取り込まれ、シリサイド/シリコン界面の不純物濃度が
減少することにより、寄生抵抗が生じ、トランジスタ特
性が劣化するという問題が生じる。したがって、層間膜
リフロー温度の低温化が必要となる。しかし、低温化
は、リフロー性の低下をもたらす。一方、リフロー温度
を下げても、リフロー性を確保するには雰囲気ガスとし
て窒素(N2)よりもスチームを用いる方が有利である。
ところがシリサイド層は酸化により劣化するという問題
があった。By the way, high integration of a semiconductor integrated circuit also requires fine wiring. For this purpose, it is necessary to minimize the unevenness of the substrate surface in the area where the wiring is formed. Conventionally, a heat-meltable insulating film such as PSG or BPSG is applied to the interlayer insulating film under the wiring, and this film is heated to 900 ° C. The surface of the substrate is flattened by heat treatment at a high temperature of about 1000 ° C. and reflow. However, in the above-described method of forming a self-aligned silicide layer on the source and drain surfaces, dopant impurities (for example, boron in a P-channel) in the source and drain diffusion layers are taken into the silicide layer by the high temperature reflow, and A decrease in the impurity concentration at the silicon interface causes a problem that parasitic resistance occurs and transistor characteristics deteriorate. Therefore, it is necessary to lower the reflow temperature of the interlayer film. However, lowering the temperature causes a decrease in reflow properties. On the other hand, even if the reflow temperature is lowered, it is more advantageous to use steam than nitrogen (N 2 ) as an atmosphere gas in order to ensure reflow properties.
However, there is a problem that the silicide layer is deteriorated by oxidation.
本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の一
主面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工
程と、このゲート電極の側面に自己整合的にサイドウォ
ールを形成する工程と、前記シリコン基板表面上に金属
膜を被着する工程と、この金属膜と基板シリコンとを反
応させ、ソース,ドレインおよび配線層領域表面上に、
自己整合した金属シリサイド層を形成する工程と、未反
応の金属膜を除去する工程と、形成された自己整合シリ
サイド層上に耐酸化性絶縁膜層を形成する工程と、上記
のシリコン基板表面上に層間絶縁膜を堆積し、酸化性雰
囲気中での熱処理を行なう工程を含んでいる。A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate electrode on one main surface of a silicon substrate via a gate insulating film, and a step of forming a sidewall in a self-aligned manner on a side surface of the gate electrode. A step of depositing a metal film on the surface of the silicon substrate, and reacting the metal film with the substrate silicon to form a source, drain and wiring layer region surface,
Forming a self-aligned metal silicide layer; removing an unreacted metal film; forming an oxidation-resistant insulating film layer on the formed self-aligned silicide layer; A step of depositing an interlayer insulating film and performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere.
〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。Example Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体チップの
断面図である。P型シリコン基板1上に素子分離用のフ
ィールド酸化膜2が選択酸化法等により形成され、ゲー
ト酸化膜3を介して多結晶シリコン4及びタングステン
シリサイド層5の二層膜から成るゲート電極が形成され
ている。ゲート電極の側面には酸化膜のサイドウォール
6が形成され、また、ゲート電極領域に対して自己整合
的にn-層7とn+層8で構成されたソース,ドレイン拡散
層、さらにチタン等の基板シリコンとの反応により形成
された自己整合シリサイド層9が形成されている。そし
て、基板表面上に酸化膜層10,窒化膜層11、さらにBPSG
膜12が順次堆積され、開孔16を介して金属配線14が形成
されている。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip showing a first embodiment of the present invention. A field oxide film 2 for element isolation is formed on a P-type silicon substrate 1 by a selective oxidation method or the like, and a gate electrode composed of a two-layer film of polycrystalline silicon 4 and a tungsten silicide layer 5 is formed via a gate oxide film 3. Have been. An oxide film sidewall 6 is formed on the side surface of the gate electrode, and a source / drain diffusion layer composed of an n − layer 7 and an n + layer 8 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode region, as well as titanium or the like. The self-aligned silicide layer 9 formed by the reaction with the substrate silicon is formed. Then, the oxide film layer 10, the nitride film layer 11, and the BPSG
The films 12 are sequentially deposited, and the metal wiring 14 is formed through the opening 16.
以下、第4図(a)〜(e)により本発明の製造方法
を説明する。Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (e).
まず第4図(a)に示すようにP型シリコン基板1上
に、選択酸化法等により3000Å〜8000Åのフィールド酸
化膜2を形成し、ゲート酸化膜3を介して多結晶シリコ
ン膜4および例えばタングステンシリサイド(WSix)膜
5を順次堆積し、フォトリソグラフィ等によりフォトレ
ジスト層15を形成する。First, as shown in FIG. 4 (a), a 3000-8000 [deg.] Field oxide film 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 by a selective oxidation method or the like, and a polycrystalline silicon film 4 and a A tungsten silicide (WSix) film 5 is sequentially deposited, and a photoresist layer 15 is formed by photolithography or the like.
