JPH06120167A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH06120167A
JPH06120167A JP26627592A JP26627592A JPH06120167A JP H06120167 A JPH06120167 A JP H06120167A JP 26627592 A JP26627592 A JP 26627592A JP 26627592 A JP26627592 A JP 26627592A JP H06120167 A JPH06120167 A JP H06120167A
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layer
semiconductor device
silicide
forming
semiconductor substrate
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Hideaki Oka
秀明 岡
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Abstract

PURPOSE:To provide low contact resistance through a simple process in regard to micro-contact on a submicron level by forming a silicide layer in an region of impurities formed in a preset region of a semiconductor substrate. CONSTITUTION:After a N-well 102 and a P-well 103 are first formed in a semiconductor substrate 101, a P+ diffused layer and a N+ diffused layer 105 are formed to form an interlayer insulating film 106. Next, a contact hole 107 is opened in the interlayer insulating film 106, a Ti layer of approximately 200Angstrom to 1000Angstrom is formed. Further, a barrier layer 109 of TiN, TiW and the like of 500Angstrom to 1500Angstrom is formed. Next, furnace annealing is performed at a temperature of 450 deg.C to 600 deg.C in an atmosphere of inert gas or hydrogen gas. In this case, a reaction occurs between a contact metal such as Ti and a silicon substrate base, forming a silicide layer 110. The final step comprises etching back after tungsten is formed over the entire surface, forming a contact plug 111, and forming a metal wiring 112 with Al-Cu and the like.

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、半導体装置の製造方法
に係わり、特に、微細コンタクトを有する半導体素子に
おいて、優れたコンタクト特性を有する半導体素子を簡
便なプロセスで実現する素子構造及び製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a device structure and a manufacturing method for realizing a semiconductor device having fine contact with excellent contact characteristics by a simple process. .

【0002】[0002]

【従来の技術】サブミクロンの微細コンタクトにおいて
は、拡散層(特に、P+拡散層)とのコンタクト抵抗の
増大が問題となっている。この対策として、コンタクト
ホール開口後、P+拡散領域のみ、B(ボロン)を追加
注入し、ボロンの表面濃度を高めることで、コンタクト
抵抗を下げる方法が用いられている。
2. Description of the Related Art In a submicron fine contact, an increase in contact resistance with a diffusion layer (particularly a P + diffusion layer) has been a problem. As a countermeasure for this, after opening the contact hole, B (boron) is additionally injected only in the P + diffusion region to increase the surface concentration of boron to reduce the contact resistance.

【0003】図2に、従来の半導体装置の製造工程図を
示す。図2において、図2(a)は、半導体基板201内
にN−well202及びP−well203を形成後、P+
拡散層204及びN+拡散層205を形成し、層間絶縁膜206
を形成する工程である。図2(b)は、該層間絶縁膜20
6にコンタクトホール207を開け、P+拡散領域のみをマ
スク208により選択し、ボロンをイオンインプラする工
程である。図2(c)は、マスクを除去後、イオン注入
されたボロンを活性化するためのランプアニール(10
00℃以上)を行い、Ti/TiN等のバリア層209を
スパッタ法で形成後、Al−Si等で金属配線210を形
成する工程である。
FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of a conventional semiconductor device. In FIG. 2, in FIG. 2A, after the N-well 202 and the P-well 203 are formed in the semiconductor substrate 201, P +
The diffusion layer 204 and the N + diffusion layer 205 are formed, and the interlayer insulating film 206 is formed.
Is a step of forming. FIG. 2B shows the interlayer insulating film 20.
This is a step of forming a contact hole 207 in 6 and selecting only a P + diffusion region by a mask 208 and ion-implanting boron. FIG. 2C shows a lamp anneal (10) for activating the ion-implanted boron after removing the mask.
This is a step of forming a metal layer 210 of Al-Si or the like after performing a sputtering process to form a barrier layer 209 of Ti / TiN or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、コンタクト開口後にP+拡散領域を選択するフォト
工程、イオンインプラ工程、インプラされたドーパント
を活性化する工程が必要であり、工程が煩雑であった。
さらに、活性化のために、高温の熱処理が必要なことか
ら、不純物の再分布、熱ストレスによるダメージ等を生
じ、サブミクロン、さらにはハーフミクロン以下のデバ
イスにおいては、大きな問題となっている。
However, the conventional technique requires a photo step of selecting the P + diffusion region after the contact opening, an ion implantation step, and a step of activating the implanted dopant, which is complicated. there were.
Furthermore, since high-temperature heat treatment is required for activation, redistribution of impurities, damage due to thermal stress, etc. occur, which is a serious problem in devices of submicron or even half micron or less.

