JPH01261867A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH01261867A
JPH01261867A JP9005388A JP9005388A JPH01261867A JP H01261867 A JPH01261867 A JP H01261867A JP 9005388 A JP9005388 A JP 9005388A JP 9005388 A JP9005388 A JP 9005388A JP H01261867 A JPH01261867 A JP H01261867A
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JP
Japan
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film
polycrystalline
atom
gate electrode
atoms
Prior art date
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Pending
Application number
JP9005388A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Noda
昌敬 野田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP9005388A priority Critical patent/JPH01261867A/en
Publication of JPH01261867A publication Critical patent/JPH01261867A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent metal atom in high melting point metal silicon compound film from penetrating through said silicon film, make a gate electrode thin, and make wiring and the like sure, by making the silicon film contain oxygen atom. CONSTITUTION:A gate electrode G is formed on a gate insulating 3 in a MOSLSI. This gate electrode G is composed of a polycrystalline Si film 4 containing, e.g., oxygen (O) atom and phosphorus (P) atom, and a high melting point metal silicide film 5 such as a WSi2 film and an MoSi2 film stacked on the film 4. The polycrystalline Si film 4 containing O atom and P atom has small crystal grain diameter and structure approximate to an amorphous state, and can effectively prevent metal atom in the high melting point metal silicide film 5 from penetrating the polycrystalline Si film 4. As a result, the polycrystalline Si film 4 can be thinned in thickness.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、高集積の半導体装
置に適用して好適なものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and is particularly suitable for application to a highly integrated semiconductor device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、シリコン膜と、このシリコン膜上に積層され
た高融点金属シリコン化合物膜とから成るゲート電極を
有する半導体装置において、上記シリコン膜が少なくと
も酸素原子を含有し、これによってゲート電極を薄くす
ることができる。
The present invention provides a semiconductor device having a gate electrode consisting of a silicon film and a high melting point metal silicon compound film laminated on the silicon film, wherein the silicon film contains at least oxygen atoms, thereby making the gate electrode thin. can do.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

Mo5i= 、 WSi、等の高融点金属シリコン化合
物(以下、高融点金属シリサイドという)は、不純物を
ドープした多結晶Siに比べて低抵抗である等の利点を
有するため、MO3LS1等の半導体装置のゲート電極
材料として用いられている。しかしながら、この高融点
金属シリサイドをゲート絶縁膜に直接接触させ、ゲート
電極として用いると次のような問題が生じる。第1に、
高融点金属シリサイドは組成等が不安定であるため、そ
の仕事関数(φ□)が不安定である。第2に、ゲート絶
縁膜を構成するSiO□と高融点金属シリサイド中の金
属原子との反応により、ゲート絶縁膜の耐圧が低下する
High melting point metal silicon compounds (hereinafter referred to as high melting point metal silicides) such as Mo5i= and WSi have advantages such as lower resistance than polycrystalline Si doped with impurities, so they are suitable for semiconductor devices such as MO3LS1. Used as a gate electrode material. However, when this refractory metal silicide is brought into direct contact with a gate insulating film and used as a gate electrode, the following problems occur. Firstly,
Since the high melting point metal silicide has an unstable composition, its work function (φ□) is unstable. Second, the breakdown voltage of the gate insulating film decreases due to the reaction between SiO□ constituting the gate insulating film and metal atoms in the high melting point metal silicide.

そこで、この問題を回避するために、不純物をドープし
た多結晶Si膜上に高融点金属シリサイド膜を積層した
二層構造の膜、すなわちポリサイド膜によりゲート電極
が構成されている。
Therefore, in order to avoid this problem, the gate electrode is formed of a two-layer structure film in which a refractory metal silicide film is laminated on a polycrystalline Si film doped with impurities, that is, a polycide film.

