JP2853143B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in the following order.
A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術 D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法、特に高融点金属シリ
サイド膜を有する半導体装置の製造方法に関する。A. Industrial application fields B. Summary of the invention C. Prior art D. Problems to be solved by the invention E. Means to solve the problems F. Function G. Embodiment [FIG. 1] H. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a high-melting metal silicide film.
（B.発明の概要） 本発明は、上記の半導体装置の製造方法において、 半導体素子の特性の変動等を伴うことなく高融点金属
シリサイド膜の低抵抗化を図るため、 非晶質の高融点金属シリサイド膜に対してその表面部
は結晶化し、裏面部は結晶化しないように短波長のレー
ザビームを照射する工程を有するものである。(B. Summary of the Invention) The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device as described above, wherein an amorphous high melting point is used in order to reduce the resistance of the high melting point metal silicide film without changing the characteristics of the semiconductor element. The method includes a step of irradiating the metal silicide film with a short-wavelength laser beam so that the front surface portion is crystallized and the back surface portion is not crystallized.
（C.従来技術） 近年、MOSLSIのゲート電極として多結晶シリコン膜を
下層としその上にタングステンシリサイド膜を形成して
上層としたポリサイドゲート構造のものが増えつつあ
る。これは従来からのシリコンゲート電極形成プロセ
ス、製造装置をほとんどそのまま利用してゲート電極の
低抵抗化を図ることができるためである。(C. Prior Art) In recent years, there is an increasing number of MOS LSIs having a polycide gate structure in which a polycrystalline silicon film is formed as a lower layer and a tungsten silicide film is formed thereon to form an upper layer. This is because the resistance of the gate electrode can be reduced by using the conventional silicon gate electrode forming process and manufacturing apparatus almost as they are.
ところで、上層をタングステンシリサイド膜により形
成したゲート電極の低抵抗化は、単に多結晶シリコン膜
上にタングステンシリサイド膜を気相成長させるだけで
実現できるわけではない。というのは、タングステンシ
リサイド膜は通常WF6＋SiH4の反応ガスでCVD法により形
成されるが、膜形成後の段階では非結晶（アモルファ
ス）であり、タングステンシリサイド膜の持つ低抵抗と
いう利点を充分に活かすには結晶化する必要があるから
である。By the way, lowering the resistance of a gate electrode in which the upper layer is formed of a tungsten silicide film cannot be achieved simply by vapor-phase growing a tungsten silicide film on a polycrystalline silicon film. This is because the tungsten silicide film is usually formed by a CVD method using a reactive gas of WF 6 + SiH 4 , but is amorphous at the stage after the film formation, and the advantage of the low resistance of the tungsten silicide film is sufficiently obtained. This is because it is necessary to crystallize in order to make use of this.
そして、タングステンシリサイド膜の結晶化は従来に
おいては半導体ウエハを電気炉にて長時間加熱するとい
う方法で行われていた。The crystallization of the tungsten silicide film is conventionally performed by heating the semiconductor wafer in an electric furnace for a long time.
（D.発明が解決しようとする問題点） ところで、ポリサイドゲートの上層を成すタングステ
ンシリサイド膜の結晶化を電気炉による長時間加熱によ
り行うと次のような問題があった。(D. Problems to be Solved by the Invention) By the way, when the tungsten silicide film, which is the upper layer of the polycide gate, is crystallized by heating for a long time in an electric furnace, there are the following problems.