【0005】そこで、本発明は、このような問題を解決
するもので、より簡便なプロセスで、低いコンタクト抵
抗を実現するためのコンタクト構造及びその製造方法を
提供するものである。
Therefore, the present invention solves such a problem, and provides a contact structure and a manufacturing method thereof for realizing a low contact resistance by a simpler process.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、 (1) 半導体基板と、該半導体基板の所定領域に形成
された高濃度の不純物を含む不純物領域と、該不純物領
域の上部に開孔部を有する層間絶縁膜と、該開孔部に対
応した該不純物領域に形成されたシリサイド層を少なく
とも有し、該シリサイド層に含まれる不純物濃度がシリ
サイド層の膜厚方向の平均値で5×1019cm-3以下で
あることを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention comprises: (1) a semiconductor substrate, an impurity region containing a high concentration of impurities formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and an opening above the impurity region. It has at least an interlayer insulating film having a hole and a silicide layer formed in the impurity region corresponding to the opening, and the impurity concentration contained in the silicide layer is 5 as an average value in the film thickness direction of the silicide layer. It is characterized in that it is not more than × 10 19 cm -3 .

【0007】(2) 前記不純物領域がP型であること
を特徴とする。
(2) The impurity region is P-type.

【0008】(3) 前記シリサイド層がチタンシリサ
イドであることを特徴とする。
(3) The silicide layer is made of titanium silicide.

【0009】(4) 前記シリサイド層の膜厚が100
Å〜900Åであることを特徴とする。
(4) The thickness of the silicide layer is 100
It is characterized by being Å to 900Å.

【0010】(5) 半導体基板と、該半導体基板の所
定領域に形成された高濃度の不純物を含む不純物領域
と、該不純物領域の上部に開孔部を有する層間絶縁膜
と、該開孔部に対応した該不純物領域に形成されたシリ
サイド層と、該シリサイド層上に形成されたバリアメタ
ル層を少なくとも有し、該バリアメタル層の少なくとも
一部に1原子数%以上の酸素が含まれることを特徴とす
る。
(5) A semiconductor substrate, an impurity region containing a high concentration of impurities formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, an interlayer insulating film having an opening above the impurity region, and the opening. At least a silicide layer formed in the impurity region corresponding to the above and a barrier metal layer formed on the silicide layer, and at least a part of the barrier metal layer contains 1 atomic% or more of oxygen. Is characterized by.

【0011】(6) 前記シリサイド層に含まれる不純
物濃度がシリサイド層の膜厚方向の平均値で5×1019
cm-3以下であることを特徴とする。
(6) The concentration of impurities contained in the silicide layer is 5 × 10 19 as an average value in the thickness direction of the silicide layer.
It is characterized in that it is not more than cm -3 .

【0012】(7) 前記バリアメタルがTiNもしく
はTiWであることを特徴とする。
(7) The barrier metal is TiN or TiW.

【0013】また、本発明の半導体装置の製造方法は、 (8) 半導体基板に高濃度の不純物を含む拡散層を形
成する工程と、該拡散層を覆う層間絶縁膜を形成する工
程と、該拡散層上の層間絶縁膜にコンタクト孔を開ける
工程と、金属層を被着する工程と、熱処理により該金属
層と半導体基板を反応させシリサイド層を形成する工程
を少なくとも有し、該熱処理温度が550℃以下である
ことを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (8) a step of forming a diffusion layer containing a high concentration of impurities on a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer, There is at least a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film on the diffusion layer, a step of depositing a metal layer, and a step of reacting the metal layer with the semiconductor substrate by heat treatment to form a silicide layer, and the heat treatment temperature is It is characterized in that the temperature is 550 ° C. or lower.

【0014】(9) 前記熱処理の時間が2時間以上で
あることを特徴とする。
(9) The heat treatment time is 2 hours or more.

