JP3033525B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3033525B2
JP3033525B2 JP9155239A JP15523997A JP3033525B2 JP 3033525 B2 JP3033525 B2 JP 3033525B2 JP 9155239 A JP9155239 A JP 9155239A JP 15523997 A JP15523997 A JP 15523997A JP 3033525 B2 JP3033525 B2 JP 3033525B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にMOS型電界効果トランジスタ(MO
SFET)の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a MOS field effect transistor (MO).
SFET).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、MOSFETでは、ゲート電極や
ソース/ドレイン領域の低抵抗化法として、シリサイド
膜を基板上に形成する方法が用いられている。その製造
方法としては、第4図に示すように、まず、素子分離領
域2を形成したシリコン半導体基板1上に、ゲート酸化
膜3と多結晶シリコンゲート電極4を形成し(第4図
(a))、次に第4図(b)に示すように、ゲート電極
とンース及びドレイン領域5、6にヒ素あるいはボロン
等の不純物をイオン注入し、活性化熱処理をする。次に
第4図(c)に示すように、基板上に金属膜を堆積した
後、熱処理を実施して、シリコン上にシリサイド膜を形
成する。その後、絶縁膜上の金属膜を選択的にエッチン
グした後、再度、高温熱処理を実施し、シリサイド膜8
2を低抵抗化する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a MOSFET, a method of forming a silicide film on a substrate has been used as a method for lowering the resistance of a gate electrode or a source / drain region. As a manufacturing method, as shown in FIG. 4, first, a gate oxide film 3 and a polycrystalline silicon gate electrode 4 are formed on a silicon semiconductor substrate 1 on which an element isolation region 2 is formed (FIG. 4 (a)). 4) Then, as shown in FIG. 4 (b), an impurity such as arsenic or boron is ion-implanted into the gate electrode and the source and drain regions 5 and 6, and an activation heat treatment is performed. Next, as shown in FIG. 4 (c), after depositing a metal film on the substrate, heat treatment is performed to form a silicide film on silicon. Then, after selectively etching the metal film on the insulating film, a high-temperature heat treatment is performed again, and the silicide film 8 is formed.
2 is reduced in resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、第1の問題点
は、例えば、1994・IEEE・Transacti
on on Electron Devices第41
巻、第12号の2305〜2317頁に報告されている
ように、MOSFETの微細化に伴い、微細シリコン領
域上に形成するシリサイド膜の低抵抗化が困難となりつ
つあることである。
However, the first problem is, for example, that of 1994 / IEEE / Transacti.
on on Electron Devices 41
Vol. 12, No. 12, pp. 2305-2317, it is becoming difficult to reduce the resistance of a silicide film formed on a fine silicon region with miniaturization of a MOSFET.

【0004】また、低抵抗シリサイド膜形成に重要であ
る要因としては、例えば、1994・国際固体素子・デ
バイス・コンファレンスのイクステンディド・アブスト
ラクトの622〜624頁に報告されているように、金
属膜を堆積する前のシリコン基板表面に高濃度酸素を含
有することがシリサイド化反応を阻害するためであり、
この第2の問題点は、このシリコン基板表面に高濃度の
酸素が残留しこの酸素は、金属膜堆積前の表面前処理法
や不純物ドーピング時のカバー酸化膜からの酸素のノッ
クオン等に起因する。
[0004] Factors that are important for the formation of a low-resistance silicide film include, for example, a metal film as reported in Extended Abstracts, 1994, International Solid State Device, Device Conference, pp. 622-624. This is because the high concentration of oxygen contained on the silicon substrate surface prior to the deposition of silicide inhibits the silicidation reaction,
The second problem is that a high concentration of oxygen remains on the surface of the silicon substrate, and this oxygen is caused by a surface pretreatment method before depositing a metal film, knocking of oxygen from a cover oxide film at the time of impurity doping, and the like. .

【0005】従って、本発明の解決すべき課題は、微細
シリコン領域に低抵抗のシリサイド膜を形成したMOS
FETを形成し、半導体装置の一層の性能向上特に高性
能化を実現することである。本発明は、これら上記の問
題点を解消しうる半導体、特にMOS型電界効果トラン
ジスタ構造を実現しうる製造方法を提供することを目的
とする。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a MOS transistor in which a low-resistance silicide film is formed in a fine silicon region.
An object of the present invention is to form an FET to further improve the performance of a semiconductor device, particularly to achieve higher performance. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of realizing a semiconductor, particularly a MOS field effect transistor structure, which can solve these problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために鋭意検討を行い本発明に到達した。即
ち、本願は下記発明を包含する。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and have reached the present invention. That is, the present application includes the following inventions.