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、2〜4
5原子%の酸素(0)原子を含有する多結晶Si膜をパ
ッシベーション膜として用いた半導体装置に関する特公
昭53−2552号公報や、この2〜45原子%の0原
子を含有する多結晶Si膜により構成された抵抗素子に
関する特公昭55−13426号公報が挙げられる。
In addition, as prior art documents related to the present invention, 2 to 4
Japanese Patent Publication No. 53-2552 regarding a semiconductor device using a polycrystalline Si film containing 5 at% oxygen (0) atoms as a passivation film, and a polycrystalline Si film containing 2 to 45 at% oxygen (0) atoms. For example, Japanese Patent Publication No. 13426/1983 relates to a resistive element constructed by the following.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明者の知見によれば、上述のようにゲート電極をポ
リサイド膜により構成した場合においても、多結晶Si
膜が薄すぎると、高融点金属シリサイド膜中の金属原子
がこの多結晶Si膜を突き抜けてゲート絶縁膜と反応し
、この結果ゲート絶縁膜の耐圧が低下してしまう。この
ため、この多結晶Si膜の膜厚を約1000人程度以上
にする必要があり、従ってゲート電極を薄くすることは
困難である。この結果、高集積の半導体装置では、この
ゲート電極による段差が大きくなり、配線の形成等に支
障を来すという問題があった。
According to the findings of the present inventors, even when the gate electrode is formed of a polycide film as described above, polycrystalline Si
If the film is too thin, metal atoms in the high melting point metal silicide film will penetrate through this polycrystalline Si film and react with the gate insulating film, resulting in a reduction in the withstand voltage of the gate insulating film. Therefore, the thickness of this polycrystalline Si film must be approximately 1,000 or more, and it is therefore difficult to make the gate electrode thin. As a result, in a highly integrated semiconductor device, the step difference caused by the gate electrode becomes large, which poses a problem in that it interferes with the formation of wiring and the like.

従って本発明の目的は、ゲート電極を薄くすることがで
きる半導体装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the gate electrode can be made thin.

[課題を解決するための手段] 上述のように高融点金属シリサイド膜中の金属原子とゲ
ート絶縁膜との反応が生じる原因は、高融点金属シリサ
イド膜中の金属原子がこの多結晶Si膜中の結晶粒界を
通って移動しやすいことにあると考えられる。従って、
上述の問題を解決するためには、この多結晶5illl
中の結晶粒界を通っての金属原子の移動を阻止すること
が有効である。
[Means for solving the problem] As mentioned above, the cause of the reaction between the metal atoms in the high melting point metal silicide film and the gate insulating film is that the metal atoms in the high melting point metal silicide film react with the polycrystalline Si film. This is thought to be due to the fact that it is easy to move through the grain boundaries. Therefore,
In order to solve the above problem, this polycrystalline 5ill
It is effective to prevent the migration of metal atoms through the grain boundaries within.

本発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。The present invention has been devised based on the above considerations.

すなわち、本発明は、シリコン膜(4)と、このシリコ
ン膜(4)上に積層された高融点金属シリコン化合物膜
(5)とから成るゲート電極(G)を有する半導体装置
において、シリコン膜゛(4)が少なくとも酸素原子を
含有する半導体装置である。
That is, the present invention provides a semiconductor device having a gate electrode (G) consisting of a silicon film (4) and a high melting point metal silicon compound film (5) laminated on the silicon film (4). (4) is a semiconductor device containing at least oxygen atoms.

〔作用〕[Effect]

上記した手段によれば、酸素原子を含有するシリコン膜
はアモルファスに近い構造を有するので、高融点金属シ
リコン化合物腰中の金属原子がこのシリコン膜を突き抜
けるのを防止することができる。このため、シリコン膜
を薄(することができるので、ゲート電極を薄くするこ
とができる。
According to the above means, since the silicon film containing oxygen atoms has a nearly amorphous structure, it is possible to prevent the metal atoms in the high melting point metal silicon compound from penetrating the silicon film. Therefore, since the silicon film can be made thinner, the gate electrode can be made thinner.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は本発明をMO3LSIに通用した
実施例である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. This example is an example in which the present invention was applied to MO3LSI.

第1図に示すように、本実施例によるMO3LSIにお
いては、例えばP型Si基板のような半導体基板1の表
面に例えばSiO□膜のようなフィールド絶縁膜2が選
択的に形成され、これによって素子間分離が行われてい
る。このフィールド絶縁If!2で囲まれた活性領域の
表面には例えば5lOz膜のようなゲート絶縁膜3が形
成されている。なお、このゲート絶縁膜3は例えばSl
O□膜と5isN4膜との二層構造の膜により構成する
ことも可能である。このゲート絶縁膜3の上にはゲート
電極Gが形成されている。このゲート電極Gは、例えば
酸素(○)原子及びリン(P)原子を含有する多結晶S
i膜4と、この上に積層された例えばWSt、膜やMo
5iz M!のような高融点金属シリサイド膜5とから
成る。なお、上記P原子は、多結晶Si膜4の抵抗を下
げるための不純物である。さらに、この高融点金属シリ
サイド膜5の上には例えばStO!膜のような絶縁膜6
が形成されている。また、符号7は例えばSingから
成る側壁を示す。
As shown in FIG. 1, in the MO3LSI according to this embodiment, a field insulating film 2, such as a SiO□ film, is selectively formed on the surface of a semiconductor substrate 1, such as a P-type Si substrate. Isolation between elements is performed. This field insulation If! On the surface of the active region surrounded by 2, a gate insulating film 3 such as a 51Oz film is formed. Note that this gate insulating film 3 is made of, for example, Sl.
It is also possible to construct the film with a two-layer structure of an O□ film and a 5isN4 film. A gate electrode G is formed on this gate insulating film 3. This gate electrode G is made of polycrystalline S containing, for example, oxygen (○) atoms and phosphorus (P) atoms.
i film 4 and a film laminated thereon such as WSt, film or Mo.
5iz M! It consists of a high melting point metal silicide film 5 such as. Note that the above P atoms are impurities for lowering the resistance of the polycrystalline Si film 4. Further, on this high melting point metal silicide film 5, for example, StO! film-like insulating film 6
is formed. Further, the reference numeral 7 indicates a side wall made of, for example, Sing.

