JP3040960B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自己整列した金属
ケイ化物層によって被覆されたポリシリコン層から成る
電極が組み込まれている半導体デバイスの製造方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device incorporating an electrode comprising a polysilicon layer covered by a self-aligned metal silicide layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスにおいて、ライン幅が細
くなり、幾何学的形状が小さくなるにつれて、MOSデ
バイスのゲートを形成するポリシリコン電極および半導
体デバイス内の配線ラインは、望ましくない程度まで抵
抗が大きくなる。ポリシリコンのみから成る電極より抵
抗の小さい電極を得るために、ポリシリコン層が1つま
たは2つ以上の金属層または金属ケイ化物層によって被
覆されている多層電極が使用されている。ケイ化物電極
は、例えば、100Åより大きな厚さまでケイ化チタン
によって被覆されている厚さ約1000Å〜3000Å
のポリシリコン層から構成することができる。2. Description of the Related Art In semiconductor devices, as line widths become narrower and geometries become smaller, the polysilicon electrodes forming the gates of MOS devices and the wiring lines within the semiconductor devices have an undesirably high resistance. Become. In order to obtain an electrode having a lower resistance than an electrode consisting of polysilicon only, multilayer electrodes are used in which the polysilicon layer is covered by one or more metal or metal silicide layers. The silicide electrode may be, for example, about 1000 to 3000 mm thick coated with titanium silicide to a thickness greater than 100 degrees.
Of the polysilicon layer.
【0003】このような多層電極の代表的な例は、いわ
ゆる自己整列したケイ化物構体であって、これを図1〜
4に理想化した形態で示す。図1〜4は、初期の製造段
階におけるMOSデバイスの断面図を示す。図示するM
OSデバイスはP型基板10の上に形成されており、厚
いフィールド酸化物領域12を有し、隣接する他のMO
Sデバイスから分離されている。熱酸化によって形成さ
れるゲート酸化物層14は、図示するデバイスの能動デ
バイス領域を被覆し、ゲート酸化物層14の上にはポリ
シリコンゲート電極16が形成されている。このポリシ
リコンゲート電極16は、ドープされていないポリシリ
コン層を基板の上に、例えば、低圧化学的蒸着(LPC
VD)法を使用して堆積させ、このポリシリコン層に不
純物を注入し、活性化して、前記ポリシリコン層を導電
性にし、次いでフォトリソグラフィを使用して前記ポリ
シリコン層をパターン化することにより、形成される。
フィールド酸化物領域12の上には、ポリシリコン配線
ライン18が、ゲート電極16と同時に形成される。A typical example of such a multilayer electrode is a so-called self-aligned silicide structure, which is shown in FIGS.
4 is shown in an idealized form. 1 to 4 show cross-sectional views of a MOS device in an initial manufacturing stage. M shown
The OS device is formed on a P-type substrate 10, has a thick field oxide region 12, and is adjacent to another MO device.
Separated from S devices. A gate oxide layer 14 formed by thermal oxidation covers the active device area of the device shown, on which a polysilicon gate electrode 16 is formed. The polysilicon gate electrode 16 is formed by depositing an undoped polysilicon layer on the substrate, for example, by low pressure chemical vapor deposition (LPC).
VD) by depositing and activating the polysilicon layer using a method, rendering the polysilicon layer conductive, and then patterning the polysilicon layer using photolithography. ,It is formed.
On the field oxide region 12, a polysilicon wiring line 18 is formed simultaneously with the gate electrode 16.
【0004】ドープされたソース/ドレイン領域20を
ポリシリコンゲート電極の両側に形成して、図示するM
OSトランジスタのチャンネル領域を画成する。一般
に、最近のメモリーおよびロジックデバイスに主として
使用されるタイプの小型設計規範に基づくMOSトラン
ジスタには、軽度にドープされたドレイン(LDD)構
体を使用する。LDDソース/ドレイン領域20は、代
表的な例においては二工程法で形成され、先ず比較的低
いレベルのドーパント注入を行って、図1に示すよう
に、ポリシリコンゲート電極16まで自己整列させる。
その後、先ず図1の構体の上にCVD酸化物層を堆積さ
せ、次いでこの酸化物層に異方性エッチバックを行って
ソース/ドレイン領域20の上の基板を露出させること
により、ゲート電極16の両側にスペーサ酸化物領域2
2(図2)を形成する。CVD酸化物層をエッチバック
すると、ポリシリコンゲート電極16の両側にスペーサ
酸化物領域22が生成する。また、この方法は、ポリシ
リコン配線ライン18が酸化物堆積およびエッチバック
のプロセス中に露出する場合には、ポリシリコン配線ラ
イン18の両側にスペーサ領域24を生成する。スペー
サ酸化物領域22がポリシリコンゲート電極16の両側
に生成した後に、ソース/ドレイン領域20に第二の一
層強いイオン注入を行ってスペーサ酸化物領域22に自
己整列させる(図示せず)。[0004] Doped source / drain regions 20 are formed on both sides of the polysilicon gate electrode and are shown in FIG.
Defining a channel region for the OS transistor. In general, lightly doped drain (LDD) structures are used for MOS transistors based on small design rules of the type primarily used in modern memory and logic devices. LDD source / drain regions 20 are typically formed in a two-step process, with a relatively low level of dopant implantation to self-align to polysilicon gate electrode 16 as shown in FIG.
Thereafter, a gate oxide 16 is deposited by first depositing a CVD oxide layer on the structure of FIG. 1 and then performing an anisotropic etchback on the oxide layer to expose the substrate over source / drain regions 20. Spacer oxide regions 2 on both sides of
2 (FIG. 2). Etching back the CVD oxide layer creates spacer oxide regions 22 on both sides of the polysilicon gate electrode 16. The method also creates spacer regions 24 on both sides of the polysilicon interconnect line 18 if the polysilicon interconnect line 18 is exposed during the oxide deposition and etchback process. After the spacer oxide regions 22 have been created on both sides of the polysilicon gate electrode 16, a second stronger ion implant is performed in the source / drain regions 20 to self-align with the spacer oxide regions 22 (not shown).
【0005】図2に示す構体はポリシリコンゲート電極
16およびポリシリコン配線ライン18を有する。ライ
ン幅が一層細い場合には、信号レベルが低下しかつRC
時定数が長くなるので、高度にドープされたポリシリコ
ンであっても、MOS回路の性能を低下させるのに十分
な大きい抵抗を有する。これらのゲート電極および配線
ラインの抵抗を小さくするために、自己整列するケイ化
物(すなわち、サリサイド(salicide))技術を使用し
て、図2のデバイスの処理をさらに続けてゲート電極1
6および配線ライン18をケイ化物構体に転化させる。
種々の異なるケイ化物を使用できることが知られている
が、この際に最も普通に使用されるケイ化物はケイ化チ
タンであり、以下に前記ケイ化物構体について説明す
る。図3において、先ずデバイスの表面上に、例えば5
00Åの厚さまで、チタン層をスパッターすることによ
り、ケイ化物ラインを形成する。このチタン層26を、
ポリシリコン層16,18の表面およびソース/ドレイ
ン領域20を含む基板の露出部分において、二工程法で
ケイ化チタンに転化させる。The structure shown in FIG. 2 has a polysilicon gate electrode 16 and a polysilicon wiring line 18. If the line width is narrower, the signal level decreases and RC
Because of the longer time constant, even highly doped polysilicon has a large enough resistance to degrade the performance of the MOS circuit. To reduce the resistance of these gate electrodes and wiring lines, the processing of the device of FIG. 2 is further continued using the self-aligned silicide (ie, salicide) technique to continue the gate electrode 1
6 and wiring lines 18 are converted to silicide structures.
It is known that a variety of different silicides can be used, the most commonly used silicide being titanium silicide, which will be described below. In FIG. 3, first, for example, 5
A silicide line is formed by sputtering a titanium layer to a thickness of 00 °. This titanium layer 26
At the exposed portions of the substrate, including the surfaces of the polysilicon layers 16 and 18 and the source / drain regions 20, they are converted to titanium silicide in a two step process.
