JPH0448654A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH0448654A
JPH0448654A JP15620090A JP15620090A JPH0448654A JP H0448654 A JPH0448654 A JP H0448654A JP 15620090 A JP15620090 A JP 15620090A JP 15620090 A JP15620090 A JP 15620090A JP H0448654 A JPH0448654 A JP H0448654A
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JP
Japan
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film
oxide film
layer
polycrystalline silicon
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP15620090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Setsuo Wake
和気 節雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH0448654A publication Critical patent/JPH0448654A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable lowering of gate leak current and electric resistance of a gate electrode by forming a polycrystalline silicon layer through a gate oxide film on a semiconductor substrate, by forming a high melting point metal silicide layer on the polycrystalline silicon layer, by forming a silicon oxide film directly thereon and by forming a layer insulating film on the silicon oxide film. CONSTITUTION:A polycrystalline silicon film 3 formed through a gate oxide film 2, a WSi film 4 formed on the polycrystalline silicon film 3, an oxide silicon film 12 formed on the WSi film 4, a thermal oxide film 10 formed on an N<+>-diffusion layer 8, a sidewall 7a formed at a sidewall part of the polycrystalline silicon film 3 and the WSi film 4, and a layer insulating film 13 formed to cover the heat oxide film 10, the sidewall 7a and the oxide silicon film 12 are formed on a silicon substrate. Oxidation of the WSi film 4 is prevented in a manufacture process by interposing the oxide silicon film 12 between the WSi film 4 and the layer insulating film 13. As a result, it is possible to effectively prevent a rise of electric resistance of a gate electrode and an increase of gate lead current.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特
に、多結晶シリコン層および高融点金属シリサイド層か
らなる複合膜をゲート電極に用いた半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and particularly to a semiconductor device using a composite film consisting of a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal silicide layer as a gate electrode. and its manufacturing method.

[従来の技術] 従来、ゲート電極に高融点金属膜および多結晶シリコン
膜からなる複合膜を用いたLDD構造を持つMOS型半
導体装置が知られている。第3図は、従来の高融点金属
膜および多結晶シリコン膜からなるゲート電極を用いた
MOS)ランジスタを示した断面図である。第3図を参
照して、MOSトランジスタは、シリコン基板1と、シ
リコン基板1の主表面上に所定の間隔を隔てて形成され
たN+拡散層8と、トランジスタのチャネル領域となる
部分とN+拡散層8との境界部分に形成されたN−拡散
層6と、隣接するN+拡散層の間にゲート酸化膜を介し
て形成された多結晶シリコン膜3と、多結晶シリコン膜
3上に形成されたWSiSiB6N+拡散層8上に形成
された熱酸化膜10と、多結晶シリコン膜3およびWS
iSiB6壁部分に形成されたサイドウオール7aと、
全面を覆うように形成された層間絶縁膜13と、層間絶
縁膜13に形成されたコンタクトホールに設けられ、W
SiSiB6気的に接触をとるためのアルミ配線14と
を含む。
[Prior Art] Conventionally, a MOS type semiconductor device having an LDD structure using a composite film made of a high melting point metal film and a polycrystalline silicon film as a gate electrode is known. FIG. 3 is a sectional view showing a conventional MOS transistor using a gate electrode made of a high melting point metal film and a polycrystalline silicon film. Referring to FIG. 3, the MOS transistor includes a silicon substrate 1, an N+ diffusion layer 8 formed at a predetermined interval on the main surface of the silicon substrate 1, a portion that will become the channel region of the transistor, and an N+ diffusion layer 8 formed on the main surface of the silicon substrate 1 at a predetermined interval. The polycrystalline silicon film 3 is formed between the N- diffusion layer 6 formed at the boundary with the layer 8 and the adjacent N+ diffusion layer with a gate oxide film interposed therebetween, and the polycrystalline silicon film 3 formed on the polycrystalline silicon film 3. Thermal oxide film 10 formed on WSiSiB6N+ diffusion layer 8, polycrystalline silicon film 3 and WS
A side wall 7a formed on the iSiB6 wall portion,
W is provided in the interlayer insulating film 13 formed to cover the entire surface and in the contact hole formed in the interlayer insulating film 13.
It includes an aluminum wiring 14 for making SiSiB6 gaseous contact.