【0015】(10)前記不純物領域がP型であること
をを特徴とする。
(10) The impurity region is P-type.

【0016】(11)前記シリサイド層がチタンシリサ
イドであることを特徴とする。
(11) The silicide layer is made of titanium silicide.

【0017】(12)半導体基板に高濃度の不純物を含
む拡散層を形成する工程と、該拡散層を覆う層間絶縁膜
を形成する工程と、該拡散層上の層間絶縁膜にコンタク
ト孔を開ける工程と、金属層を被着する工程と、該金属
層上にバリアメタルを積層する工程と、金属層上に少な
くともバリアメタルを積層した状態で熱処理を施し、該
金属層と半導体基板を反応させシリサイド層を形成する
工程を少なくとも有することを特徴とする。
(12) A step of forming a diffusion layer containing a high concentration of impurities on a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer, and a contact hole formed in the interlayer insulating film on the diffusion layer. A step of depositing a metal layer, a step of laminating a barrier metal on the metal layer, and a heat treatment in a state where at least the barrier metal is laminated on the metal layer to react the metal layer with the semiconductor substrate. The method is characterized by including at least a step of forming a silicide layer.

【0018】(13)前記バリアメタルがTiNもしく
はTiWであることを特徴とする。
(13) The barrier metal is TiN or TiW.

【0019】(14)前記バリアメタルの少なくとも一
部に1原子数%以上の酸素が含まれることを特徴とす
る。
(14) At least a part of the barrier metal contains 1 atomic% or more of oxygen.

【0020】[0020]

【実施例】図1は、本発明の実施例における半導体装置
の製造工程図の一例である。
FIG. 1 is an example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device in an embodiment of the present invention.

【0021】図1において、図1(a)は、半導体基板
101内にN−well102及びP−well103を形成
後、P+拡散層104及びN+拡散層105を形成し、層間絶
縁膜106を形成する工程である。P+拡散層の形成方法
としては、BF2+を30〜50keV程度で2〜4×
1015(cm-2)程度イオン注入し形成する等の方法が
ある。又、N+拡散層の形成方法としては、Asを30
〜50keV程度で4〜6×1015(cm-3)程度イオ
ン注入し形成する等の方法がある。図1(b)は、該層
間絶縁膜106にコンタクトホール107を開け、Ti層108
を200Å〜1000Å程度形成し、更にTiN、Ti
W等のバリア層109を500Å〜1500Å程度形成す
る工程である。Ti層、バリア層の形成方法としては、
スパッタ法、CVD法、ECR−CVD法等がある。図
1(c)は、450℃〜600℃程度で不活性ガスもし
くは水素ガス雰囲気中で炉アニールを施す工程である。
この場合、Ti等のコンタクトメタルと下地のシリコン
基板と反応し、シリサイド層110を形成しながら反応が
進む。図1(d)は、ブランケットCVD法によって、
W(タングステン)を全面形成した後、エッチバック
し、コンタクトプラグ111を形成し、続いてAl−Cu
等で金属配線112を形成する工程である。本実施例では
ブランケットCVD法でW等を全面形成する場合を例と
したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In FIG. 1, FIG. 1A shows a semiconductor substrate.
In this step, after forming the N-well 102 and the P-well 103 in the 101, the P + diffusion layer 104 and the N + diffusion layer 105 are formed, and the interlayer insulating film 106 is formed. As a method for forming the P + diffusion layer, BF 2 + is 2 to 4 × at about 30 to 50 keV.
There is a method such as ion implantation of about 10 15 (cm −2 ). As a method for forming the N + diffusion layer, As is 30
There is a method such as ion implantation of about 4 to 6 × 10 15 (cm −3 ) at about 50 keV. In FIG. 1B, a contact hole 107 is opened in the interlayer insulating film 106, and a Ti layer 108 is formed.
Is formed on the order of 200Å to 1000Å.
This is a step of forming a barrier layer 109 such as W having a thickness of about 500Å to 1500Å. As a method for forming the Ti layer and the barrier layer,
There are a sputtering method, a CVD method, an ECR-CVD method and the like. FIG. 1C shows a step of performing furnace annealing in an inert gas or hydrogen gas atmosphere at about 450 ° C. to 600 ° C.
In this case, the contact metal such as Ti reacts with the underlying silicon substrate, and the reaction proceeds while forming the silicide layer 110. FIG. 1D shows a blanket CVD method.
After forming W (tungsten) on the entire surface, it is etched back to form a contact plug 111, and then Al-Cu.
Etc. is a step of forming the metal wiring 112. In this embodiment, the case where W or the like is formed on the entire surface by the blanket CVD method is taken as an example, but the present invention is not limited to this.