【0007】 半導体基板上にゲート絶縁膜となる絶
縁膜を有し、該絶縁膜上にゲート電極が形成され、該ゲ
ート電極とソース/ドレイン領域に不純物を導入された
不純物含有基板を基板温度が500〜600℃の高温で
ある基板上に金属膜を堆積し、該金属膜を堆積した基板
の絶縁膜上の未反応金属膜を選択的に除去し、次いで基
板上のシリサイド膜を600〜800℃の高温で熱処理
して半導体を製造する方法において、該不純物含有基板
を、水素ガスあるいは水素プラズマ中で基板を500〜
1000℃で熱処理する表面処理工程の前に、酸素ガス
あるいは酸素プラズマ中で基板を500〜1000℃で
熱処理する表面処理工程を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
A semiconductor substrate has an insulating film serving as a gate insulating film, a gate electrode is formed on the insulating film, and an impurity-containing substrate in which impurities are introduced into the gate electrode and source / drain regions is heated to a substrate temperature. 500-600 a metal film is deposited on a substrate at a high temperature of ° C., the unreacted metal film on the insulating film on the substrate deposited the metal film is selectively removed, then the silicide film on the substrate 600 to 800 In a method of producing a semiconductor by heat treatment at a high temperature of about 500 ° C., the substrate containing
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of performing a heat treatment of a substrate in an oxygen gas or oxygen plasma at 500 to 1000 ° C. before a surface treatment step of heat treatment at 1000 ° C.

【0008】(1) 半導体基板上にゲート絶縁膜と
なる絶縁膜を形成する工程と (2)該絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と (3)ゲート電極とソース/ドレイン領域に不純物を導
入する工程と (4−1)酸素ガスあるいは酸素プラズマ中で基板を
00〜1000℃で熱処理する第一の表面処理工程と (4−2)水素ガスあるいは水素プラズマ中で基板を
00〜1000℃で熱処理する第二の表面処理工程と (5)基板温度が500〜600℃の高温である基板上
に金属膜を堆積する工程と (6)基板の絶縁膜上の未反応金属膜を選択的に除去す
る工程と (7)基板上のシリサイド膜を600〜800℃の高温
で熱処理する工程を含むことを特徴とする記載の半導
体装置の製造方法。
(1) a step of forming an insulating film to be a gate insulating film on a semiconductor substrate; (2) a step of forming a gate electrode on the insulating film; and (3) an impurity in the gate electrode and the source / drain regions. Step of Introducing (4-1) Substrate 5 in oxygen gas or oxygen plasma
A first surface treatment step of heat treatment at 00~1000 ℃ (4-2) 5 the substrate with hydrogen gas or hydrogen plasma
00-1000 and a second surface treatment step of heat treatment at ° C. (5) step and (6) unreacted metal on the substrate an insulating film substrate temperature for depositing a metal film on a substrate at a high temperature of 500 to 600 ° C. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim, further comprising: a step of selectively removing the film; and (7) a step of heat-treating the silicide film on the substrate at a high temperature of 600 to 800 ° C.

【0009】 前記製造方法において、基板温度が
00〜600℃の高温である基板上に金属膜を堆積する
工程において、膜堆積雰囲気が水素含有雰囲気であるこ
とを特徴とするまたはのいずれか記載の半導体装置
の製造方法。
In the above-mentioned manufacturing method, the substrate temperature may be 5
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of depositing the metal film on the substrate having a high temperature of 00 to 600 ° C , the film deposition atmosphere is a hydrogen-containing atmosphere.

【0010】 〜のいずれか記載の半導体装置が
MOS型電界効果トランジスタである半導体装置の製造
方法。
[0010] A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device according to any one of the above is a MOS field effect transistor.