第4A図ないし第4E図は、第3図に示したMOSトラ
ンジスタの製造プロセスを説明するための断面構造図で
ある。第3図ないし第4E図を参照して、次に製造プロ
セスについて説明する。まず、j@4A図に示すように
、シリコン基板1の主表面上に約200A程度のゲート
酸化膜2を形成した後、200OA程度の多結晶シリコ
ン膜3をCVD法により形成し、リンをドープする。そ
して、スパッタ法を用いて3000A程度のWSiSi
B6成する。次に、第4B図に示すように、写真製版技
術を用いて所望の形状にホトレジスト5を形成したのち
、ホトレジスト5をマスクとして、WSiSiB6び多
結晶シリコン膜3をプラズマを用いたドライエツチング
法により順次エツチングする。これにより、多結晶シリ
コン膜3およびWSiSiB6なるゲート電極が形成さ
れる。
4A to 4E are cross-sectional structural views for explaining the manufacturing process of the MOS transistor shown in FIG. 3. FIG. The manufacturing process will now be described with reference to FIGS. 3 to 4E. First, as shown in Figure j@4A, a gate oxide film 2 of about 200 Å is formed on the main surface of a silicon substrate 1, and then a polycrystalline silicon film 3 of about 200 OA is formed by the CVD method and doped with phosphorus. do. Then, using the sputtering method, WSiSi of about 3000A was
B6 is completed. Next, as shown in FIG. 4B, after forming a photoresist 5 in a desired shape using photolithography, using the photoresist 5 as a mask, the WSiSiB 6 and polycrystalline silicon film 3 are etched by a dry etching method using plasma. Etch sequentially. As a result, a polycrystalline silicon film 3 and a gate electrode made of WSiSiB6 are formed.

そして、ホトレジスト5またはWSiSiB6スクとし
て、イオン注入法によりリンPを1〜5×1013(c
m−2)程度注入してLDD構造のN−拡散層6を形成
する。次に、第4C図に示すように、CVD法1:より
2000〜3000AのCVD酸化膜7を全面に形成す
る。ここで、CVD酸化膜7の形成時には、850℃〜
900℃の熱処理を行なうため、CVD酸化膜7を形成
する前には、アモルファス状態であったWSiSiB6
Wの結晶(以下グレインという)の成長が進むこととな
る。この結果、500〜1500A程度のWのグレイン
の集合体となり、その間には余剰となったSiが集まる
。次に第4D図に示すように、CVD酸化膜7を異方性
酸化膜ドライエツチング法により、エツチングすること
により、WSiSiB6び多結晶シリコン膜3からなる
ゲート電極の側壁部にサイドウオール7aを形成する。
Then, as a photoresist 5 or WSiSiB6 mask, 1 to 5 x 1013 (c
m-2) to form an N- diffusion layer 6 having an LDD structure. Next, as shown in FIG. 4C, a CVD oxide film 7 of 2000 to 3000 Å is formed over the entire surface by CVD method 1. Here, when forming the CVD oxide film 7, the temperature is 850°C ~
Because heat treatment is performed at 900°C, WSiSiB6, which was in an amorphous state before forming the CVD oxide film 7,
The growth of W crystals (hereinafter referred to as grains) progresses. As a result, a collection of W grains of about 500 to 1500 A is formed, and surplus Si is collected therebetween. Next, as shown in FIG. 4D, by etching the CVD oxide film 7 using an anisotropic oxide film dry etching method, a side wall 7a is formed on the side wall of the gate electrode made of WSiSiB6 and polycrystalline silicon film 3. do.

ここで、CVD酸化膜7がエツチングされる際には、C
VD酸化117の膜厚相当分および10〜20%のオー
バエッチ量をエツチングする。そして、WStSiB4
びサイドウオール7aをマスクとして、イオン注入法に
よりAsを3〜5X101O(am−2)程度注入し、
N+拡散層8を形成する。
Here, when the CVD oxide film 7 is etched, C
Etching is performed by an amount equivalent to the film thickness of the VD oxide 117 and an overetch amount of 10 to 20%. And WStSiB4
Using the side wall 7a as a mask, approximately 3 to 5×101O (am−2) of As was implanted by ion implantation.
An N+ diffusion layer 8 is formed.

次に、第4E図に示すように、N+拡散層8を電気的に
活性な層とするために、N2雰囲気中で850℃〜95
0℃の熱処理を行なう。その後、ゲート電極を熱酸化膜
で覆うために02雰囲気中で850℃〜950℃の熱処
理を行ない、熱酸化膜10を形成する。その後、第3図
に示したように、層間絶縁膜13をCVD法により形成
し、層間絶縁膜13にコンタクトホールを設けてA(配
線を行なう。これによって、NチャネルのMOSトラン
ジスタが完成される。
Next, as shown in FIG. 4E, in order to make the N+ diffusion layer 8 an electrically active layer, the temperature was increased to 850°C to 95°C in an N2 atmosphere.
Heat treatment is performed at 0°C. Thereafter, heat treatment is performed at 850 DEG C. to 950 DEG C. in an 02 atmosphere to form a thermal oxide film 10 in order to cover the gate electrode with a thermal oxide film. Thereafter, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating film 13 is formed by the CVD method, contact holes are formed in the interlayer insulating film 13, and A (wiring is performed).Thus, an N-channel MOS transistor is completed. .