【0006】第1の処理工程では、デバイスを約700
℃までの温度に約30秒間加熱することにより、デバイ
スを迅速熱アニール(RTA)処理して、チタン層26
を、該チタン層がシリコン(結晶または多結晶のシリコ
ン)の表面と接触している位置で、ケイ化チタン(公
称,TiSi2 )に転化させる。次いで、生成したデバ
イスを、水で希釈したH2 O2 とNH4 OHとから成る
液状エッチング剤を使用してエッチングして、このデバ
イスの表面から未反応チタンを除去し、このデバイスの
酸化物領域を露出させる。ポリシリコンゲート電極16
の上および配線ライン18の上には、それぞれ、ケイ化
チタン層30および32が残る。ケイ化処理中にソース
/ドレイン領域20が露出する場合には、ソース/ドレ
イン領域20の上にケイ化チタン領域34も形成する。
このようなケイ化チタン領域34は、ソース/ドレイン
領域20の上に低いシート抵抗を形成し、ソース/ドレ
イン領域20に対する一層良好な接点を提供する。従っ
て、ケイ化処理中のケイ素消費量がゲート性能を変えな
いか、あるいはソース/ドレイン領域20における接合
漏洩が過度に大きくならない限り、ソース/ドレイン領
域20の上ではケイ化チタン接点が好ましい。In the first processing step, the device is
The device is subjected to a rapid thermal anneal (RTA) treatment by heating to a temperature of up to
Is converted to titanium silicide (nominal TiSi 2 ) where the titanium layer is in contact with the surface of silicon (crystalline or polycrystalline silicon). The resulting device is then etched using a liquid etchant consisting of H 2 O 2 and NH 4 OH diluted with water to remove unreacted titanium from the surface of the device and remove the oxide of the device. Expose the area. Polysilicon gate electrode 16
And the wiring lines 18 remain, respectively, with titanium silicide layers 30 and 32. If the source / drain region 20 is exposed during the silicidation process, a titanium silicide region 34 is also formed on the source / drain region 20.
Such a titanium silicide region 34 forms a low sheet resistance over the source / drain region 20 and provides a better contact to the source / drain region 20. Therefore, a titanium silicide contact is preferred on the source / drain region 20 unless the silicon consumption during the silicidation process alters the gate performance or the junction leakage in the source / drain region 20 is not unduly large.
【0007】生成したデバイスから未反応チタンをエッ
チング除去した後に、さらに処理を行ってデバイスのゲ
ート電極および配線ラインに適当な自己整列したケイ化
物(すなわち、サリサイド)構体を形成する必要があ
る。ここまでに記載した処理工程は、ケイ素表面の上に
固有抵抗の比較的高いケイ化チタン相を形成するので、
図示するケイ化物構体は望ましい低い固有抵抗を有して
いない。従って、生成したデバイスに800℃より高い
温度で少なくとも10秒間第2の迅速熱アニールを行っ
て、ケイ化チタンを固有抵抗の低いケイ化チタン相に転
化させる必要がある。次いで、生成したデバイスをさら
に処理してデバイスの製造を完了する。After the unreacted titanium has been etched away from the resulting device, further processing must be performed to form a suitable self-aligned silicide (ie, salicide) structure on the gate electrodes and wiring lines of the device. The process described so far forms a titanium silicide phase with a relatively high resistivity on the silicon surface,
The silicide structures shown do not have the desired low resistivity. Therefore, the resulting device must be subjected to a second rapid thermal anneal at a temperature greater than 800 ° C. for at least 10 seconds to convert the titanium silicide to a low resistivity titanium silicide phase. The resulting device is then further processed to complete device fabrication.
【0008】ケイ化物構体を形成するのに必要ないくつ
かの処理工程は厳密なものである。例えば、温度制御が
ケイ素と接触しているチタンをケイ化チタンに転化させ
る最初のRTA工程にとって不充分である場合には、デ
バイス温度をチタン層(図3の26)に沿って横方向に
ケイ素が迅速に移送されるのに充分な高い温度にするこ
とができ、これにより望ましくない領域においてチタン
をケイ化チタンに転化させることができる。例えば、ゲ
ート電極16の両側において酸化物スペーサ22の上に
延在するチタン層部分に沿ってケイ素が移送される場合
には、ゲート電極とソース/ドレイン領域20との間に
橋をかける「ストリンガー(striner) 」が形成されるこ
とがある。ゲートケイ化物層30とソース/ドレインケ
イ化物領域34との間に橋をかけるこのようなストリン
ガー36を図5に示す。図5の構体の形成は、ゲート領
域をソース/ドレイン領域に短絡させ、トランジスタを
不作動にするので、明らかに望ましくない。Some of the processing steps required to form a silicide structure are rigorous. For example, if the temperature control is insufficient for the first RTA step to convert titanium in contact with silicon to titanium silicide, the device temperature can be increased laterally along the titanium layer (26 in FIG. 3). Can be brought to a high enough temperature to be transferred quickly, which can convert titanium to titanium silicide in undesirable areas. For example, if silicon is transported along the portion of the titanium layer that extends over the oxide spacers 22 on both sides of the gate electrode 16, a “stringer” that bridges between the gate electrode and the source / drain regions 20. (striner) "may be formed. Such a stringer 36 that bridges between the gate silicide layer 30 and the source / drain silicide regions 34 is shown in FIG. The formation of the structure of FIG. 5 is clearly undesirable because it shorts the gate region to the source / drain regions and renders the transistor inactive.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】デバイスの幾何学的形
状が小さい場合には、ゲート電極および配線ラインは幅
狭になるので、メモリーおよびロジックデバイス内に、
固有抵抗の充分に小さいゲート電極および配線ラインを
形成することが、ますます必要になる。他方、ゲート電
極および配線ラインが幅狭になる程、適切なサリサイド
電極構体を形成するのがますます困難になる。特にライ
ン幅の狭いゲート電極および配線ラインの場合には固有
抵抗の低いケイ化チタン相を形成するのが困難である。
従って、固有抵抗の低いケイ化物構体を形成するための
一層優れた設計および一層確実な処理技術を開発するの
は望ましいことである。If the device geometry is small, the gate electrodes and wiring lines will be narrow, so that the memory and logic devices may have
It is increasingly necessary to form gate electrodes and wiring lines with sufficiently low resistivity. On the other hand, the narrower the gate electrode and the wiring line, the more difficult it is to form a suitable salicide electrode structure. In particular, in the case of a gate electrode and a wiring line having a small line width, it is difficult to form a titanium silicide phase having a low specific resistance.
Therefore, it is desirable to develop better designs and more reliable processing techniques for forming low resistivity silicide structures.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、その第1の
面において、配線ラインおよびゲート電極が組み込まれ
ているMOSデバイスを有する半導体回路を提供する。
MOSデバイスは半導体基板の上に形成されている。配
線ラインおよびゲート電極はいずれもケイ化物構体を有
し、該ケイ化物構体は、側壁を有する下側ポリシロキサ
ン層、および該下側ポリシロキサン層の上に位置し、か
つこの下側ポリシロキサン層の側壁のそれぞれを越えて
横方向に延在する金属ケイ化物層を有する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides, in a first aspect, a semiconductor circuit having a MOS device incorporating a wiring line and a gate electrode.
The MOS device is formed on a semiconductor substrate. Both the wiring line and the gate electrode have a silicide structure, wherein the silicide structure is located on the lower polysiloxane layer having a sidewall, and the lower polysiloxane layer. Have a metal silicide layer extending laterally beyond each of the sidewalls.
【0011】本発明は、その第2面において、半導体基
板、該半導体基板の上の絶縁材料層、および該絶縁材料
層の上において、前記半導体基板の上方に延在する2つ
の側壁を有するように形成されたポリシリコン構体を具
える半導体回路を提供する。前記ポリシリコン構体の上
は、このポリシリコン構体の両側壁を横方向に越えて延
在する導電材料層が形成されている。According to another aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an insulating material layer on the semiconductor substrate, and two side walls extending above the semiconductor substrate are provided on the insulating material layer. A semiconductor circuit comprising a polysilicon structure formed in the semiconductor device. A conductive material layer is formed on the polysilicon structure so as to extend laterally beyond both side walls of the polysilicon structure.
