JPH098148A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH098148A
JPH098148A JP7149213A JP14921395A JPH098148A JP H098148 A JPH098148 A JP H098148A JP 7149213 A JP7149213 A JP 7149213A JP 14921395 A JP14921395 A JP 14921395A JP H098148 A JPH098148 A JP H098148A
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titanium
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silicon
oxide film
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一弘 岡部
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Abstract

PURPOSE: To provide a MOS transistor which can suppress the sheet resistance of a gate electrode from being increased, which can suppress a current driving capability from being lowered and which is of a titanium silicide structure. CONSTITUTION: A titanium film 141a is formed, and titanium silicide films 111a, 111b are formed on the surface of gate electrodes 107a, 107b. An oxide silicon film 136 is removed by RIE. A titanium film 141b is formed, titanium silicide films 111ab, 111bb are formed on the surface of an N-type source-drain region 109 and a P-type source-drain region 110, and the titanium silicide films 111a, 111b are changed into titanium silicide films 111aa, 111ba.

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およびその製
造方法に関し、特にチタン・サリサイド構造のMOSト
ランジスタを含んだ半導体装置およびその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a MOS transistor having a titanium salicide structure and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化に伴ない、MOSト
ランジスタを含んでなる半導体装置では、MOSトラン
ジスタの(多結晶シリコン膜からなるゲート電極の)ゲ
ート長,ソース・ドレイン領域等も縮小さる。その結果
によるゲート電極,ソース・ドレイン領域のシート抵抗
の増大を抑制するために、ゲート電極の上面およびソー
ス・ドレイン領域の表面に自己整合的にチタン・シリサ
イド膜を設けたチタン・サリサイド構造のMOSトラン
ジスタが着目されつつある。また、特に0.35μm以
下のゲート長を有する微細化されたPチャネルMOSト
ランジスタでは、高濃度のP型の多結晶シリコン膜によ
りゲート電極を形成する傾向にある。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of semiconductor elements, in semiconductor devices including MOS transistors, the gate length (of the gate electrode made of a polycrystalline silicon film), source / drain regions, etc. of the MOS transistors are also reduced. In order to suppress the increase in the sheet resistance of the gate electrode and the source / drain regions due to the result, a titanium salicide structure MOS in which a titanium silicide film is provided in a self-aligned manner on the upper surface of the gate electrode and the surface of the source / drain region. Transistors are attracting attention. Further, particularly in a miniaturized P-channel MOS transistor having a gate length of 0.35 μm or less, the gate electrode tends to be formed of a high-concentration P-type polycrystalline silicon film.

【0003】半導体装置の製造工程の断面模式図である
図5および図6を参照すると、NチャネルMOSトラン
ジスタおよびPチャネルMOSトランジスタがともにチ
タン・シリサイド構造を有した従来のCMOSトランジ
スタは、以下のように形成される。
Referring to FIGS. 5 and 6 which are schematic cross-sectional views of a manufacturing process of a semiconductor device, a conventional CMOS transistor in which both an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor have a titanium silicide structure is as follows. Is formed.

【0004】まず、P型シリコン基板301の表面にN
ウェル302,Pウェル303を形成する。Nウェル3
02,Pウェル303の接合の深さは、それぞれ1.0
μm程度である。P型シリコン基板301の表面の素子
分離領域には、選択酸化により、膜厚400nm程度の
フィールド酸化膜304を形成する。なお、Pウェル3
03の表面の素子分離領域では、フィールド酸化膜30
4直下に、1013cm-2台のボロンのイオン注入等によ
り、チャネル・ストッパー用のP型拡散層305を形成
する。P型シリコン基板301の表面の素子分離領域に
は、熱酸化により、膜厚10nm程度のゲート酸化膜3
06を形成する。気相成長法により、全面に膜厚250
nm程度のノンドープの多結晶シリコン膜327を形成
する〔図5(a)〕。
First, N is formed on the surface of the P-type silicon substrate 301.
A well 302 and a P well 303 are formed. N well 3
02, P-well 303 has a junction depth of 1.0
It is about μm. In the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 301, a field oxide film 304 having a film thickness of about 400 nm is formed by selective oxidation. In addition, P well 3
In the element isolation region on the surface of 03, the field oxide film 30
Immediately below 4, a P-type diffusion layer 305 for a channel stopper is formed by ion implantation of 10 13 cm −2 boron or the like. In the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 301, the gate oxide film 3 with a film thickness of about 10 nm is formed by thermal oxidation.
06 is formed. A film thickness of 250 is formed on the entire surface by the vapor phase growth method.
A non-doped polycrystalline silicon film 327 of about nm is formed [FIG. 5 (a)].

【0005】次に、多結晶シリコン膜327をパターニ
ングして、Nウェル302およびPウェル303の表面
上のゲート電極形成予定領域に多結晶シリコン膜パター
ン327aを形成する。多結晶シリコン膜パターン32
7aの幅は、0.35μm程度である。Nウェル302
を覆うフォトレジスト膜(図示せず),フィールド酸化
膜305および多結晶シリコン膜パターン327aをマ
スクにした1014cm-2台のボロンのイオン注入等によ
り、Pウェル303の表面に低濃度のN型拡散層329
を形成する。さらに、Pウェル303を覆う別のフォト
レジスト膜(図示せず),フィールド酸化膜305およ
び多結晶シリコン膜パターン327aをマスクにした1
14cm-2台の燐のイオン注入等により、Nウェル30
2の表面に低濃度のP型拡散層330を形成する。気相
成長法により全面に膜厚100nm程度の酸化シリコン
膜(図に明示せず)を形成し、この酸化シリコン膜をエ
ッチバックして多結晶シリコン膜パターン327aの側
面に酸化シリコン膜スペーサ308を形成する。酸化シ
リコン膜スペーサ308とフィールド酸化膜304との
間隔は、0.5μm程度である〔図5(b)〕。
Next, the polycrystalline silicon film 327 is patterned to form a polycrystalline silicon film pattern 327a on the surface of the N well 302 and the P well 303 in which the gate electrode is to be formed. Polycrystalline silicon film pattern 32
The width of 7a is about 0.35 μm. N well 302
A low-concentration N film is formed on the surface of the P-well 303 by ion implantation of 10 14 cm −2 boron using a photoresist film (not shown) covering the film, the field oxide film 305 and the polycrystalline silicon film pattern 327a as a mask. Type diffusion layer 329
To form Further, another photoresist film (not shown) covering the P well 303, the field oxide film 305 and the polycrystalline silicon film pattern 327a are used as a mask 1
The N well 30 is formed by ion implantation of 0 14 cm -2 phosphorus.
A low concentration P-type diffusion layer 330 is formed on the surface of No. 2. A silicon oxide film (not shown in the drawing) having a film thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a vapor phase growth method, and the silicon oxide film is etched back to form a silicon oxide film spacer 308 on the side surface of the polycrystalline silicon film pattern 327a. Form. The distance between the silicon oxide film spacer 308 and the field oxide film 304 is about 0.5 μm (FIG. 5B).

【0006】次に、Pウェル303を覆うフォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにした5×1015cm-2程度
の2弗化ボロン(BF2 )のイオン注入と、Nウェル3
02を覆う別のフォトレジスト膜(図示せず)をマスク
にした5×1015cm-2程度の砒素のイオン注入と、9
00℃〜850℃程度の熱処理等とを行なう。これら一
連の処理により、Pウェル303側では、フィールド酸
化膜305と酸化シリコン膜スペーサ308とに自己整
合的な高濃度のN型拡散層339がPウェル303の表
面に形成され、N型拡散層329とN型拡散層339と
からなるN型ソース・ドレイン領域309が形成され
る。N型拡散層339の接合の深さは0.1μm程度で
ある。また、Pウェル303の表面上の多結晶シリコン
膜パターン327aも高濃度のN型になり、これからな
る(ゲート長0.35μm程度の)ゲート電極307a
が形成される。Nウェル302側では、フィールド酸化
膜305と酸化シリコン膜スペーサ308とに自己整合
的な高濃度のP型拡散層339がNウェル302の表面
に形成され、P型拡散層330とP型拡散層340とか
らなるP型ソース・ドレイン領域310が形成される。
P型拡散層340の接合の深さは0.15μm程度であ
る。また、Nウェル302の表面上の多結晶シリコン膜
パターン327aも高濃度のP型になり、これからなる
(ゲート長0.35μm程度の)ゲート電極307bが
形成される〔図5(c)〕。
Next, ion implantation of boron difluoride (BF 2 ) of about 5 × 10 15 cm −2 is performed with a photoresist film (not shown) covering the P well 303 as a mask, and the N well 3 is used.
Arsenic ion implantation of about 5 × 10 15 cm −2 using another photoresist film (not shown) covering 02 as a mask, and
A heat treatment or the like at about 00 ° C. to 850 ° C. is performed. By this series of processes, on the P well 303 side, a high-concentration N type diffusion layer 339 self-aligned with the field oxide film 305 and the silicon oxide film spacer 308 is formed on the surface of the P well 303, and the N type diffusion layer is formed. An N-type source / drain region 309 composed of 329 and an N-type diffusion layer 339 is formed. The junction depth of the N-type diffusion layer 339 is about 0.1 μm. Further, the polycrystalline silicon film pattern 327a on the surface of the P well 303 also becomes a high-concentration N type and is made of this (the gate length is about 0.35 μm) The gate electrode 307a.
Is formed. On the N well 302 side, a high concentration P-type diffusion layer 339 self-aligned with the field oxide film 305 and the silicon oxide film spacer 308 is formed on the surface of the N well 302, and the P-type diffusion layer 330 and the P-type diffusion layer are formed. A P-type source / drain region 310 composed of 340 is formed.
The junction depth of the P-type diffusion layer 340 is about 0.15 μm. The polycrystalline silicon film pattern 327a on the surface of the N well 302 also becomes a high-concentration P type, and a gate electrode 307b (having a gate length of about 0.35 μm) is formed (FIG. 5C).

【0007】次に、全面に1×1015cm-2程度のシリ
コンのイオン注入を行ない、ゲート電極307a,30
7bの上面近傍,N型ソース・ドレイン領域309の表
面近傍およびP型ソース・ドレイン領域310の表面近
傍にシリコンの非晶質層(図に明示せず)を形成する。
ゲート電極307a,307bの上面,N型ソース・ド
レイン領域309の表面およびP型ソース・ドレイン領
域310の表面の自然酸化膜を除去する。スパッタリン
グにより、全面に膜厚50nm程度のチタン膜341を
形成する〔図5(d)〕。
Next, ion implantation of silicon of about 1 × 10 15 cm -2 is performed on the entire surface to form gate electrodes 307a, 30.
An amorphous layer of silicon (not shown in the drawing) is formed near the upper surface of 7b, near the surface of the N-type source / drain region 309, and near the surface of the P-type source / drain region 310.
The natural oxide films on the upper surfaces of the gate electrodes 307a and 307b, the surfaces of the N-type source / drain regions 309 and the P-type source / drain regions 310 are removed. A titanium film 341 having a film thickness of about 50 nm is formed on the entire surface by sputtering [FIG. 5 (d)].