[発明が解決しようとする課題] 前述のように、従来の高融点金属膜であるWSiSiB
6び多結晶シリコン膜3からなる複合膜を用いたMOS
)ランジスタでは、第4D図で説明したように、サイド
ウオール7aを形成する際に、CVD酸化膜7(第4C
図参照)を異方性酸化膜ドライエツチング法により、そ
のCVD酸化膜7の膜厚相当分および10〜20%のオ
ーバエッチ量をエツチングしていた。しかし、このオー
バエツチングの間、WS i膜4の表面は、プラズマに
よりたたかれるとともにグレインの間を埋めていたSi
や自然酸化膜がエツチングされるため、Wのグレインが
露出することとなる。このような状態で、第4E図で説
明したような02雰囲気中での熱処理が行なわれると、
WSiSiB6面に露出したグレインの粒界に沿って酸
素が供給され、グレインの間に存在する余剰SiやWが
酸化される。この結果、5i02からなるWSi異常酸
化膜9が形成されたり、WOとなって昇華したりする。
[Problem to be solved by the invention] As mentioned above, WSiSiB, which is a conventional high melting point metal film,
MOS using a composite film consisting of 6 and polycrystalline silicon films 3
) In the transistor, as explained in FIG. 4D, when forming the sidewall 7a, the CVD oxide film 7 (the fourth C
(see figure) was etched by an anisotropic oxide film dry etching method to cover an amount equivalent to the thickness of the CVD oxide film 7 and an overetch amount of 10 to 20%. However, during this overetching, the surface of the WS i film 4 is struck by the plasma and the Si that had filled in between the grains is removed.
Since the natural oxide film is etched, the W grains are exposed. In this state, when heat treatment is performed in the 02 atmosphere as explained in Fig. 4E,
Oxygen is supplied along the grain boundaries of the grains exposed on the WSiSiB6 surface, and excess Si and W existing between the grains is oxidized. As a result, a WSi abnormal oxide film 9 consisting of 5i02 is formed or WO is sublimated.

さらに、被酸化剤としてSiがWSiSiB6地の多結
晶シリコン膜3から供給されるため、多結晶シリコン膜
3の膜厚が局部的に減り、その部分にWSiSiC2い
込むこととなる。この結果、ゲート酸化膜2にストレス
がかかり、ゲートリーク電流が増加するという問題点が
あった。
Further, since Si is supplied as an oxidizing agent from the polycrystalline silicon film 3 based on WSiSiB6, the thickness of the polycrystalline silicon film 3 is locally reduced, and WSiSiC2 intrudes into the region. As a result, stress is applied to the gate oxide film 2, resulting in an increase in gate leakage current.

つまり、従来のゲート電極に高融点金属膜(WSiSi
C2よび多結晶シリコン膜3からなる複合膜を用いたL
DD構造を持つMOSトランジスタでは、製造工程にお
いてWSiSiC2面の酸化が進み、ゲート電極を構成
するWSiSiC2気抵抗値が高くなるという問題点が
あり、さらに、WSiSiC2化の際に下地の多結晶シ
リコン膜3中のSiが被酸化剤としてWSiSiC2い
上げられて多結晶シリコン膜3の膜減り減少が局部的に
発生し、WSiSiC2結晶シリコン膜4に食い込むた
め、ゲート酸化膜2にストレスがかかりゲートリーク電
流が増加するという問題点があった。
In other words, the conventional gate electrode is made of a high melting point metal film (WSiSi).
L using a composite film consisting of C2 and polycrystalline silicon film 3
In a MOS transistor with a DD structure, there is a problem that oxidation of the WSiSiC2 surface progresses during the manufacturing process, increasing the resistance value of WSiSiC2 constituting the gate electrode. The Si inside the WSiSiC2 is raised as an oxidizing agent, and the polycrystalline silicon film 3 is locally reduced in thickness, and it bites into the WSiSiC2 crystalline silicon film 4, which puts stress on the gate oxide film 2 and increases gate leakage current. There was a problem with the increase.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、ゲート電極の電気パルス抵抗を低下させるこ
とができるとともにゲートリーク電流を低下させること
が可能な半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce the electric pulse resistance of a gate electrode and reduce gate leakage current. The purpose is to

[課題を解決するための手段] 第1請求項における半導体装置は、半導体基板上にゲー
ト酸化膜を介して形成された多結晶シリコン層と、多結
晶シリコン層上に形成された高融点金属シリサイド層と
、高融点金属シリサイド上に直接形成されたシリコン酸
化膜と、シリコン酸化膜上に形成された層間絶縁層とを
含む。
[Means for Solving the Problems] The semiconductor device according to the first claim includes a polycrystalline silicon layer formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film, and a high melting point metal silicide formed on the polycrystalline silicon layer. a silicon oxide film formed directly on the refractory metal silicide, and an interlayer insulating layer formed on the silicon oxide film.