先ず、電気炉により長時間加熱をした場合、タングス
テンシリサイド膜が表面から多結晶シリコン層との界面
に至るまで完全に結晶化し、ゲート電極中の不純物が相
互拡散して不純物濃度分布が変化する。所謂不純物濃度
が再分布する。これはMOSトランジスタあるいはMOS容量
素子の特性に変化をもたらすので好ましくくない。この
点について詳しく説明すると、不純物の相互拡散には、
ゲート電極の下層を成す多結晶シリコン膜中に添加され
た例えばリンＰ等の不純物の主として上側（外部）への
拡散と、タングステンシリサイド膜中に入り込んだフッ
素Ｆの主として下側の半導体基板中への拡散があるが、
これ等はMOSトランジスタのしきい値電圧Vth、MOS容量
素子のゲート容量の変動をもたらすので好ましくないの
である。尚、CVDタングステンシリサイド膜を用いたタ
ングステンポリサイドゲートの容量がタングステンシリ
サイド膜中のフッ素Ｆのゲート酸化膜内への拡散によっ
て低下することについては既に1988年秋期応用物理学会
予稿集の第616頁、講演ナンバー5a−Ａ−８により発表
が為されている。First, when heating is performed by an electric furnace for a long time, the tungsten silicide film is completely crystallized from the surface to the interface with the polycrystalline silicon layer, and impurities in the gate electrode are interdiffused to change the impurity concentration distribution. The so-called impurity concentration is redistributed. This is not preferable because it causes a change in the characteristics of the MOS transistor or the MOS capacitor. To explain this point in detail, the mutual diffusion of impurities
Diffusion of impurities such as phosphorus P added to the polycrystalline silicon film forming the lower layer of the gate electrode mainly to the upper side (external) and fluorine F in the tungsten silicide film to the lower semiconductor substrate. There is a spread of
This is not preferable because it causes variations in the threshold voltage Vth of the MOS transistor and the gate capacitance of the MOS capacitor. The fact that the capacity of the tungsten polycide gate using the CVD tungsten silicide film is reduced by the diffusion of fluorine F into the gate oxide film in the tungsten silicide film has already been described in the Autumn 1988 Proceedings of the Japan Society of Applied Physics, page 616. The presentation is made by Lecture No. 5a-A-8.
また、タングステンシリサイド膜の多結晶シリコン膜
と接する部分が結晶化するとタングステンシリサイド膜
の内部応力が変化し、高融点金属シリサイド膜とタング
ステンシリサイド膜との界面で膜剥れが生じ易くなると
いう問題もある。In addition, when the portion of the tungsten silicide film in contact with the polycrystalline silicon film is crystallized, the internal stress of the tungsten silicide film changes, and the film tends to peel off at the interface between the refractory metal silicide film and the tungsten silicide film. is there.
また、タングステンシリサイド膜のみならず多結晶シ
リコン膜までが長時間加熱処理によって結晶化する可能
性があるが、そうなるとゲート電極形成のためのパター
ニング後該ゲート電極をマスクとして不純物のイオン打
込みをしてソース、ドレインを形成するときのゲート電
極のマスク効果が低下し、イオン打込みされた不純物ま
で素子の特性に悪影響を及ぼす。In addition, not only the tungsten silicide film but also the polycrystalline silicon film may be crystallized by heat treatment for a long time. In that case, after patterning for forming a gate electrode, ion implantation of impurities is performed using the gate electrode as a mask. The mask effect of the gate electrode when forming the source and the drain is reduced, and even the ion-implanted impurities have a bad influence on the characteristics of the device.
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもの
であり、その一つの目的は半導体素子の特性の変動をも
たらすことなく高融点金属シリサイド膜の低抵抗化を図
ることにあり、他の目的は高融点金属シリサイド膜の例
えば多結晶シリコン膜等の下地との界面での剥れの生じ
る虞れをなくしつつ高融点金属シリサイド膜の低抵抗化
を図ることにあり、更に他の目的は高融点金属シリサイ
ド膜のマスク効果の低減を伴なうことなく高融点金属シ
リサイド膜の低抵抗化を図ることにある。The present invention has been made to solve such problems, and one object of the present invention is to reduce the resistance of a refractory metal silicide film without causing a change in the characteristics of a semiconductor element. The object of the present invention is to reduce the resistance of the refractory metal silicide film while eliminating the risk of peeling of the refractory metal silicide film at the interface with the base such as a polycrystalline silicon film. An object of the present invention is to reduce the resistance of the refractory metal silicide film without reducing the mask effect of the refractory metal silicide film.