【0008】次に、700℃程度の窒素雰囲気で30秒
間程度の熱処理(急速熱窒化処理;RTN)を行ない、
ゲート電極307a,307bの上面に自己整合的にC
49構造のチタン・シリサイド膜311aa,311b
aを形成し、フィールド酸化膜305と酸化シリコン膜
スペーサ308とに自己整合的なN型ソース・ドレイン
領域309の表面,P型ソース・ドレイン領域310の
表面にそれぞれC49構造のチタン・シリサイド膜31
1ab,311bbを形成する。チタン・シリサイド膜
311aa,311ab,311ba,311bbの膜
厚は、それぞれ50nm前後であり、これらの表面には
それぞれ膜厚25nm前後の窒化チタン膜(図示せず)
が形成されている。また、フィールド酸化膜305およ
び酸化シリコン膜スペーサ308の表面は主として窒化
シリコン膜により覆われ、これらの表面に直接に接触す
る部分では未反応なチタン膜341が残置することもあ
る。アンモニア(NH4 OH)水と過酸化水素(H2
2 )水との混合液により上記窒化チタン膜および未反応
のチタン膜341を除去する〔図6(a)〕。
Next, heat treatment (rapid thermal nitriding treatment; RTN) is performed for about 30 seconds in a nitrogen atmosphere at about 700 ° C.,
C is self-aligned on the upper surfaces of the gate electrodes 307a and 307b.
Titanium silicide film 311aa, 311b having 49 structure
a is formed, and the surface of the N-type source / drain region 309 and the surface of the P-type source / drain region 310 that are self-aligned with the field oxide film 305 and the silicon oxide film spacer 308 are each formed of a titanium silicide film 31 having a C49 structure.
1ab and 311bb are formed. The titanium / silicide films 311aa, 311ab, 311ba, 311bb each have a film thickness of about 50 nm, and a titanium nitride film (not shown) having a film thickness of about 25 nm on each of these surfaces.
Are formed. Further, the surfaces of the field oxide film 305 and the silicon oxide film spacer 308 are mainly covered with the silicon nitride film, and the unreacted titanium film 341 may remain in the portions which are in direct contact with these surfaces. Ammonia (NH 4 OH) water and hydrogen peroxide (H 2 O
2 ) The titanium nitride film and the unreacted titanium film 341 are removed by a mixed solution with water [FIG. 6 (a)].

【0009】次に、850℃程度で10秒間程度のRT
Nを行ない、チタン・シリサイド膜311aa,311
ab,311ba,311bbをそれぞれC54構造の
チタン・シリサイド膜312aa,312ab,312
ba,312bbに相転移させる。これにより、チタン
・サリサイド構造のCMOSトランジスタの形成が終了
する〔図6(b)〕。図示は省略するが、その後、層間
絶縁膜の形成,コンタクト孔の形成,金属配線の形成等
が行なわれ上記CMOSトランジスタを含んでなる半導
体装置が形成される。
Next, RT at 850 ° C. for about 10 seconds
Titanium silicide film 311aa, 311
ab, 311ba, and 311bb are titanium silicide films 312aa, 312ab, and 312 having a C54 structure, respectively.
phase transition to ba and 312bb. This completes the formation of the titanium salicide CMOS transistor [FIG. 6 (b)]. Although illustration is omitted, after that, an interlayer insulating film, a contact hole, a metal wiring, etc. are formed to form a semiconductor device including the CMOS transistor.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のC
MOSトランジスタでは、二律背反の関係を有した2つ
の問題点がある。この2つの問題点は、チタン膜341
の膜厚に関連し、チタン・シリサイド膜311aa,3
11ab,311ba,311bbの膜厚に起因してい
る。
However, the above-mentioned C
The MOS transistor has two problems that have an antinomy relation. These two problems are caused by the titanium film 341.
Related to the film thickness of the titanium silicide films 311aa, 311aa, 3
This is due to the film thickness of 11ab, 311ba, and 311bb.

【0011】第1の問題点は、チタン膜341の膜厚が
薄くなるときに生じる。ゲート電極307a,307b
のゲート長が0.35μm程度に縮小されたとき、チタ
ン膜341の膜厚が30nm程度になると、C49構造
のチタン・シリサイド膜311aa,311baがC5
4構造のチタン・シリサイド膜312aa,312ba
に相転移する際に凝集が発生し始めて、得られたチタン
・シリサイド膜312aa,312baのシート抵抗が
チタン・シリサイド膜312aa,312baのシート
抵抗より高い値になる。この傾向は、チタン膜341の
膜厚が薄くなるにしたがって顕著になり、さらに、ゲー
ト長が0.35μmより短かくなるにしたがってより顕
著になる。このため、(ゲート長の短かい)ゲート電極
をチタン・ポリサイド構造にする目的であるゲート電極
のシート抵抗の増加の抑制という目的を果せなるなる。
この問題点は、ゲート長が例えば0.35μm程度であ
るならば、チタン膜341の膜厚(チタン・シリサイド
膜311aa,311abの膜厚)を30nmより厚く
することにより解決する。なお、C54に相転移させる
際の凝集という問題は、N型ソース・ドレイン領域30
9,P型ソース・ドレイン領域310の表面においても
発生するが、上記のように、これらの幅は例えば0.5
μm程度と広くすることができるため、チタン膜341
の膜厚が30nmよりさらに薄くならなければこの現象
は顕在化しない。
The first problem occurs when the titanium film 341 becomes thin. Gate electrodes 307a and 307b
When the gate length of the titanium film 341 is reduced to about 0.35 μm and the film thickness of the titanium film 341 becomes about 30 nm, the titanium silicide films 311aa and 311ba having the C49 structure are changed to C5.
Titanium / silicide film 312aa, 312ba of four structure
Aggregation starts to occur at the time of phase transition, and the sheet resistance of the obtained titanium-silicide films 312aa and 312ba becomes higher than the sheet resistance of the titanium-silicide films 312aa and 312ba. This tendency becomes more remarkable as the film thickness of the titanium film 341 becomes thinner, and becomes more remarkable as the gate length becomes shorter than 0.35 μm. Therefore, it is possible to achieve the purpose of suppressing the increase of the sheet resistance of the gate electrode, which is the purpose of making the gate electrode (having a short gate length) a titanium polycide structure.
This problem can be solved by increasing the thickness of the titanium film 341 (thickness of the titanium / silicide films 311aa and 311ab) to more than 30 nm if the gate length is about 0.35 μm. Note that the problem of aggregation at the time of phase transition to C54 is caused by the N-type source / drain region 30.
9 also occurs on the surface of the P-type source / drain region 310, but as described above, their width is, for example, 0.5.
The titanium film 341 can be made as wide as about μm.
This phenomenon does not become apparent unless the film thickness of is less than 30 nm.

【0012】第2の問題点は、チタン膜341の膜厚が
厚くなるときに生じる。ソース・ドレイン領域の接合の
深さが0.1〜0.15μm程度に浅いとき、チタン膜
341の膜厚が35nm程度になると、チタン・シリサ
イド膜312abとN型ソース・ドレイン領域309と
の間の接触抵抗,チタン・シリサイド膜312bbとP
型ソース・ドレイン領域310との間の接触抵抗が増大
し始める。このため、NチャネルMOSトランジスタの
電流駆動能力,PチャネルMOSトランジスタの電流駆
動能力が低下し始める。この傾向は、チタン膜の膜厚が
厚くなるにしたがって顕著になる。この現象は、チタン
膜341がC49構造のチタン・シリサイド膜に変化す
る際に、ソース・ドレイン領域とチタン膜341との界
面近傍の導電型不純物がC49構造のチタン・シリサイ
ド膜中に拡散され、これら界面近傍の不純物濃度が低下
する(空乏化する)ためと考えられている。また、この
現象は、P型ソース・ドレイン領域310において特に
顕著である。この現象は、シリサイド化反応に伴なって
生じるものであり、チタン・シリサイド膜がC49構造
からC54構造に相転移する際には発生しない。この問
題点は、チタン膜341の膜厚を35nmより薄くする
ことにより解決する。
The second problem occurs when the titanium film 341 becomes thicker. When the thickness of the titanium film 341 is about 35 nm when the depth of the junction between the source / drain regions is about 0.1 to 0.15 μm, between the titanium / silicide film 312ab and the N-type source / drain region 309. Contact resistance, titanium silicide film 312bb and P
The contact resistance between the mold source / drain region 310 starts to increase. For this reason, the current drive capability of the N-channel MOS transistor and the current drive capability of the P-channel MOS transistor start to decrease. This tendency becomes remarkable as the titanium film becomes thicker. This phenomenon is because when the titanium film 341 is changed to a titanium / silicide film having a C49 structure, conductive impurities near the interface between the source / drain region and the titanium film 341 are diffused into the titanium / silicide film having a C49 structure. It is considered that the impurity concentration near these interfaces decreases (depletes). Further, this phenomenon is particularly remarkable in the P-type source / drain region 310. This phenomenon occurs with the silicidation reaction and does not occur when the titanium / silicide film undergoes a phase transition from the C49 structure to the C54 structure. This problem is solved by making the thickness of the titanium film 341 thinner than 35 nm.

【0013】なお、この現象は、ゲート電極の上面にお
いても発生する。しかしながら、チタン・ポリサイド構
造のゲート電極では、チタン・シリサイド膜312ab
からゲート電極307aを介しての電流経路,あるいは
チタン・シリサイド膜312bbからゲート電極307
bを介しての電流経路が存在しないため、多結晶シリコ
ン膜327の膜厚をソース・ドレイン領域の接合の深さ
の値より大きな所望の値に設定することにより、実害は
少なくなる。
This phenomenon also occurs on the upper surface of the gate electrode. However, in the titanium / polycide structure gate electrode, the titanium / silicide film 312ab is used.
To the gate electrode 307a through the gate electrode 307a or the titanium silicide film 312bb
Since there is no current path through b, the actual damage is reduced by setting the film thickness of the polycrystalline silicon film 327 to a desired value larger than the junction depth of the source / drain regions.

【0014】したがって本発明の目的は、チタン・サリ
サイド構造のMOSトランジスタを含んだ半導体装置に
おいて、ゲート電極のシート抵抗の増大と電流駆動能力
の低下とを抑制できる構造を有した半導体装置と、製造
マージンを持ってこの半導体装置を形成できる製造方法
とを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device including a MOS transistor of titanium salicide structure, which has a structure capable of suppressing an increase in the sheet resistance of the gate electrode and a decrease in the current driving capability, and manufacturing. It is to provide a manufacturing method capable of forming this semiconductor device with a margin.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
表面の少なくとも一部に一導電型領域が設けらてたシリ
コン基板と、ゲート酸化膜を介して上記一導電型領域の
表面上に設けられた所望の膜厚の多結晶シリコン膜から
なるゲート電極と、上記ゲート電極の側面を覆う絶縁膜
スペーサと、第1の所要膜厚を有して上記ゲート電極の
上面を自己整合的に覆うC54構造の第1のチタン・シ
リサイド膜と、上記一導電型領域の表面に設けられた逆
導電型ソース・ドレイン領域と、上記絶縁膜スペーサに
自己整合的に、上記第1の所要膜厚より薄い第2の所要
膜厚を有して上記逆導電型ソース・ドレイン領域の表面
を覆うC54構造の第2のチタン・シリサイド膜とを有
する。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A silicon substrate having one conductivity type region provided on at least a part of the surface, and a gate electrode formed of a polycrystalline silicon film having a desired film thickness provided on the surface of the one conductivity type region through a gate oxide film. An insulating film spacer that covers the side surface of the gate electrode, a first titanium-silicide film having a first required thickness and having a C54 structure that covers the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner, and the one conductive film. The reverse conductivity type source / drain regions provided on the surface of the mold region and the insulation film spacer are self-aligned and have a second required film thickness smaller than the first required film thickness. And a second titanium / silicide film having a C54 structure covering the surface of the source / drain region.

【0016】好ましくは、上記絶縁膜スペーサを構成す
る絶縁膜が、酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜で
ある。
Preferably, the insulating film forming the insulating film spacer is a silicon oxide film or a silicon nitride film.

