JP2924491B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2924491B2
JP2924491B2 JP4249660A JP24966092A JP2924491B2 JP 2924491 B2 JP2924491 B2 JP 2924491B2 JP 4249660 A JP4249660 A JP 4249660A JP 24966092 A JP24966092 A JP 24966092A JP 2924491 B2 JP2924491 B2 JP 2924491B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のシリサイド
技術に係わり、特にポリシリコン上にシリサイド層を有
するポリサイド配線に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタの微細化に伴って、
ソース・ドレイン拡散層およびゲート電極の層抵抗の上
昇を防ぐため、シリサイド技術が広範囲に使われてきて
いる。CMOSトランジスタにおいてはゲート長0.5
ミクロン以下のディープサブミクロン領域において、特
に、Pチャネルトランジスタの短チャネル効果を抑制す
るために表面チャネル型トランジスタ、すなわち、Pチ
ャネルMOSのゲート電極をP型、NチャネルMOSの
ゲート電極をN型とすることが一般的である(以下、こ
の構造をP・N型ゲート構造と略す)。
【0003】このP・Nゲート構造において、ポリシリ
コン層のみをゲート電極として用いるとゲート層抵抗が
300〜600Ω/□と高くなるので、ゲート配線抵抗
低減対策としてWSi2 ,TiSi2 ,TaSi2 等の
シリサイド層をポリシリコン上に形成したポリサイド構
造が一般に用いられている。
【0004】一方、ゲート電極のポリシリコン中に含ま
れたヒ素,リン,ボロン等の不純物が外方拡散しポリサ
イド中に導入されると、製造工程中の熱処理による不純
物の拡散速度が極めて速いことが知られている。これは
例えば、Chu etal.,IEDM Tech.D
ig.p.p245〜248に示されており、単結晶シ
リコン中の不純物拡散速度よりも7〜8桁大きいことが
判っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この不純物の拡散速度
が速いことがトランジスタ特性上、次のような不具合を
生じる。すなわち、CMOSトランジスタにおいて、P
+ 型ソース,ドレイン8,8を有するPチャネルMOS
と、N+ 型ソース,ドレインを有するNチャネルMOS
の上面にシリサイド層5,5′を被着したポリサイドゲ
ート電極が図6のようにつながれていてそのP型とN型
との接合10の距離Xが近い場合(例えば5〜4μmの
場合)、ポリサイド中の不純物拡散速度が極めて速く、
特にボロンがヒ素よりも拡散しやいため、NチャネルM
OSのゲート部にPチャネルMOSゲート中に含まれる
ボロンが拡散し、N型不純物濃度を変化させ、しきい値
電圧が変動したりシリサイド上のコンタクト抵抗が上昇
するなどトランジスタ特性に悪影響を与えることが知ら
れている。
【0006】この不都合を解決する為に図7に示すよう
な半導体装置が用いられていた。図7(a)は平面図で
あり、図7(b)は図7(a)のA−A部の断面図であ
る。
【0007】半導体基板1にPウェル15およびNウェ
ル16が形成されフィールド酸化膜2によって区画され
た素子領域にNチャネルMOSのN+ 型ソース、ドレイ
ン7、7およびPチャネルMOSのP+ 型ソース、ドレ
イン8,8がそれぞれ形成され、NチャネルMOSのゲ
ート酸化膜3からフィールド酸化膜2上に延在するN型
ポリシリコン層4とタングステンシリサイド層5から成
るポリサイド構造のゲート配線電極と、PチャネルMO
Sのゲート酸化膜3からフィールド酸化膜2上に延在す
るP型ポリシリコン層6とタングステンシリサイド層
5′から成るポリサイド構造のゲート配線電極とそれぞ
れ独立に形成し、両者をフィールド酸化膜2上で、層間
絶縁膜17に形成された開孔18を通してコンタクト部
11でアルミ配線等の別の配線層12で接続していた。
【0008】しかしながらこのような構造では、両者を
接続する領域が必要なために素子面積が増加し、かつ配
線の自由度がそこなわれる等の問題点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はポリシリコン層
上にシリサイド層を有するポリサイド配線において、不