第2請求項における半導体装置の製造方法は、半導体基
板上にゲート酸化膜および多結晶シリコン層を形成した
後、多結晶シリコン層に不純物を導入するステップと、
多結晶シリコン層上にスパッタ法により高融点金属シリ
サイド層を形成し、その直後に高融点金属シリサイド層
上に後の熱酸化工程によってコンタクトホール形成のた
めの酸化膜エツチング時にそのすべてが酸化シリコン層
に変化するような厚みを有するアモルファスシリコン層
をスパッタ法により形成するステップとを含む。
A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect includes the steps of: forming a gate oxide film and a polycrystalline silicon layer on a semiconductor substrate, and then introducing impurities into the polycrystalline silicon layer;
A high melting point metal silicide layer is formed on the polycrystalline silicon layer by sputtering, and immediately after that, the entire high melting point metal silicide layer is etched into a silicon oxide layer by a subsequent thermal oxidation process to form a contact hole. forming an amorphous silicon layer having a thickness varying in thickness by sputtering.

[作用コ 第1請求項にかかる半導体装置では、半導体基板上にゲ
ート酸化膜を介して多結晶シリコン層が形成され、多結
晶シリコン層上に高融点金属シリサイド層が形成され、
高融点金属シリサイド層上に直接シリコン酸化膜が形成
され、シリコン酸化膜上に層間絶縁膜が形成されるので
、高融点金属シリサイド層上に直接形成されたシリコン
酸化膜により、製造工程においてゲート電極を構成する
高融点金属シリサイド層の酸化が防止されるとともに、
多結晶シリコン層中のシリコンが吸い上げられることも
ない。
[Function] In the semiconductor device according to the first aspect, a polycrystalline silicon layer is formed on the semiconductor substrate via a gate oxide film, a high melting point metal silicide layer is formed on the polycrystalline silicon layer,
A silicon oxide film is formed directly on the high melting point metal silicide layer, and an interlayer insulating film is formed on the silicon oxide film. In addition to preventing oxidation of the high melting point metal silicide layer that constitutes the
Silicon in the polycrystalline silicon layer is also not sucked up.

第2請求項にかかる半導体装置の製造方法では、半導体
基板上にゲート酸化膜および多結晶シリコン層が形成さ
れた後、多結晶シリコン層に不純物が導入され、多結晶
シリコン層上にスパッタ法により高融点金属シリサイド
層が形成され、その直後に高融点金属シリサイド層上に
後の熱酸化工程によってコンタクトホール形成のための
酸化膜エツチング時にそのすべてが酸化シリコン層に変
化するような厚みを有するアモルファスシリコン層がス
パッタ法により形成されるので、高融点金属シリサイド
層の酸化がアモルファスシリコン層により防止されると
ともに、コンタクトホール形成時の製造工程も複雑化す
ることがない。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, after a gate oxide film and a polycrystalline silicon layer are formed on a semiconductor substrate, an impurity is introduced into the polycrystalline silicon layer, and a sputtering method is applied to the polycrystalline silicon layer. A high melting point metal silicide layer is formed, and immediately after that, a thermal oxidation process is performed on the high melting point metal silicide layer to form a contact hole. Since the silicon layer is formed by sputtering, the amorphous silicon layer prevents oxidation of the high melting point metal silicide layer, and the manufacturing process for forming contact holes does not become complicated.

[発明の実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。[Embodiments of the invention] Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の一実施例によるゲート電極を用いたM
OSトランジスタを示した断面図である。
FIG. 1 shows an M using a gate electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an OS transistor.