【0012】本発明は、その第3の面において、半導体
基板、および該半導体基板の上の絶縁材料層を具える半
導体回路を提供する。前記絶縁材料層の上には、ポリシ
リコン構体が、前記半導体基板の上方に延在する2つの
側壁を有するように形成されている。前記ポリシリコン
構体の上には、導電材料層が、前記ポリシリコン構体の
両側壁を越えて横方向に延在する。前記半導体基板内に
は、前記ポリシリコン構体の前記両側壁のうちの第1側
壁の下端縁に隣接する境界を有する第1の軽度にドープ
された領域、および前記導電材料層の第1端縁に自己整
列して形成された境界を有する第1の強度にドープされ
た領域を有する第1のLDDソース/ドレイン領域が形
成されている。The present invention provides, in a third aspect thereof, a semiconductor circuit comprising a semiconductor substrate and a layer of insulating material over the semiconductor substrate. A polysilicon structure is formed on the insulating material layer so as to have two side walls extending above the semiconductor substrate. A layer of conductive material extends laterally over the polysilicon structure beyond the sidewalls of the polysilicon structure. A first lightly doped region having a boundary adjacent to a lower edge of a first side wall of the side walls of the polysilicon structure, and a first edge of the conductive material layer in the semiconductor substrate; A first LDD source / drain region having a first heavily doped region having a boundary formed in self-aligned manner.
【0013】本発明は、その第4の面において、MOS
トランジスタを具える半導体デバイスを製造する方法を
提供し、この方法は、半導体基板の上に絶縁体を形成す
る工程、および前記半導体基板の上方で横方向に延在す
る突出部を有する付形されたポリシリコン電極を、前記
絶縁体の上に形成する工程を含む。さらに、この方法
は、LDDソース/ドレイン領域のドーパント分布を画
成するためのイオン注入用マスクとして、前記付形され
たポリシリコン電極の突出部を使用して、前記付形され
たポリシリコン電極の両側において、前記半導体基板内
に、イオン注入によりLDDソース/ドレイン領域を形
成する工程、および前記付形されたポリシリコン電極の
上に金属ケイ化物層を形成する工程を含む。According to a fourth aspect of the present invention, a MOS
Provided is a method of manufacturing a semiconductor device comprising a transistor, the method comprising forming an insulator over a semiconductor substrate, and having a protrusion extending laterally above the semiconductor substrate. Forming the formed polysilicon electrode on the insulator. Further, the method uses the shaped polysilicon electrode protrusion as an ion implantation mask to define a dopant distribution in the LDD source / drain regions. Forming LDD source / drain regions in the semiconductor substrate by ion implantation, and forming a metal silicide layer on the shaped polysilicon electrode.
【0014】上述の本発明の第4の面の特に好ましい例
では、前記付形されたポリシリコン構体を形成する工程
は、前記半導体デバイスの上に第1マスク材料層を堆積
させ、該第1マスク材料層の上に第2マスク材料層を堆
積させる工程、および前記第1および第2のマスク材料
層の一部分を除去することにより開口を形成する工程を
含む。第2マスク材料層を横方向にエッチングして、前
記第2マスク材料層における開口を前記第1マスク材料
層における開口より大きくする。開口内にはポリシリコ
ンを堆積させ、第1および第2のマスク材料層を除去す
る。In a particularly preferred example of the fourth aspect of the present invention described above, the step of forming the shaped polysilicon structure comprises: depositing a first layer of mask material over the semiconductor device; Depositing a second mask material layer over the mask material layer; and forming an opening by removing a portion of the first and second mask material layers. The second mask material layer is laterally etched such that the openings in the second mask material layer are larger than the openings in the first mask material layer. Polysilicon is deposited in the opening and the first and second mask material layers are removed.
【0015】本発明は、その第5の面において、半導体
デバイスの製造方法を提供し、この方法では、半導体基
板を設け、次いで該半導体基板の少なくとも一部分の上
に絶縁材料層を設ける。前記半導体基板の表面の上に横
方向に延在する突出部を有する付形されたポリシリコン
構体を、前記絶縁材料層の上に形成する。前記付形され
たポリシリコン構体の上に金属層を堆積させ、この半導
体デバイスをアニールして前記付形されたポリシリコン
構体の上に金属ケイ化物層を生成する。[0015] In a fifth aspect, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising providing a semiconductor substrate, and then providing a layer of insulating material over at least a portion of the semiconductor substrate. A shaped polysilicon structure having a protrusion extending laterally above a surface of the semiconductor substrate is formed on the insulating material layer. A metal layer is deposited over the shaped polysilicon structure and the semiconductor device is annealed to produce a metal silicide layer over the shaped polysilicon structure.
【0016】本発明の好適例では、サリサイド(自己整
列したケイ化物)構体が組み込まれている半導体デバイ
スを、好ましくは、ポリシリコンゲート電極および配線
ラインのそばに酸化物スペーサ構体が形成されない方法
で形成する。ケイ化チタンのようなケイ化物に転化させ
ることができる上側表面を有する付形されたポリシリコ
ンゲート電極を形成する。この付形されたポリシリコン
電極は、電極本体から離れる方向に延在しかつシリコン
基板の上方に延在する突出部を有しているのが好まし
い。このポリシリコンゲート電極は、例えば、「t」字
形断面を有することができる。先ず、ゲート電極からの
突出部の影になっている基板領域に到達するような角度
で低ドーパントレベルのイオン注入を行うことにより、
ソース/ドレイン領域にとって適切な軽度のイオン注入
を行うことができる。In a preferred embodiment of the present invention, a semiconductor device incorporating a salicide (self-aligned silicide) structure is preferably fabricated in such a way that no oxide spacer structure is formed near the polysilicon gate electrode and the wiring line. Form. Form a shaped polysilicon gate electrode having an upper surface that can be converted to a silicide, such as titanium silicide. The shaped polysilicon electrode preferably has a protrusion extending in a direction away from the electrode body and extending above the silicon substrate. This polysilicon gate electrode can have, for example, a "t" -shaped cross section. First, low dopant level ion implantation is performed at an angle such that it reaches the substrate region that is shadowed by the protrusion from the gate electrode.
Light ion implantation suitable for the source / drain regions can be performed.
【0017】次いで、基板表面に垂直な注入方向を使用
して高ドーパントレベルのイオン注入を行って、ゲート
電極から延在する突出部が高ドーパントレベルのイオン
注入用のマスクとして作用するようにし、このイオン注
入によりソース/ドレイン構体を完成する。このように
して、スペーサ酸化物を使用せずに、両ソース/ドレイ
ン領域に対して、軽度にドープされたドレイン(LD
D)タイプの構体を形成することができる。この構造を
有するゲート電極および配線ラインは、一層確実に高品
質となり、一般的に、従来のサリサイド技術を使用して
形成したゲート電極および配線ラインより低い固有抵抗
を有する。Next, high dopant level ion implantation is performed using an implantation direction perpendicular to the substrate surface such that the protrusion extending from the gate electrode acts as a mask for high dopant level ion implantation, This ion implantation completes the source / drain structure. In this way, the lightly doped drain (LD) is used for both source / drain regions without using a spacer oxide.
D) type structures can be formed. Gate electrodes and wiring lines having this structure are more reliably of high quality and generally have lower resistivity than gate electrodes and wiring lines formed using conventional salicide techniques.
