JP3641878B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【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係り,特に,シリコン(Si)基板やポリシリコン層に自己整合的に且つ少ないシリコン消費量で低抵抗のシリサイド電極を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
集積回路等の半導体装置の高性能化にともない,低抵抗の電極形成技術としてコバルト,チタン等の遷移金属を用いたシリサイド電極が用いられている。
【0003】
この技術を用いたMOS FET の従来例を図5,図6を用いて説明する。
図5(a) 〜(c) ,図6(d) 〜(e) は従来例1の説明図である。
図5(a) において,p型シリコン(p-Si)基板301 上にフィールド酸化膜302 を形成し,素子形成領域上に熱酸化によりゲート酸化膜303 を形成する。
【0004】
次いで, ポリシリコン膜304 を堆積し,加熱により表面に熱酸化膜305 を形成する。
図5(b) において,フオトリソグラフィ技術を用いて, ゲート電極 Gを形成し,イオン注入してソース領域306,ドレイン領域307 を形成する。
【0005】
図5(c) において,ソース領域306,ドレイン領域 307及びゲート電極 Gに電極形成用の窓308 を上開け, 基板上全面にコバルト, チタン等の遷移金属膜309 を堆積する。
【0006】
図6(d) において,基板を加熱して窓308 の領域の金属とシリコンを反応させて金属シリサイド層310 を形成する。ここで, 金属シリサイド層は, 例えば CoSi2(90〜150 μΩ-cm), C54 相TiSi2(60〜70μΩ-cm)である。
【0007】
図6(e) において,窓308 以外の領域の未反応の金属をエッチングして除去し,上記の加熱よりも高い温度で再度加熱し, 金属シリサイドをより低抵抗のシリサイドにする。この例では,CoSi (15〜20μΩ-cm), C49 相TiSi2(10〜15 μΩ-cm)である。
【0008】
この方法において,金属シリサイドが形成される際には, 金属の膜厚に比例した量のシリコン(Si)を消費し,消費された深さまでシリサイド/シリコンの境界がシリコン中に浸入する。この際の浸入深さは金属によって異なり,コバルトシリサイドの場合コバルト膜の厚さの3.58倍, チタンシリサイドの場合はチタン膜の厚さの2.28倍である。コバルトシリサイドの場合は電極の線幅が 1μm以下になっても抵抗が増加しない特徴を持つが, 浸入深さはチタンシリサイドの場合に比べて大きいという欠点を持つ。
【0009】
この方法では,純金属を堆積しているが, 特開平07-153717 号公報に, 純金属膜の代わりに金属とシリコンを同時に堆積し,両者が膜中で混合した膜 (金属:シリコン=1:0.25〜1:0.75 )を堆積して加熱を行うことにより, 下地シリコンの消費量を減少させて浸入深さを小さくしている例が開示されている。次に,図7を用いてこの例を説明する。
【0010】
図7(a) 〜(d) は従来例2の説明図である。
図7(a) において,半導体装置基板401 の酸化膜に覆われた部分401Aとシリコンが露出した部分401Bを覆って, 金属とシリコンを同時に堆積し両者が膜中で混合した膜 (金属:シリコン=1:0.25〜1:0.75 )を形成する。
【0011】
図7(b) において,基板を加熱すると, 酸化膜に覆われた部分401Aでは膜中のシリコンだけが金属と反応するため,シリコン比率の小さいシリサイド層403 が形成され,一方, シリコンが露出した部分401Bでは下地シリコンからもシリコンが供給されるためシリコン比率の大きいシリサイド層404 が形成される。
【0012】
図7(c) において,シリコン比率の小さいシリサイド層403 だけがエッチングされ,シリコン比率の大きいシリサイド層404 がエッチングされないエッチャントを用いてシリコン比率の小さいシリサイド層403 だけを選択的に除去する。
【0013】
図7(d) において,前記加熱よりも高温で第2の加熱を行い,シリサイド層40 4がさらに大きなシリコン比率を持つシリサイド層405 に変えて低抵抗のシリサイド電極を形成する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
MOS FET 集積回路の集積度が上がるにつれ,電極寸法は微細化し,ソース, ドレイン電極の幅は 0.5μm以下となってきた。また,パターンの微細化にともなってソース, ドレインの不純物拡散層の深さも浅くなっている。このような微細寸法で浅い拡散層に対する電極であっても, その抵抗は集積度の低かった素子と同程度に維持しなければ,処理速度の向上は望めない。つまり,電極幅が減った分, その厚さを大きくする必要がある。
【0015】
本発明は,シリサイド電極を形成する際にシリサイドの浸入深さを小さくし,しかも低抵抗化してデバイスの高集積化と高速化を図ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は,
