JP2695812B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2695812B2
JP2695812B2 JP63017213A JP1721388A JP2695812B2 JP 2695812 B2 JP2695812 B2 JP 2695812B2 JP 63017213 A JP63017213 A JP 63017213A JP 1721388 A JP1721388 A JP 1721388A JP 2695812 B2 JP2695812 B2 JP 2695812B2
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silicon material
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置に係り、特に多結晶シリコン材料
を半導体素子の配線に用いた半導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device using a polycrystalline silicon material for wiring of a semiconductor element.

(従来の技術) MOS(絶縁ゲート型)素子やバイポーラ素子などの半
導体素子の配線として多結晶シリコン材料が用いられる
ことが多く、これによって各種のセルフアライン構造が
可能となり、素子の高集積化、高密度化の実現に大きく
寄与している。たとえば第4図に示すような従来のMOS
トランジスタにおいて、ゲート電極配線43として多結晶
シリコン材料が用いられている。ここで、40はシリコン
基板、41はフィールド酸化膜、42はシリコン酸化膜(ゲ
ート絶縁膜)、44はソース拡散層領域、45はドレイン拡
散層領域、46は絶縁膜、47はアルミニウム・シリコン配
線である。
(Prior art) Polycrystalline silicon material is often used for wiring of semiconductor devices such as MOS (insulated gate) devices and bipolar devices, which enables various self-aligned structures, and enables high integration of devices. It greatly contributes to the realization of high density. For example, a conventional MOS as shown in FIG.
In the transistor, a polycrystalline silicon material is used for the gate electrode wiring 43. Here, 40 is a silicon substrate, 41 is a field oxide film, 42 is a silicon oxide film (gate insulating film), 44 is a source diffusion layer region, 45 is a drain diffusion layer region, 46 is an insulating film, and 47 is aluminum silicon wiring. It is.

ところで、素子の微細化によりゲート絶縁膜42が薄膜
化されるので、ゲート電極配線用の多結晶シリコン膜の
堆積後のプロセスで熱工程を経過すると、多結晶シリコ
ン材料にドープされている不純物(たとえばP,As,Bな
ど)が前記ゲート絶縁膜42に拡散してシリコン酸化膜質
を劣化させてしまい、トランジスタ特性や信頼性の低下
とか不良の発生をまねいてしまうという問題がある。
By the way, since the gate insulating film 42 is thinned due to the miniaturization of the element, the impurities (doped in the polycrystalline silicon material) may be obtained through a thermal process in the process after the deposition of the polycrystalline silicon film for the gate electrode wiring. For example, P, As, B, etc.) are diffused into the gate insulating film 42 and deteriorate the quality of the silicon oxide film, which causes a problem that transistor characteristics and reliability are deteriorated or defects are caused.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記したように電極配線用の多結晶シリコ
ン材料中の不純物が外部に拡散して半導体素子の信頼性
の低下をまねくという問題点を解決すべくなされたもの
で、上記多結晶シリコン材料から下層あるいは周囲への
不純物の拡散を防止し得る半導体装置を提供することを
目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention is to solve the problem that impurities in the polycrystalline silicon material for electrode wiring diffuse to the outside as described above, leading to a decrease in the reliability of the semiconductor element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of preventing diffusion of impurities from a polycrystalline silicon material to a lower layer or a periphery thereof.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の半導体装置は、半導体基板上に設けられた多
結晶シリコン材料からなるゲート電極パターンと、この
ゲート電極パターンの周囲を覆うようにして設けられ
た、上記多結晶シリコン材料から周囲の絶縁膜への不純
物拡散の障壁となる耐拡散性導電膜とを具備してなるこ
とを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode pattern made of a polycrystalline silicon material provided on a semiconductor substrate and a periphery of the gate electrode pattern. A diffusion-resistant conductive film provided as a barrier for impurity diffusion from the polycrystalline silicon material to the surrounding insulating film.