【0018】本発明者等は、本発明の好適例を使用する
ことによって達成される、サリサイド電極および配線ラ
インの形成および性能における観察された改善は、ゲー
ト電極のケイ化物層が低レベルの応力を持つように成長
するように、サリサイド構体を形成することに関係して
いる、と考える。幅0.5ミクロン未満のポリシリコン
ラインを使用してこれらの構体を製造する場合には、許
容できる低い固有抵抗を有するサリサイド電極および配
線ラインを形成するのが、ますます困難になる。特に、
ライン幅が0.05ミクロン未満の場合には、ゲート電
極および配線ラインの固有抵抗は急激に上昇する。ライ
ン幅が一層狭い場合の固有抵抗の増大は、固有抵抗の低
いケイ化物層を生成するために従来使用されている第2
アニール工程が、このような狭いライン幅の場合には無
効になることがある、という結果をもたらす。このよう
なことが起る理由を理解するには、従来のサリサイド構
体の形成中に起ることの一層実際的なモデルを考えるの
が有用である。We have observed that the observed improvement in salicide electrode and interconnect line formation and performance achieved by using the preferred embodiment of the present invention is that the silicide layer of the gate electrode has a low level of stress. It is considered to be related to the formation of a salicide structure so as to grow so as to have. When fabricating these structures using polysilicon lines less than 0.5 microns wide, it becomes increasingly difficult to form salicide electrodes and wiring lines having an acceptable low resistivity. In particular,
When the line width is less than 0.05 μm, the specific resistance of the gate electrode and the wiring line sharply increases. The increase in resistivity for narrower line widths can be attributed to the second resistivity conventionally used to produce low resistivity silicide layers.
The result is that the anneal step may be ineffective for such narrow line widths. To understand why this happens, it is useful to consider a more realistic model of what happens during the formation of a conventional salicide structure.
【0019】図6は、ライン幅の狭いポリシリコン層の
上に形成したケイ化物層を固有抵抗の低いケイ化物層に
転化させるのが困難であることを説明するためのもので
ある。先に説明した図4は、ポリシリコンゲート電極を
横切って均一に延在する良好に画成されたケイ化チタン
層を示す。これは、ケイ素層と接触しているチタンをケ
イ化チタン層に転化させる迅速熱アニール中に生じるこ
とを理想化して示すものである。本発明者等は、この処
理工程によって、図6に示すようなケイ化チタン構体3
8が一層典型的に形成されることを観察した。ポリシリ
コンゲート電極の端縁の近くでは、ゲート酸化物スペー
サ22は、ケイ化チタン層38の端縁を「挟持(clam
p)」し、代表的な例では、成長処理中に消費されるケイ
素層より厚い厚さまで広げる必要のあるケイ化チタン層
の成長を制約しているように見える。FIG. 6 illustrates that it is difficult to convert a silicide layer formed on a polysilicon layer having a small line width into a silicide layer having a low specific resistance. FIG. 4 described above shows a well-defined titanium silicide layer that extends uniformly across the polysilicon gate electrode. This idealizes what happens during a rapid thermal anneal that converts titanium in contact with the silicon layer to a titanium silicide layer. The present inventors have realized that the titanium silicide structure 3 shown in FIG.
It was observed that 8 was formed more typically. Near the edge of the polysilicon gate electrode, the gate oxide spacer 22 "clamps" the edge of the titanium silicide layer 38.
p) "and, in a typical example, appear to be constraining the growth of titanium silicide layers that need to be extended to a greater thickness than the silicon layer consumed during the growth process.
【0020】このように、ケイ化チタンはゲート電極の
中心の近くで最も自由に成長するので、ケイ化チタン層
38の最も厚い部分がポリシリコンゲート電極16の中
心より上に形成する。ケイ化チタン層38の端縁に沿っ
たケイ化チタンの部分は、形成されたままでは高レベル
の応力を有しているが、中心に近いケイ化チタンの部分
は比較的低レベルの応力を有する。ケイ化チタン層38
の幅が充分に狭い場合には、ケイ化チタン層38の中心
においてさえ可成り大きな応力が存在する。形成された
ままでは全ケイ化チタン層に余りにも高いレベルの応力
が存在している場合には、次のアニール工程でケイ化チ
タン層38を低固有抵抗相に充分に転化させることに成
功しないことがある。従って、成長させたままのケイ化
物相が余りにも高いレベルの応力を有しているサリサイ
ド構体は、望ましくない程抵抗の大きいサリサイド構体
になることがあり、このようなサリサイド構体はゲート
電極または配線ラインとして使用するのに余り適してい
ない。As described above, since titanium silicide grows most freely near the center of the gate electrode, the thickest portion of the titanium silicide layer 38 is formed above the center of the polysilicon gate electrode 16. The portion of titanium silicide along the edges of titanium silicide layer 38 has a high level of stress as formed, while the portion of titanium silicide near the center experiences a relatively low level of stress. Have. Titanium silicide layer 38
Is sufficiently narrow, there is considerable stress even at the center of the titanium silicide layer 38. If too high a level of stress is present in the entire titanium silicide layer as formed, the subsequent annealing step will not successfully convert the titanium silicide layer 38 to a low resistivity phase. Sometimes. Thus, a salicide structure in which the as-grown silicide phase has too high a level of stress can result in an undesirably high resistance salicide structure, such a salicide structure having a gate electrode or interconnect structure. Not very suitable for use as a line.
【0021】従って、本発明者等は、少なくともライン
幅が狭い場合には、応力レベルの低いケイ化物層を使用
してサリサイド構体を形成するのが望ましいと考える。
以下に、応力の低いケイ化物層を組み込んで形成したサ
リサイド構体、および該構体の好ましい製造方法を、図
7〜15について説明する。図7〜15は、特定の形状
の半導体デバイス中にMOSトランジスタおよび配線ラ
インを具える本発明の特に好ましい例を示すが、これら
の本発明の例は広範囲の種々の半導体デバイス中にゲー
ト電極及び配線ラインを形成するのに使用することがで
きる。Accordingly, the present inventors believe that it is desirable to form a salicide structure using a low stress level silicide layer, at least when the line width is narrow.
Hereinafter, a salicide structure formed by incorporating a silicide layer having a low stress and a preferred method of manufacturing the structure will be described with reference to FIGS. 7-15 show particularly preferred embodiments of the present invention comprising MOS transistors and wiring lines in certain shaped semiconductor devices, these examples of the present invention being used in a wide variety of semiconductor devices. It can be used to form wiring lines.
【0022】さらに、次の本発明の例についての説明は
NMOSデバイスに重点を置いているが、本発明に係る
サリサイド構体は、PMOSデバイスにも同様に有利に
使用することができる。これは、PMOSゲートのポリ
シリコンがN形またはP形のいずれにドープされていて
も当てはまる。ここに説明するサリサイド構造は、デバ
イスのゲート電極のみに(あるいは、逆に、配線ライン
のみに)使用することができるが、ここに説明するサリ
サイド構体を、すべての第1レベルのポリシリコンライ
ン、少なくとも高導電性電極および配線ラインが望まし
いデバイスに使用するのが最も望ましい。Furthermore, although the following description of the present invention focuses on NMOS devices, the salicide structure according to the present invention can be used to advantage for PMOS devices as well. This is true whether the polysilicon of the PMOS gate is doped N-type or P-type. Although the salicide structure described here can be used only for the gate electrode of the device (or, conversely, only for the wiring lines), the salicide structure described here can be used for all first level polysilicon lines, Most desirably, it is used for devices where at least highly conductive electrodes and wiring lines are desired.
【0023】図7は、製造方法の初期段階におけるMO
Sデバイスを組み込んだ半導体回路の小部分の断面を示
す。P形基板10を設け、所要に応じてフィールド酸化
物領域12のようなデバイス分離領域を設ける。パッド
酸化物40を、デバイスの能動デバイス領域の上に、約
50〜300Åの厚さまで、熱的に成長させるか、ある
いは化学的蒸着(CVD)法により堆積させる。次い
で、例えばNMOSデバイスの場合にはホウ素またはフ
ッ化ホウ素を、あるいは例えばPMOSデバイスの場合
にはヒ素またはリンイオンを使用して、約5〜50KeV
のエネルギーで、約3×1011個/cm2 〜約5×1013
個/cm2 のイオンの用量まで、チャンネル限界調整注入
を常法で行う。次に、一連の材料層を、少なくともサリ
サイドゲート構体および配線ラインを形成しようとする
デバイスの領域の上に堆積させる。FIG. 7 shows the MO in the initial stage of the manufacturing method.