1)シリコン層を有する基板上に該シリコン層が露出した領域を有する絶縁膜を形成する第1工程と,該露出したと該絶縁膜を含む該基板上に,金属膜を被着する第2工程と, 該金属膜の上に元素比率で金属:シリコン=2:1よりもシリコン比率が小さくなる膜厚でシリコン膜を被着する第3工程と,該シリコン基板を加熱して,該シリコンが露出した領域にはシリコン比率の大きい金属シリサイド層を形成し,該酸化シリコン膜で覆われた領域にはシリコン比率の小さい金属シリサイド層を形成する第4工程と,該シリコン比率の小さい金属シリサイド層を選択的に除去する第5工程とを含む半導体装置の製造方法,あるいは
2)前記第2,第3工程を複数回行う前記1記載の半導体装置の製造方法,あるいは
3)前記第4工程の後に,該第4工程の加熱よりも高温で加熱を行う前記1記載の半導体装置の製造方法,あるいは
4)前記金属膜は遷移金属膜であることを特徴とする前記1記載の半導体装置の製造方法により達成される。
【0017】
本発明では,遷移金属をシリコンと反応させてシリサイドを形成する際に, 予め金属膜上にシリコン膜を堆積し,シリサイド形成に必要なシリコンを下地シリコンからだけではなく金属膜上のシリコン膜からも供給し,金属とその上のシリコン膜との比を制御することにより,自己整合的に且つ少ない下地シリコンの消費量で低抵抗の金属シリサイド電極を形成している。
【0018】
図1(a) 〜(e) は本発明の原理説明図である。
図1(a) において,半導体基板101 の酸化膜に覆われた部分101Aとシリコンが露出した部分101Bを覆って, 金属膜102 を堆積し,その上にシリコン膜103 を堆積する。この際,シリコン膜103 の厚さは金属膜102 との元素比で1/2 より小さくなるように決める。
【0019】
図1(b),(c) において,基板を加熱すると, 酸化膜に覆われた部分101Aでは膜中のシリコンだけが金属と反応するため,金属:シリコン=2:1 よりもシリコン比率の小さいシリサイド層104 が形成される。一方, シリコンが露出した部分101Bでは下地シリコンからもシリコンが供給されるため金属:シリコン=2:1 よりもシリコン比率の大きいシリサイド層105 が形成される。
【0020】
図1(d) において,シリコン比率の小さいシリサイド層104 だけがエッチングされ,シリコン比率の大きいシリサイド層105 がエッチングされないエッチャントを用いてシリコン比率の小さいシリサイド層104 だけを選択的に除去する。
【0021】
図1(e) において,前記加熱よりも高温で第2の加熱を行い,シリサイド層 105 がさらに大きなシリコン比率を持つシリサイド層106 に変えて低抵抗のシリサイド電極を形成する。
【0022】
本発明の作用について説明する。
金属シリサイド, 特にコバルトシリサイド形成の際に, シリサイド層が下地シリコン内部に深く浸入する深さは金属に固有のものであるから,浸入深さを少なくするためには金属膜の膜厚を薄くするより他に方法がなかった。これに対して本発明では,シリコンの供給源として金属膜上にシリコン膜を堆積し,下地シリコンの消費量を減少させることにより浸入深さを減少させている。
【0023】
これにより,集積度の向上にともないソース, ドレインの不純物拡散層が浅くなり,それにともなってシリサイド層も薄く即ち金属層も薄くする必要がある場合でも, 浅い下地の不純物拡散層を突き抜けることなく, 金属層の厚さを維持して電極の低抵抗化が達成できる。
【0024】
ここで,金属膜上のシリコン膜が厚いほどシリサイド層の浸入は少なくなるが,フィールド酸化膜上に形成されるシリサイドがシリコンリッチになって, シリコン基板上のシリサイドと選択エッチングができなくなり, 自己整合的にシリコン基板上にシリサイドの形成ができなくなる。
【0025】
このために, 本発明ではシリコン膜の膜厚を元素比で金属:シリコン=2:1よりも小さく抑えることで, 選択エッチングを可能としている。
実験結果によると,シリサイドを第2の加熱で形成した最終段階において,シリサイドの浸入距離の減少は金属:シリコン=2:1で最大となり,浸入距離は従来の3/4 となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を遷移金属としてコバルトを用いたnチャネルMOS FET について説明する。
【0027】
図2(a) 〜(c) ,図3(d) 〜(F) ,図4(g) 〜(i) は本発明の実施の形態の説明図である。
図2(a) において,p-Si基板201 上にフィールド酸化膜202 を形成し,素子形成領域上に熱酸化により厚さ50Åのゲート酸化膜203 を形成する。
【0028】
次いで, 基板上全面にりん濃度1020cm-3以上の, 例えば 1×1021cm-3のポリシリコン膜204を堆積し,加熱により表面を熱酸化膜205 を形成する。
図2(b) において,フオトリソグラフィ技術を用いて, ゲート電極 Gを形成し,砒素 (As) をイオン注入してソース領域206,ドレイン領域207 を形成する。
【0029】
図2(c) において,気相成長(CVD) 法により,基板上全面に二酸化シリコン (SiO2)膜208 を堆積する。
図3(d) において,反応性イオンエッチング(RIE) 法またはスパッタn型法等の異方性エッチングにより, SiO2膜208 をエッチングしてゲート電極の側面にのみ残るようにする。
【0030】
図3(e) において,酸処理を行って表面を洗浄した後, ゲート電極のポリシリコン膜204,ソース領域206,ドレイン領域207 上の酸化膜203, 205を除去し,真空蒸着法またはスパッタ法により, 基板上全面に厚さ 100Åのコバルト膜209 を堆積する。
【0031】
