JP3104322B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3104322B2 JP03234252A JP23425291A JP3104322B2 JP 3104322 B2 JP3104322 B2 JP 3104322B2 JP 03234252 A JP03234252 A JP 03234252A JP 23425291 A JP23425291 A JP 23425291A JP 3104322 B2 JP3104322 B2 JP 3104322B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
自己整合シリサイド構造を有するMOS型電界効果トラ
ンジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MOS field effect transistor having a self-aligned silicide structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、特にMOS
トランジスタでは、短チャネル化のためソース・ドレイ
ン拡散層の浅接合化が必要とされている。ところが、接
合深さが浅くなるに従い、層抵抗の増大が装置の性能を
制限する大きな要因となっている。この問題を解決する
方法として、ソース・ドレイン拡散層表面に自己整合的
にチタン(Ti),コバルト(Co),タンタル(T
a)等の金属硅化物(シリサイド)を形成し、これによ
り拡散層抵抗を減らす構造が採用され始めている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of semiconductor devices, especially MOS
In a transistor, a shallow junction of a source / drain diffusion layer is required for a short channel. However, as the junction depth becomes shallower, the increase in layer resistance is a major factor limiting the performance of the device. As a method for solving this problem, titanium (Ti), cobalt (Co), and tantalum (T
Structures that form metal silicide (silicide) such as a) and thereby reduce the resistance of the diffusion layer have begun to be adopted.

【0003】この構造は、例えば、図4に示すように、
P型シリコン基板1上のフィールド酸化膜2で分離され
た活性領域に、ゲート酸化膜3を介して多結晶シリコン
のゲート電極4が形成され、ゲート電極4の側壁には絶
縁膜のサイドウォール6が形成されている。N- 層17
とN+ 層18で構成されたソース・ドレイン上に、例え
ばチタン・シリサイド(TiSi2)層9が形成されて
いる。この際、ゲート電極の多結晶シリコン4の表面上
にもチタン・シリサイド層9aが形成される。上記自己
整合シリサイド層9の形成方法は、例えば、アイ・イー
・イー・イー,トランザクション・オブ・エレクトロン
・デバイシズ,第イーディー32巻,141ページ(1
985年)にアルペリンら(M.Alperin,el
al.,IEEE Transaction of E
lectron Devices,vol.ED−3
2,p141,1985)に詳述されている。上述した
自己整合シリサイド層9の層抵抗は、数Ω/□という低
い層抵抗を示し、浅接合化による拡散層抵抗の増大を避
けることが可能となる。
This structure is, for example, as shown in FIG.
A polycrystalline silicon gate electrode 4 is formed on a P-type silicon substrate 1 in an active region separated by a field oxide film 2 with a gate oxide film 3 interposed therebetween. Are formed. N - layer 17
For example, a titanium silicide (TiSi 2 ) layer 9 is formed on the source / drain constituted by the N + layer 18. At this time, a titanium silicide layer 9a is also formed on the surface of polycrystalline silicon 4 of the gate electrode. The method of forming the self-aligned silicide layer 9 is described in, for example, IEE, Transaction of Electron Devices, Vol.
985), M. Alperin, el.
al. , IEEE Transaction of E
Electron Devices, vol. ED-3
2, p 141, 1985). The layer resistance of the self-aligned silicide layer 9 described above shows a low layer resistance of several Ω / □, and it is possible to avoid an increase in diffusion layer resistance due to a shallow junction.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の微細化には金属配線の微細化も重要である。高密度微
細配線の実現には、基板表面の凹凸を極力減らし、段差
部での配線切れ,配線間の短絡等を防ぐ必要がある。従
来、ゲート電極と金属配線間の層間絶縁膜には、PSG
あるいはBPSG等の熱溶融性絶縁膜が用いられ、この
膜を900℃〜1000℃の高温で熱処理してリフロー
させることにより、基板表面の平坦化を行なっている。
ところが、前述のソース・ドレイン表面上に金属シリサ
イド層を形成した構造では、この高温リフロー工程にお
いて、ソース・ドレイン拡散層,特にP+ 拡散層のドー
パント不純物であるボロン(B)がシリサイド中の固溶
度が著しく高いため、シリコン側からシリサイド層内へ
再拡散し、シリサイド/シリコン界面のボロン濃度が減
少する。このためシリサイド/シリコン接触部での寄生
抵抗が増大し、トランジスタ特性が劣化するという問題
が生じる。上述の問題を回避するためには、シリサイド
形成後の熱処理温度を下げれば良いが、層間膜のリフロ
ー性が低下し、平坦性が悪化する。
By the way, miniaturization of metal wiring is also important for miniaturization of semiconductor devices. In order to realize high-density fine wiring, it is necessary to reduce unevenness on the surface of the substrate as much as possible and to prevent disconnection of wiring at a step portion, short-circuit between wirings, and the like. Conventionally, PSG is used as an interlayer insulating film between a gate electrode and a metal wiring.
Alternatively, a heat-meltable insulating film such as BPSG is used, and this film is heat-treated at a high temperature of 900 ° C. to 1000 ° C. and reflowed to planarize the substrate surface.
However, in the above-described structure in which the metal silicide layer is formed on the source / drain surfaces, in this high-temperature reflow step, boron (B), which is a dopant impurity of the source / drain diffusion layer, particularly the P + diffusion layer, is solidified in the silicide. Since the solubility is remarkably high, it re-diffuses from the silicon side into the silicide layer, and the boron concentration at the silicide / silicon interface decreases. For this reason, there arises a problem that the parasitic resistance at the silicide / silicon contact portion increases and the transistor characteristics deteriorate. In order to avoid the above problem, the heat treatment temperature after silicide formation may be lowered, but the reflow property of the interlayer film is reduced and the flatness is deteriorated.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ソース・ドレイン拡散層上に自己整合シリサイド層を有
するCMOSトランジスタが形成され、かつPチャネ
ルMOSトランジスタの上記シリサイド層上に直接B
SG膜が形成され、NチャネルMOSトランジスタの上
記シリサイド層上は直接BSG膜により覆われない構造
とすること特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
CMOS transistors with self-aligned silicide layer is formed on the source and drain diffusion layer, and directly on the silicide layer of the P-channel MOS transistor B
An SG film is formed on the N-channel MOS transistor
The silicide layer is not directly covered with the BSG film .