（E.問題点を解決するための手段） 本発明半導体装置の製造方法は上記問題点を解決する
ため、非晶質の高融点金属シリサイド膜に対してその表
面部は結晶化し、裏面部は結晶化しないように短波長の
レーザビームを照射する工程を有するものである。(E. Means for Solving the Problems) The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention solves the above problems by crystallizing the front surface portion of the amorphous refractory metal silicide film and forming the rear surface portion thereof. The method includes a step of irradiating a short-wavelength laser beam so as not to crystallize.
（F.作用） 本発明半導体装置の製造方法によれば、非晶質の高融
点金属シリサイド膜を膜厚方向における全体に渡って結
晶化するのではなくエネルギー照射によって表面部のみ
を結晶化するので、高融点金属シリサイド膜の下地との
界面側の部分は非晶質のままとなり、高融点金属シリサ
イド膜中の不純物は下側に拡散する虞れは少ないし、下
地側からの不純物の上側への拡散もない。従って、不純
物濃度分布の変動を生じることなく高融点金属シリサイ
ド膜を低抵抗化することができる。(F. Function) According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the amorphous refractory metal silicide film is not crystallized over the whole in the film thickness direction, but is crystallized only on the surface portion by energy irradiation. Therefore, the portion of the refractory metal silicide film on the interface side with the base remains amorphous, and there is little risk that impurities in the refractory metal silicide film will diffuse to the lower side, and the upper part of the impurity from the base side will be higher. There is no spread to. Therefore, the resistance of the refractory metal silicide film can be reduced without causing a change in the impurity concentration distribution.
そして、高融点金属シリサイド膜の下地との界面側の
部分は非晶質のままなので低抵抗化のためのエネルギー
照射処理によって高融点金属シリサイド膜の内部応力が
変化する虞れはなく、膜剥れは生じにくくなる。Since the portion of the refractory metal silicide film on the interface side with the base remains amorphous, there is no danger that the internal stress of the refractory metal silicide film will be changed by the energy irradiation treatment for lowering the resistance. This is less likely to occur.
そして、結晶化するのは高融点金属シリサイド膜の表
面部であり、高融点金属シリサイド膜の下地側の部分及
び下地は結晶化しないのでイオン打込みに対するマスク
効果が低下する虞れもない。The surface of the refractory metal silicide film is crystallized, and the underlying portion of the refractory metal silicide film and the underlayer are not crystallized, so that there is no possibility that the mask effect for ion implantation is reduced.
（G.実施例）［第１図］ 以下、本発明は半導体装置の製造方法を図示実施例に
従って詳細に説明する。(G. Embodiment) [FIG. 1] Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明半導体装置の製造方法
の一つの実施例を工程順に示す断面図である。1A and 1B are cross-sectional views showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention in the order of steps.
（Ａ）半導体基板１の表面部を選択的に酸化することに
よりフィールド絶縁膜２を形成し、全面酸化により半導
体基板１の素子形成領域にゲート絶縁膜３を形成し、CV
Dにより多結晶シリコン膜４を形成し、しかる後、タン
グステンシリサイド膜５を形成する。上記多結晶シリコ
ン膜４とタングステンシリサイド膜５とでゲート電極と
なるタングステンポリサイド膜が構成される。(A) A field insulating film 2 is formed by selectively oxidizing a surface portion of a semiconductor substrate 1, and a gate insulating film 3 is formed in an element formation region of the semiconductor substrate 1 by oxidizing the entire surface.
A polycrystalline silicon film 4 is formed by D, and then a tungsten silicide film 5 is formed. The polycrystalline silicon film 4 and the tungsten silicide film 5 constitute a tungsten polycide film serving as a gate electrode.
尚、多結晶シリコン膜４は、CVDによる成膜後、例え
ばリンＰ等の不純物をイオン打込みし、その後、活性化
することにより形成する。また、タングステンシリサイ
ド膜５は反応ガスとして例えばWF6＋SiH4を用いたCVDに
より形成することができる。そして、CVDにより形成し
たままの状態ではタングステンシリサイド膜５は非晶質
になっている。第１図（Ａ）はタングステンシリサイド
膜５のCVDを終えた後の状態を示す。Note that the polycrystalline silicon film 4 is formed by ion-implanting an impurity such as phosphorus P after film formation by CVD, and then activating it. The tungsten silicide film 5 can be formed by CVD using, for example, WF 6 + SiH 4 as a reaction gas. The tungsten silicide film 5 is amorphous when formed by CVD. FIG. 1A shows a state after the CVD of the tungsten silicide film 5 is completed.
（Ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すように、エキシマレーザ
ビームの照射によりタングステンシリサイド膜５の表面
部を加熱して結晶化する。5aはタングステンシリサイド
膜５の加熱により結晶化した表面部、5bは非晶質のまま
下地側の部分である。(B) Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the tungsten silicide film 5 is heated and crystallized by excimer laser beam irradiation. 5a is a surface portion of the tungsten silicide film 5 crystallized by heating, and 5b is a portion on the base side while being amorphous.
この結晶化は、例えばアルゴンArFレーザ（波長λ＝1
93nm）等を用いて200mJ/cm2程度のエネルギーで１パル
ス照射（照射時間は１乃至数十ナノ秒）することにより
行うことができる。というのは、タングステンシリサイ
ド膜５の吸光係数はそのレーザビームの波長λに対して
は106cm-1程度であるので、タングステンシリサイド膜
５の膜厚方向における全部ではなくタングステンシリサ
イド膜５の表面側の部分5aのみ加熱されて結晶化し、下
地側の部分5bは結晶化する程は加熱されず非晶質のまま
になるからである。This crystallization is performed, for example, using an argon ArF laser (wavelength λ = 1
One pulse irradiation (irradiation time is 1 to several tens of nanoseconds) with an energy of about 200 mJ / cm 2 using, for example, 93 nm) can be performed. This is because the extinction coefficient of the tungsten silicide film 5 is about 10 6 cm −1 with respect to the wavelength λ of the laser beam. This is because only the portion 5a on the side is heated and crystallized, and the portion 5b on the base side is not heated enough to crystallize and remains amorphous.
その後は通常のポリサイドゲート技術によるMOSLSIの
製造方法と同じ方法によってプロセスを進めれば良い。After that, the process may be performed by the same method as the method for manufacturing the MOS LSI using the ordinary polycide gate technology.
このような半導体装置の製造方法によれば、タングス
テンシリサイド膜をエキシマレーザビームの照射により
表面部のみ結晶化するので、タングステンシリサイド膜
中の不純物が下側に拡散する虞れや多結晶シリコン膜中
の不純物の上側への拡散の虞れもない。従って、不純物
濃度分布の変動、MOSトランジスタ等の素子の特性の変
動を伴なうことなくゲート電極の低抵抗化を行うことが
できる。According to such a method of manufacturing a semiconductor device, since the tungsten silicide film is crystallized only at the surface by irradiation with an excimer laser beam, there is a possibility that impurities in the tungsten silicide film may be diffused to the lower side. There is no danger of impurity diffusion to the upper side. Therefore, the resistance of the gate electrode can be reduced without changing the impurity concentration distribution and changing the characteristics of elements such as MOS transistors.
また、タングステンシリサイド膜５の下地である多結
晶シリコン膜４との界面側の部分5bは非晶質のままなの
でエキシマレーザビームの照射によってタングステンシ
リサイド膜の界面側部分における内部応力が変化する虞
れは生じにくくなる。In addition, since the portion 5b on the interface side with the polycrystalline silicon film 4 which is the base of the tungsten silicide film 5 remains amorphous, there is a possibility that the internal stress at the interface side portion of the tungsten silicide film may be changed by irradiation with an excimer laser beam. Is less likely to occur.
そして、エキシマレーザビーム照射によってはタング
ステンシリサイド膜５の界面側の部分5b及び多結晶シリ
コン膜４は結晶化しないので、後でセルフアライメント
によりソース、ドレインを形成するためにゲート電極を
マスクとして不純物をイオン打込みする際に必要なマス
ク効果が低減する虞れはない。Then, the portion 5b on the interface side of the tungsten silicide film 5 and the polycrystalline silicon film 4 do not crystallize due to the excimer laser beam irradiation, so that impurities are formed using the gate electrode as a mask to form the source and drain later by self-alignment. There is no fear that the mask effect required for ion implantation is reduced.