第1図を参照して、MOSトランジスタは、シリコン基
板1と、シリコン基板1上に所定の間隔を隔てて形成さ
れたN+拡散層8と、隣接する2つのN+拡散層8とチ
ャネル領域となる部分との境界領域に形成されたN−拡
散層6と、隣接するN1拡散層8の間にゲート酸化膜2
を介して形成された多結晶シリコン膜3と、多結晶シリ
コン膜3上に形成されたWSiSiC2WSiSi上に
形成された酸化シリコン膜12と、N+拡散層8上に形
成された熱酸化膜10と、多結晶シリコン膜3およびW
SiSi20壁部分に形成されたサイドウオール7aと
、熱酸化膜10およびサイドウオール7aならびに酸化
シリコン膜12を覆うように形成された層間絶縁膜13
と、層間絶縁膜13に形成されたコンタクトホールに設
けられたアルミ配線14とを含む。
Referring to FIG. 1, a MOS transistor includes a silicon substrate 1, an N+ diffusion layer 8 formed on the silicon substrate 1 at a predetermined interval, and two adjacent N+ diffusion layers 8 forming a channel region. A gate oxide film 2 is formed between the N- diffusion layer 6 formed in the boundary region with the part and the adjacent N1 diffusion layer 8.
A polycrystalline silicon film 3 formed through the polycrystalline silicon film 3, a silicon oxide film 12 formed on WSiSiC2WSiSi formed on the polycrystalline silicon film 3, and a thermal oxide film 10 formed on the N+ diffusion layer 8. Polycrystalline silicon film 3 and W
A sidewall 7a formed on the wall portion of the SiSi 20, an interlayer insulating film 13 formed to cover the thermal oxide film 10, the sidewall 7a, and the silicon oxide film 12.
and an aluminum wiring 14 provided in a contact hole formed in an interlayer insulating film 13.

本実施例では、上述のようにゲート電極を構成するWS
iSi20間絶縁膜13との間に酸化シリコン膜12を
介在させることにより、製造工程においてWSiSi2
0化が防止でき、この結果、従来WSi膜4の酸化によ
り問題となっていたゲート電極の電気抵抗の上昇および
ゲートリーク電流の増加を有効に防止することができる
In this example, the WS forming the gate electrode as described above is
By interposing the silicon oxide film 12 between the iSi 20 insulating film 13, WSiSi2
As a result, it is possible to effectively prevent an increase in the electric resistance of the gate electrode and an increase in gate leakage current, which have conventionally caused problems due to oxidation of the WSi film 4.

第2八図ないし第2E図は、第1図に示したMOSトラ
ンジスタの製造プロセスを説明するための断面構造図で
ある。第1図ないし第2E図を参照して、製造プロセス
について説明する。まず、第2A図に示すように、シリ
コン基板1の主表面上に、約200A程度のゲート酸化
膜2を形成した後、2000人程度0多結晶シリコン膜
3をCVD法により形成し、リンをドープする。そして
、スパッタ法などにより、3000人のWSiSi20
成した後、スパッタ法により100〜300八程度のア
モルファスシリコン膜11を形成する。
28 to 2E are cross-sectional structural views for explaining the manufacturing process of the MOS transistor shown in FIG. 1. The manufacturing process will be described with reference to FIGS. 1 to 2E. First, as shown in FIG. 2A, a gate oxide film 2 with a thickness of about 200 A is formed on the main surface of a silicon substrate 1, and then a polycrystalline silicon film 3 of about 2000 A is formed by the CVD method, and phosphorus is removed. Dope. Then, using sputtering method etc., 3000 WSiSi20
After that, an amorphous silicon film 11 having a thickness of about 100 to 300 octane is formed by sputtering.

次に、第2B図に示すように、写真製版技術を用いて所
望の形状に形成したホトレジスト5をマスクとして、ア
モルファスシリコン膜11およびWSiSi20びに多
結晶シリコン膜3を順次エツチングする。これにより、
多結晶シリコン膜3およびWSiSi20らなるゲート
電極が形成される。そして、ホトレジスト5またはゲー
ト電極をマスクとして、イオン注入法によりリンPを1
〜5X10” [cm−2]程度注入し、LDD構造の
N−拡散層6を形成する。次に、第2C図に示すように
、CVD法により、CVD酸化膜7を全面に形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the amorphous silicon film 11, WSiSi 20, and polycrystalline silicon film 3 are sequentially etched using the photoresist 5 formed into a desired shape using photolithography as a mask. This results in
A gate electrode made of polycrystalline silicon film 3 and WSiSi 20 is formed. Then, using the photoresist 5 or the gate electrode as a mask, 1 phosphorus P is added by ion implantation.
About 5×10” [cm −2 ] is implanted to form an N − diffusion layer 6 having an LDD structure.Next, as shown in FIG. 2C, a CVD oxide film 7 is formed on the entire surface by the CVD method.