図3(f) において,基板上全面にシリコン膜210 を堆積する。シリコン膜210 の厚さはコバルトとの元素比じ1/2 より小さくする。コバルトの密度は8.9g/cm3で原子量が58.93 であるから0.151mol/cm3である。またシリコンの密度は82.33g/cm3で原子量が28.09 であるから0.083mol/cm3である。従って, シリコンの厚さは91Å以下, 例えば90Åとする。
【0032】
図4(g) において,アルゴン雰囲気中で, 400 〜900 ℃の温度, 例えば 500℃の温度で基板を加熱して金属とシリコンを反応させて金属シリサイド層を形成する。ここで, 金属シリサイド層は酸化膜上ではコバルト:シリコン=2:1よりシリコン比率の小さいCo2Si 層211 を形成し,一方, シリコン上ではコバルト:シリコン=2:1よりシリコン比率の大きいCoSi層212 を形成する。
【0033】
図4(h) において,酸化膜上のCo2Si 層211 だけがエッチングされ,シリコン上のCoSi層212 がエッチングされないエッチャント, 例えば, 塩酸:過酸化水素水=3:1 のエッチャントを用いてCo2Si 層211 だけをエッチング除去する。エッチング時間は10分である。
【0034】
図4(i) において,アルゴン雰囲気中で, 400 〜900 ℃の温度, 例えば 800℃の温度で基板を加熱して, CoSi層212 をさらに大きいシリコン比率のシリサイドCoSi2 層213 に変え, 低抵抗のシリサイド層にする。
【0035】
以下,通常のMOS FET の製造工程に従って,りん珪酸ガラス(PSG) 膜の全面被着,コンタクトホールの形成,アルミニウム(Al)配線の形成,保護膜のPSG 膜の被着, ボンディングパッド用の窓開け, 等の工程を経てnチャネルMOS FET が作製される。
【0036】
この例では,熱処理の雰囲気としてアルゴンを用いたが,この他に窒素中または真空中で熱処理してもよい。しかし,窒素雰囲気を用いた場合はシリサイド表面が窒化する可能性があり,これを考慮する必要がある。
【0037】
また,金属層の厚さはこの例ではコバルト 100Å, シリコン90Åとしたが,所望するコバルトシリサイドの厚さとシリサイドの浸入深さにより, 適当な厚さの組み合わせを選ぶ必要がある。
【0038】
金属シリサイドを形成する金属としては,実施の形態の例の他に,チタン,ニッケル,バナジウム,タングステン,モリブデン,ジルコニウム,白金等を用いることができる。
【0039】
また, 実施の形態では金属膜とシリコン膜を1層ずつ積層したが,複数層積層して,全体として金属とシリコンの元素比が2/1以下であればよい。
また,実施の形態におけるシリコン層は, シリコン基板, ポリシリコン, アモルファス等を含むことは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば,シリサイド電極を形成する際にシリサイドの浸入深さを小さくし,しかも低抵抗化を可能とするため,デバイスの高集積化と高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の実施の形態の説明図(1)
【図3】 本発明の実施の形態の説明図(2)
【図4】 本発明の実施の形態の説明図(3)
【図5】 従来例1の説明図(1)
【図6】 従来例1の説明図(2)
【図7】 従来例2の説明図
【符号の説明】
101 半導体基板
101A 酸化膜に覆われた部分
101B シリコンが露出した部分
102 金属膜
103シリコン膜
104シリコン比率の小さいシリサイド層
105シリコン比率の大きいシリサイド層
106さらに大きなシリコン比率を持つシリサイド層
201 p-Si基板
202 フィールド酸化膜
203 ゲート酸化膜
204 ポリシリコン膜
205 熱酸化膜
206 ソース領域
207 ドレイン領域
208 SiO2
209 コバルト膜
210 シリコン膜
211 コバルトシリサイド (Co2Si)層
212 コバルトシリサイド (CoSi) 層
213 コバルトシリサイド (CoSi2)層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a low-resistance silicide electrode on a silicon (Si) substrate or a polysilicon layer in a self-aligning manner and with a small amount of silicon consumption.
[0002]
[Prior art]
As the performance of semiconductor devices such as integrated circuits increases, silicide electrodes using transition metals such as cobalt and titanium are used as a low-resistance electrode forming technique.
[0003]
A conventional example of a MOS FET using this technique will be described with reference to FIGS.