【0022】本発明に基づく半導体装置の電気的特性に
関し、以下に述べる。本発明によれば、例えば、層間絶
縁膜の膜厚1.5μm、コンタクト径0.5μmのアス
ペクト比3のコンタクトホールにおいて、コンタクト抵
抗約35Ω〜90Ω(P+拡散層)、約30Ω〜40Ω
(N+拡散層)を実現できた。また、Al配線形成後5
25℃30分のアニールを施しても、接合リーク等の特
性劣化を生ずることもなく、熱的にも安定なコンタクト
構造を実現できた。
The electrical characteristics of the semiconductor device according to the present invention will be described below. According to the present invention, for example, in a contact hole having an interlayer insulating film thickness of 1.5 μm and a contact diameter of 0.5 μm and an aspect ratio of 3, the contact resistance is about 35Ω to 90Ω (P + diffusion layer), about 30Ω to 40Ω.
(N + diffusion layer) was realized. Also, after the Al wiring is formed, 5
Even if annealing was performed for 30 minutes at 25 ° C., a contact structure that was thermally stable could be realized without causing characteristic deterioration such as junction leakage.

【0023】続いて、本発明によってコンタクト抵抗が
大幅に低減するメカニズムに関して述べる。Tiを成膜
し熱処理を施すことで、TiとSiが反応し、Tiシリ
サイドが形成される。この際、SiとTiシリサイドの
界面がSi基板中に移動し、熱処理前のSi/Ti界面
のB濃度に比べて、熱処理後のSi/Tiシリサイド界
面のB濃度が大幅に上昇していることが判った。その結
果、熱処理前のP+拡散層とのコンタクト抵抗(0.5
μm径、アスペクト比3)が約350Ωと高かったのに
対して、500℃10時間の熱処理後は約40Ωと飛躍
的に低減された。又、熱処理温度によって、Tiシリサ
イド中へのBの再分布量に大きな相違があることが判っ
た。500℃10時間の低温長時間アニールでは、Ti
シリサイド中へのBの再分布量が少なく、Si/Tiシ
リサイド界面のB濃度が高く保たれているのに対して、
アニール温度を高めるにつれて、Tiシリサイド中への
Bの再分布量が多く、Si/Tiシリサイド界面のB濃
度が低くなっていることが判った。明確な因果関係は今
のところ明かではないが、Tiシリサイド中のBの固溶
限界がアニール温度を高めるにつれて高くなることと対
応していると思われる。その結果、700℃10分の熱
処理では、P+拡散層とのコンタクト抵抗(0.5μm
径、アスペクト比3)は約230Ωと高いのに対し、5
00℃10時間の熱処理では、前述の通り約40Ωと大
幅に低減された。アニール条件とP+拡散層とのコンタ
クト抵抗値(0.5μm径、アスペクト比3)の一例と
しては、450℃20時間のアニールで約35Ω、50
0℃10時間で約40Ω、550℃5時間で約55Ω、
580℃2時間で、約80Ω、600℃30分で約10
0Ω、650℃20分で約150Ω、700℃10分で
約230Ωであった。これから、アニール温度は600
℃以下が望ましく、550℃程度以下が特に優れている
ことが判る。アニール時間は、アニール温度により最適
値が異なるが、約30分〜約20時間程度に最適値が存
在する。
Next, the mechanism by which the contact resistance is greatly reduced by the present invention will be described. By forming a Ti film and performing heat treatment, Ti reacts with Si to form a Ti silicide. At this time, the interface between Si and Ti silicide is moved into the Si substrate, and the B concentration at the Si / Ti silicide interface after the heat treatment is significantly higher than the B concentration at the Si / Ti interface before the heat treatment. I understood. As a result, the contact resistance with the P + diffusion layer before heat treatment (0.5
While the μm diameter and the aspect ratio 3) were as high as about 350Ω, they were dramatically reduced to about 40Ω after the heat treatment at 500 ° C. for 10 hours. It was also found that there is a large difference in the amount of B redistributed in the Ti silicide depending on the heat treatment temperature. In low temperature long time annealing at 500 ° C. for 10 hours, Ti
While the amount of B redistributed in the silicide is small and the B concentration at the Si / Ti silicide interface is kept high,
It was found that as the annealing temperature was increased, the amount of B redistributed in the Ti silicide was large, and the B concentration at the Si / Ti silicide interface was low. Although a clear causal relationship is not clear so far, it seems to correspond to that the solid solution limit of B in Ti silicide increases with increasing annealing temperature. As a result, in the heat treatment at 700 ° C. for 10 minutes, the contact resistance with the P + diffusion layer (0.5 μm
Diameter and aspect ratio 3) are as high as 230Ω, while 5
In the heat treatment at 00 ° C. for 10 hours, as described above, it was significantly reduced to about 40Ω. An example of the annealing conditions and the contact resistance value (0.5 μm diameter, aspect ratio 3) between the P + diffusion layer is about 35Ω, 50 after annealing at 450 ° C. for 20 hours.
About 40Ω at 0 ° C for 10 hours, about 55Ω at 550 ° C for 5 hours,
Approx. 80Ω at 580 ° C for 2 hours, approx. 10 at 600 ° C for 30 minutes
It was 0Ω, about 150Ω at 650 ° C for 20 minutes, and about 230Ω at 700 ° C for 10 minutes. From now on, the annealing temperature is 600
It can be seen that the temperature is preferably not higher than 0 ° C and is particularly excellent at not higher than about 550 ° C. The optimum annealing time varies depending on the annealing temperature, but the optimum value exists for about 30 minutes to about 20 hours.