このCVD酸化膜7の形成時の熱処理により、従来と同
じようにWSi膜のグレインの成長が進む。次に、第2
D図に示すように、CVD酸化膜7を異方性ドライエツ
チング法により、CVD酸化膜7の膜厚相当部分および
その膜厚の10〜20%のオーバエッチ量をエツチング
することにより、WSiSi20結晶シリコン膜3から
なるゲート電極の側壁部にサイドウオール7aが形成さ
れる。ここで、本実施例では、WSiSi20面は、ア
モルファスシリコン膜11により保護されているため、
従来のようにCVD酸化膜7(第2C図参照)のオーバ
エツチング中にWSiSi20面が直接たたかれないの
で、Wのグレインが露出することはない。その後、ゲー
ト電極およびサイドウオール7aをマスクとして、イオ
ン注入法によりAsを3〜5 X 10 ” Cam−
2]程度注入し、N+拡散層8を形成する。次に、第2
E図に示すように、N+拡散層8を電気的に活性な層に
するため、N2雰囲気中で850℃〜950℃の熱処理
を行なう。その後、ゲート電極を熱酸化膜で覆うため、
02雰囲気中で850℃〜950℃の熱処理を行ない、
熱酸化膜10を形成する。この際、アモルファスシリコ
ン膜11も酸化され、酸化シリコン膜12となる。酸化
シリコン膜12の膜厚は、熱酸化膜形成時の酸化量によ
り決まるが、予めアモルファスシリコン膜11の膜厚を
酸化量相当分もしくは酸化量以上にしておけば、WSi
Si20接酸化されることはない。
The heat treatment during the formation of the CVD oxide film 7 causes the grains of the WSi film to grow as in the conventional case. Next, the second
As shown in Figure D, the CVD oxide film 7 is etched by an anisotropic dry etching method to a portion corresponding to the thickness of the CVD oxide film 7 and an overetch amount of 10 to 20% of the thickness of the CVD oxide film 7, thereby forming a WSiSi20 crystal. Sidewalls 7a are formed on the sidewalls of the gate electrode made of silicon film 3. Here, in this example, since the WSiSi 20 surface is protected by the amorphous silicon film 11,
Since the WSiSi 20 surface is not directly struck during over-etching of the CVD oxide film 7 (see FIG. 2C) as in the prior art, the W grains are not exposed. After that, using the gate electrode and the sidewall 7a as a mask, As is deposited in the amount of 3 to 5 x 10'' Cam- by ion implantation.
2] to form an N+ diffusion layer 8. Next, the second
As shown in Fig. E, in order to make the N+ diffusion layer 8 an electrically active layer, heat treatment is performed at 850 to 950° C. in an N2 atmosphere. After that, to cover the gate electrode with a thermal oxide film,
Heat treatment at 850°C to 950°C in 02 atmosphere,
A thermal oxide film 10 is formed. At this time, the amorphous silicon film 11 is also oxidized and becomes a silicon oxide film 12. The thickness of the silicon oxide film 12 is determined by the amount of oxidation during the formation of the thermal oxide film, but if the thickness of the amorphous silicon film 11 is set in advance to be equal to or greater than the amount of oxidation, WSi
Si20 is not oxidized.

この結果、WSi!14を構成部分とするゲート電極の
電気抵抗も高くなることがなく、従来に比べてゲート電
極の電気抵抗を低下させることができる。また、熱酸化
膜形成時に被酸化剤として5i75<W S i 膜4
の電極表面にアモルファスシリコン膜として存在してい
るので、下地の多結晶シリコン膜3から81が吸い上げ
られることもな〈従来のようにゲート酸化膜がストレス
を受けてゲートリーク電流が増加することもない。した
がって、従来に比べてゲートリーク電流を低下させるこ
とができる。第2E図において説明した製造プロセスの
後、最終的に第1図に示したように、層間絶縁膜13を
CVD法により形成し、平坦化のために02またはH2
102雰囲気中で900℃〜950℃の熱処理を行なう
。この際に、アモルファスシリコン膜11は完全に酸化
されすべて酸化シリコン膜12になる。その後、層間絶
縁膜13に写真製版技術を用いてコンタクトホールを開
孔するが、このコンタクトホールを開孔するための酸化
膜エツチング工程では、WSiSi上の酸化シリコン膜
12も層間絶縁膜13と同様にエツチングされ、WSi
SiO2面が露出する。すなわち、本実施例では、WS
iSiO2面の酸化防止のために設けたアモルファスシ
リコン膜11は、コンタクトホール形成時では、すべて
酸化シリコン膜12に変化しており、この状態でコンタ
クトホール形成を行なうと、エツチング工程を2回に分
ける必要がなく、製造工程も複雑化することはない。
As a result, WSi! The electrical resistance of the gate electrode of which 14 is a constituent part does not become high, and the electrical resistance of the gate electrode can be lowered compared to the conventional one. In addition, when forming a thermal oxide film, 5i75<WS i film 4 is used as an oxidized agent.
Since it exists as an amorphous silicon film on the surface of the electrode, the 81 is not sucked up from the underlying polycrystalline silicon film 3 (unlike in the conventional case, the gate oxide film is stressed and the gate leakage current increases). do not have. Therefore, gate leakage current can be reduced compared to the conventional method. After the manufacturing process explained in FIG. 2E, the interlayer insulating film 13 is finally formed by the CVD method as shown in FIG.
Heat treatment is performed at 900°C to 950°C in a 102 atmosphere. At this time, the amorphous silicon film 11 is completely oxidized and becomes a silicon oxide film 12. Thereafter, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 13 using photolithography, but in the oxide film etching process for forming this contact hole, the silicon oxide film 12 on WSiSi is also used in the same way as the interlayer insulating film 13. etched into WSi
The SiO2 surface is exposed. That is, in this embodiment, WS
The amorphous silicon film 11 provided to prevent oxidation on the iSiO2 surface has completely changed to a silicon oxide film 12 when the contact hole is formed, and if the contact hole is formed in this state, the etching process is divided into two steps. It is not necessary and the manufacturing process will not be complicated.