純物を含むポリシリコン層上にシリサイド層を有するポ
リサイド配線において、配線の一部にシリサイド層が形
成されていない領域を有し、該領域においてポリサイド
配線を構成するP型ポリシリコン層とN型ポリシリコン
層とが直接接続され、不純物拡散速度が前記シリサイド
層より小さい金属層が、前記領域において前記P型及び
N型ポリシリコン層の上面に被着し、そこから他の領域
において前記シリサイド層の上面に被着して連続的に形
成されていることを特徴とする。ここで不純物拡散係数
の小さい金属層はTiNあることが好ましい。
【0010】
【実施例】次に本発明について、図面を参照して説明す
る。
【0011】図1は本発明に関連する第1の技術を示す
図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1
(a)のA−A部の断面図である。
【0012】半導体基板1にPウェル15およびNウェ
ル16が形成され、フィールド酸化膜2によって区画さ
れた素子領域にNチャネルMOSのN+ 型ソース、ドレ
イン7,7およびPチャネルMOSのP+ 型ソース、ド
レイン8,8がそれぞれ形成され、NチャネルMOSの
ゲート酸化膜3からフィールド酸化膜2上に延在するN
型不純物、例えばヒ素を含むN型ポリシリコン層4とタ
ングステンシリサイド層5から成るポリサイド構造のゲ
ート配線電極と、PチャネルMOSのゲート酸化膜3か
らフィールド酸化膜2上に延在するP型不純物、例えば
ボロンを含むP型ポリシリコン層6とタングステンシリ
サイド層5′から成るポリサイド構造のゲート配線電極
とを有している。これら不純物(ヒ素およびボロン)を
イオン注入法で同一のポリシリコン層に導入してN型ポ
リシリコン層4およびP型ポリシリコン層6をそれぞれ
形成することが出来る。
【0013】図1ではN型ポリシリコン層4とP型ポリ
シリコン層6がフィールド酸化膜2上の接続部10にお
いて接続されている。しかしこの接続部10にはタング
ステンシリサイド(WSi2 )層5,5′は形成されて
いない。
【0014】ポリシリコン中の不純物拡散速度はシリサ
イド中の拡散速度の約3〜4桁低いので、ゲート間距離
Xが4〜5μmと接近している場合でも、従来のような
ゲート電極間での不純物拡散によるMOSトランジスタ
の特性変動は生じない。尚、シリサイドを除去した領域
13は後工程の熱処理が900℃以下であれば2〜3μ
mとれば十分である。
【0015】また一部のWSi2 をエッチングするドラ
イエッチング条件として、CF4 +O2 中で30:10
SCCM、10pa、1000Wで行なえば、WSi2
のエッチングレート150nm(ナノメータ)/分に対
して、N型ポリシリコン層のエッチングレートは50n
m/分であり、P型ポリシリコン層のエッチングレート
が30nm/分であるからポリシリコン層の膜厚を減ず
ることなくその上のWSi2 膜を選択的にエッチング除
去することができる。
【0016】図2は本発明の実施例を示す断面図であ
る。図2において図1と同じ機能もしくは種似の機能の
箇所は同じ符号で示してある。
【0017】図1と異なるところは、シリサイド層が除
去された領域13を含むシリサイド層5,5′上に不純
物拡散速度がシリサイド層よりも極めて小さい金属層、
例えばTiN層9を形成した構造である。先の図1では
接続する領域13上に金属層がないためポリシリコン層
の抵抗例えば300〜600Ω/□の抵抗があるため領
域13をできるだけ短くする必要があるが、短くすると
不純物拡散を十分抑制できずプロセスマージンが小さ
い。一方、この実施例ではTiN層の層抵抗は膜厚50
nmで約10Ω/□であるので領域13は図1よりも長
くでき、かつ寄生抵抗を低減でき、デバイス・プロセス
マージンを大きくできる。
【0018】図3は本発明に関連する第2の技術を示す
断面図であり、図4(a)〜(d)はその製造方法を工
程順に示した断面図である。図3および図4において図
1と同じ機能もしくは類似の機能の箇所は同じ符号で示
してある。
【0019】この第2の技術では領域13のポリシリコ
ン層をエッチング除去して、ポリシリコン層中不純物相
互拡散を完全に無くした例である。またNMOS用シリ
サイド層5とPMOS用シリサイド層5′を自己整合的
にTiN層9で接続している。
【0020】この製造を示す図4において、まず図4
(a)に示すように半導体基板上にフィールド酸化膜
2,ゲート酸化膜3を形成後ポリシリコン層を100〜
300nm成長し、イオン注入法でNMOS領域のポリ
シリコン層にはヒ素を導入しN型のポリシリコン層4,