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【作用】本発明による半導体装置の製造方法について説
明する。本発明は、シリサイド化反応に関する実験結果
に基づくものである。まず、第5図に示すように、シリ
コン基板表面の酸素濃度を減少させることにより、シリ
コン上に堆積する金属膜とのシリサイド化反応を促進す
ることができる。また、シリコン基板表面および近傍の
酸素は、水素雰囲気中の熱処理により大幅に除去でき
る。また、シリコン基板近傍の酸素は、一度酸素雰囲気
中での熱処理によりシリコン基板と共に酸化することに
より、続けて行う水素雰囲気中での熱処理により効率的
に基板表面および近傍より除去できる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. The present invention is based on an experimental result on a silicidation reaction. First, as shown in FIG. 5, by reducing the oxygen concentration on the silicon substrate surface, a silicidation reaction with a metal film deposited on silicon can be promoted. Further, oxygen on the surface of the silicon substrate and in the vicinity thereof can be largely removed by heat treatment in a hydrogen atmosphere. Oxygen in the vicinity of the silicon substrate is once oxidized together with the silicon substrate by a heat treatment in an oxygen atmosphere, and can be efficiently removed from the substrate surface and the vicinity by a subsequent heat treatment in a hydrogen atmosphere.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の半導体の製造方法の半導
体基板上にゲート絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程で
は半導体基板はシリコンが用いられ、絶縁膜はシリコン
窒化膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化酸化膜等が
用いられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the step of forming an insulating film serving as a gate insulating film on a semiconductor substrate in the method of manufacturing a semiconductor according to the present invention, silicon is used for the semiconductor substrate, and the insulating film is a silicon nitride film, a silicon oxide film or a silicon oxide film. A silicon oxynitride film or the like is used.

【0015】該絶縁膜上にゲート電極としては多結晶シ
リコンあるいはアモーファスシリコンを形成する工程と
ゲート電極とソース/ドレイン領域に不純物を導入する
工程では不純物として第III族元素、第V族元素または
これ等のフッ化物が使用され、特にヒ素またはボロンが
好ましく用いられ、その導入量は1x1014〜1x10
16cm-2の範囲、好ましくは1x1015〜5x1015
-2である。
In the step of forming polycrystalline silicon or amorphous silicon as a gate electrode on the insulating film and the step of introducing impurities into the gate electrode and the source / drain regions, a group III element, a group V element or These fluorides are used, and arsenic or boron is particularly preferably used, and the introduced amount is 1 × 10 14 to 1 × 10 4 .
16 cm -2 range, preferably 1 × 10 15 to 5 × 10 15 c
m- 2 .

【0016】本発明の(4)または(4−2)の水素ガ
スあるいは水素プラズマ中で基板を熱処理する際は、水
素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスを使用する場
合も包含する。また熱処理温度は500〜1000℃、
好ましくは600〜800℃、処理時間は1〜30分、
好ましくは5〜10分である。
When the substrate is heat-treated in the hydrogen gas or hydrogen plasma of (4) or (4-2) of the present invention, the case of using a mixed gas of hydrogen and an inert gas such as argon is also included. The heat treatment temperature is 500-1000 ° C,
Preferably 600 to 800 ° C, treatment time is 1 to 30 minutes,
Preferably, it is 5 to 10 minutes.

【0017】また、前記(4−2)に先だって(4−
1)酸素ガスあるいは酸素プラズマ中で基板を熱処理す
る第一の表面処理工程では、熱処理する際に、酸素また
は酸素を含む混合ガスを使用する場合も包含する。また
熱処理温度は500〜1000℃、好ましくは600〜
950℃、処理時間は5〜20秒、好ましくは10〜1
5秒である。
Prior to the above (4-2), (4-
1) The first surface treatment step in which the substrate is heat-treated in oxygen gas or oxygen plasma includes the case where oxygen or a mixed gas containing oxygen is used in the heat treatment. The heat treatment temperature is 500 to 1000 ° C, preferably 600 to 1000 ° C.
950 ° C., treatment time 5-20 seconds, preferably 10-1
5 seconds.

【0018】なお、上記水素表面処理時の水素の圧力は
0.1〜10torr、好ましくは1〜2torrであ
り、また酸素表面処理時の酸素の圧力は0.5〜5mt
orr、好ましくは約1mtorrである。
The pressure of hydrogen at the time of the hydrogen surface treatment is 0.1 to 10 torr, preferably 1 to 2 torr, and the pressure of oxygen at the time of oxygen surface treatment is 0.5 to 5 mt.
orr, preferably about 1 mtorr.