一方、上記半導体基板1中には、上記ゲート電極Gに対
して自己整合的に例えばn゛型のソース領域8及びドレ
イン領域9が形成されている。これらのゲート電極G、
ソース領域8及びドレイン領域9によりnチャネルMO
3FETが構成される。これらのソース領域8及びドレ
イン領域9は、上記側壁7の下方に例えばn−型の低不
純物濃度部8a、9aを有する。従って、上記nチャネ
ルMO3FETは上記低不純物濃度部9aによりドレイ
ン領域9の近傍の電界を緩和する、いわゆるL D D
 (Lightly Doped Drain)構造を
有する。なお、このnチャネルMO3FETは必ずしも
このようにLDD構造とする必要はない。  ・上述の
0原子及びP原子を含有する多結晶Si膜4は次のよう
にして形成することができる。すなわち、例えば特公昭
53−2552号公報に記載されているように、例えば
低圧CVD炉内に半導体基板1を入れ、SiH4とN、
0とPHsとの混合ガスを導入する。この際、半導体基
板1は例えば650°C程度に加熱してお(、低圧CV
D炉内に導入された上記5it(aの熱分解により多結
晶St膜が形成され、これと同時に上記N、O及びPH
1の分解によりこの多結晶Si膜中にO原子及びP原子
がドーピングされる。これによって、0原子及びP原子
を含有する多結晶5illが形成される。このO原子及
びP原子を含有する多結晶5iW4は、その成長過程で
結晶粒の成長が抑制されるため、その結晶粒径は小さく
、アモルファスに近い構造を有する。なお、上記N!o
の代わりに例えばN08やNOを用いることも可能であ
る。
On the other hand, in the semiconductor substrate 1, for example, an n-type source region 8 and drain region 9 are formed in self-alignment with the gate electrode G. These gate electrodes G,
Source region 8 and drain region 9 allow n-channel MO
A 3FET is configured. These source region 8 and drain region 9 have, for example, n-type low impurity concentration portions 8a and 9a below the sidewall 7. Therefore, the n-channel MO3FET has a so-called LDD mode in which the electric field near the drain region 9 is relaxed by the low impurity concentration portion 9a.
(Lightly Doped Drain) structure. Note that this n-channel MO3FET does not necessarily have to have an LDD structure like this. - The above-mentioned polycrystalline Si film 4 containing 0 atoms and P atoms can be formed as follows. That is, as described in Japanese Patent Publication No. 53-2552, for example, a semiconductor substrate 1 is placed in a low-pressure CVD furnace, and SiH4 and N,
A mixed gas of 0 and PHs is introduced. At this time, the semiconductor substrate 1 is heated to, for example, about 650°C (low-pressure CV
A polycrystalline St film is formed by thermal decomposition of the 5it(a) introduced into the D furnace, and at the same time the N, O and PH
Due to the decomposition of 1, O atoms and P atoms are doped into this polycrystalline Si film. This forms a polycrystalline 5ill containing 0 atoms and P atoms. This polycrystalline 5iW4 containing O atoms and P atoms has a small crystal grain size and a nearly amorphous structure because the growth of crystal grains is suppressed during its growth process. In addition, the above N! o
For example, it is also possible to use N08 or NO instead of.