【0017】本発明の半導体装置の製造方法の第1の態
様は、表面の少なくとも一部に一導電型領域が設けらて
たシリコン基板のこの表面の素子分離領域にフィールド
絶縁膜を形成し、概表面の素子形成領域にゲート酸化膜
を形成する工程と、少なくとも、上記ゲート酸化膜の表
面を直接に覆う所望の膜厚の多結晶シリコン膜を全面に
形成する工程と、少なくとも上記多結晶シリコン膜をパ
ターニングして、ゲート電極形成予定領域に少なくとも
多結晶シリコン膜パターンを残置する工程と、全面に所
定膜厚の絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックし
て、少なくとも多結晶シリコン膜パターンの側面に絶縁
膜スペーサを形成する工程と、熱酸化により、少なくと
も上記フィールド絶縁膜および上記絶縁膜スペーサに自
己整合的な上記一導電型領域の表面に、酸化シリコン膜
を形成する工程と、逆導電型不純物のイオン注入によ
り、上記多結晶シリコン膜パターンをゲート電極に変換
し,上記一導電型領域の表面に逆導電型ソース・ドレイ
ン領域を形成する工程と、上記ゲート電極の上面を露出
させる工程と、全面に第1のチタン膜を形成する工程
と、窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって上記ゲート
電極の上面を自己整合的に覆うC49構造の第1のチタ
ン・シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタン膜および
未反応の上記第1のチタン膜を選択的に除去する工程
と、酸化シリコン膜に対する異方性エッチングにより少
なくとも上記酸化シリコン膜を除去し、上記フィールド
絶縁膜および上記絶縁膜スペーサに自己整合的な上記逆
導電型ソース・ドレイン領域の表面を露出させる工程
と、全面に第2のチタン膜を形成する工程と、窒素雰囲
気での第2の熱処理を行なってC49構造の上記第1の
チタン・シリサイド膜の膜厚を厚くし,上記フィールド
絶縁膜および上記絶縁膜スペーサに自己整合的な上記逆
導電型ソース・ドレイン領域の表面にC49構造の第2
のチタン・シリサイド膜を形成し、第2の窒化チタン膜
および未反応の上記第2のチタン膜を選択的に除去する
工程と、窒素雰囲気での第3の熱処理を行ない、C49
構造の上記第1,第2のチタン・シリサイド膜をC54
構造の第1,第2のチタン・シリサイド膜に相転移させ
る工程とを有する。
According to a first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field insulating film is formed in an element isolation region of a surface of a silicon substrate having one conductivity type region provided on at least a part of the surface, A step of forming a gate oxide film in a device forming region on the approximate surface, a step of forming a polycrystalline silicon film of a desired film thickness directly covering the surface of the gate oxide film, and a step of forming at least the polycrystalline silicon film. At least the polycrystalline silicon film is formed by patterning the film and leaving at least the polycrystalline silicon film pattern in the region where the gate electrode is to be formed, and forming an insulating film of a predetermined thickness on the entire surface and etching back the insulating film. The step of forming an insulating film spacer on the side surface of the pattern and the above-described one self-alignment with at least the field insulating film and the insulating film spacer by thermal oxidation. The polycrystalline silicon film pattern is converted into a gate electrode by a step of forming a silicon oxide film on the surface of the conductivity type region and ion implantation of impurities of the opposite conductivity type, and a source of the opposite conductivity type is formed on the surface of the one conductivity type region. A step of forming a drain region, a step of exposing the upper surface of the gate electrode, a step of forming a first titanium film on the entire surface, and a first heat treatment in a nitrogen atmosphere to expose the upper surface of the gate electrode. Forming a first titanium-silicide film having a C49 structure that covers in a self-aligning manner, and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film, and anisotropy to the silicon oxide film At least the silicon oxide film is removed by reactive etching to expose the surface of the reverse conductivity type source / drain region that is self-aligned with the field insulating film and the insulating film spacer. And a step of forming a second titanium film on the entire surface, and a second heat treatment in a nitrogen atmosphere is performed to increase the thickness of the first titanium / silicide film having a C49 structure. And a second C49 structure on the surface of the opposite conductivity type source / drain region self-aligned with the insulating film spacer.
Of the titanium / silicide film and selectively removing the second titanium nitride film and the unreacted second titanium film, and a third heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed.
The above-mentioned first and second titanium-silicide films of the structure are C54
And a step of causing a phase transition to the first and second titanium-silicide films of the structure.

【0018】本発明の半導体装置の製造方法の第2の態
様は、表面の少なくとも一部に一導電型領域が設けらて
たシリコン基板のこの表面の素子分離領域にフィールド
絶縁膜を形成し、この表面の素子形成領域にゲート酸化
膜を形成する工程と、所望の膜厚のノンドープの多結晶
シリコン膜と、窒化シリコン膜とを全面に順次形成する
工程と、上記窒化シリコン膜および多結晶シリコン膜を
順次パターニングして、ゲート電極形成予定領域に窒化
シリコン膜パターンおよび多結晶シリコン膜パターンを
残置する工程と、全面に所定膜厚の第1の酸化シリコン
膜を形成し、この第1の酸化シリコン膜をエッチバック
して、上記窒化シリコン膜パターンおよび多結晶シリコ
ン膜パターンの側面に酸化シリコン膜スペーサを形成
し,上記フィールド絶縁膜およびこの酸化シリコン膜ス
ペーサに自己整合的な上記一導電型領域の露出面を形成
する工程と、熱酸化により、上記露出面に第2の酸化シ
リコン膜を形成する工程と、逆導電型不純物のイオン注
入により、上記多結晶シリコン膜パターンを逆導電型の
多結晶シリコン膜パターンに変換してゲート電極を形成
し,上記一導電型領域の表面に逆導電型ソース・ドレイ
ン領域を形成する工程と、上記窒化シリコン膜パターン
を選択的に除去する工程と、全面に第1のチタン膜を形
成する工程と、窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって
上記ゲート電極の上面を自己整合的に覆うC49構造の
第1のチタン・シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタ
ン膜および未反応の上記第1のチタン膜を選択的に除去
する工程と、異方性エッチングにより、上記第2の酸化
シリコン膜を除去する工程と、全面に第2のチタン膜を
形成する工程と、窒素雰囲気での第2の熱処理を行なっ
てC49構造の上記第1のチタン・シリサイド膜の膜厚
を厚くし,上記フィールド絶縁膜および上記酸化シリコ
ン膜スペーサに自己整合的な上記逆導電型ソース・ドレ
イン領域の表面にC49構造の第2のチタン・シリサイ
ド膜を形成し、第2の窒化チタン膜および未反応の上記
第2のチタン膜を選択的に除去する工程と、窒素雰囲気
での第3の熱処理を行ない、C49構造の上記第1,第
2のチタン・シリサイド膜をC54構造の第1,第2の
チタン・シリサイド膜に相転移される工程とを有する。
According to a second aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field insulating film is formed in an element isolation region of a surface of a silicon substrate having at least a part of the surface provided with one conductivity type region, A step of forming a gate oxide film in the device forming region on this surface, a step of sequentially forming a non-doped polycrystalline silicon film having a desired film thickness and a silicon nitride film on the entire surface, the silicon nitride film and polycrystalline silicon A step of sequentially patterning the film to leave a silicon nitride film pattern and a polycrystalline silicon film pattern in a region for forming a gate electrode, and forming a first silicon oxide film with a predetermined film thickness on the entire surface, The silicon film is etched back to form a silicon oxide film spacer on the side surface of the silicon nitride film pattern and the polycrystalline silicon film pattern, and A step of forming an exposed surface of the one conductivity type region self-aligned with the edge film and the silicon oxide film spacer; a step of forming a second silicon oxide film on the exposed surface by thermal oxidation; The polycrystalline silicon film pattern is converted into a reverse conductivity type polycrystalline silicon film pattern by ion implantation of impurities to form a gate electrode, and a reverse conductivity type source / drain region is formed on the surface of the one conductivity type region. A step of selectively removing the silicon nitride film pattern, a step of forming a first titanium film on the entire surface, and a first heat treatment in a nitrogen atmosphere to perform self-alignment on the upper surface of the gate electrode. Forming a first titanium-silicide film having a C49 structure covering the first titanium nitride film and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film, and anisotropic etching. The step of removing the second silicon oxide film, the step of forming a second titanium film on the entire surface, and the second heat treatment in a nitrogen atmosphere to perform the film of the first titanium-silicide film having a C49 structure. A second titanium / silicide film having a C49 structure is formed on the surface of the reverse conductivity type source / drain region which is self-aligned with the field insulating film and the silicon oxide film spacer to form a second titanium nitride film. A step of selectively removing the film and the unreacted second titanium film and a third heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed to replace the first and second titanium silicide films of the C49 structure with those of the C54 structure. And a step of undergoing a phase transition to a second titanium / silicide film.

【0019】好ましくは、上記酸化シリコン膜スペーサ
を形成するために行なわれる上記第1の酸化シリコン膜
のエッチバックが、トリ・フルオロ・メタン(CH
3 )および一酸化炭素(CO)からなる混合ガス,あ
るいはオクタ・フルオロ・ブタン(C4 8 )および一
酸化炭素からなる混合ガスをエッチングガスに用いた異
方性エッチングである。また、上記第2の酸化シリコン
膜を除去するための異方性エッチングが、CHF3 およ
びCOからなる混合ガス,あるいはC4 8 およびCO
からなる混合ガスをエッチングガスに用いた異方性エッ
チングである。
Preferably, the etching back of the first silicon oxide film for forming the silicon oxide film spacer is performed by trifluoromethane (CH 3).
This is anisotropic etching using a mixed gas of F 3 ) and carbon monoxide (CO) or a mixed gas of octafluorobutane (C 4 F 8 ) and carbon monoxide as an etching gas. Further, anisotropic etching for removing the second silicon oxide film is performed by using a mixed gas of CHF 3 and CO, or C 4 F 8 and CO.
Is an anisotropic etching using a mixed gas consisting of