次に第4図(b)に示すように前述のフォトレジスト
層をマスクにWSix膜5および多結晶シリコン膜4をエッ
チングしてゲート電極を形成し、自己整合的に例えばリ
ンを1013cm-2程度イオン注入し、n-層7を形成する。そ
の後、基板上に酸化膜を1000Å〜3000Å気相成長法によ
り堆積する。Then a fourth diagram WSix film as a mask above the photoresist layer, as shown in (b) 5 and the polycrystalline silicon film 4 to form a gate electrode is etched, self-aligned manner e.g. phosphorus 10 13 cm - About two ions are implanted to form an n − layer 7. Thereafter, an oxide film is deposited on the substrate by a vapor deposition method of 1000 to 3000 degrees.
次に、第4図(c)に示すようにゲート電極の側面に
のみ酸化膜6が残るようにエッチバックを行なう。その
後、基板表面上に、例えばチタンを500Å〜1000Å被着
し、不活性雰囲気中でシンターすることにより、基板シ
リコンと反応させ、シリサイド層を形成する。この際、
シリコンの露出していない領域のチタンは未反応のまま
残るので、ウェットエッチにより除去し、ソース,ドレ
イン表面上のみに選択的にチタンシリサイド(TiSi2)
層9が形成される。そして、例えば、ヒ素を1015〜1016
cm-2イオン注入して、n+層8を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, etch back is performed so that the oxide film 6 remains only on the side surfaces of the gate electrode. Thereafter, for example, titanium is deposited on the surface of the substrate in a thickness of 500 to 1000 °, and is sintered in an inert atmosphere to react with the silicon of the substrate to form a silicide layer. On this occasion,
Since titanium in the region where silicon is not exposed remains unreacted, it is removed by wet etching, and titanium silicide (TiSi 2 ) is selectively formed only on the source and drain surfaces.
Layer 9 is formed. And, for example, arsenic is 10 15 -10 16
The n + layer 8 is formed by ion implantation of cm −2 .
次に第4図(d)に示すように、基板表面上に酸化膜
10を200Å〜1500Å程度堆積し、続いて窒化膜11を50Å
程度成長する。Next, as shown in FIG. 4 (d), an oxide film is formed on the substrate surface.
10 is deposited for about 200Å1500Å, and then nitride film 11 is deposited for 50Å.
Grow to a degree.
その後、BPSG膜を2000Å〜8000Å程度堆積する。そし
て、800〜850℃のスチーム雰囲気で熱処理してBPSGのリ
フローを行なうことにより、第4図(e)のように基本
表面の平坦化が行なえる。After that, a BPSG film is deposited in a thickness of about 2000 to 8000 mm. Then, by performing a heat treatment in a steam atmosphere at 800 to 850 ° C. to reflow the BPSG, the basic surface can be flattened as shown in FIG. 4 (e).
第2図は、本発明の第2の実施例を示す半導体チップ
の断面図である。この実施例ではゲート電極表面上とソ
ース,ドレイン表面上に同時にチタンシリサイド層9を
形成する、いわゆるサリサイド構造を有し、さらに層間
絶縁膜の最上層に塗布膜13を適用することにより、より
配線抵抗の低減および基板表面の平坦化が可能となる。
本実施例の製造方法は、前述の第1の実施例とほぼ同様
である。なお、塗布膜13を塗布した後の熱処理は膜質を
改善する目的で酸素雰囲気での熱処理を行なう必要から
本発明の構造が有用である、 第5図は本発明の第3の実施例を示す。この実施例で
は、チタンシリサイド層9の表面上のみ、窒化膜11が形
成されている。この例では、チタンシリサイド層以外の
領域には窒化膜層による拡散バリアがないという利点が
ある。本実施例による製造方法を第6図(a)〜(c)
により説明する。ゲート電極を形成し、ソース,ドレイ
ン表面上にチタンシリサイド層を形成する工程までは、
第1の実施例と同様である。第6図(a)に示すように
チタンシリサイド層9表面を含む基板表面上に窒化膜11
を成長し、続けてスピンオンガラス(SOG)膜17を塗布
する。平坦部と凹部のSOG膜の膜厚の差を利用して、第
6図(b)に示すようにソース,ドレイン表面上にのみ
窒化膜が残るようにエッチバックする。その後第6図
(c)に示すように、基板表面上に例えば、PSG膜12お
よび塗布膜13を形成し、以下前述の実施例と同様の工程
を行なう。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor chip showing a second embodiment of the present invention. This embodiment has a so-called salicide structure in which a titanium silicide layer 9 is formed simultaneously on the surface of the gate electrode and on the surface of the source and drain, and furthermore, by applying the coating film 13 to the uppermost layer of the interlayer insulating film, the wiring is further improved. The resistance can be reduced and the substrate surface can be flattened.
The manufacturing method of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. The structure of the present invention is useful for the heat treatment after application of the coating film 13 because it is necessary to perform a heat treatment in an oxygen atmosphere for the purpose of improving the film quality. FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. . In this embodiment, the nitride film 11 is formed only on the surface of the titanium silicide layer 9. In this example, there is an advantage that the region other than the titanium silicide layer has no diffusion barrier due to the nitride film layer. FIGS. 6A to 6C show a manufacturing method according to this embodiment.