【0024】又、Tiをコンタクトの底に約100∂形
成し500℃10時間のアニールで形成したTiシリサ
イド中のボロン濃度の膜厚方向の平均値は2×10
19(cm-3)程度、550℃5時間のアニールでは3×
1019(cm-3)程度、600℃30分のアニールでは
5×1019(cm-3)程度である。一方、650℃20
分のアニールでは6×1019(cm-3)程度、700℃
10分のアニールでは7×1019(cm-3)程度以上に
なる。従って、Tiシリサイド中のボロン濃度の膜厚方
向の平均値は5×1019(cm-3)程度以下であること
が望ましく、3×1019(cm-3)程度以下であること
が特に望ましい。
Further, the average value of the boron concentration in the film thickness direction in the Ti silicide formed by forming Ti about 100∂ on the bottom of the contact and annealing at 500 ° C. for 10 hours is 2 × 10.
About 19 (cm -3 ), 3 × by annealing at 550 ° C. for 5 hours
It is about 10 19 (cm -3 ) and about 5 × 10 19 (cm -3 ) in annealing at 600 ° C. for 30 minutes. On the other hand, 650 ℃ 20
About 6 × 10 19 (cm −3 ) at 700 ° C.
Annealing for 10 minutes results in about 7 × 10 19 (cm −3 ) or more. Therefore, the average value of the boron concentration in the Ti silicide in the film thickness direction is preferably about 5 × 10 19 (cm −3 ) or less, and particularly preferably about 3 × 10 19 (cm −3 ) or less. .