【0006】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の関連技術による半導体チップの断面
図である。N型シリコン基板20上に素子分離のための
厚いフィールド酸化膜2が例えは選択酸化膜により0.
4〜1.0μm形成され、ゲート酸化膜3を介して多結
晶シリコン4およびタングステン・シリサイド(WSi
X )5がそれぞれ100〜200nm程度順次堆積さ
れ、この2層膜をパターニングしたゲート電極が形成さ
れている。ゲート電極の側面には、例えば酸化膜のサイ
ドウォール6が形成されている。また、ゲート電極に対
して自己整合してP- 層7,サイドウォールに自己整合
してP+ 層8が形成されており、さらに、MOSトラン
ジスタのソース・ドレインを形成するP+ シリコン層の
表面にシリサイド層9が形成されている。そして、この
シリサイド層9に接してBSG膜12が100〜500
nm堆積され、次いでBPSG膜13を300〜500
nm程度成長して、熱処理によるBPSG膜13のリフ
ローを行なったものである。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip according to the related art of the present invention. A thick field oxide film 2 for element isolation is formed on an N-type silicon substrate 20 by a selective oxide film.
Formed to a thickness of 4 to 1.0 μm, and through a gate oxide film 3, polycrystalline silicon 4 and tungsten silicide (WSi
X ) 5 are sequentially deposited in a thickness of about 100 to 200 nm, and a gate electrode is formed by patterning this two-layer film. On the side surface of the gate electrode, for example, a sidewall 6 of an oxide film is formed. Further, a P layer 7 is formed in self-alignment with the gate electrode, and a P + layer 8 is formed in self alignment with the side wall. Further, the surface of the P + silicon layer forming the source and drain of the MOS transistor is formed. , A silicide layer 9 is formed. Then, the BSG film 12 is in contact with the silicide
nm and then a BPSG film 13 of 300-500
The BPSG film 13 is grown by about nm and reflowed by heat treatment.