(作用) 上記多結晶シリコン材料の下部あるいは周囲が不純物
拡散の障壁となる膜で覆われているので、半導体素子製
造プロセスの熱工程を経ても上記多結晶シリコン材料中
に含まれている不純物が下層あるいは周囲に拡散するこ
とがなく、半導体素子の特性や信頼性の低下を防ぐこと
が可能になる。
(Function) Since the lower portion or the periphery of the polycrystalline silicon material is covered with a film serving as a barrier for impurity diffusion, impurities contained in the polycrystalline silicon material may be removed even after a thermal process of a semiconductor device manufacturing process. It is possible to prevent the characteristics and reliability of the semiconductor element from lowering without being diffused to the lower layer or the periphery.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)乃至(d)はMOS型LSIにおけるMOSトラ
ンジスタの製造工程を示している。即ち、先ず第1図
(a)に示すように、半導体基板(たとえばP型シリコ
ン基板)1上に熱酸化法を用いて選択的にフィールド酸
化膜2を形成する。次に、ゲート絶縁膜となるシリコン
酸化膜3を熱酸化法により基板上全面に形成する。次
に、耐不純物拡散性の導電膜となる例えばチタンカーバ
イド膜4を、たとえば反応性スパッタ法により基板上全
面に500Å厚さとなるように堆積形成する。次に、ゲー
ト電極配線用多結晶シリコン材料を基板上全面に堆積す
る。次に、POCl3拡散法により上記多結晶シリコン材料
中にN型不純物をドープする。次いで、周知のPEP法
(フォトエッチング法)、PIE法(反応性イオンエッチ
ング法)を用いて多結晶シリコン材料およびチタンカー
バイド膜4のパターニングを行い、第1図(b)に示す
ようにゲート電極パターン5およびチタンカーバイド膜
4′を自己整合的に形成する。なお、このときゲート電
極パターン5に連なる多結晶シリコン材料からなる配線
パターン(図示せず)およびその下層のチタンカーバイ
ド膜パターン(図示せず)も同時に形成する。次に、上
記ゲート電極パターン5をマスクとするイオン注入、そ
の後のアニール処理により第1図(c)に示すようにソ
ース拡散層領域6、ドレイン拡散層領域7を形成する。
次に、第1図(d)に示すように、基板上全面にPSG層
(リン・シリケート・ガラス層)8を形成し、さらに周
知の方法により上記PSG層8にコンタクトホールを開孔
し、基板上全面に金属配線膜(たとえばアルミニウム・
シリコン配線)を形成し、そのパターニングを行って金
属配線9を形成する。
FIGS. 1A to 1D show a process of manufacturing a MOS transistor in a MOS LSI. That is, first, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 2 is selectively formed on a semiconductor substrate (for example, a P-type silicon substrate) 1 by using a thermal oxidation method. Next, a silicon oxide film 3 serving as a gate insulating film is formed on the entire surface of the substrate by a thermal oxidation method. Next, for example, a titanium carbide film 4 serving as an impurity diffusion resistant conductive film is deposited and formed to a thickness of 500 mm over the entire surface of the substrate by, for example, a reactive sputtering method. Next, a polycrystalline silicon material for gate electrode wiring is deposited on the entire surface of the substrate. Next, an N-type impurity is doped into the polycrystalline silicon material by a POCl 3 diffusion method. Next, the polycrystalline silicon material and the titanium carbide film 4 are patterned by using the well-known PEP method (photo etching method) and PIE method (reactive ion etching method), and the gate electrode is formed as shown in FIG. The pattern 5 and the titanium carbide film 4 'are formed in a self-aligned manner. At this time, a wiring pattern (not shown) made of a polycrystalline silicon material connected to the gate electrode pattern 5 and a titanium carbide film pattern (not shown) thereunder are also formed at the same time. Next, as shown in FIG. 1C, a source diffusion layer region 6 and a drain diffusion layer region 7 are formed by ion implantation using the gate electrode pattern 5 as a mask and subsequent annealing.
Next, as shown in FIG. 1 (d), a PSG layer (phosphorus silicate glass layer) 8 is formed on the entire surface of the substrate, and a contact hole is formed in the PSG layer 8 by a well-known method. Metal wiring film (for example, aluminum
A silicon wiring is formed, and the patterning is performed to form a metal wiring 9.