【0025】又、Tiシリサイド中に再分布するボロン
の量は、コンタクトの底に被着されるTi膜厚に依存し
て変化するTiシリサイド膜厚にも依存する。例えば、
650℃20分の高温のアニールでは、Tiシリサイド
膜厚250Å程度になると、コンタクト抵抗が増加する
傾向を示す。一方、550℃〜600℃程度以下の低温
のアニールでは、Tiシリサイド膜厚250Å程度で
は、ボロンの再分布によるコンタクト抵抗の増加はみら
れず、むしろ膜厚を厚くすることでコンタクト抵抗が低
減される傾向を示す。しかし、コンタクトの底に形成さ
れるTiシリサイド膜厚が900Å以上になると、シリ
サイド中に再分布するボロン量が、低温アニールによっ
ても無視できなくなり、コンタクト抵抗が増加する傾向
を示す。一方、コンタクトの底に形成されるTiシリサ
イド膜厚が100Å以下になると、シリサイド化に伴う
界面の移動が十分に起らず、コンタクト抵抗低減の効果
が著しく低下する。以上の結果から、コンタクトの底に
形成されるTiシリサイド膜厚は、100Å〜900Å
が望ましい。
Further, the amount of boron redistributed in the Ti silicide also depends on the Ti silicide film thickness which changes depending on the Ti film thickness deposited on the bottom of the contact. For example,
In high-temperature annealing at 650 ° C. for 20 minutes, the contact resistance tends to increase when the Ti silicide film thickness reaches about 250Å. On the other hand, in the case of annealing at a low temperature of about 550 ° C. to 600 ° C. or less, the contact resistance is not increased due to the redistribution of boron at the Ti silicide film thickness of about 250 Å, but rather the contact resistance is reduced by increasing the film thickness. Shows a tendency to However, when the thickness of the Ti silicide formed on the bottom of the contact is 900 Å or more, the amount of boron redistributed in the silicide cannot be ignored even by low temperature annealing, and the contact resistance tends to increase. On the other hand, when the thickness of the Ti silicide film formed on the bottom of the contact is 100 Å or less, the movement of the interface due to silicidation does not occur sufficiently, and the effect of reducing the contact resistance is significantly reduced. From the above results, the thickness of the Ti silicide film formed on the bottom of the contact is 100Å to 900Å
Is desirable.

【0026】又、前記アニール時に、Ti上にTiN、
TiW等を積層した状態で、アニールする製造方法が、
P+拡散層とのコンタクト抵抗低減に対して有効である
ことも見いだした。TiN、TiW等を積層しないと、
アニール中に拡散層中のボロンが、Ti中を外方拡散し
気相中に逃げてしまい、Si基板中のボロン濃度が低下
することが判った。一方、TiN、TiW等を積層した
状態でアニールすると、TiN、TiW等がボロンの拡
散を防止するバリア層となり、前記外方拡散を防止でき
るため、Si基板中のボロン濃度の低下を防止できるこ
とが判った。特に、TiN、TiW等のバリア層中に、
1原子数%以上の酸素を膜厚方向の少なくとも一部に添
加すると、熱処理時のボロン等の不純物拡散が更に抑制
されることも判った。酸素の添加方法は、例えばバリア
層をスパッタ方で形成する場合にスパッタ雰囲気中に酸
素を添加する方法、バリア層形成後酸素雰囲気中でアニ
ールする方法等がある。以上述べたように、低温長時間
アニールによってTiシリサイド中へのボロンの再分布
を抑えつつ完全にシリサイド化を進める効果に、Ti
N、TiWによるボロンの外方拡散防止効果を加えるこ
とにより、Si/Tiシリサイド界面のボロン濃度を高
め、コンタクト抵抗を大幅に低減できる。特に、Ti
N、TiWによるボロンの外方拡散防止効果は、アニー
ル時間が長くなるほど有効且つ不可欠になる。
During the annealing, TiN on Ti,
A manufacturing method of annealing in a state where TiW and the like are laminated is
It was also found to be effective in reducing the contact resistance with the P + diffusion layer. If you do not stack TiN, TiW, etc.,
It was found that during annealing, boron in the diffusion layer diffuses out of Ti and escapes into the vapor phase, and the boron concentration in the Si substrate decreases. On the other hand, if TiN, TiW, etc. are annealed in a stacked state, TiN, TiW, etc. serve as a barrier layer for preventing the diffusion of boron, and the outward diffusion can be prevented, so that the concentration of boron in the Si substrate can be prevented from lowering. understood. In particular, in the barrier layer such as TiN, TiW,
It was also found that when 1 atomic% or more of oxygen is added to at least part of the film thickness direction, diffusion of impurities such as boron during heat treatment is further suppressed. Examples of the method of adding oxygen include a method of adding oxygen in a sputtering atmosphere when forming a barrier layer by a sputtering method, and a method of annealing in a oxygen atmosphere after forming the barrier layer. As described above, the effect of promoting the complete silicidation while suppressing the redistribution of boron in the Ti silicide by the low temperature long-time annealing is
By adding the outward diffusion preventing effect of boron by N and TiW, the boron concentration at the Si / Ti silicide interface can be increased and the contact resistance can be greatly reduced. Especially Ti
The effect of N and TiW to prevent outward diffusion of boron becomes more effective and indispensable as the annealing time becomes longer.