【0007】図2は、本発明の一実施例を示す半導体チ
ップの断面図である。本実施例では、P型シリコン基板
1上にN型の半導体層(Nウェル)10が形成され、両
導電型の半導体層上にMOSトランジスタが形成された
いわゆる相補型の半導体装置を示している。本実施例で
は、ゲート酸化膜3を介して、多結晶シリコンをパター
ニングして形成されたゲート電極用の多結晶シリコン4
を有し、このゲート電極の側壁に酸化膜サイドウォール
6が形成され、ゲート電極上面,ソース・ドレイン拡散
層表面には同時にシリサイド層9a,9が形成されてい
る。Nチャネル側のソース・ドレイン拡散層上はCVD
SiO2 膜11を介してBSG膜12が、Pチャネル側
のソース・ドレイン拡散層上はBSG膜12が直接接し
て成長されている。BSG膜12上にはBPSG膜13
が堆積され、リフローを行なったものである。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor chip showing one embodiment of the present invention. This embodiment shows a so-called complementary semiconductor device in which an N-type semiconductor layer (N-well) 10 is formed on a P-type silicon substrate 1 and MOS transistors are formed on both conductive semiconductor layers. . In the present embodiment, a gate electrode polycrystalline silicon 4 formed by patterning polycrystalline silicon through a gate oxide film 3 is formed.
An oxide film sidewall 6 is formed on the side wall of the gate electrode, and silicide layers 9a and 9 are simultaneously formed on the upper surface of the gate electrode and the surfaces of the source / drain diffusion layers. CVD on source / drain diffusion layer on N channel side
The BSG film 12 is grown via the SiO 2 film 11, and the BSG film 12 is grown directly on the source / drain diffusion layer on the P channel side. BPSG film 13 on BSG film 12
Are deposited and reflowed.

【0008】以下、図3を用いて、本実施例の製造方法
を説明する。P型シリコン基板1上にNウェル領域10
を形成し、素子分離のためのフィールド酸化膜2を0.
4〜1.0μm形成し、ゲート酸化膜3を介して多結晶
シリコン膜を100〜400nmCVD法で堆積し、こ
れを通常のフォトリソグラフィ,異方性エッチングを用
いてパターニングしてゲート電極用の多結晶シリコン4
を形成する工程は、従来の公知技術と同様である。その
後、図3(a)に示すように、両導電型半導体領域にそ
れぞれゲート電極に自己整合して、N型形成領域にはリ
ン,P型形成領域にはボロンをイオン注入してN- 層1
7,P-層7を形成し、続いて、基板全面にCVD法で
SiO2 膜を100〜300nm成長した後、これを異
方性の選択エッチによりエッチバックして、ゲート電極
用の多結晶シリコン4の側面にサイドウォール6を形成
する。
Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. N-well region 10 on P-type silicon substrate 1
Is formed, and the field oxide film 2 for element isolation is set to 0.
A polycrystalline silicon film having a thickness of 4 to 1.0 μm is deposited via a gate oxide film 3 by a 100 to 400 nm CVD method, and this is patterned using ordinary photolithography and anisotropic etching to form a polycrystalline silicon film. Crystalline silicon 4
Is formed in the same manner as in the related art. Thereafter, as shown in FIG. 3 (a), respectively two conductive type semiconductor region by self-alignment with the gate electrode, the N-type forming region phosphorus, and boron ions are implanted in the P-forming region N - layer 1
7, a P layer 7 is formed, and then a SiO 2 film is grown on the entire surface of the substrate by a CVD method to a thickness of 100 to 300 nm. A sidewall 6 is formed on a side surface of the silicon 4.

【0009】次に、両導電型半導体領域にそれぞれヒ素
(As),フッ化ボロン(BF2 )等をイオン注入し
て、N+ 層18,P+ 層8を形成した後、半導体基板上
にチタン(Ti)を50〜200nmスパッタ等を用い
て堆積し、熱処理を行なって両ソース・ドレイン拡散層
上および多結晶シリコン4上に露出したシリコンとの反
応を行なわせて、チタンシリサイド(TiSi2 )層9
a,9を形成する。そして、未反応のTiを選択的にウ
ェットエッチし、図3(b)の構造を得る。
Next, arsenic (As), boron fluoride (BF 2 ) and the like are ion-implanted into the both conductivity type semiconductor regions to form an N + layer 18 and a P + layer 8, and then the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate. Titanium (Ti) is deposited using 50 to 200 nm sputtering or the like, and is subjected to a heat treatment to cause a reaction with silicon exposed on both the source / drain diffusion layers and the polycrystalline silicon 4 to form titanium silicide (TiSi 2). ) Layer 9
a, 9 are formed. Then, unreacted Ti is selectively wet-etched to obtain the structure shown in FIG.