（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明半導体装置の製造方法
は、非晶質の高融点金属シリサイド膜に対してその表面
部は結晶化し、裏面部は結晶化しないように短波長のレ
ーザビームを照射する工程を有することを特徴とするも
のである。(H. Effects of the Invention) As described above, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is designed so that the surface of the amorphous refractory metal silicide film is crystallized and the back surface is not crystallized. The method has a step of irradiating a short-wavelength laser beam.
従って、本発明半導体装置の製造方法によれば、非晶
質の高融点金属シリサイド膜を全体に渡って結晶化する
のではなくエネルギー照射によって表面部のみを結晶化
するので、高融点金属シリサイド膜の下地との界面側の
部分は非晶質のままとなり、高融点金属シリサイド膜中
の不純物は下側に拡散する虞れはないし、高融点金属シ
リサイド膜の下地側からの不純物の上側への拡散も生じ
ない。従って、不純物濃度分布の変動を生じることなく
高融点金属シリサイド膜を低抵抗化することができる。Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the amorphous refractory metal silicide film is not crystallized over the whole but only the surface portion is crystallized by energy irradiation, the refractory metal silicide film is The portion on the interface side with the underlayer remains amorphous, and there is no danger that the impurities in the refractory metal silicide film will diffuse to the lower side. No diffusion occurs. Therefore, the resistance of the refractory metal silicide film can be reduced without causing a change in the impurity concentration distribution.
そして、高融点金属シリサイド膜の下地との界面部分
は非晶質のままなので低抵抗化のためのエネルギー照射
処理によって高融点金属シリサイド膜の内部応力が変化
する虞れはなく、膜剥れは生じにくくなる。Since the interface between the high-melting-point metal silicide film and the base remains amorphous, there is no danger that the internal stress of the high-melting-point metal silicide film changes due to the energy irradiation treatment for lowering the resistance. Less likely to occur.
そして、結晶化するのは高融点金属シリサイド膜の表
面部であり、高融点金属シリサイド膜の下地側の部分及
び下地は結晶化しないのでイオン打込みに対するマスク
効果が低下する虞れもない。The surface of the refractory metal silicide film is crystallized, and the underlying portion of the refractory metal silicide film and the underlayer are not crystallized, so that there is no possibility that the mask effect for ion implantation is reduced.
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明半導体装置の製造方法の
一つの実施例を工程順に示す断面図である。 符号の説明 ５……非晶質の高融点金属シリサイド膜、5a……高融点
金属シリサイド膜の結晶化した表面部、5b……高融点金
属シリサイド膜の非晶質のままの部分。1A and 1B are cross-sectional views showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention in the order of steps. Description of reference numeral 5: amorphous high-melting metal silicide film, 5a: crystallized surface portion of high-melting metal silicide film, 5b: amorphous portion of high-melting metal silicide film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/44-21/445 H01L 29/40-29/51
Claims (2)
その表面部は結晶化し、裏面部は結晶化しないように短
波長のレーザビームを照射する工程を有する ことを特徴とする半導体装置の製造方法1. A semiconductor device comprising: a step of irradiating a short-wavelength laser beam on a surface of an amorphous refractory metal silicide film so that the surface thereof is crystallized and the back surface thereof is not crystallized. Manufacturing method
板の表面に形成された半導体層と非晶質の高融点金属シ
リサイド膜からなるところのポリサイドゲートとなる電
極の上記高融点金属シリサイド膜に対してその表面部は
結晶化し、裏面部は結晶化しないように短波長のレーザ
ビームを照射する工程を有する ことを特徴とする半導体装置の製造方法2. The refractory metal silicide of an electrode serving as a polycide gate, comprising a semiconductor layer formed on the surface of a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed on the surface and an amorphous refractory metal silicide film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a short-wavelength laser beam on a film so that its front surface is crystallized and its back surface is not crystallized.
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