上記のように形成された第1図(d)のMOSトランジ
スタによれば、多結晶シリコン材料5の下部全面に耐不
純物拡散性膜となるチタンカーバイド膜4′が設けられ
ているので、多結晶シリコン材料堆積後の熱工程によっ
て多結晶シリコン材料から不純物(本例ではリン)がゲ
ート絶縁膜3に拡散することが防止され、MOSトランジ
スタの特性の劣化や信頼性の低下から完全に保護され
る。
According to the MOS transistor of FIG. 1D formed as described above, since the titanium carbide film 4 ′ serving as the impurity diffusion resistant film is provided on the entire lower surface of the polycrystalline silicon material 5, Impurities (phosphorus in this example) from the polycrystalline silicon material are prevented from diffusing from the polycrystalline silicon material into the gate insulating film 3 by a thermal process after the deposition of the silicon material, and are completely protected from deterioration in characteristics and reliability of the MOS transistor. .

なお、上記実施例では、耐拡散性導電膜としてチタン
カーバイド膜を用いたが、これに限らず、チタンナイト
ライドを用いてもよい。また、上記実施例では、電極配
線用の多結晶シリコン材料の下部にのみ耐拡散性導電膜
を設けたが、上記多結晶シリコン材料の周囲を完全に覆
うように耐拡散性導電膜を設けることによって、多結晶
シリコン材料から周囲の絶縁膜への不純物拡散を防止す
るようにしてもよく、その一例を第2図に示す。即ち、
第2図に示すMOSトランジスタは、第1図(d)を参照
して前述したMOSトランジスタに比べてゲート電極パタ
ーン5の周囲をチタンカーバイド膜20で覆っている点が
異なり、その他は同じであり、第1図(d)中と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略する。また、上
記各実施例は、一層の多結晶シリコンゲート電極を有す
るMOS型LSIを示したが、これに限ることなく、二層以上
の多結晶シリコンゲート電極を有するMOS型LSIにも本発
明を適用でき、その一例を第3図に示す。即ち、第3図
は浮遊ゲート型トランジスタを示しており、第1図
(d)を参照して前述したMOSトランジスタに比べて、
多結晶シリコン材料からなる浮遊ゲート電極パターン31
と制御ゲート電極パターン(および図示しない制御ゲー
ト配線)32とが二層となるように形成されており、浮遊
ゲート電極パターン31の下部にチタンカーバイド膜33が
形成されており、上記2つのゲート電極パターン31,32
の層間にゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)34が形成され
ており、制御ゲート電極パターン32の下部(上記ゲート
酸化膜34の上部)にチタンカーバイド膜35が形成されて
いる点が異なり、その他は同じであるので第1図(d)
中と同一部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。
In the above embodiment, the titanium carbide film is used as the diffusion-resistant conductive film. However, the present invention is not limited to this, and titanium nitride may be used. Further, in the above embodiment, the diffusion-resistant conductive film is provided only under the polycrystalline silicon material for the electrode wiring, but the diffusion-resistant conductive film is provided so as to completely cover the periphery of the polycrystalline silicon material. Thus, impurity diffusion from the polycrystalline silicon material to the surrounding insulating film may be prevented, and an example thereof is shown in FIG. That is,
The MOS transistor shown in FIG. 2 is different from the MOS transistor described above with reference to FIG. 1D in that the periphery of the gate electrode pattern 5 is covered with a titanium carbide film 20, and the others are the same. 1 (d) are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. In each of the embodiments described above, the MOS type LSI having one layer of polysilicon gate electrode is shown. An example is shown in FIG. That is, FIG. 3 shows a floating gate type transistor, which is different from the MOS transistor described above with reference to FIG.
Floating gate electrode pattern 31 made of polycrystalline silicon material
And a control gate electrode pattern (and a control gate wiring (not shown)) 32 are formed in two layers, and a titanium carbide film 33 is formed below the floating gate electrode pattern 31. Patterns 31, 32
A gate insulating film (silicon oxide film) 34 is formed between the layers, and a titanium carbide film 35 is formed below the control gate electrode pattern 32 (above the gate oxide film 34). Fig. 1 (d)
The same parts as those in FIG.