最後に、層間絶縁膜13に形成したコンタクトホールに
、All配線14を施し、MOSトランジスタが完成さ
れる。
Finally, All interconnection 14 is provided in the contact hole formed in interlayer insulating film 13 to complete the MOS transistor.

なお、本実施例では、高融点金属膜として、WSiSi
O2いたが、本発明はこれに限らず、他の高融点金属膜
たとえばMoSiなどを用いた場合にも同様な効果が得
られる。また、本実施例では、MOSトランジスタのゲ
ート電極に適用する例を示したが、本発明はこれに限ら
ず、配線などに適用した場合にも電気抵抗値が下がる効
果を博ることができる。
Note that in this example, WSiSi is used as the high melting point metal film.
Although O2 was used, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained when other high melting point metal films such as MoSi are used. Further, in this embodiment, an example in which the present invention is applied to the gate electrode of a MOS transistor is shown, but the present invention is not limited to this, and the effect of lowering the electrical resistance value can be obtained when applied to wiring or the like.

[発明の効果] 第1請求項に記載の発明によれば、半導体基板上にゲー
ト酸化膜を介して多結晶シリコン層を形成し、その多結
晶シリコン層上に高融点金属シリサイド層を形成し、高
融点金属シリサイド層上に直接シリコン酸化膜を形成し
、そのシリコン酸化膜上に層間絶縁層を形成する二とに
より、高融点金属シリサイド層上に直接形成されたシリ
コン酸化膜により、製造工程においてゲート電極を構成
する高融点金属シリサイド層の酸化が防止されるととも
に多結晶シリコン層中のシリコンが吸い上げられること
もないので、ゲート電極の電気抵抗を低下させることが
できるとともに、ゲートリーク電流を低下させることが
可能な半導体装置を提供し得るに至った。
[Effects of the Invention] According to the invention described in the first claim, a polycrystalline silicon layer is formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film, and a high melting point metal silicide layer is formed on the polycrystalline silicon layer. , a silicon oxide film is formed directly on the high melting point metal silicide layer, and an interlayer insulating layer is formed on the silicon oxide film. In this process, the high melting point metal silicide layer constituting the gate electrode is prevented from being oxidized, and the silicon in the polycrystalline silicon layer is not sucked up, so the electrical resistance of the gate electrode can be lowered and the gate leakage current can be reduced. We have now been able to provide a semiconductor device that can reduce the power consumption.

第2請求項に記載の発明によれば、半導体基板上にゲー
ト酸化膜および多結晶シリコン層を形成した後、その多
結晶シリコン層に不純物を導入し、多結晶シリコン層上
にスパッタ法により高融点金属シリサイド層を形成し、
その直後に高融点金属シリサイド層上に後の熱酸化工程
によってコンタクトホール形成のための酸化膜エツチン
グ時にそのすべてが酸化シリコン層に変化するような厚
みを有するアモルファスシリコン層をスパッタ法により
形成することにより、高融点金属シリサイド層の酸化が
アモルファスシリコン層により防止されるので、ゲート
電極の電気抵抗を低下させることができるとともにゲー
トリーク電流を低下させることができ、しかも、コンタ
クトホール形成時の製造工程も複雑化することがない。
According to the second aspect of the invention, after forming a gate oxide film and a polycrystalline silicon layer on a semiconductor substrate, impurities are introduced into the polycrystalline silicon layer, and the polycrystalline silicon layer is heated by sputtering. forming a melting point metal silicide layer,
Immediately thereafter, an amorphous silicon layer is formed on the high melting point metal silicide layer by a sputtering method, and has a thickness such that the entire layer changes into a silicon oxide layer during etching of the oxide film for forming contact holes in a subsequent thermal oxidation process. As a result, oxidation of the high melting point metal silicide layer is prevented by the amorphous silicon layer, making it possible to lower the electrical resistance of the gate electrode and gate leakage current. It doesn't get complicated either.