【0020】本発明の半導体装置の製造方法の第3の態
様は、表面に一導電型領域が設けらてたシリコン基板の
表面の素子分離領域にフィールド絶縁膜を形成し、素子
形成領域にゲート酸化膜を形成する工程と、全面に所望
の膜厚のノンドープの多結晶シリコン膜を形成する工程
と、多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極
形成予定領域に多結晶シリコン膜パターンを残置する工
程と、全面に所定膜厚の窒化シリコン膜を形成し、この
窒化シリコン膜をエッチバックして、上記多結晶シリコ
ン膜パターンの側面に窒化シリコン膜スペーサを形成す
る工程と、熱酸化により、上記多結晶シリコン膜パター
ンの上面および上記フィールド絶縁膜並びに上記窒化シ
リコン膜スペーサに自己整合的な上記一導電型領域の表
面にそれぞれ第1および第2の酸化シリコン膜を形成す
る工程と、逆導電型不純物のイオン注入により、上記多
結晶シリコン膜パターンを逆導電型の多結晶シリコン膜
パターンに変換してゲート電極を形成し,上記一導電型
領域の表面に逆導電型ソース・ドレイン領域を形成する
工程と、全面にフォトレジスト膜を塗布,形成し、上記
第1の酸化シリコン膜の上面が露出するまでこのフォト
レジスト膜をエッチバックし、この第1の酸化シリコン
膜を除去する工程と、全面に第1のチタン膜を形成する
工程と、窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって上記ゲ
ート電極の上面を自己整合的に覆うC49構造の第1の
チタン・シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタン膜お
よび未反応の上記第1のチタン膜を選択的に除去する工
程と、異方性エッチングにより、少なくとも上記第2の
酸化シリコン膜を除去し,上記フィールド絶縁膜並びに
上記窒化シリコン膜スペーサに自己整合的な上記逆導電
型ソース・ドレイン領域の表面を露出させる工程と、窒
素雰囲気での第2の熱処理を行なってC49構造の上記
第1のチタン・シリサイド膜の膜厚を厚くし,上記フィ
ールド絶縁膜および上記窒化シリコン膜スペーサに自己
整合的な上記逆導電型ソース・ドレイン領域の表面にC
49構造の第2のチタン・シリサイド膜を形成し、第2
の窒化チタン膜および未反応の上記第2のチタン膜を選
択的に除去する工程と、窒素雰囲気での第3の熱処理を
行ない、C49構造の上記第1,第2のチタン・シリサ
イド膜をC54構造の第1,第2のチタン・シリサイド
膜に相転移させる工程とを有する。
According to a third aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field insulating film is formed in an element isolation region on the surface of a silicon substrate having a surface of one conductivity type region, and a gate is formed in the element formation region. A step of forming an oxide film, a step of forming a non-doped polycrystalline silicon film having a desired film thickness on the entire surface, a patterning of the polycrystalline silicon film, and leaving a polycrystalline silicon film pattern in the gate electrode formation planned region. A step of forming a silicon nitride film of a predetermined thickness on the entire surface, etching back the silicon nitride film to form a silicon nitride film spacer on the side surface of the polycrystalline silicon film pattern, and by thermal oxidation, A first surface is formed on the upper surface of the polycrystalline silicon film pattern, on the surface of the field insulating film, and on the surface of the one conductivity type region that is self-aligned with the silicon nitride film spacer. And a step of forming a second silicon oxide film, and ion implantation of an impurity of opposite conductivity type converts the polycrystalline silicon film pattern into a polycrystalline silicon film pattern of opposite conductivity type to form a gate electrode. A step of forming source / drain regions of opposite conductivity type on the surface of the conductivity type region, a photoresist film is applied and formed on the entire surface, and the photoresist film is etched back until the upper surface of the first silicon oxide film is exposed. Then, the step of removing the first silicon oxide film, the step of forming the first titanium film on the entire surface, and the first heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed to cover the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner. A step of forming a first titanium / silicide film having a C49 structure and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film and anisotropic etching are performed. A step of removing at least the second silicon oxide film to expose the surface of the reverse conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the silicon nitride film spacer; To increase the thickness of the first titanium / silicide film having a C49 structure, and to form C on the surface of the reverse conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the silicon nitride film spacer.
A second titanium silicide film having a 49 structure is formed, and a second titanium silicide film is formed.
The step of selectively removing the titanium nitride film and the unreacted second titanium film described above and a third heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed to remove the first and second titanium silicide films having a C49 structure by C54. And a step of causing a phase transition to the first and second titanium-silicide films of the structure.

【0021】好ましくは、上記窒化シリコン膜スペーサ
を形成するために行なわれる上記窒化シリコン膜のエッ
チバックが、ジ・フルオロ・メタン(CH2 2 )ある
いはフルオロ・メタン(CH3 F)をエッチングガスに
用いた異方性エッチングである。また、上記逆導電型ソ
ース・ドレイン領域の表面を覆う上記酸化シリコン膜を
除去するための異方性エッチングが、CHF3 およびC
Oからなる混合ガス,あるいはC4 8 およびCOから
なる混合ガスをエッチングガスに用いた異方性エッチン
グである。
Preferably, the etching back of the silicon nitride film for forming the silicon nitride film spacer is performed by etching difluoro methane (CH 2 F 2 ) or fluoro methane (CH 3 F) as an etching gas. This is the anisotropic etching used for. In addition, anisotropic etching for removing the silicon oxide film covering the surface of the opposite conductivity type source / drain region is performed by CHF 3 and C.
This is anisotropic etching using a mixed gas of O or a mixed gas of C 4 F 8 and CO as an etching gas.

【0022】[0022]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0023】半導体装置の製造工程の断面模式図である
図1,図2を参照すると、本発明の第1の実施例は、
0.35μm設計ルールによるチタン・サリサイド構造
のCMOSトランジスタを含んだ半導体装置であり、以
下のとおりに形成される。
Referring to FIGS. 1 and 2 which are schematic cross-sectional views of a manufacturing process of a semiconductor device, a first embodiment of the present invention will be described.
It is a semiconductor device including a CMOS transistor having a titanium salicide structure according to the 0.35 μm design rule, and is formed as follows.

【0024】まず、P型シリコン基板101の表面にN
ウェル102,Pウェル103を形成する。Nウェル1
02の接合の深さ,Pウェル103の深さは、それぞれ
1.0μm程度である。P型シリコン基板101の表面
の素子分離領域に、選択酸化により、膜厚400nm程
度のフィールド酸化膜104を形成する。なお、Pウェ
ル103の表面の素子分離領域では、フィールド酸化膜
104直下に、1013 cm-2台のボロンのイオン注入等
により、チャネル・ストッパー用のP型拡散層105を
形成する。P型シリコン基板101の表面の素子分離領
域に、熱酸化により、膜厚10nm程度のゲート酸化膜
106を形成する。気相成長法により、全面に膜厚25
0nm程度のノンドープの多結晶シリコン膜127を形
成するさらに気相成長法により、全面に膜厚10nm程
度の窒化シリコン膜128を形成する〔図1(a)〕。
なお、本実施例におけるフィールド絶縁膜はLOCOS
型のフィールド酸化膜104であるが、これに限定され
るものではない。例えば、素子分離領域に溝分離方式を
採用するならば、フィールド絶縁膜はこの溝を充填する
絶縁膜になる。また、本実施例においては、ノンドープ
の多結晶シリコン膜127を採用しているが、これの代
りに高濃度のN型の多結晶シリコン膜を用いてもよい。
First, N is formed on the surface of the P-type silicon substrate 101.
A well 102 and a P well 103 are formed. N well 1
The junction depth of 02 and the depth of the P well 103 are respectively
It is about 1.0 μm. Surface of P-type silicon substrate 101
About 400 nm in film thickness is formed by selective oxidation in the element isolation region of
Then, the field oxide film 104 is formed. In addition, P-way
In the element isolation region on the surface of
10 just below 10413 cm-2Ion implantation of boron etc.
The P-type diffusion layer 105 for the channel stopper
Form. Element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 101
Gate oxide film with a thickness of about 10 nm by thermal oxidation
Form 106. A film thickness of 25 is formed on the entire surface by the vapor phase growth method.
Form a non-doped polycrystalline silicon film 127 of about 0 nm
Further, by a vapor deposition method, a film thickness of about 10 nm is formed on the entire surface.
Then, a silicon nitride film 128 is formed [FIG. 1 (a)].
The field insulating film in this embodiment is LOCOS.
Type field oxide film 104, but is not limited to this.
Not something. For example, a groove isolation method is used in the element isolation region.
If adopted, the field insulating film fills this groove
Becomes an insulating film. In addition, in this embodiment, non-doped
The polycrystalline silicon film 127 of
Alternatively, a high-concentration N-type polycrystalline silicon film may be used.

【0025】次に、窒化シリコン膜128,多結晶シリ
コン膜127を順次パターニングして、Nウェル102
並びにPウェル103の表面上のゲート電極形成予定領
域にそれぞれ窒化シリコン膜パターン128aおよび多
結晶シリコン膜パターン127aを形成する。HBrを
エッチング・ガスに用いた反応性イオン・エッチング
(RIE)による異方性エッチングにより、多結晶シリ
コン膜127のパターニングすることが好ましい。この
RIEではゲート酸化膜106は除去されないため、次
工程のイオン注入に先だって、再酸化をする必要がなく
なる。多結晶シリコン膜パターン127aの幅は、0.
35μm程度である。Nウェル102を覆うフォトレジ
スト膜(図示せず),フィールド酸化膜105および多
結晶シリコン膜パターン127aをマスクにした1014
cm-2台のボロンのイオン注入等により、Pウェル10
3の表面に低濃度のN型拡散層129を形成する。さら
に、Pウェル103を覆う別のフォトレジスト膜(図示
せず),フィールド酸化膜105および多結晶シリコン
膜パターン127aをマスクにした1014cm-2台の燐
のイオン注入等により、Nウェル102の表面に低濃度
のP型拡散層130を形成する〔図1(b)〕。
Next, the silicon nitride film 128 and the polycrystalline silicon film 127 are sequentially patterned to form the N well 102.
In addition, a silicon nitride film pattern 128a and a polycrystalline silicon film pattern 127a are formed on the surface of the P well 103 where the gate electrode is to be formed, respectively. It is preferable to pattern the polycrystalline silicon film 127 by anisotropic etching by reactive ion etching (RIE) using HBr as an etching gas. Since the gate oxide film 106 is not removed by this RIE, there is no need to perform reoxidation prior to ion implantation in the next step. The width of the polycrystalline silicon film pattern 127a is 0.
It is about 35 μm. A photoresist film (not shown) covering the N well 102, the field oxide film 105 and the polycrystalline silicon film pattern 127a are used as a mask for 10 14
cm −2 boron ion implantation etc.
A low concentration N-type diffusion layer 129 is formed on the surface of No. 3. Further, another photoresist film (not shown) covering the P well 103, the field oxide film 105 and the polycrystalline silicon film pattern 127a are used as a mask to implant 10 14 cm −2 of phosphorus ions, etc. A low concentration P-type diffusion layer 130 is formed on the surface of the substrate [FIG. 1 (b)].

【0026】次に、例えば高温気相成長法により全面に
膜厚100nm程度の酸化シリコン膜(HTO膜)を形
成し、この酸化シリコン膜をエッチバックして窒化シリ
コン膜パターン128aおよび多結晶シリコン膜パター
ン127aの側面に酸化シリコン膜スペーサ118を形
成する。このエッチバック(詳細は後記)により、酸化
シリコン膜スペーサ108に覆われていない部分のゲー
ト酸化膜106は、エッチング除去される。酸化シリコ
ン膜スペーサ108とフィールド酸化膜104との間隔
は、0.5μm程度である。このエッチバックに際し
て、窒化シリコン膜パターン128aを残置させなけれ
ばならない。このため、このエッチバックは、窒化シリ
コン膜のエッチングレートに対して酸化シリコン膜のエ
ッチングレートが充分に高い異方性ドライ・エッチング
であることが要求される。それ故、このエッチバック
は、例えばCHF3 およびCOからなる混合ガス,ある
いはC4 8 およびCOからなる混合ガスをエッチング
ガスに用いたRIEであることが好ましい。上記RIE
では、COの存在により、酸化シリコン膜以外の膜表面
には反応生成物が堆積しやするなり、これらの膜のエッ
チングが抑制される。一方、酸化シリコン膜表面には反
応生成物の堆積が起りにくくなり、酸化シリコン膜のエ
ッチングが選択的に進行することになる〔図1
(c)〕。
Next, a silicon oxide film (HTO film) having a film thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by, eg, high temperature vapor phase epitaxy, and the silicon oxide film is etched back to form a silicon nitride film pattern 128a and a polycrystalline silicon film. A silicon oxide film spacer 118 is formed on the side surface of the pattern 127a. By this etch back (details will be described later), the portion of the gate oxide film 106 not covered by the silicon oxide film spacer 108 is removed by etching. The distance between the silicon oxide film spacer 108 and the field oxide film 104 is about 0.5 μm. At the time of this etch back, the silicon nitride film pattern 128a must be left. Therefore, this etch back is required to be anisotropic dry etching in which the etching rate of the silicon oxide film is sufficiently higher than the etching rate of the silicon nitride film. Therefore, this etchback is preferably RIE using a mixed gas of CHF 3 and CO or a mixed gas of C 4 F 8 and CO as an etching gas. RIE above
Then, due to the presence of CO, reaction products tend to be deposited on the surface of the film other than the silicon oxide film, and the etching of these films is suppressed. On the other hand, it becomes difficult for reaction products to deposit on the surface of the silicon oxide film, and the etching of the silicon oxide film proceeds selectively [Fig.
(C)].