【0019】(4)、(4−1)及び(4−2)以外の
各工程は通常半導体を製造する場合に使用される公知の
通常の方法で行うことができ、特に制限はない。得られ
た表面処理基板は高温である、好ましくは500〜60
0℃、基板上に金属膜(例えば、チタン、コバルトまた
はニッケル等)をスパッタ法等で堆積する工程、基板の
絶縁膜上の金属膜を選択的に除去する工程と基板上のシ
リサイド膜を高温(例えば600〜800℃)で熱処理
する工程によって半導体装置が製造される。
Each of the steps other than (4), (4-1) and (4-2) can be performed by a known ordinary method usually used for manufacturing a semiconductor, and there is no particular limitation. The obtained surface-treated substrate is at a high temperature, preferably 500 to 60.
0 ° C., a step of depositing a metal film (for example, titanium, cobalt or nickel) on the substrate by a sputtering method, a step of selectively removing the metal film on the insulating film of the substrate, and a step of heating the silicide film on the substrate to a high temperature. A semiconductor device is manufactured by a step of performing a heat treatment at (for example, 600 to 800 ° C.).

【0020】次に、本発明半導体装置の製造方法の形態
について図面を参照して説明する。第1図は、本発明半
導体装置の製造方法の第一の実施の形態を示すMOSF
ETの工程断面図である。第1図(a)は、素子分離領
域2を形成したシリコン半導体基板1上に、ゲート絶縁
膜3と多結晶シリコンゲート電極4を形成し、さらにゲ
ート電極とソース/ドレイン領域5に不純物を導入し、
活性化した状態を示す。次に第1図(b)に示すよう
に、前記基板を水素ガスあるいはプラズマ雰囲気中で熱
処理する。この熱処理により、図1(a)に示した基板
表面および近傍の高濃度酸素領域71を大幅に低減でき
る。さらに、第1図(c)に示すように、基板を加熱し
た状態で、基板表面に金属膜を堆積する。この金属膜形
成により、シリコン表面では金属膜とシリサイド化反応
を生じ、高抵抗シリサイド膜81が形成される。さらに
金属膜形成後に絶縁膜上の未反応金属膜を選択的にエッ
チングする。最後に、第1図(d)に示すように、不活
性ガス雰囲気にて熱処理を行い、シリサイド膜82を低
抵抗化し、半導体装置を完成する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a MOSF showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
It is a process sectional view of ET. FIG. 1A shows that a gate insulating film 3 and a polycrystalline silicon gate electrode 4 are formed on a silicon semiconductor substrate 1 on which an element isolation region 2 is formed, and impurities are introduced into the gate electrode and source / drain regions 5. And
Indicates an activated state. Next, as shown in FIG. 1 (b), the substrate is heat-treated in a hydrogen gas or plasma atmosphere. By this heat treatment, the high-concentration oxygen region 71 at and near the substrate surface shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1 (c), a metal film is deposited on the surface of the substrate while the substrate is heated. By this metal film formation, a silicidation reaction occurs with the metal film on the silicon surface, and a high-resistance silicide film 81 is formed. Further, after the formation of the metal film, the unreacted metal film on the insulating film is selectively etched. Finally, as shown in FIG. 1D, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere to reduce the resistance of the silicide film 82, thereby completing the semiconductor device.