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

第1図は本発明の一実施例によるゲート電極を用いたM
OSトランジスタを示した断面図、第2A図ないし第2
E図は第1図に示したMOSトランジスタの製造プロセ
スを説明するための断面構造図、第3図は従来の高融点
金属膜および多結晶シリコン膜からなるゲート電極を用
いたMOSトランジスタを示した断面図、第4A図ない
し第4E図は第3図に示したMOSトランジスタの製造
プロセスを説明するための断面構造図である。 図において、1はシリコン基板、2はゲート酸化膜、3
は多結晶シリコン膜、4はWSi膜、5はホトレジスト
、6はN−拡散層、7はCVD酸化膜、7aはサイドウ
オール、8はN+拡散層、9はWSi異常酸化膜、10
は熱酸化膜、11はアモルファスシリコン膜、12は酸
化シリコン膜、13は層間絶縁膜、14はアルミ配線で
ある。 なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す
。 13・・・層間絶縁膜 14・・・アルミ配線 第 図 第2B図 第 図 第4A図 第4B図 第2C図 第2D図 第2E図 δ 第4C図 第4D図 第4E図 事件の表示 発明の名称 補正をする者 事件との関係 住所 名称 代表者 4、代理人 住所 手続補正書(自発) 平成2年特許願第156200号 半導体装置およびその製造方法
FIG. 1 shows an M using a gate electrode according to an embodiment of the present invention.
Cross-sectional views showing OS transistors, Figures 2A to 2
Figure E is a cross-sectional structural diagram for explaining the manufacturing process of the MOS transistor shown in Figure 1, and Figure 3 shows a MOS transistor using a conventional gate electrode made of a high melting point metal film and a polycrystalline silicon film. The cross-sectional views, FIGS. 4A to 4E, are cross-sectional structural views for explaining the manufacturing process of the MOS transistor shown in FIG. 3. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a gate oxide film, and 3 is a silicon substrate.
4 is a polycrystalline silicon film, 4 is a WSi film, 5 is a photoresist, 6 is an N- diffusion layer, 7 is a CVD oxide film, 7a is a sidewall, 8 is an N+ diffusion layer, 9 is a WSi abnormal oxide film, 10
11 is a thermal oxide film, 11 is an amorphous silicon film, 12 is a silicon oxide film, 13 is an interlayer insulating film, and 14 is an aluminum wiring. Note that in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. 13... Interlayer insulating film 14... Aluminum wiring Figure 2B Figure 4A Figure 4B Figure 2C Figure 2D Figure 2E δ Figure 4C Figure 4D Figure 4E Display of the incident Invention Person amending the name Relationship with the case Address Name Representative 4, Agent address Procedure amendment (voluntary) 1990 Patent Application No. 156200 Semiconductor device and its manufacturing method

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上にゲート酸化膜を介して形成された
多結晶シリコン層と、 前記多結晶シリコン層上に形成された高融点金属シリサ
イド層と、 高融点金属シリサイド層上に直接形成されたシリコン酸
化膜と、 前記シリコン酸化膜上に形成された層間絶縁層とを含む
、半導体装置。
(1) A polycrystalline silicon layer formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film, a high melting point metal silicide layer formed on the polycrystalline silicon layer, and a high melting point metal silicide layer formed directly on the high melting point metal silicide layer. A semiconductor device comprising: a silicon oxide film; and an interlayer insulating layer formed on the silicon oxide film.
(2)半導体基板上にゲート酸化膜および多結晶シリコ
ン層を形成した後、前記多結晶シリコン層に不純物を導
入するステップと、 前記多結晶シリコン層上にスパッタ法により高融点金属
シリサイド層を形成し、その直後に前記高融点金属シリ
サイド層上に、後の熱酸化工程によってコンタクトホー
ル形成のための酸化膜エッチング時にそのすべてが酸化
シリコン層に変化するような厚みを有するアモルファス
シリコン層をスパッタ法により形成するステップとを含
む、半導体装置の製造方法。
(2) After forming a gate oxide film and a polycrystalline silicon layer on a semiconductor substrate, introducing impurities into the polycrystalline silicon layer, and forming a high melting point metal silicide layer on the polycrystalline silicon layer by sputtering. Immediately thereafter, an amorphous silicon layer is formed on the high-melting point metal silicide layer by sputtering, and the amorphous silicon layer has such a thickness that the entire layer changes into a silicon oxide layer when the oxide film is etched to form a contact hole in a subsequent thermal oxidation process. A method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006303404A (en) * 2005-04-22 2006-11-02 Hynix Semiconductor Inc Manufacturing method of semiconductor element
JP2009290172A (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

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