This will be described below. Until the process of forming the gate electrode and forming the titanium silicide layer on the source and drain surfaces,
This is the same as the first embodiment. As shown in FIG. 6A, a nitride film 11 is formed on the surface of the substrate including the surface of the titanium silicide layer 9.
Then, a spin-on glass (SOG) film 17 is applied. Using the difference in the thickness of the SOG film between the flat portion and the concave portion, etch back is performed so that the nitride film remains only on the source and drain surfaces as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 6 (c), for example, a PSG film 12 and a coating film 13 are formed on the surface of the substrate, and the same steps as in the above-described embodiment are performed.
以上説明したように本発明は、ソース,ドレインおよ
びシリコン配線層表面にチタン,コバルト等とシリコン
の反応によって形成した自己整合シリサイド層を有する
半導体装置において、前述のシリサイド層上を耐酸化性
絶縁膜でおおうことにより、層間絶縁膜のリフローを酸
化雰囲気中で行なえ、これによりリフロー温度の低温化
が可能となり、ソース,ドレイン拡散層中のドーパント
不純物のシリサイド層への再分布を防止でき、素子特性
の劣化のない高速高密度半導体装置を提供し得るという
効果がある。As described above, according to the present invention, in a semiconductor device having a self-aligned silicide layer formed by the reaction of titanium, cobalt, etc. with silicon on the surface of a source, a drain and a silicon wiring layer, an oxidation-resistant insulating film is formed on the silicide layer. By doing so, the reflow of the interlayer insulating film can be performed in an oxidizing atmosphere, whereby the reflow temperature can be lowered, and the redistribution of dopant impurities in the source and drain diffusion layers to the silicide layer can be prevented, and the device characteristics can be improved. There is an effect that a high-speed and high-density semiconductor device without deterioration of the semiconductor device can be provided.
第1図は本発明の第1実施例を示す半導体装置の一部を
示す断面図、第2図は本発明の第2実施例を示す半導体
装置の断面図、第3図は従来の半導体装置の一部を示す
断面図、第4図(a)〜(e)は本発明の第1の実施例
の半導体装置の製造方法を示す工程断面図、第5図は本
発明の第3の実施例を示す半導体装置の一部を示す断面
図、第6図(a)〜(c)は本発明の第3の実施例の半
導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 1……シリコン基板、2……フィールド酸化膜、3……
ゲート酸化膜、4……ゲート電極、6……サイドウォー
ル、7……n-層、8……n+層、9……チタンシリサイド
層、11……窒化膜、10,12,13……層間絶縁膜。FIG. 1 is a sectional view showing a part of a semiconductor device showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 (a) to 4 (e) are process cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a third embodiment of the present invention. 6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views showing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 1 ... silicon substrate, 2 ... field oxide film, 3 ...
Gate oxide film, 4 gate electrode, 6 sidewall, 7 n - layer, 8 n + layer, 9 titanium silicide layer, 11 nitride film, 10, 12, 13 ... Interlayer insulating film.
Claims (1)
介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の
側壁部に自己整合して絶縁膜のスペーサを形成する工程
と、シリコン基板表面に金属膜を被着する工程と、前記
金属膜とシリコンとの反応により、前記シリコン基板と
PN接合を形成するソース、ドレインおよび配線領域とな
る基板表面に金属硅化物層を形成する工程と、未反応の
金属膜を除去する工程と、前記金属硅化物層が形成され
たシリコン基板表面をおおう耐酸化性絶縁膜を被着する
工程と、前記シリコン基板表面上に層間絶縁膜を堆積
し、酸化性雰囲気中で、熱処理を行う工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a gate electrode on one principal surface of a silicon substrate via a gate insulating film; a step of forming a spacer of the insulating film by self-alignment with a side wall of the gate electrode; A step of applying a metal film on the surface, and the reaction between the metal film and silicon, the silicon substrate and
A step of forming a metal silicide layer on a substrate surface serving as a source, drain and wiring region forming a PN junction, a step of removing an unreacted metal film, and a step of removing the surface of the silicon substrate on which the metal silicide layer is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of covering an oxidation-resistant insulating film; and a step of depositing an interlayer insulating film on the surface of the silicon substrate and performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2118155A JP2600972B2 (en) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2118155A JP2600972B2 (en) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0414838A JPH0414838A (en) | 1992-01-20 |
JP2600972B2 true JP2600972B2 (en) | 1997-04-16 |
Family
ID=14729459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2118155A Expired - Lifetime JP2600972B2 (en) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2600972B2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61287227A (en) * | 1985-06-14 | 1986-12-17 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor integrated circuit device |
JPS63170966A (en) * | 1987-01-08 | 1988-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
-
1990
- 1990-05-08 JP JP2118155A patent/JP2600972B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0414838A (en) | 1992-01-20 |
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