【0021】次に、第2図を用いて、本発明半導体装置
の製造方法の第二の実施の形態を説明する。第2図
(a)は、素子分離領域2を形成したシリコン半導体基
板1上に、ゲート絶縁膜3と多結晶シリコンゲート電極
4を形成し、さらにゲート電極とソース/ドレイン領域
5に不純物を導入し、活性化した状態を示す。次に第2
図(b)に示すように、前記基板を酸素ガスあるいは酸
素プラズマ中で基板を熱処理し、基板近傍の不完全酸化
領域を完全なシリコン酸化膜9に変える。次に第2図
(c)に示すように、前記基板を水素ガスあるいはプラ
ズマ雰囲気中で熱処理する。この熱処理により、基板表
面および近傍の酸素を低減する。さらに、第2図(d)
に示すように、基板を加熱した状態で、基板表面に金属
膜を堆積する。この金属膜形成により、シリコン表面で
は金属膜とシリサイド化反応を生じ、高抵抗シリサイド
膜81が形成される。さらに金属膜形成後に絶縁膜上の
未反応金属膜を選択的にエッチングする。最後に、第2
図(e)に示すように、不活性ガス雰囲気にて熱処理を
行い、シリサイド膜82を低抵抗化し、半導体装置を完
成する。
Next, a second embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows that a gate insulating film 3 and a polycrystalline silicon gate electrode 4 are formed on a silicon semiconductor substrate 1 on which an element isolation region 2 is formed, and impurities are introduced into the gate electrode and source / drain regions 5. And shows the activated state. Then the second
As shown in FIG. (B), the substrate was heat-treated substrate with oxygen gas or oxygen plasma, changing the incomplete oxidation region of the substrate near the complete silicon oxide film 9. Next, as shown in FIG. 2C, the substrate is heat-treated in a hydrogen gas or plasma atmosphere. By this heat treatment, oxygen on the substrate surface and in the vicinity is reduced. Further, FIG. 2 (d)
As shown in (2), a metal film is deposited on the substrate surface while the substrate is heated. By this metal film formation, a silicidation reaction occurs with the metal film on the silicon surface, and a high-resistance silicide film 81 is formed. Further, after the formation of the metal film, the unreacted metal film on the insulating film is selectively etched. Finally, the second
As shown in FIG. 3E, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere to reduce the resistance of the silicide film 82, thereby completing the semiconductor device.

【0022】次に、第3図を用いて、本発明半導体装置
の製造方法の第三の実施の形態を説明する。第3図
(a)は、素子分離領域2を形成したシリコン半導体基
板1上に、ゲート絶縁膜3と多結晶シリコンゲート電極
4を形成し、さらにゲート電極とソース/ドレイン領域
5に不純物を導入し、活性化した状態を示す。次に第3
図(b)に示すように、前記基板を水素ガスあるいはプ
ラズマ雰囲気中で熱処理する。この熱処理により、基板
表面および近傍の酸素を大幅に低減できる。しかし、低
濃度に酸素を含有した領域72が残留する。さらに、第
3図(c)に示すように、基板を加熱した状態で、水素
を混合したアルゴンガス雰囲気にて基板表面に金属膜を
堆積する。この金属膜形成により、シリコン表面では金
属膜とシリサイド化反応を生じ、高抵抗シリサイド膜8
1が形成される。さらに金属膜形成後に絶縁膜上の未反
応金属膜を選択的にエッチングする。最後に、第3図
(d)に示すように、不活性ガス雰囲気にて熱処理を行
い、低抵抗シリサイド膜82を形成し、半導体装置を完
成する。
Next, a third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows that a gate insulating film 3 and a polycrystalline silicon gate electrode 4 are formed on a silicon semiconductor substrate 1 on which an element isolation region 2 is formed, and impurities are introduced into the gate electrode and source / drain regions 5. And shows the activated state. Then the third
As shown in FIG. 2B, the substrate is heat-treated in a hydrogen gas or plasma atmosphere. This heat treatment can significantly reduce oxygen on the substrate surface and in the vicinity. However, a region 72 containing oxygen at a low concentration remains. Further, as shown in FIG. 3 (c), a metal film is deposited on the substrate surface in an argon gas atmosphere mixed with hydrogen while the substrate is heated. Due to the formation of the metal film, a silicidation reaction occurs with the metal film on the silicon surface, and the high-resistance silicide film 8 is formed.
1 is formed. Further, after the formation of the metal film, the unreacted metal film on the insulating film is selectively etched. Finally, as shown in FIG. 3D, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere to form a low-resistance silicide film 82, thereby completing a semiconductor device.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。第1図を用いて、本発明半導体装置の製造方法の
第一の実施例を説明する。第1図(a)は、素子分離領
域2をLOCOS法により形成したシリコン半導体基板
1上に、7nm厚のゲート酸化膜3と300nm厚の多
結晶シリコンゲート電極4を形成し、さらにゲート電極
とソース/ドレイン領域5にヒ素あるいはボロンを1x
1015cm-2〜5x1015cm-2導入し、活性化した状
態を示す。この時、シリコン基板表面には、高濃度に酸
素を含む領域71が残留している。次に第1図(b)に
示すように、真空排気した後、水素ガスを1Torr雰
囲気として導入し、700℃の熱処理を実施し、高濃度
に酸素を含有する基板表面領域71を除去する。さら
に、第1図(c)に示すように、基板を600℃に加熱
した状態で、チタン膜をスパッタ法により40nm堆積
した後、基板表面の未反応チタン膜を過酸化水素溶液に
て選択的にエッチングする。この状態で、シリコン上に
高抵抗シリサイド膜81が形成されている。最後に、第
1図(d)に示すように、アルゴンガス雰囲気にて70
0℃の熱処理を行い、低抵抗シリサイド膜82を形成
し、半導体装置を完成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows that a gate oxide film 3 having a thickness of 7 nm and a polycrystalline silicon gate electrode 4 having a thickness of 300 nm are formed on a silicon semiconductor substrate 1 having an element isolation region 2 formed by a LOCOS method. Arsenic or boron 1 × in source / drain region 5
10 15 cm -2 ~5x10 15 cm -2 is introduced, in an activated state. At this time, a region 71 containing oxygen at a high concentration remains on the surface of the silicon substrate. Next, as shown in FIG. 1B, after evacuating, a hydrogen gas is introduced in a 1 Torr atmosphere, and a heat treatment at 700 ° C. is performed to remove the substrate surface region 71 containing oxygen at a high concentration. Further, as shown in FIG. 1 (c), after depositing a titanium film to a thickness of 40 nm by sputtering with the substrate heated to 600 ° C., the unreacted titanium film on the substrate surface is selectively treated with a hydrogen peroxide solution. Etch. In this state, a high-resistance silicide film 81 is formed on silicon. Finally, as shown in FIG.
A heat treatment at 0 ° C. is performed to form a low-resistance silicide film 82 to complete a semiconductor device.