5 (a) to 5 (c) and FIGS. 6 (d) to 6 (e) are explanatory views of the first conventional example.
In FIG. 5A, a field oxide film 302 is formed on a p-type silicon (p-Si) substrate 301, and a gate oxide film 303 is formed on the element formation region by thermal oxidation.
[0004]
Next, a polysilicon film 304 is deposited, and a thermal oxide film 305 is formed on the surface by heating.
In FIG. 5B, a gate electrode G is formed by using a photolithography technique, and ions are implanted to form a source region 306 and a drain region 307.
[0005]
In FIG. 5C, an electrode forming window 308 is opened on the source region 306, the drain region 307, and the gate electrode G, and a transition metal film 309 such as cobalt and titanium is deposited on the entire surface of the substrate.
[0006]
In FIG. 6D, the substrate is heated to cause the metal in the region of the window 308 to react with silicon to form a metal silicide layer 310. Here, the metal silicide layer is, for example, CoSi 2 (90 to 150 μΩ-cm), C54 phase TiSi 2 (60 to 70 μΩ-cm).
[0007]
In FIG. 6 (e), unreacted metal in the region other than the window 308 is removed by etching, and heated again at a temperature higher than the above heating, so that the metal silicide becomes a lower resistance silicide. In this example, CoSi (15-20 μΩ-cm) and C49 phase TiSi 2 (10-15 μΩ-cm).
[0008]
In this method, when a metal silicide is formed, an amount of silicon (Si) proportional to the metal film thickness is consumed, and the silicide / silicon boundary penetrates into the silicon to the consumed depth. In this case, the penetration depth differs depending on the metal, which is 3.58 times the thickness of the cobalt film in the case of cobalt silicide, and 2.28 times the thickness of the titanium film in the case of titanium silicide. In the case of cobalt silicide, the resistance does not increase even if the line width of the electrode is 1 μm or less, but the penetration depth is larger than that of titanium silicide.
[0009]
In this method, pure metal is deposited. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-153717, instead of a pure metal film, metal and silicon are deposited at the same time, and both are mixed in the film (metal: silicon = 1). : 0.25 to 1: 0.75) is deposited and heated to reduce the consumption of the underlying silicon and reduce the penetration depth. Next, this example will be described with reference to FIG.