PMOS領域のポリシリコン層にはボロンを導入し、P
型のポリシリコン層6を形成する。尚、P型およびN型
ポリシリコン層の境界は図中10で示される。
【0021】次に図4(b)に示すように、全面にシリ
サイド層、例えばWSi2 層をスパッタ法で形成後、領
域13のWSi2 層とポリシリコン層を例えばSF6
のドライエッチングで除去し、WSi2 層5,5′を形
成する。
【0022】次に図4(c)に示すように、全面にシリ
サイド層よりも膜中の不純物拡散速度が遅い金属、例え
ばTiN膜9をスパッタ法で形成する。
【0023】次に図4(d)に示すように、TiN膜
9、WSi2 膜5,5′、ポリシリコン層4,6を順次
エッチングしてゲート電極を形成する。このとき、Ti
N膜9はゲート電極に対して自己整合的に形成できる。
【0024】図5は本発明に関連する第3の技術を示す
図であり、図5(a)は平面図、図5(b)は図5
(a)のA−A部の断面図である。尚、図5においても
図1と同じ機能もしくは類似の機能の箇所は同じ符号で
示してある。第2の技術と異なるところは、シリサイド
層を除去した領域13上の層間絶縁膜17の開口19に
おいて別層の配線材、例えばW,Al等で接続したもの
である。第2の技術よりも接続部10を含む領域13の
寄生抵抗を更に低下させることができる。
【0025】尚、実施例において、シリサイド層,又は
ポリサイド層のない領域13は、例えばNMOS又はP
MOSトランジスタがそれぞれ配置されるウェル領域す
なわち、PウェルとNウェルの境界領域に設ければマス
ク設計上容易に形成できる。
【0026】また上記実施例ではシリサイド層としてW
Si2 を用いたが、シリサイド層としてTaSi2 ,M
oSi2 ,TiSi2 ,PtSi等を用いることができ
ることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ポリサイ
ド配線の一部のシリサイドを除去することによりポリサ
イド配線中を不純物が拡散し、トランジスタ特性が悪化
するのを防止することができる。また前記シリサイド層
を除去した部分を含みポリサイド配線上に自己整合的に
不純物拡散の小さいTiN膜を有することで配線抵抗の
増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関連する第1の技術を示す図であり、
(a)は平面図、(b)は(a)のA−A部の断面図で
ある。
【図2】本発明の実施例を示す断面図である。
【図3】本発明に関連する第2の技術を示す断面図であ
る。
【図4】図3の構造を製造する方法を工程順を示す断面
図である。
【図5】本発明に関連する第3の技術を示す断面図であ
る。
【図6】従来技術の半導体装置を示す平面図である。
【図7】他の従来技術を示す図であり、(a)は平面
図、(b)は(a)のA−A部の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 N型ポリシリコン層 5,5′ タングステンシリサイド層 6 P型ポリシリコン層 7 N+ 型ソース,ドレイン 8 P+ 型ソース,ドレイン 9 TiN膜 10 P型ポリシリコン層とN型ポリシリコン層の境
界 11 コンタクト部 12,14 アルミ配線層 13 シリサイド除去部分 15 Pウェル 16 Nウェル 17 層間絶縁層 18,19 開孔

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物を含むポリシリコン層上にシリサ
    イド層を有するポリサイド配線において、配線の一部に
    シリサイド層が形成されていない領域を有し、該領域に
    おいてポリサイド配線を構成するP型ポリシリコン層と
    N型ポリシリコン層とが直接接続され、不純物拡散速度
    が前記シリサイド層より小さい金属層が、前記領域にお
    いて前記P型及びN型ポリシリコン層の上面に被着し、
    そこから他の領域において前記シリサイド層の上面に被
    着して連続的に形成されていることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 前記シリサイド層はWSi2 ,TaSi
    2 ,MoSi2 ,TiSi2 もしくはPtSiの層であ
    り、前記不純物拡散係数が小さい金属層はTiNであ
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
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