【0027】次に、900℃程度の乾燥酸素雰囲気で熱
酸化を行ない、フィールド酸化膜104および酸化シリ
コン膜スペーサに自己整合的なN型拡散層129の表面
およびP型拡散層130の表面にそれぞれ膜厚30nm
程度の酸化シリコン膜136を形成する〔図1
(d)〕。この熱酸化により酸化シリコン膜スペーサ1
08の幅(厚さ)も多少増えるが、その値は1nm台で
ある。
Next, thermal oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at about 900 ° C., and the surface of the N-type diffusion layer 129 and the surface of the P-type diffusion layer 130 which are self-aligned with the field oxide film 104 and the silicon oxide film spacer are respectively formed. Film thickness 30nm
A silicon oxide film 136 is formed to a certain degree [FIG.
(D)]. By this thermal oxidation, a silicon oxide film spacer 1
The width (thickness) of 08 is slightly increased, but the value is in the 1 nm range.

【0028】次に、Nウェル102を覆うフォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにして3×1015cm-2程度
の砒素のイオン注入を70KeV程度で行ない、このフ
ォトレジスト膜を除去した後、900℃程度の窒素雰囲
気で10分間程度の熱処理を行なう。これにより、Pウ
ェル103側では、フィールド酸化膜105と酸化シリ
コン膜スペーサ108とに自己整合的な高濃度のN型拡
散層139がPウェル103の表面に形成され、N型拡
散層129とN型拡散層139とからなるN型ソース・
ドレイン領域109の形成が終了する。N型拡散層13
9の接合の深さは0.1μm程度である。また、Pウェ
ル103の表面上の多結晶シリコン膜パターン127a
も高濃度のN型になり、これからなる(ゲート長0.3
5μm程度の)ゲート電極107aの形成が終了する。
なお、砒素のドーズ量を従来の方法より低くしてあるの
は、チタン・シリサイド膜の形成を円滑に行なうためで
ある。N型拡散層139,ゲート電極107aでの砒素
の濃度があまり高ときには、チタン・シリサイド膜の形
成のためのシリサイド化反応が抑制される。
Next, using a photoresist film (not shown) covering the N well 102 as a mask, ion implantation of arsenic of about 3 × 10 15 cm -2 is performed at about 70 KeV, and after removing this photoresist film. The heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at about 900 ° C. for about 10 minutes. As a result, on the P well 103 side, a high-concentration N type diffusion layer 139 self-aligned with the field oxide film 105 and the silicon oxide film spacer 108 is formed on the surface of the P well 103, and the N type diffusion layer 129 and the N type diffusion layer 129 are formed. N-type source consisting of the type diffusion layer 139.
The formation of the drain region 109 is completed. N-type diffusion layer 13
The junction depth of No. 9 is about 0.1 μm. In addition, the polycrystalline silicon film pattern 127 a on the surface of the P well 103
Also becomes a high-concentration N-type and consists of this (gate length 0.3
The formation of the gate electrode 107a (about 5 μm) is completed.
The reason why the dose of arsenic is lower than that of the conventional method is that the titanium / silicide film is formed smoothly. When the arsenic concentration in the N-type diffusion layer 139 and the gate electrode 107a is too high, the silicidation reaction for forming the titanium / silicide film is suppressed.

【0029】続いて、Pウェル103を覆う別のフォト
レジスト膜(図示せず)をマスクにして5×1015cm
-2程度の2弗化ボロン(BF2 )のイオン注入を70K
eV程度で行ない、このフォトレジスト膜を除去した
後、850℃,10分間程度の熱処理とを行なう。これ
により、Nウェル102側では、フィールド酸化膜10
5と酸化シリコン膜スペーサ108とに自己整合的な高
濃度のP型拡散層139がNウェル102の表面に形成
され、P型拡散層130とP型拡散層140とからなる
P型ソース・ドレイン領域110の形成が終了する。P
型拡散層140の接合の深さは0.15μm程度であ
る。また、Nウェル102の表面上の多結晶シリコン膜
パターン127aも高濃度のP型になり、これからなる
(ゲート長0.35μm程度の)ゲート電極107bの
形成が終了する。なお、N型拡散層109,P型拡散層
110等を形成した後、上記酸化シリコン膜136を形
成するという方法もあるが、この場合にはN型拡散層1
09の表面に形成される酸化シリコン膜の膜厚がP型拡
散層110の表面に形成される酸化シリコン膜の膜厚の
2倍程度になり、後工程で支障を来たすことになる。
Next, another photoresist film (not shown) covering the P well 103 is used as a mask to form a mask of 5 × 10 15 cm.
Ion implantation of boron difluoride (BF 2 ) of about -2 to 70K
After eV, the photoresist film is removed and then heat treatment is performed at 850 ° C. for about 10 minutes. As a result, on the N well 102 side, the field oxide film 10 is formed.
5 and a silicon oxide film spacer 108, a high-concentration P-type diffusion layer 139 is formed on the surface of the N well 102, and a P-type source / drain including a P-type diffusion layer 130 and a P-type diffusion layer 140 is formed. The formation of the region 110 is completed. P
The junction depth of the mold diffusion layer 140 is about 0.15 μm. The polycrystalline silicon film pattern 127a on the surface of the N well 102 also becomes a high-concentration P type, and the formation of the gate electrode 107b (having a gate length of about 0.35 μm) is completed. There is also a method of forming the silicon oxide film 136 after forming the N-type diffusion layer 109, the P-type diffusion layer 110, etc., but in this case, the N-type diffusion layer 1 is formed.
The film thickness of the silicon oxide film formed on the surface of 09 is about twice the film thickness of the silicon oxide film formed on the surface of the P-type diffusion layer 110, which causes a problem in a later process.

【0030】次に、ゲート電極107a,107bの上
面を覆う窒化シリコン膜パターン128aを、例えば熱
燐酸によるウェット・エッチングにより除去する。1×
1015cm-2程度のシリコンのイオン注入を70KeV
程度でおこない、ゲート電極107a,107bの上面
近傍の多結晶シリコンを非晶質化する。これの目的は、
シリサイド化反応の促進,均一化にある。シリコンのイ
オン注入の代りに、3×1014cm-2程度の砒素のイオ
ン注入を70KeV程度で行なってもよい。なお、窒化
シリコン膜パターン128aを除去せずに上記イオン注
入を行なうと、上記の非晶質化は起りにくくなる。ゲー
ト電極107a,107bの上面の自然酸化膜を除去し
た後、スパッタリングにより、全面に膜厚30nm程度
のチタン膜141aを形成する〔図2(a)〕。
Next, the silicon nitride film pattern 128a covering the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b is removed by wet etching with hot phosphoric acid, for example. 1 x
Ion implantation of silicon of about 10 15 cm -2 is performed at 70 KeV.
The polycrystalline silicon in the vicinity of the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b is amorphized by performing the annealing to about a certain degree. The purpose of this is
It is aimed at promoting and homogenizing the silicidation reaction. Instead of silicon ion implantation, arsenic ion implantation of about 3 × 10 14 cm −2 may be performed at about 70 KeV. If the above-mentioned ion implantation is performed without removing the silicon nitride film pattern 128a, the above-mentioned amorphization becomes difficult to occur. After removing the natural oxide film on the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b, a titanium film 141a having a thickness of about 30 nm is formed on the entire surface by sputtering [FIG. 2 (a)].

【0031】次に、700℃程度で30秒間程度のRT
Nを行ない、ゲート電極107a,107bの上面に自
己整合的にC49構造のチタン・シリサイド膜111
a,111bを形成する。チタン・シリサイド膜111
a,111aの膜厚は、それぞれ30nm前後であり、
これらの表面にはそれぞれ膜厚15nm前後の窒化チタ
ン膜(図示せず)が形成されている。また、フィールド
酸化膜105,酸化シリコン膜136および酸化シリコ
ン膜スペーサ108の表面は主として窒化シリコン膜に
より覆われ、これらの表面に直接に接触する部分では未
反応なチタン膜141aが残置することもある。アンモ
ニア(NH4 OH)水と過酸化水素(H22 )水との
混合液により上記窒化チタン膜および未反応のチタン膜
141aを除去する。本実施例では、ゲート電極107
a,107bの上面を覆う絶縁膜(窒化シリコン膜パタ
ーン128a)とN型ソース・ドレイン領域109,P
型ソース・ドレイン領域110の表面を覆う絶縁膜(酸
化シリコン膜136)とが異なるようにしてあるため、
上記のようにゲート電極107a,107bの上面にの
みチタン・シリサイド膜111a,111aを形成する
ことが可能になる。
Next, RT at about 700 ° C. for about 30 seconds
N, and the titanium / silicide film 111 having a C49 structure is self-aligned with the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b.
a and 111b are formed. Titanium silicide film 111
The film thicknesses of a and 111a are around 30 nm,
A titanium nitride film (not shown) having a film thickness of about 15 nm is formed on each of these surfaces. Further, the surfaces of the field oxide film 105, the silicon oxide film 136 and the silicon oxide film spacer 108 are mainly covered with the silicon nitride film, and the unreacted titanium film 141a may remain in the portions which are in direct contact with these surfaces. . The titanium nitride film and the unreacted titanium film 141a are removed by a mixed solution of ammonia (NH 4 OH) water and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) water. In this embodiment, the gate electrode 107
Insulating film (silicon nitride film pattern 128a) covering the upper surfaces of a and 107b and N-type source / drain regions 109 and P
Since the insulating film (silicon oxide film 136) covering the surface of the source / drain region 110 is made different,
As described above, it becomes possible to form the titanium / silicide films 111a and 111a only on the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b.

【0032】続いて、例えばCHF3 およびCOからな
る混合ガス,あるいはC4 8 およびCOからなる混合
ガスをエッチングガスに用いたRIEにより、N型ソー
ス・ドレイン領域109,P型ソース・ドレイン領域1
10表面の酸化シリコン膜136を除去する。このRI
Eの際に、フィールド酸化膜104もエッチングされて
膜厚が多少薄くなるが、チタン・シリサイド膜111
a,111bはエッチングされない〔図2(b)〕。
Subsequently, for example, by RIE using a mixed gas of CHF 3 and CO or a mixed gas of C 4 F 8 and CO as an etching gas, N-type source / drain regions 109 and P-type source / drain regions are formed. 1
The silicon oxide film 136 on the surface 10 is removed. This RI
At the time of E, the field oxide film 104 is also etched and the film thickness becomes slightly thin.
a and 111b are not etched [FIG. 2 (b)].

【0033】次に、N型ソース・ドレイン領域109,
P型ソース・ドレイン領域110の表面近傍の単結晶シ
リコンを非晶質化するために上記と同様のシリコンのイ
オン注入を行ない、これらの表面の自然酸化膜を除去す
る。なお、この場合の自然酸化膜の除去をウェット・エ
ッチングで行なうことは好ましくない。その後、スパッ
タリングにより、全面に膜厚30nm程度のチタン膜1
41bを形成する〔図2(c)〕。
Next, the N-type source / drain regions 109,
In order to amorphize the single crystal silicon near the surface of the P-type source / drain region 110, the same ion implantation of silicon as described above is performed to remove the natural oxide film on these surfaces. In this case, it is not preferable to remove the natural oxide film by wet etching. Then, a titanium film 1 having a thickness of about 30 nm is formed on the entire surface by sputtering.
41b is formed [FIG.2 (c)].