[0010]
7 (a) to 7 (d) are explanatory views of the second conventional example.
In FIG. 7 (a), a film (metal: silicon) in which metal and silicon are deposited at the same time, covering a portion 401A covered with an oxide film of a semiconductor device substrate 401 and a portion 401B where silicon is exposed, and simultaneously depositing metal and silicon. = 1: 0.25 to 1: 0.75).
[0011]
In FIG. 7 (b), when the substrate is heated, in the portion 401A covered with the oxide film, only silicon in the film reacts with the metal, so that a silicide layer 403 with a small silicon ratio is formed, while silicon is exposed. In the portion 401B, since silicon is also supplied from the underlying silicon, a silicide layer 404 having a large silicon ratio is formed.
[0012]
In FIG. 7C, only the silicide layer 403 with a small silicon ratio is etched, and only the silicide layer 403 with a small silicon ratio is selectively removed using an etchant that does not etch the silicide layer 404 with a large silicon ratio.
[0013]
In FIG. 7D, second heating is performed at a temperature higher than the above heating, and the silicide layer 40 4 is changed to a silicide layer 405 having a larger silicon ratio to form a low-resistance silicide electrode.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
As the integration density of MOS FET integrated circuits increased, the electrode dimensions became finer, and the width of the source and drain electrodes became 0.5 μm or less. In addition, as the pattern becomes finer, the depth of the impurity diffusion layers of the source and drain becomes smaller. Even if the electrode is for a shallow diffusion layer with such a fine dimension, the processing speed cannot be improved unless the resistance is maintained at the same level as that of a device with a low degree of integration. In other words, as the electrode width decreases, the thickness must be increased.
[0015]
It is an object of the present invention to reduce the depth of penetration of silicide when forming a silicide electrode and to reduce the resistance to achieve higher device integration and higher speed.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The solution to the above problem is
1) a first step of forming an insulating film having a region where the silicon layer is exposed on a substrate having a silicon layer; and a second step of depositing a metal film on the exposed substrate including the insulating film. A third step of depositing a silicon film on the metal film with a film thickness in which the silicon ratio is smaller than metal: silicon = 2: 1 by an element ratio; and heating the silicon substrate to form the silicon film Forming a metal silicide layer having a large silicon ratio in the exposed region and forming a metal silicide layer having a small silicon ratio in the region covered with the silicon oxide film; and a metal silicide layer having a small silicon ratio. A method of manufacturing a semiconductor device including a fifth step of selectively removing a layer, or 2) a method of manufacturing a semiconductor device according to 1 above, wherein the second and third steps are performed a plurality of times, or 3) the fourth step. After the, 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1 above, wherein the heating is performed at a temperature higher than the heating in the fourth step, or 4) The method for manufacturing a semiconductor device according to 1 above, wherein the metal film is a transition metal film. Is done.
[0017]
In the present invention, when a silicide is formed by reacting a transition metal with silicon, a silicon film is deposited in advance on the metal film, and silicon necessary for the silicide formation is not only from the underlying silicon but also from the silicon film on the metal film. In addition, a low resistance metal silicide electrode is formed in a self-aligning manner and with a small amount of underlying silicon consumption by controlling the ratio of the metal and the silicon film thereon.
[0018]
FIGS. 1A to 1E are explanatory views of the principle of the present invention.
In FIG. 1A, a metal film 102 is deposited to cover a portion 101A covered with an oxide film of a semiconductor substrate 101 and a portion 101B where silicon is exposed, and a silicon film 103 is deposited thereon. At this time, the thickness of the silicon film 103 is determined to be smaller than 1/2 in terms of the element ratio with the metal film 102.
[0019]
In FIGS. 1B and 1C, when the substrate is heated, only the silicon in the film reacts with the metal in the portion 101A covered with the oxide film, so the silicon ratio is smaller than metal: silicon = 2: 1. A silicide layer 104 is formed. On the other hand, in the portion 101B where silicon is exposed, silicon is supplied also from the underlying silicon, so that a silicide layer 105 having a silicon ratio larger than metal: silicon = 2: 1 is formed.
[0020]
In FIG. 1D, only the silicide layer 104 having a small silicon ratio is etched, and only the silicide layer 104 having a small silicon ratio is selectively removed using an etchant that does not etch the silicide layer 105 having a large silicon ratio.