【0024】次に、第2図を用いて、本発明半導体装置
の製造方法の他の実施例を説明する。第2図(a)は、
素子分離領域2をトレンチ法により形成したシリコン半
導体基板1上に、5nmのゲート窒化酸化膜3と200
nmの多結晶シリコンゲート電極4を形成し、さらにゲ
ート電極とソース/ドレイン領域5にヒ素あるいはボロ
ンを1x1015cm-2〜3x1015cm-2導入し、活性
化した状態を示す。次に第2図(b)に示すように、真
空排気した後、酸素ガスを1mTorr雰囲気として導
入し、600℃の熱処理を実施し、表面を1nm程度酸
化し、酸化膜9を形成する。
Next, another embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a)
On a silicon semiconductor substrate 1 in which an element isolation region 2 is formed by a trench method, 5 nm-thick gate nitrided oxide films 3 and 200 are formed.
forming a polysilicon gate electrode 4 nm, further arsenic or boron 1x10 15 cm -2 ~3x10 15 cm -2 is introduced into the gate electrode and the source / drain regions 5, showing the activated state. Next, as shown in FIG. 2B, after evacuating, an oxygen gas is introduced in a 1 mTorr atmosphere, a heat treatment at 600 ° C. is performed, and the surface is oxidized by about 1 nm to form an oxide film 9.

【0025】その後、第2図(c)に示すように、真空
排気した後、水素ガスを1Torr雰囲気として導入
し、750℃の熱処理を実施し、シリコン表面の酸化膜
および酸素を除去する。さらに、第2図(d)に示すよ
うに、基板を550℃に加熱した状態で、チタン膜をス
パッタ法により30nm堆積した後、基板表面の未反応
チタン膜を過酸化水素溶液にて選択的にエッチングす
る。この状態で、シリコン上に高抵抗シリサイド膜81
が形成されている。最後に、第2図(e)に示すよう
に、窒素ガス雰囲気にて750℃の熱処理を行い、シリ
サイド膜を低抵抗化して低抵抗シリサイド膜82を形成
し、半導体装置を完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, after evacuating, a hydrogen gas is introduced in a 1 Torr atmosphere, and a heat treatment at 750 ° C. is performed to remove an oxide film and oxygen on the silicon surface. Further, as shown in FIG. 2 (d), after a titanium film is deposited to a thickness of 30 nm by sputtering while the substrate is heated to 550 ° C., the unreacted titanium film on the substrate surface is selectively treated with a hydrogen peroxide solution. Etch. In this state, the high-resistance silicide film 81 is formed on the silicon.
Are formed. Finally, as shown in FIG. 2E, heat treatment is performed at 750 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to lower the resistance of the silicide film to form a low-resistance silicide film 82, thereby completing the semiconductor device.