2 shows a cross section of a small portion of a semiconductor circuit incorporating an S device. A P-type substrate 10 is provided and, if necessary, device isolation regions such as field oxide regions 12. Pad oxide 40 is thermally grown or deposited by chemical vapor deposition (CVD) to a thickness of about 50-300 ° on the active device area of the device. Then, for example, using boron or boron fluoride for NMOS devices or arsenic or phosphorus ions for PMOS devices, for example, about 5 to 50 KeV
Energy of about 3 × 10 11 / cm 2 to about 5 × 10 13
Channel-limited adjustment implants are performed in a conventional manner up to a dose of ions / cm 2 . Next, a series of material layers are deposited over at least the area of the device where the salicide gate structure and wiring lines are to be formed.
【0024】一連の材料層は、付形されたポリシリコン
ラインを形成する際に使用される形態(form)すなわちマ
スク構体にパターン化され、前記付形されたポリシリコ
ンラインはさらに処理を受けてサリサイド構体を形成す
る。従って、層の種々の異なる組み合わせを使用して、
所望の形態すなわちマスク構体を得ることができる。好
適例では、先ず窒化ケイ素Si3 N4 層42を堆積さ
せ、次いで酸化ケイ素SiO2 層44を堆積させ、その
後に第2窒化ケイ素層46を堆積させる。これらの層は
いずれも、当業界で良く知られている従来のCVD法の
うちの1つを使用して堆積させることができ、これらの
層はいずれも約1000Å〜3000Åの厚さとする。
これらの層の合計の厚さは約3000Åであるのが好ま
しいが、この合計の厚さは種々の厚さのサリサイド構体
が形成されるように容易に変更することができる。The series of material layers are patterned into a form or mask structure used in forming the shaped polysilicon lines, and the shaped polysilicon lines are subjected to further processing. Form a salicide structure. Thus, using various different combinations of layers,
A desired form, that is, a mask structure can be obtained. In a preferred embodiment, a silicon nitride Si 3 N 4 layer 42 is deposited first, followed by a silicon oxide SiO 2 layer 44, followed by a second silicon nitride layer 46. Any of these layers can be deposited using one of the conventional CVD methods well known in the art, and each of these layers is about 1000-3000 thick.
Preferably, the total thickness of these layers is about 3000 °, but this total thickness can be easily varied to form various thicknesses of salicide structures.
【0025】ポリシリコン形態(polysilicon form) に
形成される層42,44,46を堆積させた後に、フォ
トリソグラフィを行って、サリサイド構体を形成しよう
とする領域でこれらの3つの層を貫通する開口を設け
る。このフォトリソグラフィでは、従来の第1ポリシリ
コンマスクパターンの逆になっているマスクを使用する
ことができるので、フォトレジストを露光し、除去した
後に、フォトレジストを貫通する開口は、サリサイド構
体を形成しようとする領域の上で層46を露出した状態
にする。次いで、例えば、Si3 N4 層46および42
の場合にはSF6およびHeによるブラズマエッチング
を使用し、SiO2 層44の場合にはCHF3 およびO
2 を使用して、層42,44および46を実質的に異方
性エッチングする。フォトレジストを取り除いた後に、
図8に示すようなデバイスが生成し、このデバイスは能
動デバイス領域の上に開口48を有し、フィールド酸化
物領域12の上に開口50を有する。次いで、このデバ
イスを希HF溶液(例えば、HF:H2 O=1:10)
中に約2分〜約7分の間浸漬することにより、中間のS
iO2 層44を横方向にエッチングする。After depositing the layers 42, 44, 46 formed in polysilicon form, photolithography is performed to form openings through these three layers in the region where the salicide structure is to be formed. Is provided. In this photolithography, a mask that is the reverse of the conventional first polysilicon mask pattern can be used, so that after exposing and removing the photoresist, the opening through the photoresist forms a salicide structure The layer 46 is left exposed over the area to be intended. Then, for example, the Si 3 N 4 layers 46 and 42
Of using the bra Zuma etching with SF 6 and He in the case, when the SiO 2 layer 44 is CHF 3 and O
Using 2 , layers 42, 44 and 46 are substantially anisotropically etched. After removing the photoresist,
A device as shown in FIG. 8 results, having an opening 48 above the active device region and an opening 50 above the field oxide region 12. The device is then diluted with a dilute HF solution (eg, HF: H 2 O = 1: 10).
Immersion for about 2 minutes to about 7 minutes to provide an intermediate S
The iO 2 layer 44 is laterally etched.
【0026】この結果、開口48内では酸化ケイ素層4
4に横方向にアンダーカット52が形成し、開口50内
では酸化ケイ素層44に横方向にアンダーカット54が
形成する。また、アンダーカットエッチングの結果、パ
ッド酸化物40が希HF溶液に曝された部分で除去され
ると共に、窒化ケイ素層42の下に僅かなアンダーカッ
トが形成する。酸化ケイ素層44のアンダーカットの範
囲によって、形成しようとする付形されたポリシリコン
構体において、この構体に対するポリシリコン突出部の
突出程度が決まる。従って、以下に詳細に説明するよう
に、アンダーカットの範囲によって、デバイスのLDD
ソース/ドレイン領域の強度にドープされた部分の端縁
の位置が確定する。このように、ソース/ドレイン領域
に望ましい特定の構体に従って、アンダーカットの範囲
を望ましく調整することができる。アンダーカット5
2,54の好ましい範囲は約500Å〜約2000Åで
ある。As a result, in the opening 48, the silicon oxide layer 4
4, an undercut 52 is formed in the lateral direction, and an undercut 54 is formed in the silicon oxide layer 44 in the opening 50 in the lateral direction. Also, as a result of the undercut etching, the pad oxide 40 is removed at the portion exposed to the diluted HF solution, and a slight undercut is formed below the silicon nitride layer 42. The extent of undercut of the silicon oxide layer 44 determines the degree of protrusion of the polysilicon projection relative to this shaped polysilicon structure to be formed. Therefore, as described in detail below, the LDD of the device depends on the range of the undercut.
The position of the edge of the heavily doped portion of the source / drain region is determined. Thus, the range of the undercut can be desirably adjusted according to the particular structure desired for the source / drain regions. Undercut 5
A preferred range of 2,54 is from about 500 ° to about 2000 °.
【0027】アンダーカットエッチングを行った後に、
基板10は開口48内で露出する。次いで、ゲート酸化
物層56(図10)を約30Å〜約300Åの厚さまで
従来法で熱成長させる。CVD法によって、ポリシリコ
ンを、第1層42より上まで、一層好ましくは層44よ
り上まで延在するのに充分な深さまで、堆積させる。ポ
リシリコン層の厚さは、代表的な例では、ほぼ3つの層
42,44および46の合計の厚さとする。ポリシリコ
ンはCVD法によってアンダーカット領域52,54
(図9)内に容易に堆積して、図10に示すような付形
されたポリシリコン構体58,60を形成する。CVD
処理中に適当なドーパントを添加することにより、堆積
中にポリシリコン構体をその位置(in situ)でドーピン
グするのが好ましく、あるいはイオン注入によりポリシ
リコン構体を後でドーピングするのが好ましい。次い
で、Si3 N4 層46および42に対しては熱H3 PO
4 、またSiO2 層44に対しては希HF(H2 O中)
溶液のような通常のエッチング剤を使用して積み重なっ
た層42,44および46を除去して、図11に示す構
体を得る。After performing the undercut etching,
The substrate 10 is exposed in the opening 48. The gate oxide layer 56 (FIG. 10) is then thermally grown to a thickness of about 30 ° to about 300 ° in a conventional manner. Polysilicon is deposited by a CVD method to a depth sufficient to extend above first layer 42, more preferably above layer 44. The thickness of the polysilicon layer is typically the combined thickness of approximately three layers 42, 44 and 46. The polysilicon is formed in the undercut regions 52 and 54 by the CVD method.