本実施例によれば、上述のようにアモルファスに近い構
造を有する、0原子及びP原子を含有する多結晶St膜
4と高融点金属シリサイド膜5とによりゲート電極Gが
構成されているので、高融点金属シリサイド膜5中の金
属原子がこの多結晶Si膜4を突き抜けるのを効果的に
防止することができる。このため、この金属原子とゲー
ト絶縁膜3との反応によりこのゲート絶縁膜3の耐圧が
低下する問題を解消することができるので、上記多結晶
SII!4を1000人程度以下に薄くすることができ
る。これによって、ゲート電極Gを従来に比べて薄(す
ることができる、この結果、高集積のMO3LSIにお
いても、このゲート電極Gによる段差は小さくなり、従
って配線の断線等を防止することができる。
According to this embodiment, the gate electrode G is constituted by the polycrystalline St film 4 containing 0 atoms and P atoms and the high melting point metal silicide film 5, which has a nearly amorphous structure as described above. Metal atoms in the high melting point metal silicide film 5 can be effectively prevented from penetrating this polycrystalline Si film 4. Therefore, it is possible to solve the problem that the breakdown voltage of the gate insulating film 3 decreases due to the reaction between the metal atoms and the gate insulating film 3, so that the polycrystalline SII! 4 can be reduced to about 1000 people or less. As a result, the gate electrode G can be made thinner than in the past.As a result, even in a highly integrated MO3LSI, the level difference caused by the gate electrode G becomes small, and it is therefore possible to prevent wiring breakage, etc.

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば、上述の0原子及びP原子を含有する多結晶Si
膜4の代わりに、0原子及びP原子に加えてさらに例え
ば窒素(0)原子を含有する多結晶Si膜を用いること
も可能である。また、上述の実施例においては、本発明
をMO3LSIに適用した場合について説明したが、本
発明は、例えばバイポーラ−CMO3LSIに適用する
ことも可能である。
For example, polycrystalline Si containing the above-mentioned 0 atoms and P atoms
Instead of the film 4, it is also possible to use a polycrystalline Si film containing, for example, nitrogen (0) atoms in addition to 0 atoms and P atoms. Further, in the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to MO3LSI has been described, but the present invention can also be applied to, for example, bipolar-CMO3LSI.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、シリコン膜が酸
素原子を含有しているので、このシリコン膜はアモルフ
ァスに近い構造を有し、従って高融点金属シリコン化合
物膜中の金属原子がこのシリコン膜を突き抜けるのを防
止することができる。
As explained above, according to the present invention, since the silicon film contains oxygen atoms, this silicon film has a structure close to amorphous, and therefore, the metal atoms in the high melting point metal silicon compound film are Penetration through the membrane can be prevented.

このため、このシリコン膜を薄くすることができるので
、この分だけゲート電極を薄くすることができる。
Therefore, since this silicon film can be made thinner, the gate electrode can be made thinner by this amount.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例によるMO3LSIを示す断
面図である。 図面における主要な符号の説明 に半導体基板、 2:フィールド絶縁膜、3:ゲート絶
縁膜、 G:ゲート電極、 4:0原子及びP原子を含
有する多結晶St膜、 5:高融点金属シリサイド膜、
 8:ソース領域、9ニドレイン領域。 代理人   弁理士 杉 浦 正 知
FIG. 1 is a sectional view showing an MO3LSI according to an embodiment of the present invention. Explanation of main symbols in the drawings: semiconductor substrate, 2: field insulating film, 3: gate insulating film, G: gate electrode, 4: polycrystalline St film containing 0 atoms and P atoms, 5: high melting point metal silicide film ,
8: Source region, 9 Nidrain region. Agent Patent Attorney Masatoshi Sugiura

Claims (1)

【特許請求の範囲】  シリコン膜と、このシリコン膜上に積層された高融点
金属シリコン化合物膜とから成るゲート電極を有する半
導体装置において、 上記シリコン膜が少なくとも酸素原子を含有することを
特徴とする半導体装置。
[Claims] A semiconductor device having a gate electrode consisting of a silicon film and a high melting point metal silicon compound film laminated on the silicon film, characterized in that the silicon film contains at least oxygen atoms. Semiconductor equipment.
JP9005388A 1988-04-12 1988-04-12 Semiconductor device Pending JPH01261867A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9005388A JPH01261867A (en) 1988-04-12 1988-04-12 Semiconductor device

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JP9005388A JPH01261867A (en) 1988-04-12 1988-04-12 Semiconductor device

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JP9005388A Pending JPH01261867A (en) 1988-04-12 1988-04-12 Semiconductor device

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JP (1) JPH01261867A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000208642A (en) * 1999-01-12 2000-07-28 Hyundai Electronics Ind Co Ltd Manufacture of dual gate mos transistor

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JP2000208642A (en) * 1999-01-12 2000-07-28 Hyundai Electronics Ind Co Ltd Manufacture of dual gate mos transistor

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