【0026】次に、第3図を用いて、本発明半導体装置
の製造方法の他の実施例を説明する。第3図(a)は、
素子分離領域2をトレンチ法により形成したシリコン半
導体基板1上に、4nmのゲート窒化酸化膜3と200
nmの多結晶シリコンゲート電極4を形成し、さらにゲ
ート電極とソース/ドレイン領域5にヒ素あるいはボロ
ンを1x1015cm-2〜2x1015cm-2導入し、活性
化した状態を示す。次に第3図(b)に示すように、真
空排気した後、水素ガスを1Torr雰囲気として導入
し、600℃の熱処理を実施する。この状態で、シリコ
ン表面には、低濃度に酸素が含まれる領域72が残留し
ている。
Next, another embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 (a)
A 4 nm-thick gate oxynitride film 3 and 200
forming a polysilicon gate electrode 4 nm, further arsenic or boron 1x10 15 cm -2 ~2x10 15 cm -2 is introduced into the gate electrode and the source / drain regions 5, showing the activated state. Next, as shown in FIG. 3 (b), after evacuating, a hydrogen gas is introduced in a 1 Torr atmosphere, and a heat treatment at 600 ° C. is performed. In this state, a region 72 containing oxygen at a low concentration remains on the silicon surface.

【0027】さらに、第3図(c)に示すように、基板
を500℃に加熱した状態で、チタン膜を水素とアルゴ
ンの混合ガス雰囲気中でスパッタ法により20nm堆積
した後、基板表面の未反応チタン膜を過酸化水素溶液に
て選択的にエッチングする。この時、シリコン表面に
は、高抵抗シリサイド膜81が形成されている。最後
に、第3図(d)に示すように、窒素ガス雰囲気にて6
50℃の熱処理を行い、シリサイド膜を低抵抗化して低
抵抗シリサイド膜82を形成し、半導体装置を完成す
る。
Further, as shown in FIG. 3 (c), a titanium film was deposited to a thickness of 20 nm by sputtering in a mixed gas atmosphere of hydrogen and argon while the substrate was heated to 500 ° C. The reactive titanium film is selectively etched with a hydrogen peroxide solution. At this time, a high-resistance silicide film 81 is formed on the silicon surface. Finally, as shown in FIG.
A heat treatment at 50 ° C. is performed to reduce the resistance of the silicide film to form a low-resistance silicide film 82, thereby completing the semiconductor device.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の第1の効果は、本発明では微細
シリコン領域に低抵抗シリサイド膜を均一に形成するこ
とができる。シリサイド膜の低抵抗化は、本発明の方法
を用いることにより、特開平2−31427号「半導体
装置の製造方法」や特開平3−155641号「MOS
型半導体装置の製造方法」に記載されるシリサイド膜形
成では不可能である微細領域で形成されるシリサイド膜
を低抵抗化できる利点がある。
The first effect of the present invention is that, in the present invention, a low-resistance silicide film can be uniformly formed in a fine silicon region. The resistance of the silicide film can be reduced by using the method of the present invention, as described in JP-A-2-31427, “Method of Manufacturing Semiconductor Device” and JP-A-3-155564, “MOS
There is an advantage that the resistance of a silicide film formed in a minute region which cannot be formed by a silicide film described in “Method of Manufacturing Type Semiconductor Device” can be reduced.

【0029】本発明の第2の効果は、本発明では、シリ
コン表面および近傍での酸素除去のために、水素ガスあ
るいはプラズマ中での熱処理して表面酸素の除去を実施
することにより、金属膜とシリコン膜のシリサイド化反
応を促進することができ、その結果、微細シリコン領域
で形成されるシリサイド膜を低抵抗化できる利点があ
る。
A second effect of the present invention is that, in the present invention, in order to remove oxygen on the silicon surface and in the vicinity thereof, heat treatment in hydrogen gas or plasma is performed to remove the surface oxygen, and thereby the metal film is removed. Therefore, the silicidation reaction of the silicon film can be promoted, and as a result, there is an advantage that the resistance of the silicide film formed in the fine silicon region can be reduced.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法の第一の実施例
を示した模式的断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の第二の実施例
を示した模式的断面図。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の製造方法の第三の実施例
を示した模式的断面図。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図4】従来の半導体装置におけるシリサイド膜の形成
方法を示した模式的断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a method for forming a silicide film in a conventional semiconductor device.