It is easily deposited in (FIG. 9) to form shaped polysilicon structures 58, 60 as shown in FIG. CVD
Preferably, the polysilicon structure is doped in situ during deposition by adding appropriate dopants during processing, or the polysilicon structure is preferably doped later by ion implantation. Then, for the Si 3 N 4 layers 46 and 42, hot H 3 PO
4 and dilute HF (in H 2 O) for the SiO 2 layer 44
The stacked layers 42, 44 and 46 are removed using a conventional etchant such as a solution to obtain the structure shown in FIG.
【0028】次いで、耐パンチスルーイオン注入を行
い、ソース/ドレイン領域の軽度にドープされた部分を
形成する。これらのイオン注入は、傾斜角度でのイオン
注入中に、ポリシリコン電極58から延在する突出部6
2をマスクとして使用し、自己整列するようにして行
う。注入角度は、基板10の表面の上方に延在する突出
部62の長さおよびイオン注入がポリシリコン電極58
の基部に対して「視線(line of sight)」を有するのに
必要な角度によって、容易に決まる。代表的な例では、
注入角度は約15°〜約60°である。よく知られてい
る方法で、ホウ素、フッ化ホウ素、ヒ素またはリンのイ
オンを、約5〜80KeV のエネルギーで、約5×1012
個/cm2 〜約2×1014個/cm2 のイオンの用量まで注
入することにより、耐パンチスルーイオン注入64およ
び軽度にドープされたドレイン注入66を行う。生成し
た構体を図12に示す。Next, anti-punch through ion implantation is performed to form lightly doped portions of the source / drain regions. These ions are implanted during the ion implantation at an oblique angle, with the protrusions 6 extending from the polysilicon electrode 58.
2 is used as a mask, and the alignment is performed. The implantation angle is determined by the length of the protruding portion 62 extending above the surface of the substrate 10 and the ion implantation by the polysilicon electrode 58.
It is easily determined by the angle required to have a "line of sight" with respect to the base. In a typical example,
The injection angle is between about 15 ° and about 60 °. In a well-known manner, boron, boron fluoride, arsenic or phosphorus ions are converted to about 5 × 10 12 at an energy of about 5 to 80 KeV.
An anti-punch-through ion implant 64 and a lightly doped drain implant 66 are performed by implanting up to a dose of ions per cm 2 to about 2 × 10 14 ions / cm 2 . FIG. 12 shows the generated structure.
【0029】次いで、ポリシリコン電極58から延在す
る突出部62を強度注入用マスクとして使用して、基板
表面に垂直に(すなわち、傾斜角度ではなく)注入する
ことにより、ソース/ドレイン領域の強度にドープされ
た部分を形成する。強度にドープされた領域は、突出部
62の「影(shadow) 」が基板の上に落ちる位置によっ
て決まるので、強度にドープされた領域(図13の6
8)は突出部に自己整列して形成する。代表的な例で
は、ホウ素、フッ化ホウ素、ヒ素、アンチモンまたはリ
ンのイオンを、約5〜200KeV のエネルギーで、約1
×1014個/cm2 〜約1×1016個/cm2 のイオンの用
量まで注入することにより、強度にドープされた領域を
形成する。次いで、生成したデバイスを約800℃〜1
100℃の温度に10秒(RTA、比較的高い温度)〜
60分(比較的低い温度)の間加熱することにより、ソ
ース/ドレイン領域を活性化する。Next, the protrusion 62 extending from the polysilicon electrode 58 is used as a mask for intensity injection, and is vertically (ie, not tilted) implanted into the substrate surface, so that the intensity of the source / drain region is increased. To form a doped portion. The heavily doped region is determined by the location where the "shadow" of the protrusion 62 falls on the substrate, so that the heavily doped region (6 in FIG. 13).
8) is formed to be self-aligned with the protrusion. In a typical example, boron, boron fluoride, arsenic, antimony or phosphorus ions are converted to an energy of about 5-200 KeV for about 1 hour.
A highly doped region is formed by implanting ions up to a dose of about 10 14 ions / cm 2 to about 1 × 10 16 ions / cm 2 . The resulting device is then heated to about 800 ° C.-1
10 seconds at a temperature of 100 ° C (RTA, relatively high temperature)
Heating for 60 minutes (relatively low temperature) activates the source / drain regions.
【0030】次いで、サリサイド構体のケイ化物部分を
形成する。当業界で知られているように、チタン、コバ
ルト、ニッケル、白金およびパラジウムを包含するいく
つかの異なるベース金属を使用して、許容できるケイ化
物層を形成することができる。現時点では、ケイ化チタ
ンが最も広く用いられているが、ケイ化コバルトおよび
ケイ化ニッケルはライン幅の狭いデバイスに望ましい特
性を持っていると考えられる。これらの種々のケイ化物
のそれぞれに特有の処理工程はよく知られており、文献
に報告されている。従って、以下の説明はケイ化チタン
について行うが、他のケイ化物も当業界で知られている
ようにこの処理に使用することができる。Next, a silicide portion of the salicide structure is formed. As is known in the art, several different base metals can be used to form an acceptable silicide layer, including titanium, cobalt, nickel, platinum and palladium. At this time, titanium silicide is the most widely used, but cobalt silicide and nickel silicide are believed to have desirable properties for narrow linewidth devices. The processing steps specific to each of these various silicides are well known and have been reported in the literature. Thus, although the following description is for titanium silicide, other silicides can be used in this process as is known in the art.
【0031】ドーパントを熱活性化した後に、図13に
示すデバイスが得られる。この処理で形成された(熱)
酸化物を、希HF溶液を使用して除去し、次いでケイ化
しようとする金属の薄い層を、物理的蒸着(例えば、ス
パッタリング)法を使用してデバイスの上に堆積させ
る。図示する例では、チタンを約200Å〜800Åの
厚さまで堆積させて、図14に示すように、デバイスの
表面の上に薄い層70を生成する。堆積させる金属の厚
さは、所望の導電性ケイ化チタン層を生成するのに充分
な量の金属を使用して、均一層を形成するのに充分な量
のチタンを堆積させる必要性と、ケイ化された構体の下
に充分な量のケイ素を残す必要性とを、バランスさせる
ことによって決める。ケイ化中のシリコン消費量が多す
ぎると、なかんずく、ソース/ドレイン領域から許容で
きない接合漏洩が生じることがある。図14に示すよう
に、基板がポリシリコン電極58からの突出部62の影
になっている領域では、金属による被覆が不十分であ
る。After thermal activation of the dopant, the device shown in FIG. 13 is obtained. Formed by this process (heat)
The oxide is removed using a dilute HF solution, and then a thin layer of the metal to be silicided is deposited over the device using a physical vapor deposition (eg, sputtering) method. In the example shown, titanium is deposited to a thickness of about 200-800 ° to create a thin layer 70 on the surface of the device, as shown in FIG. The thickness of the metal deposited depends on the need to deposit a sufficient amount of titanium to form a uniform layer, using a sufficient amount of metal to produce the desired conductive titanium silicide layer; The need to leave a sufficient amount of silicon under the silicified structure is determined by balancing. Excessive silicon consumption during silicidation can result, inter alia, in unacceptable junction leakage from the source / drain regions. As shown in FIG. 14, in a region where the substrate is shaded by the protruding portion 62 from the polysilicon electrode 58, the metal coating is insufficient.