【0010】次に、基板全面にCVD法でSiO2 膜1
1を50〜200nm堆積し、図3(c)に示すよう
に、Nタネル側をフォトレジスト15等を用いてマスク
する。このフォトレジスト15を用いてPチャネル側の
SiO2 膜11を選択的にエッチングする。この際、上
述のフォトレジスト15を用いて、Pチャネル側のみに
ボロン(B)等のP型不純物をシリサイド層9中にイオ
ン注入しても良い。
Next, a SiO 2 film 1 is formed on the entire surface of the substrate by the CVD method.
3 is deposited to a thickness of 50 to 200 nm, and the N-tunnel side is masked using a photoresist 15 or the like as shown in FIG. Using this photoresist 15, the SiO 2 film 11 on the P channel side is selectively etched. At this time, a P-type impurity such as boron (B) may be ion-implanted into the silicide layer 9 only on the P-channel side by using the photoresist 15 described above.

【0011】次に、フォトレジスト15を除去した後、
図3(d)に示すように、基板全面にCVD法等により
BSG膜12を100〜300nm成長する。さらに、
BPSG膜を300〜600nm成長し、800℃〜9
00℃のリフローを行なって図2の構造を得る。
Next, after removing the photoresist 15,
As shown in FIG. 3D, a BSG film 12 is grown to a thickness of 100 to 300 nm over the entire surface of the substrate by a CVD method or the like. further,
A BPSG film is grown at 300 to 600 nm,
The structure shown in FIG. 2 is obtained by performing reflow at 00 ° C.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ソース・
ドレイン拡散層上に自己整合してシリサイド層が形成さ
れた構造を有する半導体装置において、Pチャネルのソ
ース・ドレイン拡散層ではシリサイド層上に直接BSG
膜を形成し、その上に熱溶融性の層間絶縁膜を成長した
構造とすることにより、層間膜の高温リフローの際にB
SG膜からボロンがシリサイド層に十分供給されるた
め、P+ シリコン層からのボロンの再分布が抑制され
る。これにより、PチャネルMOSトランジスタの性能
を劣化させることなく、層間絶縁膜の平坦化を行なうこ
とが可能となるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, the source
In a semiconductor device having a structure in which a silicide layer is formed in a self-alignment manner on a drain diffusion layer, in a P-channel source / drain diffusion layer, BSG is directly formed on the silicide layer.
By forming a film and forming a thermally fusible interlayer insulating film on the film, B
Since boron is sufficiently supplied from the SG film to the silicide layer, redistribution of boron from the P + silicon layer is suppressed. Thereby, there is an effect that the interlayer insulating film can be flattened without deteriorating the performance of the P-channel MOS transistor.

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

【図1】本発明の関連技術による半導体チップの断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip according to a related technique of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の上記一実施例の製造方法の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.

【図4】従来の半導体装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極用の多結晶シリコン 7 P- 層 8 P+ 層 9,9a チタン・シリサイド層 12 BPSG膜 20 P型シリコン基板Reference Signs List 3 gate oxide film 4 polycrystalline silicon for gate electrode 7 P layer 8 P + layer 9, 9a titanium silicide layer 12 BPSG film 20 P-type silicon substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 301 H01L 21/28 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 301 H01L 21/28 H01L 21/336

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上にN型半導体層領域とP型
半導体層領域を有し、前記各半導体層領域上に金属シリ
サイド層が表面に形成されたP型ソース・ドレイン拡散
層,N型ソース・ドレイン拡散層をそれぞれ有する半導
体装置において、 前記P型ソース・ドレイン拡散層上の前記金属シリサイ
ド層表面には、ボロンシリケートガラス膜が直接堆積さ
れており、 前記N型ソース・ドレイン拡散層上の前記金属シリサイ
ド層表面には、直接前記ボロンシリケートガラス膜が接
しない構造になっていることを特徴とする半導体装置。
An N-type semiconductor layer region and a P-type semiconductor layer are formed on a semiconductor substrate.
A semiconductor layer region; and a metal silicon layer on each of the semiconductor layer regions.
P-type source / drain diffusion with side layer formed on the surface
Semiconductor having respective N-type source / drain diffusion layers
In the semiconductor device, the metal silicide on the P-type source / drain diffusion layer
Boron silicate glass film is directly deposited on the
The metal silicide on the N-type source / drain diffusion layer.
The boron silicate glass film directly contacts the surface of the oxide layer.
A semiconductor device characterized in that it has a structure that does not.
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