【0027】尚、本実施例では、シリコン基板上にTi
を形成し、Tiシリサイドを形成する場合を例とした
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
シリコン基板以外にも、Siエピ層、poly−Si層
等にも適用できる。又、Ti以外にも、Pt(プラチ
ナ)、Ta(タンタル)等を形成し、アニールによっ
て、シリサイド化する等の方法も有効である。又、本発
明は、P+拡散層とのコンタクト抵抗の低減に特に有効
であるが、As等をドーピングしたN+拡散層とのコン
タクト抵抗の低減に対しても有効である。
In this embodiment, Ti is formed on the silicon substrate.
However, the present invention is not limited to this. For example,
In addition to the silicon substrate, it can be applied to a Si epi layer, a poly-Si layer, and the like. In addition to Ti, a method of forming Pt (platinum), Ta (tantalum), or the like, and performing silicidation by annealing is also effective. Further, the present invention is particularly effective in reducing the contact resistance with the P + diffusion layer, but is also effective in reducing the contact resistance with the N + diffusion layer doped with As or the like.

【0028】以上述べたように、本発明に基づく半導体
装置及びその製造方法によれば、P+拡散層、N+拡散
層共、優れたコンタクト特性を有する半導体装置を簡便
なプロセスで形成することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, a semiconductor device having excellent contact characteristics for both the P + diffusion layer and the N + diffusion layer can be formed by a simple process. .

【0029】尚、本発明は、図1の実施例に限らず、半
導体素子のコンタクト構造全般に広く応用できる。
The present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 1 and can be widely applied to the contact structure of semiconductor devices in general.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればコン
タクト径がサブミクロン以下でアスペクト比が高いコン
タクトホールに対して、P+拡散層、N+拡散層共、低
抵抗でオーミック性の優れたコンタクト構造が形成可能
となった。更に本発明によれば、従来のようなコンタク
トホール開孔後の、イオンインプラ工程や不純物の活性
化のための高温アニール工程が不要となり、より簡便な
プロセスで、優れたコンタクト特性を実現できるように
なった。
As described above, according to the present invention, both the P + diffusion layer and the N + diffusion layer have low resistance and excellent ohmic properties for a contact hole having a contact diameter of submicron or less and a high aspect ratio. A contact structure can be formed. Further, according to the present invention, it is possible to realize an excellent contact characteristic by a simpler process, which does not require a conventional ion implantation process or a high temperature annealing process for activating impurities after the contact hole is opened. Became.

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

【図1】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
図である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the invention.

【図2】従来の半導体装置の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】 102 ・・・ N−well 103 ・・・ P−well 104 ・・・ P+拡散層 105 ・・・ N+拡散層 106 ・・・ 層間絶縁膜 107 ・・・ コンタクトホール 108 ・・・ Ti層 109 ・・・ バリア層 110 ・・・ シリサイド層 111 ・・・ コンタクトプラグ 112 ・・・ 金属配線[Explanation of Codes] 102 ・ ・ ・ N-well 103 ・ ・ ・ P-well 104 ・ ・ ・ P + diffusion layer 105 ・ ・ ・ N + diffusion layer 106 ・ ・ ・ Inter-layer insulation film 107 ・ ・ ・ Contact hole 108 ・ ・ ・Ti layer 109 ・ ・ ・ Barrier layer 110 ・ ・ ・ Silicide layer 111 ・ ・ ・ Contact plug 112 ・ ・ ・ Metal wiring