【0032】ゲート電極に隣接する金属層70における
不連続部は、架橋(図5に示すような)が起らないこと
を保証する。従って、固有抵抗の低いケイ化チタン相を
生成するのに充分な高い温度で、初期のケイ化を行うこ
とができる。従って、図14のデバイスを約750℃の
温度で約20秒の間迅速熱アニール(RTA)すること
により、ケイ化チタンを形成することができる。次い
で、エッチングにより未反応チタンを除去する。しか
し、この処理中に、可成りの量のケイ素がチタン層70
に沿って移送されることがあり、この結果デバイスの複
数個の部分の上に延在するケイ化チタンストリンガーが
望ましくなく形成する。従って、ケイ化は二工程法で行
うのが好ましいと思われる。これとは無関係に、スパッ
ターされたチタン層における不連続部の存在は、二工程
法において、処理工程に対する温度および他の制御因子
の重要性を小さくする。The discontinuity in the metal layer 70 adjacent to the gate electrode ensures that no bridging (as shown in FIG. 5) occurs. Therefore, the initial silicidation can be performed at a high enough temperature to produce a titanium silicide phase with low resistivity. Thus, titanium silicide can be formed by rapid thermal annealing (RTA) of the device of FIG. 14 at a temperature of about 750 ° C. for about 20 seconds. Next, unreacted titanium is removed by etching. However, during this process, a significant amount of silicon was added to the titanium layer 70.
Along with the resulting undesirable formation of titanium silicide stringers extending over portions of the device. Thus, silicification may be preferably performed in a two-step process. Independently, the presence of discontinuities in the sputtered titanium layer reduces the importance of temperature and other control factors to the processing steps in a two-step process.
【0033】図14の構体には、窒素雰囲気下に第1の
RTAを、好ましくは600〜750℃の範囲内、一層
好ましくは約700℃の温度で、好ましくは10〜12
0秒、一層好ましくは20〜60秒の間施す。ケイ化コ
バルトの場合には、初期のケイ化工程に約500〜60
0℃の温度を使用するのが好ましい。次いで、デバイス
の表面から、窒化チタン、チタン富化ケイ化チタン、酸
化チタンおよび未反応チタンを、NH4 OH,H2 O2
およびH2 O(例えば、1:1:5の比率)の溶液中で
エッチングして、ソース/ドレイン領域の強度にドープ
された部分68の上にケイ化チタン層72を残す。ま
た、ケイ化チタン領域74,76もゲート電極のポリシ
リコン部分58の上および配線ラインのポリシリコン部
分60の上に残る。次いで、残っているケイ化チタン
を、約700℃〜900℃の範囲内の温度で約10〜6
0秒の間RTAを行うことにより、固有抵抗の低い相に
転化させる。第2のRTAは約850℃の温度で約20
秒の間行うのが最も好ましい。The structure of FIG. 14 includes a first RTA under a nitrogen atmosphere, preferably in the range of 600-750 ° C., more preferably at a temperature of about 700 ° C., preferably 10-12 ° C.
It is applied for 0 second, more preferably for 20 to 60 seconds. In the case of cobalt silicide, about 500-60
Preferably, a temperature of 0 ° C. is used. Next, from the surface of the device, titanium nitride, titanium-enriched titanium silicide, titanium oxide, and unreacted titanium were subjected to NH 4 OH, H 2 O 2
And in a solution of H 2 O (eg, in a ratio of 1: 1: 5), leaving a titanium silicide layer 72 over the heavily doped portion 68 of the source / drain regions. Also, the titanium silicide regions 74 and 76 remain on the polysilicon portion 58 of the gate electrode and on the polysilicon portion 60 of the wiring line. The remaining titanium silicide is then reduced to a temperature in the range of about 700C to 900C for about 10-6.
By performing RTA for 0 seconds, the phase is converted to a phase having a low specific resistance. The second RTA is about 20 minutes at a temperature of about 850 ° C.
Most preferably, it takes place for seconds.
【0034】この例では、ケイ化チタン領域74,76
は、従来のサリサイド法におけるより制約が少ない。理
想的なことには、ケイ素が消費される領域にケイ化チタ
ンを垂直方向に圧縮するスペーサ酸化物が存在していな
いために、ケイ化チタンが垂直方向では本質的に制約さ
れていない。従って、ケイ化チタン領域74,76は、
従来のケイ化法(図1〜4に示す)で生じるより著しく
低い応力レベルで形成される。ケイ化チタン層とその下
の(未消費の)ケイ素層との間のミスマッチのために、
ケイ化チタン層には水平方向に沿って応力が導入される
が、生成する構体は当初のケイ化処理後に従来のサリサ
イド処理におけるより著しく低い応力レベルを有する。
従って、第2のRTAは、ケイ化チタンを固有抵抗の低
い好まし相に転化させる可能性も著しく改善する。ケイ
化チタン構体74,76は、ケイ化処理前に存在してい
たケイ素突出部62とほぼ同じ幅(すなわち、約500
Å〜約2000Å)を有する。In this example, the titanium silicide regions 74 and 76
Are less constrained than in the conventional salicide method. Ideally, titanium silicide is essentially unconstrained in the vertical direction because there is no spacer oxide to vertically compress the titanium silicide in areas where silicon is consumed. Therefore, the titanium silicide regions 74 and 76
It is formed at significantly lower stress levels than occurs with conventional silicidation methods (shown in FIGS. 1-4). Due to the mismatch between the titanium silicide layer and the underlying (unconsumed) silicon layer,
Although stress is introduced into the titanium silicide layer along the horizontal direction, the resulting structure has a significantly lower stress level after the initial silicidation than in a conventional salicide treatment.
Thus, the second RTA also significantly improves the possibility of converting titanium silicide to a preferred phase with low resistivity. The titanium silicide structures 74 and 76 have a width substantially equal to the width of the silicon protrusion 62 existing before the silicidation process (ie, about 500 mm).
{Approximately 2000}).
【0035】次の処理では、従来法により、大気圧CV
DSiO2 またはリンホウ酸塩ガラス(borophosphosil
icate glass)(BPSG)のようなインターポリシリコ
ン層またはプリメタル(pre-metal)誘電層を、図15の
構体の上に堆積させる。従って、代表的な例では、CV
DSiO2 またはBPSGは、ポリシリコン電極58
(ケイ化物層74の突出部と基板10との間)の下側側
層に隣接して配置され、またポリシリコン配線ライン6
0(ケイ化物76の突出部とフィールド酸化物12との
間)の下側側壁に隣接して配置される。所要に応じて、
CVDSiO2 またはBPSGを下方に貫通してケイ化
物領域まで延在する通路(via)を形成して、ポリシリコ
ンまたは金属の接点、および第1金属または第2ポリシ
リコンの配線ラインおよび相互接続部を形成する。残り
の構体および処理は従来通りであるので、説明を省略す
る。ゲート電極、配線ラインおよび基板のケイ化された
領域の形状は、ある場合には、サリサイド構体の頂部上
に形成された耐熱金属または金属窒化物のような導電材
料の追加の層を有していることがある。In the next process, the atmospheric pressure CV
DSiO 2 or borophosphosil glass
An interpolysilicon layer such as icate glass (BPSG) or a pre-metal dielectric layer is deposited on the structure of FIG. Therefore, in a typical example, CV
DSiO 2 or BPSG is a polysilicon electrode 58
(Between the protruding portion of the silicide layer 74 and the substrate 10) and adjacent to the lower layer.
0 (between the protrusion of the silicide 76 and the field oxide 12). If necessary,
CVD SiO 2 or BPSG the through downward to form a passage (Via) extending to a silicide region, polysilicon or metal contact, and the wiring lines and interconnects of the first metal or the second polysilicon Form. The rest of the structure and processing are the same as in the prior art, and a description thereof will be omitted. The shape of the gate electrodes, wiring lines and silicified regions of the substrate may, in some cases, have an additional layer of conductive material such as a refractory metal or metal nitride formed on top of the salicide structure. May be.
【0036】本発明をある好適例について説明した。し
かし、本発明はここに記載した特定の例に限定されず、
請求の範囲に含まれるような変更を包含するものであ
る。The invention has been described with reference to certain preferred embodiments. However, the invention is not limited to the specific examples described herein,
It is intended to cover such modifications as fall within the scope of the claims.
【図1】従来方法によってサリサイド構体を製造する処
理工程の第1段階を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a first stage of a processing step of manufacturing a salicide structure by a conventional method.
【図2】従来方法によってサリサイド構体を製造する処
理工程の第2段階を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a second stage of a processing step of manufacturing a salicide structure by a conventional method.