また、上記各実施例では、不純物拡散の障壁となる導
電膜としてチタンカーバイド膜、チタンナイトライド膜
を例示したが、これらに限らず、粒界拡散を防止してあ
る高融点金属の窒化物や炭化物を使用することができ
る。
Further, in each of the above embodiments, the titanium carbide film and the titanium nitride film are illustrated as the conductive films serving as barriers for impurity diffusion. Carbides can be used.

また、上記各実施例では、MOS型LSIを示したが、他の
バイポーラ素子や容量素子などの半導体素子に対して一
般的に本発明を適用することができる。
In each of the embodiments described above, the MOS type LSI is described. However, the present invention can be generally applied to other semiconductor elements such as a bipolar element and a capacitance element.

[発明の効果] 上述したように本発明の半導体装置によれば、半導体
素子の電極等の配線とか半導体素子間配線に高集積化が
可能な多結晶シリコン材料を用いると共に、その下部あ
るいは周囲に不純物拡散の障壁となる耐拡散性導電膜を
設けることにより、多結晶シリコン材料に含まれる不純
物が外部に拡散して半導体素子の特性、信頼性の劣化を
まねくことを防止できるので、VLSIの高集積化、高信頼
性化が可能になる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the semiconductor device of the present invention, a highly integrated polycrystalline silicon material is used for wiring such as electrodes of a semiconductor element and wiring between semiconductor elements, and a polycrystalline silicon material is provided below or around the same. By providing a diffusion-resistant conductive film that serves as a barrier for impurity diffusion, it is possible to prevent impurities contained in the polycrystalline silicon material from being diffused to the outside and to deteriorate the characteristics and reliability of the semiconductor device. Integration and high reliability can be achieved.

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

第1図(a)乃至(d)は本発明の半導体装置の一実施
例の製造工程を示す断面図、第2図および第3図はそれ
ぞれ本発明の他の実施例に係る半導体装置を示す断面
図、第4図は従来のMOS型トランジスタを示す断面図で
ある。 3,34……ゲート絶縁膜、4,20……チタンカーバイド膜、
5……ゲート電極、8……PSG膜、31……浮遊ゲート電
極、32……制御ゲート電極、33,35……チタンカーバイ
ド膜。
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing manufacturing steps of one embodiment of the semiconductor device of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show semiconductor devices according to other embodiments of the present invention, respectively. FIG. 4 is a sectional view showing a conventional MOS transistor. 3,34 ... gate insulating film, 4,20 ... titanium carbide film,
5 ... Gate electrode, 8 ... PSG film, 31 ... Floating gate electrode, 32 ... Control gate electrode, 33,35 ... Titanium carbide film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に設けられた多結晶シリコン
材料からなるゲート電極パターンと、 このゲート電極パターンの周囲を覆うようにして設けら
れた、上記多結晶シリコン材料から周囲の絶縁膜への不
純物拡散の障壁となる耐拡散性導電膜と を具備したことを特徴とする半導体装置。
1. A gate electrode pattern made of a polycrystalline silicon material provided on a semiconductor substrate, and a gate electrode pattern provided from the polycrystalline silicon material to cover the periphery of the gate electrode pattern. 1. A semiconductor device comprising: a diffusion-resistant conductive film serving as a barrier for impurity diffusion.
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