【0034】次に、700℃程度で30秒間程度のRT
Nを再度行なう。これにより、フィールド酸化膜105
と酸化シリコン膜スペーサ108とに自己整合的なN型
ソース・ドレイン領域109の表面,P型ソース・ドレ
イン領域110の表面には、それぞれC49構造のチタ
ン・シリサイド膜111ab,111bbが形成され
る。チタン・シリサイド膜111ab,111bbの膜
厚は、それぞれ30nm前後である。一方、ゲート電極
107a,107bの上面では、チタン・シリサイド膜
111a,111bの表面にさらにチタン・シリサイド
膜が成長し、その結果、これらの上面に自己整合的にC
49構造のチタン・シリサイド膜111aa,111b
aが形成されることになる。チタン・シリサイド膜11
1aa,111baの膜厚は、それぞれ60nm前後で
ある。これらチタン・シリサイド膜111aa,111
ab,111ba,111bbの表面にはそれぞれ膜厚
25nm前後の窒化チタン膜(図示せず)が形成されて
いる。また、フィールド酸化膜105および酸化シリコ
ン膜スペーサ108の表面は主として窒化シリコン膜に
より覆われ、これらの表面に直接に接触する部分では未
反応なチタン膜141bが残置することもある。アンモ
ニア水と過酸化水素水との混合液により上記窒化チタン
膜および未反応のチタン膜141bを除去する〔図2
(d)〕。
Next, RT at about 700 ° C. for about 30 seconds
Repeat N. As a result, the field oxide film 105
Titanium silicide films 111ab and 111bb having a C49 structure are formed on the surface of the N-type source / drain region 109 and the surface of the P-type source / drain region 110 which are self-aligned with the silicon oxide film spacer 108. The thickness of each of the titanium / silicide films 111ab and 111bb is about 30 nm. On the other hand, on the upper surfaces of the gate electrodes 107a and 107b, a titanium silicide film is further grown on the surfaces of the titanium silicide films 111a and 111b, and as a result, C is self-aligned on these upper surfaces.
Titanium silicide film 111aa, 111b having a 49 structure
a will be formed. Titanium silicide film 11
The film thicknesses of 1aa and 111ba are around 60 nm, respectively. These titanium / silicide films 111aa, 111
A titanium nitride film (not shown) having a film thickness of about 25 nm is formed on the surfaces of ab, 111ba, and 111bb, respectively. Further, the surfaces of the field oxide film 105 and the silicon oxide film spacer 108 are mainly covered with the silicon nitride film, and the unreacted titanium film 141b may remain in the portions which are in direct contact with these surfaces. The titanium nitride film and the unreacted titanium film 141b are removed with a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide [FIG.
(D)].

【0035】本実施例においては、N型ソース・ドレイ
ン領域109の表面,P型ソース・ドレイン領域110
の表面を覆うチタン膜141bの膜厚が30nm前後で
ある。このため、シリサイド化反応によりC49構造の
チタン・シリサイド膜111ab,111bbを形成す
る際に、N型ソース・ドレイン領域109とチタン・シ
リサイド膜111abとの界面近傍,P型ソース・ドレ
イン領域110とチタン・シリサイド膜111bbとの
界面近傍における空乏化現象は、それぞれ抑制される。
一方、ゲート電極107a,107bにおいては、これ
らの上面にチタン・シリサイド膜111a,111bが
形成される時点での空乏化現象は抑制されるが、これら
の上面にチタン・シリサイド膜111aa,111ba
が形成される時点での空乏化現象は回避できない(この
件については後述する)。
In the present embodiment, the surface of the N-type source / drain region 109 and the P-type source / drain region 110.
The thickness of the titanium film 141b covering the surface of the is about 30 nm. Therefore, when the titanium / silicide films 111ab and 111bb having the C49 structure are formed by the silicidation reaction, the vicinity of the interface between the N-type source / drain region 109 and the titanium / silicide film 111ab, the P-type source / drain region 110 and the titanium are formed. The depletion phenomenon near the interface with the silicide film 111bb is suppressed.
On the other hand, in the gate electrodes 107a and 107b, the depletion phenomenon at the time when the titanium / silicide films 111a and 111b are formed on the upper surfaces thereof is suppressed, but the titanium / silicide films 111aa and 111ba are formed on the upper surfaces thereof.
The depletion phenomenon cannot be avoided at the time of the formation of () (this matter will be described later).

【0036】次に、850℃程度で10秒間程度のRT
Nを行ない、チタン・シリサイド膜111aa,111
ab,111ba,111bbをそれぞれC54構造の
チタン・シリサイド膜112aa,112ab,112
ba,112bbに相転移させる。チタン・シリサイド
膜112aa,112baの膜厚は60nm前後であ
り、チタン・シリサイド膜112ab,112bbの膜
厚は30nm前後である。これにより、本実施例による
チタン・サリサイド構造のCMOSトランジスタの形成
が終了する〔図2(d)〕。
Next, RT at 850 ° C. for about 10 seconds
N, the titanium silicide film 111aa, 111
ab, 111ba, and 111bb are titanium silicide films 112aa, 112ab, and 112 having a C54 structure, respectively.
phase transition to ba and 112bb. The thickness of the titanium / silicide films 112aa and 112ba is about 60 nm, and the thickness of the titanium / silicide films 112ab and 112bb is about 30 nm. This completes the formation of the CMOS transistor of the titanium salicide structure according to this embodiment [FIG. 2 (d)].

【0037】本実施例においては、ゲート電極107
a,107bの上面を覆うチタン・シリサイド膜111
aa,111baの膜厚が充分厚いことから、C54構
造に相転移させる際に、チタン・シリサイド膜112a
a,112baは凝集せずに形成される。また、N型ソ
ース・ドレイン領域109,P型ソース・ドレイン領域
110の表面を覆うチタン・シリサイド膜111ab,
111bbの膜厚は30nm前後ではあるものの、N型
ソース・ドレイン領域109,P型ソース・ドレイン領
域110の幅がそれぞれ広いため、凝集せずにこれらN
型ソース・ドレイン領域109,P型ソース・ドレイン
領域110の表面に、チタン・シリサイド膜112a
b,112bbを形成することが可能になる。なお、ゲ
ート電極107a,107bにおけるチタン・シリサイ
ド膜111aa,111baが形成される時点での空乏
化は、C54構造に相転移させる際に、多少緩和され
る。これは、850℃という温度での不純物の多結晶シ
リコン中での拡散係数が、単結晶シリコン中での拡散係
数に比べて大きいためである。
In this embodiment, the gate electrode 107
titanium silicide film 111 covering the upper surfaces of a and 107b
Since the thicknesses of aa and 111ba are sufficiently thick, the titanium / silicide film 112a is used when the phase transition to the C54 structure occurs.
a and 112ba are formed without aggregation. Further, a titanium silicide film 111ab covering the surfaces of the N-type source / drain region 109 and the P-type source / drain region 110,
Although the film thickness of 111 bb is around 30 nm, the N-type source / drain region 109 and the P-type source / drain region 110 have wide widths, respectively, so that these N-type source / drain regions 109 do not aggregate.
A titanium silicide film 112a is formed on the surfaces of the p-type source / drain regions 109 and the p-type source / drain regions 110.
It becomes possible to form b, 112bb. The depletion of the gate electrodes 107a and 107b at the time when the titanium / silicide films 111aa and 111ba are formed is somewhat relaxed when the phase transition to the C54 structure occurs. This is because the diffusion coefficient of impurities in polycrystalline silicon at a temperature of 850 ° C. is larger than that in single crystal silicon.

【0038】図示は省略するが、その後、層間絶縁膜の
形成,コンタクト孔の形成,金属配線の形成等が行なわ
れ上記CMOSトランジスタを含んでなる半導体装置が
形成される。
Although illustration is omitted, after that, an interlayer insulating film, a contact hole, a metal wiring, etc. are formed to form a semiconductor device including the CMOS transistor.

【0039】上記第1の実施例により形成されたチタン
・サリサイド構造を有した半導体装置では、ゲート電極
の上面を覆うチタン・シリサイド膜の膜厚は、凝集の起
りにくい厚い膜厚になっている。また、ソース・ドレイ
ン領域の表面を覆うチタン・シリサイド膜の膜厚は、こ
の部分での凝集の起りにくい膜厚であり、さらにゲート
電極の上面を覆うチタン・シリサイド膜の膜厚より薄
く、ソース・ドレイン領域の表面近傍での空乏化が回避
できる薄さになっている。このため、本実施例による半
導体装置では、ゲート電極のシート抵抗の増大が抑制さ
れ、MOSトランジスタの電流駆動能力の低下の回避も
容易になる。
In the semiconductor device having the titanium-salicide structure formed according to the first embodiment, the titanium-silicide film covering the upper surface of the gate electrode is thick enough to prevent aggregation. . The thickness of the titanium silicide film covering the surface of the source / drain region is such that aggregation does not easily occur at this portion, and is smaller than the thickness of the titanium silicide film covering the upper surface of the gate electrode. -It is thin enough to avoid depletion near the surface of the drain region. Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the increase in the sheet resistance of the gate electrode is suppressed, and the reduction in the current driving capability of the MOS transistor can be easily avoided.

【0040】従来の製造方法では、チタン膜の形成が1
回であることから、0.35μm設計ルール程度の微細
化された半導体装置の製造する際に、チタン膜の膜厚に
対する製造マージンが厳しく(例えば30nmより厚
く,35nmより薄い範囲)なる。このため、微細化が
さらに進むと、製造マージンはさらに厳しくなる。これ
に対して上記第1の実施例では、2回のチタン膜の形成
により目的を達成していることから、0.35μm設計
ルールよりさらに微細な設計ルールにも充分な製造マー
ジンを有して対応することができる。
In the conventional manufacturing method, the formation of the titanium film is 1
Therefore, the manufacturing margin for the thickness of the titanium film becomes strict (for example, thicker than 30 nm and thinner than 35 nm) when manufacturing a miniaturized semiconductor device having a design rule of about 0.35 μm. Therefore, as miniaturization further progresses, the manufacturing margin becomes more severe. On the other hand, in the first embodiment, the purpose is achieved by forming the titanium film twice, so that there is a sufficient manufacturing margin even for a finer design rule than the 0.35 μm design rule. Can respond.

【0041】半導体装置の製造工程の断面模式図である
図3,図4を参照すると、本発明の第2の実施例も、
0.35μm設計ルールによるチタン・サリサイド構造
のCMOSトランジスタを含んだ半導体装置であり、以
下のとおりに形成される。
Referring to FIGS. 3 and 4 which are schematic sectional views of the manufacturing process of the semiconductor device, the second embodiment of the present invention also includes
It is a semiconductor device including a CMOS transistor having a titanium salicide structure according to the 0.35 μm design rule, and is formed as follows.

【0042】まず、P型シリコン基板201の表面にN
ウェル202,Pウェル203を形成する。Nウェル2
02の接合の深さ,Pウェル203の深さも、それぞれ
1.0μm程度である。P型シリコン基板201の表面
の素子分離領域に、選択酸化により、膜厚400nm程
度のフィールド酸化膜204を形成する。Pウェル20
3の表面の素子分離領域では、フィールド酸化膜204
直下に、チャネル・ストッパー用のP型拡散層205を
形成する。P型シリコン基板201の表面の素子分離領
域に、熱酸化により、膜厚10nm程度のゲート酸化膜
206を形成する。気相成長法により、全面に膜厚30
0nm程度のノンドープの多結晶シリコン膜227を形
成する〔図3(a)〕。多結晶シリコン膜227の膜厚
は、フィールド酸化膜204の膜厚の1/2より厚くな
っていることが好ましい。
First, N is formed on the surface of the P-type silicon substrate 201.
The well 202 and the P well 203 are formed. N well 2
The junction depth of 02 and the depth of the P well 203 are both about 1.0 μm. A field oxide film 204 having a film thickness of about 400 nm is formed in the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 201 by selective oxidation. P well 20
In the element isolation region on the surface of No. 3, the field oxide film 204
Immediately below, a P-type diffusion layer 205 for a channel stopper is formed. A gate oxide film 206 having a film thickness of about 10 nm is formed in the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 201 by thermal oxidation. A film thickness of 30 is formed on the entire surface by the vapor phase growth method.
A non-doped polycrystalline silicon film 227 of about 0 nm is formed [FIG. 3 (a)]. The film thickness of the polycrystalline silicon film 227 is preferably larger than half the film thickness of the field oxide film 204.