【図3】従来方法によってサリサイド構体を製造する処
理工程の第3段階を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a third stage of a processing step of manufacturing a salicide structure by a conventional method.
【図4】従来方法によってサリサイド構体を製造する処
理工程の第4段階を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a fourth stage of a processing step of manufacturing a salicide structure by a conventional method.
【図5】トランジスタの上に形成され、トランジスタの
ゲートをドレインに短絡させるストリンガーを示す説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a stringer formed on a transistor and short-circuiting a gate of the transistor to a drain.
【図6】許容できるサリサイド構体を製造する際の困難
な点を示すための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing difficult points in manufacturing an acceptable salicide structure.
【図7】本発明方法によってサリサイド構体が組み込ま
れているMOSデバイスを製造する製造工程の第1段階
を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a first stage of a manufacturing process for manufacturing a MOS device incorporating a salicide structure according to the method of the present invention.
【図8】本発明方法によってサリサイド構体が組み込ま
れているMOSデバイスを製造する製造工程の第2段階
を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing a second stage of a manufacturing process for manufacturing a MOS device incorporating a salicide structure according to the method of the present invention.
【図9】本発明方法によってサリサイド構体が組み込ま
れているMOSデバイスを製造する製造工程の第3段階
を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing a third stage of the manufacturing process for manufacturing a MOS device incorporating a salicide structure according to the method of the present invention.
【図10】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第4段
階を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a fourth step of the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
【図11】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第5段
階を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory view showing a fifth step of the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
【図12】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第6段
階を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory view showing a sixth step of the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
【図13】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第7段
階を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory view showing a seventh step in the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
【図14】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第8段
階を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory view showing an eighth step of the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
【図15】本発明方法によってサリサイド構体が組み込
まれているMOSデバイスを製造する製造工程の第9段
階を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory view showing a ninth stage of the manufacturing process for manufacturing the MOS device incorporating the salicide structure according to the method of the present invention.
10 P形基板 12 フィールド酸化物領域 14 ゲート酸化物層 16 ポリシリコンゲート電極 18 ポリシリコン配線ライン 20 ドープされたソース/ドレイン領域(LDDソース
/ドレイン領域) 22 スペーサ酸化物領域(ゲート酸化物スペーサ) 24 スペーサ領域 26 チタン層 30 ケイ化チタン層(ゲートケイ化物層) 32 ケイ化チタン層 34 ケイ化チタン領域(ソース/ドレインケイ化物領
域) 36 ストリンガー 38 ケイ化チタン構体 40 パッド酸化物 42 窒化ケイ素Si3 N4 層(第1層) 44 酸化ケイ素SiO2 層 46 第2窒化ケイ素Si3 N4 層 48 開口 50 開口 52 アンダーカット(アンダーカット領域) 54 アンダーカット(アンダーカット領域) 56 ゲート酸化物層 58,60 付形されたポリシリコン構体(ポリシリコン電
極、ポリシリコン部分) 62 突出部 64 耐アンチスルーイオン注入 66 軽度にドープされたドレイン注入 68 強度にドープされた領域(強度にドープされた部
分) 70 薄い層(金属層、チタン層) 72 ケイ化チタン層 74,76 ケイ化チタン領域10 P-type substrate 12 Field oxide region 14 Gate oxide layer 16 Polysilicon gate electrode 18 Polysilicon wiring line 20 Doped source / drain region (LDD source / drain region) 22 Spacer oxide region (Gate oxide spacer) 24 Spacer region 26 Titanium layer 30 Titanium silicide layer (gate silicide layer) 32 Titanium silicide layer 34 Titanium silicide region (source / drain silicide region) 36 Stringer 38 Titanium silicide structure 40 Pad oxide 42 Silicon nitride Si 3 N 4 layer (first layer) 44 Silicon oxide SiO 2 layer 46 Second silicon nitride Si 3 N 4 layer 48 Opening 50 Opening 52 Undercut (undercut area) 54 Undercut (undercut area) 56 Gate oxide layer 58 , 60 Shaped polysilicon structure (polysilicon electrode, polysilicon part) 62 Protrusion 64 Anti-anti Ruion injected 66 doped drain implant 68 intensities lightly doped region (doped portion strength) 70 thin layer (metal layer, a titanium layer) 72 titanium silicide layer 74 titanium silicide region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−26133(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/28 301 H01L 21/3205 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-26133 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/28 301 H01L 21 / 3205 H01L 21/336
Claims (7)
イスを製造するに当たり、 半導体基板の上に絶縁体を形成し; 前記絶縁体の上に第1マスク材料層を堆積させ、該第1
マスク材料層の上に第2マスク材料層を堆積させ; 前記第1および第2のマスク材料層の一部分を除去する
ことにより開口を形成し; 前記第2マスク材料層を横方向にエッチングして、前記
第2マスク材料層における開口を前記第1マスク材料層
における開口より幅広にし; 前記開口内にポリシリコンを堆積させ; 前記第1および第2のマスク材料層を除去することによ
り前記半導体基板の上方で横方向に延在する突出部を有
する付形されたポリシリコン電極を、前記絶縁体の上に
形成し; LDDソース/ドレイン領域のドーパント分布を画成す
るためのイオン注入用マスクとして、前記付形されたポ
リシリコン電極の突出部を使用して、前記付形されたポ
リシリコン電極の両側において、前記半導体基板内に、
イオン注入によりLDDソース/ドレイン領域を形成
し; 前記付形されたポリシリコン電極の上に金属ケイ化物層
を形成することにより、前記MOSトランジスタを生成
することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。In manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor, an insulator is formed on a semiconductor substrate; a first mask material layer is deposited on the insulator;
Depositing a second mask material layer over the mask material layer; forming an opening by removing a portion of the first and second mask material layers; laterally etching the second mask material layer Making the openings in the second mask material layer wider than the openings in the first mask material layer; depositing polysilicon in the openings; removing the first and second mask material layers to remove the semiconductor substrate. Forming a shaped polysilicon electrode with protrusions extending laterally above the insulator; as an ion implantation mask for defining dopant distribution in LDD source / drain regions Using the protrusions of the shaped polysilicon electrode, on both sides of the shaped polysilicon electrode, in the semiconductor substrate,
Forming a LDD source / drain region by ion implantation; and forming the MOS transistor by forming a metal silicide layer on the shaped polysilicon electrode.
2マスク材料層の上に第3マスク材料層を堆積させるこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。2. The method of claim 1, wherein a third layer of mask material is deposited over the second layer of mask material prior to the step of forming the opening.
じ材料から形成することを特徴とする請求項2記載の方
法。3. The method of claim 2, wherein said first and second mask material layers are formed from the same material.
有することを特徴とする請求項3記載の方法。4. The method of claim 3, wherein said second mask material layer contains silicon oxide.
積させ、その位置でドープすることを特徴とする請求項
2記載の方法。5. The method according to claim 2, wherein the polysilicon is deposited by chemical vapor deposition and is doped in place.
いて、 生成した半導体デバイスの上に金属層を堆積させ; この半導体デバイスをアニールして付形されたポリシリ
コン電極の上に金属ケイ化物を形成し; この半導体デバイスから未反応金属をエッチング除去す
ることを特徴とする請求項1記載の方法。6. The step of forming a metal silicide layer, comprising: depositing a metal layer on the resulting semiconductor device; annealing the semiconductor device to form a metal silicide on the shaped polysilicon electrode. The method of claim 1 wherein said forming comprises etching away unreacted metal from said semiconductor device.
ニッケル白金およびパラジウムからなる群から選択する
ことを特徴とする請求項6記載の方法。7. The metal to be deposited is titanium, cobalt,
7. The method of claim 6, wherein the method is selected from the group consisting of nickel platinum and palladium.
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---|---|---|---|
JP9059186A JP3040960B2 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Method for manufacturing semiconductor device |
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JPH10256543A JPH10256543A (en) | 1998-09-25 |
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JP9059186A Expired - Lifetime JP3040960B2 (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3040960B2 (en) |
-
1997
- 1997-03-13 JP JP9059186A patent/JP3040960B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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