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板の所定領域
に形成された高濃度の不純物を含む不純物領域と、該不
純物領域の上部に開孔部を有する層間絶縁膜と、該開孔
部に対応した該不純物領域に形成されたシリサイド層を
少なくとも有し、該シリサイド層に含まれる不純物濃度
がシリサイド層の膜厚方向の平均値で5×1019cm-3
以下であることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, an impurity region containing a high concentration of impurities formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, an interlayer insulating film having an opening above the impurity region, and an opening in the opening. There is at least a silicide layer formed in the corresponding impurity region, and the concentration of impurities contained in the silicide layer is 5 × 10 19 cm −3 as an average value in the thickness direction of the silicide layer.
A semiconductor device characterized by the following.
【請求項2】 前記不純物領域がP型であることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity region is P-type.
【請求項3】 前記シリサイド層がチタンシリサイドで
あることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半
導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicide layer is titanium silicide.
【請求項4】 前記シリサイド層の膜厚が100Å〜9
00Åであることを特徴とする請求項1または請求項2
または請求項3記載の半導体装置。
4. The thickness of the silicide layer is 100Å-9
It is 00Å, Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
Alternatively, the semiconductor device according to claim 3.
【請求項5】 半導体基板と、該半導体基板の所定領域
に形成された高濃度の不純物を含む不純物領域と、該不
純物領域の上部に開孔部を有する層間絶縁膜と、該開孔
部に対応した該不純物領域に形成されたシリサイド層
と、該シリサイド層上に形成されたバリアメタル層を少
なくとも有し、該バリアメタル層の少なくとも一部に1
原子%以上の酸素が含まれることを特徴とする半導体装
置。
5. A semiconductor substrate, an impurity region containing a high concentration of impurities formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, an interlayer insulating film having an opening above the impurity region, and an opening in the opening. There is at least a silicide layer formed in the corresponding impurity region and a barrier metal layer formed on the silicide layer, and at least a part of the barrier metal layer is 1
A semiconductor device characterized by containing at least atomic% of oxygen.
【請求項6】 前記シリサイド層に含まれる不純物濃度
がシリサイド層の膜厚方向の平均値で5×1019cm-3
以下であることを特徴とする請求項5記載の半導体装
置。
6. The concentration of impurities contained in the silicide layer is 5 × 10 19 cm −3 as an average value in the thickness direction of the silicide layer.
The semiconductor device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記バリアメタルがTiNもしくはTi
Wであることを特徴とする請求項5または請求項6記載
の半導体装置。
7. The barrier metal is TiN or Ti
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is W.
【請求項8】 半導体基板に高濃度の不純物を含む拡散
層を形成する工程と、該拡散層を覆う層間絶縁膜を形成
する工程と、該拡散層上の層間絶縁膜にコンタクト孔を
開ける工程と、金属層を被着する工程と、熱処理により
該金属層と半導体基板を反応させシリサイド層を形成す
る工程を少なくとも有し、該熱処理温度が550℃以下
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a diffusion layer containing a high concentration of impurities on a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer, and a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film on the diffusion layer. And a step of depositing a metal layer, and a step of reacting the metal layer with a semiconductor substrate by heat treatment to form a silicide layer, wherein the heat treatment temperature is 550 ° C. or lower. Production method.
【請求項9】 前記熱処理の時間が2時間以上であるこ
とを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the heat treatment time is 2 hours or more.
【請求項10】 前記不純物領域がP型であることを特
徴とする請求項8または請求項9記載の半導体装置の製
造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the impurity region is P-type.
【請求項11】 前記シリサイド層がチタンシリサイド
であることを特徴とする請求項8または請求項9または
請求項10記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the silicide layer is titanium silicide.
【請求項12】 半導体基板に高濃度の不純物を含む拡
散層を形成する工程と、該拡散層を覆う層間絶縁膜を形
成する工程と、該拡散層上の層間絶縁膜にコンタクト孔
を開ける工程と、金属層を被着する工程と、該金属層上
にバリアメタルを積層する工程と、金属層上に少なくと
もバリアメタルを積層した状態で熱処理を施し、該金属
層と半導体基板を反応させシリサイド層を形成する工程
を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
12. A step of forming a diffusion layer containing a high concentration of impurities on a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer, and a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film on the diffusion layer. A step of depositing a metal layer, a step of laminating a barrier metal on the metal layer, and a heat treatment in a state where at least the barrier metal is laminated on the metal layer to react the metal layer with the semiconductor substrate to form a silicide. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of forming a layer.
【請求項13】 前記バリアメタルがTiNもしくはT
iWであることを特徴とする請求項12記載の半導体装
置の製造方法。
13. The barrier metal is TiN or T
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the method is iW.
【請求項14】 前記バリアメタルの少なくとも一部に
1原子%以上の酸素が含まれることを特徴とする請求項
12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein at least a part of the barrier metal contains 1 atomic% or more of oxygen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005167192A (en) * 2003-11-10 2005-06-23 Sanyo Electric Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device

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