【0043】次に、多結晶シリコン膜227をパターニ
ングして、Nウェル202並びにPウェル203の表面
上のゲート電極形成予定領域にそれぞれ多結晶シリコン
膜パターン227aを形成する。多結晶シリコン膜パタ
ーン227aの幅は、0.35μm程度である。Nウェ
ル202を覆うフォトレジスト膜(図示せず)をマスク
にしたボロンのイオン注入等により、Pウェル203の
表面に低濃度のN型拡散層229を形成する。さらに、
Pウェル103を覆う別のフォトレジスト膜をマスクに
した燐のイオン注入等により、Nウェル202の表面に
低濃度のP型拡散層230を形成する。
Next, the polycrystalline silicon film 227 is patterned to form a polycrystalline silicon film pattern 227a in the gate electrode formation planned regions on the surfaces of the N well 202 and the P well 203, respectively. The width of the polycrystalline silicon film pattern 227a is about 0.35 μm. A low-concentration N-type diffusion layer 229 is formed on the surface of the P well 203 by, for example, boron ion implantation using a photoresist film (not shown) covering the N well 202 as a mask. further,
A low-concentration P-type diffusion layer 230 is formed on the surface of the N well 202 by, for example, ion implantation of phosphorus using another photoresist film that covers the P well 103 as a mask.

【0044】次に、気相成長法により全面に膜厚100
nm程度の窒化シリコン膜(図に明示せず)を形成し、
この窒化シリコン膜をエッチバックして多結晶シリコン
膜パターン227aの側面に窒化シリコン膜スペーサ2
18を形成する。このエッチバックには、ジ・フルオロ
・メタン(CH2 2 )もしくはフルオロ・メタン(C
3 F)をエッチング・ガスに用いたRIEが好まし
い。このRIEでは、窒化シリコン膜がほぼ選択的に異
方性エッチングされ、ゲート酸化膜206の除去やフィ
ールド酸化膜204の膜厚が薄くなることが避けられ
る。窒化シリコン膜スペーサ218とフィールド酸化膜
204との間隔は、0.5μm程度である〔図3
(b)〕。
Next, a film thickness of 100 is formed on the entire surface by a vapor phase growth method.
a silicon nitride film (not shown in the figure) of about nm is formed,
This silicon nitride film is etched back to form a silicon nitride film spacer 2 on the side surface of the polycrystalline silicon film pattern 227a.
18 are formed. Difluoro methane (CH 2 F 2 ) or fluoro methane (C
RIE using H 3 F) as an etching gas is preferable. In this RIE, the silicon nitride film is anisotropically etched almost selectively, and it is possible to avoid removal of the gate oxide film 206 and thinning of the field oxide film 204. The space between the silicon nitride film spacer 218 and the field oxide film 204 is about 0.5 μm [FIG.
(B)].

【0045】次に、900℃程度の乾燥酸素雰囲気で熱
酸化を行ない、フィールド酸化膜204および窒化シリ
コン膜スペーサ218に自己整合的なN型拡散層229
の表面およびP型拡散層230の表面にそれぞれ酸化シ
リコン膜236aを形成し、多結晶シリコン膜パターン
227aの上面に酸化シリコン膜236bを形成する。
酸化シリコン膜236aの膜厚は30nm程度である
〔図3(c)〕。
Next, thermal oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at about 900 ° C. to form an N-type diffusion layer 229 self-aligned with the field oxide film 204 and the silicon nitride film spacer 218.
A silicon oxide film 236a is formed on the surface of the P type diffusion layer 230 and the surface of the P type diffusion layer 230, and a silicon oxide film 236b is formed on the upper surface of the polycrystalline silicon film pattern 227a.
The film thickness of the silicon oxide film 236a is about 30 nm [FIG. 3 (c)].

【0046】次に、Nウェル202を覆うフォトレジス
ト膜(図示せず)をマスクにして3×1015cm-2程度
の砒素のイオン注入を70KeV程度で行ない、このフ
ォトレジスト膜を除去した後、900℃程度の窒素雰囲
気で10分間程度の熱処理を行なう。これにより、Pウ
ェル203側では、フィールド酸化膜205と窒化シリ
コン膜スペーサ218とに自己整合的な高濃度のN型拡
散層239がPウェル203の表面に形成され、N型拡
散層229とN型拡散層239とからなるN型ソース・
ドレイン領域209の形成が終了する。N型拡散層23
9の接合の深さは0.1μm程度である。また、Pウェ
ル203の表面上の多結晶シリコン膜パターン227a
も高濃度のN型になり、これからなる(ゲート長0.3
5μm程度の)ゲート電極207aの形成が終了する。
Next, using a photoresist film (not shown) covering the N well 202 as a mask, ion implantation of arsenic of about 3 × 10 15 cm -2 is performed at about 70 KeV, and after removing this photoresist film. The heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at about 900 ° C. for about 10 minutes. As a result, on the P well 203 side, a high-concentration N type diffusion layer 239 self-aligned with the field oxide film 205 and the silicon nitride film spacer 218 is formed on the surface of the P well 203, and the N type diffusion layer 229 and the N type diffusion layer 229 are formed. Type diffusion layer 239 and N type source
The formation of the drain region 209 is completed. N-type diffusion layer 23
The junction depth of No. 9 is about 0.1 μm. In addition, the polycrystalline silicon film pattern 227a on the surface of the P well 203
Also becomes a high-concentration N-type and consists of this (gate length 0.3
The formation of the gate electrode 207a (about 5 μm) is completed.

【0047】続いて、Pウェル203を覆う別のフォト
レジスト膜(図示せず)をマスクにして5×1015cm
-2程度の2弗化ボロン(BF2 )のイオン注入を70K
eV程度で行ない、このフォトレジスト膜を除去した
後、850℃,10分間程度の熱処理とを行なう。これ
により、Nウェル202側では、フィールド酸化膜20
5と窒化シリコン膜スペーサ218とに自己整合的な高
濃度のP型拡散層239がNウェル202の表面に形成
され、P型拡散層230とP型拡散層240とからなる
P型ソース・ドレイン領域210の形成が終了する。P
型拡散層240の接合の深さは0.15μm程度であ
る。また、Nウェル202の表面上の多結晶シリコン膜
パターン227aも高濃度のP型になり、これからなる
(ゲート長0.35μm程度の)ゲート電極207bの
形成が終了する〔図3(d)〕。
Then, using another photoresist film (not shown) covering the P well 203 as a mask, 5 × 10 15 cm
Ion implantation of boron difluoride (BF 2 ) of about -2 to 70K
After eV, the photoresist film is removed and then heat treatment is performed at 850 ° C. for about 10 minutes. As a result, on the N well 202 side, the field oxide film 20 is formed.
5 and the silicon nitride film spacer 218 are self-aligned to form a high-concentration P-type diffusion layer 239 on the surface of the N well 202, and a P-type source / drain including a P-type diffusion layer 230 and a P-type diffusion layer 240 is formed. The formation of the region 210 is completed. P
The junction depth of the mold diffusion layer 240 is about 0.15 μm. Further, the polycrystalline silicon film pattern 227a on the surface of the N well 202 also becomes a high-concentration P-type, and the formation of the gate electrode 207b (gate length of about 0.35 μm) is completed [FIG. 3 (d)]. .

【0048】次に、全面にフォトレジスト膜(図に明示
せず)を塗布,形成する。例えば酸素によるプラズマ・
エッチングにより、酸化シリコン膜236bの上面が露
出するまでこのフォトレジスト膜をエッチバックし、フ
ォトレジスト膜251を残置する。本実施例では、多結
晶シリコン膜227の膜厚(300nm)がフィールド
酸化膜204の膜厚の1/2(200nm)より厚いた
め、このエッチバックにより酸化シリコン膜236bの
上面を露出させることができる。このフォトレジスト膜
251をマスクにして、例えばバッファード弗酸により
酸化シリコン膜236bを選択的に除去する〔図3
(e)〕。
Next, a photoresist film (not shown in the drawing) is applied and formed on the entire surface. For example, plasma with oxygen
By etching, the photoresist film is etched back until the upper surface of the silicon oxide film 236b is exposed, and the photoresist film 251 is left. In this embodiment, since the thickness of the polycrystalline silicon film 227 (300 nm) is thicker than 1/2 (200 nm) of the thickness of the field oxide film 204, the upper surface of the silicon oxide film 236b can be exposed by this etch back. it can. Using this photoresist film 251 as a mask, the silicon oxide film 236b is selectively removed by, for example, buffered hydrofluoric acid [FIG.
(E)].

【0049】上記フォトレジスト膜251を除去した
後、1×1015cm-2程度のシリコンのイオン注入を7
0KeV程度でおこない、ゲート電極207a,207
bの上面近傍の多結晶シリコンを非晶質化する。ゲート
電極207a,207bの上面の自然酸化膜を除去した
後、スパッタリングにより、全面に膜厚30nm程度の
第1のチタン膜(図示せず)を形成する。次に、700
℃程度で30秒間程度のRTNを行ない、ゲート電極2
07a,207bの上面に自己整合的にC49構造のチ
タン・シリサイド膜211a,211bを形成する。チ
タン・シリサイド膜211a,211aの膜厚は、それ
ぞれ30nm前後である。アンモニア水と過酸化水素水
との混合液により上記窒化チタン膜および未反応の第1
のチタン膜を除去する〔図4(a)〕。本実施例におい
ては、ゲート電極207a,207bの上面を覆う酸化
シリコン膜207bを選択的に除去してから上記第1の
チタン膜を形成するため、上記のようにゲート電極20
7a,207bの上面にのみチタン・シリサイド膜21
1a,211aを形成することが可能になる。
After removing the photoresist film 251, ion implantation of silicon of about 1 × 10 15 cm −2 is performed.
The gate electrodes 207a and 207 are formed at about 0 KeV.
The polycrystalline silicon near the upper surface of b is made amorphous. After removing the natural oxide film on the upper surfaces of the gate electrodes 207a and 207b, a first titanium film (not shown) having a film thickness of about 30 nm is formed on the entire surface by sputtering. Next, 700
Perform RTN for about 30 seconds at about ℃, gate electrode 2
Titanium silicide films 211a and 211b having a C49 structure are formed on the upper surfaces of 07a and 207b in a self-aligned manner. The thickness of each of the titanium / silicide films 211a and 211a is about 30 nm. The titanium nitride film and the unreacted first titanium oxide film were mixed with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water.
The titanium film is removed [FIG. 4 (a)]. In this embodiment, since the silicon oxide film 207b covering the upper surfaces of the gate electrodes 207a and 207b is selectively removed and then the first titanium film is formed, the gate electrode 20 is formed as described above.
Titanium silicide film 21 only on the upper surface of 7a, 207b
It becomes possible to form 1a and 211a.

【0050】続いて、例えばCHF3 およびCOからな
る混合ガス,あるいはC4 8 およびCOからなる混合
ガスをエッチングガスに用いたRIEにより、N型ソー
ス・ドレイン領域209,P型ソース・ドレイン領域2
10表面の酸化シリコン膜236aを除去する〔図4
(b)〕。
Next, for example, by RIE using a mixed gas of CHF 3 and CO or a mixed gas of C 4 F 8 and CO as an etching gas, N-type source / drain regions 209 and P-type source / drain regions are formed. Two
The silicon oxide film 236a on the surface 10 is removed [FIG.
(B)].