[0021]
In FIG. 1 (e), the second heating is performed at a temperature higher than the above heating, and the silicide layer 105 is changed to the silicide layer 106 having a larger silicon ratio to form a low-resistance silicide electrode.
[0022]
The operation of the present invention will be described.
When forming metal silicide, especially cobalt silicide, the depth that the silicide layer penetrates deeply into the underlying silicon is unique to the metal. Therefore, to reduce the penetration depth, the thickness of the metal film must be reduced. There was no other way. On the other hand, in the present invention, a silicon film is deposited on a metal film as a silicon supply source, and the penetration depth is reduced by reducing the consumption of the underlying silicon.
[0023]
As a result, as the degree of integration increases, the source and drain impurity diffusion layers become shallower. With this, even if the silicide layer must be thin, that is, the metal layer must be thin, without penetrating the shallow base impurity diffusion layer, The resistance of the electrode can be reduced by maintaining the thickness of the metal layer.
[0024]
Here, the thicker the silicon film on the metal film, the smaller the penetration of the silicide layer. However, the silicide formed on the field oxide film becomes silicon rich, and the selective etching with the silicide on the silicon substrate becomes impossible. Consistently, silicide cannot be formed on the silicon substrate.
[0025]
For this reason, in the present invention, selective etching is possible by suppressing the film thickness of the silicon film to be smaller than metal: silicon = 2: 1 in terms of element ratio.
According to the experimental results, in the final stage where the silicide is formed by the second heating, the decrease in the penetration distance of the silicide is maximum at metal: silicon = 2: 1, and the penetration distance is 3/4 of the conventional distance.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described for an n-channel MOS FET using cobalt as a transition metal.
[0027]
2 (a) to (c), FIGS. 3 (d) to (F), and FIGS. 4 (g) to (i) are explanatory diagrams of the embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, a field oxide film 202 is formed on a p-Si substrate 201, and a gate oxide film 203 having a thickness of 50 mm is formed on the element formation region by thermal oxidation.
[0028]
Next, a polysilicon film 204 having a phosphorus concentration of 10 20 cm −3 or more, for example, 1 × 10 21 cm −3 is deposited on the entire surface of the substrate, and a thermal oxide film 205 is formed on the surface by heating.
In FIG. 2B, a gate electrode G is formed by using a photolithography technique, and arsenic (As) is ion-implanted to form a source region 206 and a drain region 207.
[0029]
In FIG. 2C, a silicon dioxide (SiO 2 ) film 208 is deposited on the entire surface of the substrate by vapor deposition (CVD).
In FIG. 3D, the SiO 2 film 208 is etched so as to remain only on the side surface of the gate electrode by anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE) method or sputter n-type method.
[0030]
In FIG. 3 (e), after the surface is cleaned by acid treatment, the oxide films 203 and 205 on the polysilicon film 204, the source region 206, and the drain region 207 of the gate electrode are removed, and a vacuum evaporation method or a sputtering method is used. As a result, a cobalt film 209 having a thickness of 100 mm is deposited on the entire surface of the substrate.
[0031]
In FIG. 3 (f), a silicon film 210 is deposited on the entire surface of the substrate. The thickness of the silicon film 210 is made smaller than 1/2 of the element ratio with cobalt. Since the density of cobalt is 8.9 g / cm 3 and the atomic weight is 58.93, it is 0.151 mol / cm 3 . Moreover, since the density of silicon is 82.33 g / cm 3 and the atomic weight is 28.09, it is 0.083 mol / cm 3 . Therefore, the thickness of silicon is 91 mm or less, for example 90 mm.
[0032]
In FIG. 4G, the substrate is heated at a temperature of 400 to 900 ° C., for example, 500 ° C. in an argon atmosphere to react the metal and silicon to form a metal silicide layer. Here, the metal silicide layer forms a Co 2 Si layer 211 having a silicon ratio smaller than cobalt: silicon = 2: 1 on the oxide film, while CoSi having a silicon ratio larger than cobalt: silicon = 2: 1 on silicon. Layer 212 is formed.
[0033]
In FIG. 4 (h), an etchant in which only the Co 2 Si layer 211 on the oxide film is etched and the CoSi layer 212 on the silicon is not etched, for example, using an etchant of hydrochloric acid: hydrogen peroxide = 3: 1 2 Only the Si layer 211 is removed by etching. The etching time is 10 minutes.