【図5】シリコン基板表面の酸素濃度と形成されたシリ
サイド膜のシート抵抗の関係を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration on the surface of a silicon substrate and the sheet resistance of a formed silicide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 素子分離酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 ゲート側壁絶縁膜 6 ソース/ドレイン領域 71 高濃度に酸素を含有する領域 72 低濃度に酸素を含有する領域 81 高抵抗シリサイド膜 82 低抵抗シリサイド膜 9 熱酸化による酸化膜 REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 element isolation oxide film 3 gate oxide film 4 gate electrode 5 gate side wall insulating film 6 source / drain region 71 region containing high concentration of oxygen 72 region containing low concentration of oxygen 81 high resistance silicide film 82 low Resistance silicide film 9 Oxide film by thermal oxidation

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜となる絶縁
膜を有し、該絶縁膜上にゲート電極が形成され、該ゲー
ト電極とソース/ドレイン領域に不純物を導入された不
純物含有基板を基板温度が500〜600℃の高温であ
る基板上に金属膜を堆積し、該金属膜を堆積した基板の
絶縁膜上の未反応金属膜を選択的に除去し、次いで基板
上のシリサイド膜を600〜800℃の高温で熱処理し
て半導体を製造する方法において、 該不純物含有基板を、水素ガスあるいは水素プラズマ中
で基板を500〜1000℃で熱処理する表面処理工程
の前に、酸素ガスあるいは酸素プラズマ中で基板を50
0〜1000℃で熱処理する表面処理工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
An impurity-containing substrate having an insulating film serving as a gate insulating film over a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the insulating film, and an impurity introduced into the gate electrode and source / drain regions. temperature a metal film is deposited on a substrate at a high temperature of 500 to 600 ° C., the unreacted metal film on the insulating film on the substrate deposited the metal film is selectively removed, then the silicide film on the substrate 600 In a method for producing a semiconductor by heat treatment at a high temperature of from 800 to 800 ° C., before the surface treatment step of heat treating the impurity-containing substrate in a hydrogen gas or hydrogen plasma at 500 to 1000 ° C., an oxygen gas or an oxygen plasma is used. 50 substrates in
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a surface treatment step of performing heat treatment at 0 to 1000 ° C.
【請求項2】(1) 半導体基板上にゲート絶縁膜とな
る絶縁膜を形成する工程と (2)該絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と (3)ゲート電極とソース/ドレイン領域に不純物を導
入する工程と (4−1)酸素ガスあるいは酸素プラズマ中で基板を
00〜1000℃で熱処理する第一の表面処理工程と (4−2)水素ガスあるいは水素プラズマ中で基板を
00〜1000℃で熱処理する第二の表面処理工程と (5)基板温度が500〜600℃の高温である基板上
に金属膜を堆積する工程と (6)基板の絶縁膜上の未反応金属膜を選択的に除去す
る工程と (7)基板上のシリサイド膜を600〜800℃の高温
で熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。
And (2) a step of forming an insulating film to be a gate insulating film on the semiconductor substrate; (2) a step of forming a gate electrode on the insulating film; and (3) a step of forming a gate electrode and a source / drain region. 5 the substrate in step a (4-1) oxygen gas or oxygen plasma to introduce the impurity
A first surface treatment step of heat treatment at 00~1000 ℃ (4-2) 5 the substrate with hydrogen gas or hydrogen plasma
00-1000 and a second surface treatment step of heat treatment at ° C. (5) step and (6) unreacted metal on the substrate an insulating film substrate temperature for depositing a metal film on a substrate at a high temperature of 500 to 600 ° C. 2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: selectively removing the film; and (7) heat-treating the silicide film on the substrate at a high temperature of 600 to 800 [deg.] C.
【請求項3】 前記製造方法において、基板温度が50
0〜600℃の高温である基板上に金属膜を堆積する工
程において、膜堆積雰囲気が水素含有雰囲気であること
を特徴とする特許請求項の範囲第1項乃至第2項のいず
れか記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the substrate temperature is 50.
3. The method according to claim 1, wherein in the step of depositing the metal film on the substrate at a high temperature of 0 to 600 [deg.] C. , the film deposition atmosphere is a hydrogen-containing atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか記載の半導体装
置がMOS型電界効果トランジスタである半導体装置の
製造方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device according to claim 1 is a MOS field effect transistor.
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