[0034]
In FIG. 4 (i), the substrate is heated in an argon atmosphere at a temperature of 400 to 900 ° C., for example, 800 ° C., and the CoSi layer 212 is changed to a silicide CoSi 2 layer 213 having a higher silicon ratio. The silicide layer.
[0035]
Below, in accordance with the normal MOS FET manufacturing process, the entire surface of the phosphosilicate glass (PSG) film is deposited, the contact hole is formed, the aluminum (Al) wiring is formed, the protective PSG film is deposited, the window for the bonding pad An n-channel MOS FET is manufactured through processes such as opening.
[0036]
In this example, argon is used as an atmosphere for heat treatment, but heat treatment may be performed in nitrogen or in vacuum. However, if a nitrogen atmosphere is used, the silicide surface may be nitrided, which must be taken into account.
[0037]
In this example, the thickness of the metal layer is 100 mm of cobalt and 90 mm of silicon, but it is necessary to select an appropriate combination of thickness depending on the desired cobalt silicide thickness and silicide penetration depth.
[0038]
As a metal for forming the metal silicide, titanium, nickel, vanadium, tungsten, molybdenum, zirconium, platinum, or the like can be used in addition to the example of the embodiment.
[0039]
In the embodiment, the metal film and the silicon film are stacked one by one. However, the element ratio of the metal and silicon may be 2/1 or less as a whole by stacking a plurality of layers.
In addition, it goes without saying that the silicon layer in the embodiment includes a silicon substrate, polysilicon, amorphous, and the like.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the silicide electrode is formed, the depth of penetration of the silicide is reduced and the resistance can be lowered, so that the device can be highly integrated and increased in speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention (1).
FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention (2)
FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention (3).
FIG. 5 is an explanatory diagram of Conventional Example 1 (1)
FIG. 6 is an explanatory diagram of Conventional Example 1 (2)
FIG. 7 is an explanatory diagram of Conventional Example 2 [Explanation of symbols]
101 Semiconductor substrate
101A Oxide covered part
101B Silicon exposed part
102 Metal film
103 silicon film
104 Silicide layer with low silicon ratio
105 Silicide layer with high silicon ratio
106 Silicide layer with higher silicon ratio
201 p-Si substrate
202 Field oxide film
203 Gate oxide film
204 Polysilicon film
205 Thermal oxide film
206 Source area
207 Drain region
208 SiO 2 film
209 Cobalt film
210 Silicon film
211 Cobalt silicide (Co 2 Si) layer
212 Cobalt silicide (CoSi) layer
213 Cobalt silicide (CoSi 2 ) layer

Claims (4)

シリコン層を有する基板上に該シリコン層が露出した領域を有する絶縁膜を形成する第1工程と,
露出した該絶縁膜を含む該基板上に,金属膜を被着する第2工程と,
該金属膜の上に元素比率で金属:シリコン=2:1よりもシリコン比率が小さくなる膜厚でシリコン膜を被着する第3工程と,
該シリコン基板を加熱して,該シリコンが露出した領域にはシリコン比率の大きい金属シリサイド層を形成し,該酸化シリコン膜で覆われた領域にはシリコン比率の小さい金属シリサイド層を形成する第4工程と,
該シリコン比率の小さい金属シリサイド層を選択的に除去する第5工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film having a region where the silicon layer is exposed on a substrate having a silicon layer;
A second step of depositing a metal film on the substrate including the exposed insulating film;
A third step of depositing a silicon film on the metal film with an element ratio such that the silicon ratio is smaller than metal: silicon = 2: 1;
The silicon substrate is heated to form a metal silicide layer with a large silicon ratio in a region where the silicon is exposed, and a metal silicide layer with a small silicon ratio is formed in a region covered with the silicon oxide film. Process,
And a fifth step of selectively removing the metal silicide layer having a small silicon ratio.
前記第2,第3工程を複数回行う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。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second and third steps are performed a plurality of times. 前記第4工程の後に,該第4工程の加熱よりも高温で加熱を行う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。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the fourth step, heating is performed at a temperature higher than that of the fourth step. 前記金属膜は遷移金属膜である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。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is a transition metal film.
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