【0051】次に、N型ソース・ドレイン領域209,
P型ソース・ドレイン領域210の表面近傍の単結晶シ
リコンを非晶質化するために上記と同様のシリコンのイ
オン注入を行ない、これらの表面の自然酸化膜を除去す
る。その後、スパッタリングにより、全面に膜厚30n
m程度の第2のチタン膜(図示せず)を形成する。次
に、700℃程度で30秒間程度のRTNを再度行な
う。これにより、フィールド酸化膜205と窒化シリコ
ン膜スペーサ218とに自己整合的なN型ソース・ドレ
イン領域209の表面,P型ソース・ドレイン領域21
0の表面には、それぞれC49構造のチタン・シリサイ
ド膜211ba,211bbが形成される。チタン・シ
リサイド膜211ab,211bbの膜厚も、それぞれ
30nm前後である。一方、ゲート電極207a,20
7bの上面では、チタン・シリサイド膜211a,21
1bの表面にさらにチタン・シリサイド膜が成長し、そ
の結果、これらの上面に自己整合的にC49構造のチタ
ン・シリサイド膜211aa,211baが形成される
ことになる。チタン・シリサイド膜211aa,211
baの膜厚も、それぞれ60nm前後である。アンモニ
ア水と過酸化水素水との混合液により上記窒化チタン膜
および未反応の第2のチタン膜を除去する〔図4
(c)〕。
Next, the N-type source / drain regions 209,
In order to make the single crystal silicon near the surface of the P-type source / drain region 210 amorphous, the same ion implantation of silicon as described above is performed to remove the natural oxide film on these surfaces. After that, the film thickness is 30n on the entire surface by sputtering.
A second titanium film (not shown) of about m is formed. Next, RTN is performed again at about 700 ° C. for about 30 seconds. As a result, the surface of the N-type source / drain region 209 self-aligned with the field oxide film 205 and the silicon nitride film spacer 218, and the P-type source / drain region 21.
On the surface of 0, titanium-silicide films 211ba and 211bb each having a C49 structure are formed. The thicknesses of the titanium / silicide films 211ab and 211bb are also around 30 nm. On the other hand, the gate electrodes 207a, 20
On the upper surface of 7b, titanium silicide films 211a, 21a
A titanium silicide film is further grown on the surface of 1b, and as a result, titanium silicide films 211aa and 211ba having a C49 structure are formed on these upper surfaces in a self-aligned manner. Titanium silicide film 211aa, 211
The film thickness of ba is also around 60 nm. The titanium nitride film and the unreacted second titanium film are removed by a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide [FIG.
(C)].

【0052】次に、850℃程度で10秒間程度のRT
Nを行ない、チタン・シリサイド膜211aa,211
ab,211ba,211bbをそれぞれC54構造の
チタン・シリサイド膜212aa,212ab,212
ba,212bbに相転移させる。チタン・シリサイド
膜212aa,112baの膜厚も60nm前後であ
り、チタン・シリサイド膜212ab,212bbの膜
厚も30nm前後である。これにより、本実施例による
チタン・サリサイド構造のCMOSトランジスタの形成
が終了する〔図4(d)〕。
Next, RT at about 850 ° C. for about 10 seconds
N, and titanium silicide films 211aa and 211aa
ab, 211ba, and 211bb are titanium silicide films 212aa, 212ab, and 212 having a C54 structure, respectively.
phase transition to ba, 212bb. The titanium / silicide films 212aa and 112ba also have a thickness of about 60 nm, and the titanium / silicide films 212ab and 212bb also have a thickness of about 30 nm. This completes the formation of the CMOS transistor of the titanium salicide structure according to this embodiment [FIG. 4 (d)].

【0053】本実施例においても、ゲート電極207
a,207bの上面を覆うチタン・シリサイド膜211
aa,211baの膜厚が充分厚いことから、C54構
造に相転移させる際に、チタン・シリサイド膜212a
a,212baは凝集せずに形成される。また、N型ソ
ース・ドレイン領域209,P型ソース・ドレイン領域
210の表面を覆うチタン・シリサイド膜211ab,
211bbの膜厚は30nm前後ではあるものの、N型
ソース・ドレイン領域209,P型ソース・ドレイン領
域210の幅がそれぞれ広いため、凝集せずにこれらN
型ソース・ドレイン領域209,P型ソース・ドレイン
領域210の表面に、チタン・シリサイド膜212a
b,212bbを形成することが可能になる。なお、ゲ
ート電極207a,207bにおけるチタン・シリサイ
ド膜211aa,211baが形成される時点での空乏
化は、C54構造に相転移させる際に、多少緩和され
る。これは、850℃という温度での不純物の多結晶シ
リコン中での拡散係数が、単結晶シリコン中での拡散係
数に比べて大きいためである。
Also in this embodiment, the gate electrode 207 is used.
a titanium silicide film 211 covering the upper surfaces of a and 207b
Since the thicknesses of aa and 211ba are sufficiently thick, the titanium / silicide film 212a is used when the phase transition to the C54 structure occurs.
a and 212ba are formed without aggregation. Further, a titanium silicide film 211ab covering the surfaces of the N-type source / drain regions 209 and the P-type source / drain regions 210,
Although the film thickness of 211 bb is around 30 nm, since the widths of the N-type source / drain region 209 and the P-type source / drain region 210 are wide, these N-type source / drain regions 209 do not aggregate.
A titanium silicide film 212a is formed on the surfaces of the p-type source / drain regions 209 and the p-type source / drain regions 210.
It is possible to form b, 212bb. The depletion of the gate electrodes 207a and 207b at the time when the titanium / silicide films 211aa and 211ba are formed is somewhat relaxed when the phase transition to the C54 structure occurs. This is because the diffusion coefficient of impurities in polycrystalline silicon at a temperature of 850 ° C. is larger than that in single crystal silicon.

【0054】図示は省略するが、その後、層間絶縁膜の
形成,コンタクト孔の形成,金属配線の形成等が行なわ
れ上記CMOSトランジスタを含んでなる半導体装置が
形成される。
Although illustration is omitted, after that, an interlayer insulating film, a contact hole, a metal wiring, etc. are formed to form a semiconductor device including the CMOS transistor.

【0055】上記第2の実施例は、上記第1の実施例の
有する効果を有している。さらに本実施例は、上記第1
の実施例より製造工程が多少簡単になるという効果を有
している。
The second embodiment has the effects of the first embodiment. Furthermore, this embodiment is based on the first
This embodiment has the effect that the manufacturing process is somewhat simpler than in the above embodiment.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように本発明による半導体
装置は、多結晶シリコン膜からなるゲート電極上面を自
己整合的に覆うC54構造のチタン・シリサイド膜の膜
厚がソース・ドレイン領域表面を自己整合的に覆うC5
4構造のチタン・シリサイド膜の膜厚より厚いチタン・
サリサイド構造のMOSトランジスタを有している。
As described above, in the semiconductor device according to the present invention, the thickness of the titanium-silicide film of the C54 structure which covers the upper surface of the gate electrode made of the polycrystalline silicon film in a self-aligned manner is such that the surface of the source / drain region is self-aligned. C5 to cover consistently
4 structure titanium ・ Titanium thicker than silicide film
It has a salicide structure MOS transistor.

【0057】本発明の半導体装置の製造方法による上記
構造のMOSトランジスタは、次のように形成される。
まず、第1のチタン膜によりゲート電極の上面選択的に
C49構造のチタン・シリサイド膜を形成する。続い
て、第2のチタン膜によりソース・ドレイン領域表面を
自己整合的に覆うC49構造のチタン・シリサイド膜を
形成し,同時にゲート電極上面に選択的にC49構造の
チタン・シリサイド膜の膜厚を増加さる。その後、これ
らC49構造のチタン・シリサイド膜は、相転移によ
り、それぞれC54構造のチタン・シリサイド膜にな
る。
The MOS transistor having the above structure according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is formed as follows.
First, a titanium silicide film having a C49 structure is selectively formed on the upper surface of the gate electrode by using the first titanium film. Subsequently, a titanium silicide film having a C49 structure is formed by a second titanium film so as to cover the surface of the source / drain region in a self-aligned manner, and at the same time, a film thickness of the titanium silicide film having a C49 structure is selectively formed on the upper surface of the gate electrode. Increase. After that, the titanium silicide film having the C49 structure becomes a titanium silicide film having the C54 structure by the phase transition.

【0058】その結果、チタン・サリサイド構造のMO
Sトランジスタにおいて、ゲート電極のシート抵抗の増
大の抑制が容易になり、さらに、電流駆動能力の低下の
抑制も容易になる。また、このような特性を有したチタ
ン・サリサイド構造のMOSトランジスタを、製造マー
ジンを持って形成することが容易になる。
As a result, the MO of titanium salicide structure is obtained.
In the S-transistor, it is easy to suppress an increase in sheet resistance of the gate electrode, and it is also easy to suppress a decrease in current driving capability. Further, it becomes easy to form a titanium salicide structure MOS transistor having such characteristics with a manufacturing margin.

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

【図1】本発明の第1の実施例の製造工程の断面模式図
である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1の実施例の製造工程の断面模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the first embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例の製造工程の断面模式図
である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

【図4】上記第2の実施例の製造工程の断面模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a manufacturing process of the second embodiment.

【図5】従来の半導体装置の製造工程の断面模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図6】上記従来の半導体装置の製造工程の断面模式図
である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a manufacturing process of the conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 P型シリコン基板 102,202,302 Nウェル 103,203,303 Pウェル 104,204,304 フィールド酸化膜 106,206,306 ゲート酸化膜 107a,107b,207a,207b,307a,
307b ゲート電極 108,308 酸化シリコン膜スペーサ 109,209,309 N型ソース・ドレイン領域 110,210,310 P型ソース・ドレイン領域 111a,111aa,111ab,111b,111
ba,111bb,112aa,112ab,112b
a,112bb,211a,211aa,211ab,
211b,211ba,211bb,212aa,21
2ab,212ba,212bb,311aa,311
ab,311ba,312aa,312ab,312b
a チタン・シリサイド膜 136,236a,236b 酸化シリコン膜 141a,141b,341 チタン膜 218 窒化シリコン膜スペーサ 251 フォトレジスト膜
101, 201, 301 P-type silicon substrate 102, 202, 302 N well 103, 203, 303 P well 104, 204, 304 Field oxide film 106, 206, 306 Gate oxide film 107a, 107b, 207a, 207b, 307a,
307b Gate electrodes 108, 308 Silicon oxide film spacers 109, 209, 309 N-type source / drain regions 110, 210, 310 P-type source / drain regions 111a, 111aa, 111ab, 111b, 111
ba, 111bb, 112aa, 112ab, 112b
a, 112bb, 211a, 211aa, 211ab,
211b, 211ba, 211bb, 212aa, 21
2ab, 212ba, 212bb, 311aa, 311
ab, 311ba, 312aa, 312ab, 312b
a Titanium silicide film 136, 236a, 236b Silicon oxide film 141a, 141b, 341 Titanium film 218 Silicon nitride film spacer 251 Photoresist film

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面の少なくとも一部に一導電型領域が
設けらてたシリコン基板と、 ゲート酸化膜を介して前記一導電型領域の表面上に設け
られた所望の膜厚の多結晶シリコン膜からなるゲート電
極と、 前記ゲート電極の側面を覆う絶縁膜スペーサと、 第1の所要膜厚を有して前記ゲート電極の上面を自己整
合的に覆うC54構造の第1のチタン・シリサイド膜
と、 前記一導電型領域の表面に設けられた逆導電型ソース・
ドレイン領域と、 前記絶縁膜スペーサに自己整合的に、前記第1の所要膜
厚より薄い第2の所要膜厚を有して前記逆導電型ソース
・ドレイン領域の表面を覆うC54構造の第2のチタン
・シリサイド膜とを有することを特徴とする半導体装
置。
1. A silicon substrate having one conductivity type region provided on at least a part of its surface, and polycrystalline silicon having a desired film thickness provided on the surface of said one conductivity type region via a gate oxide film. A gate electrode formed of a film, an insulating film spacer covering a side surface of the gate electrode, a first titanium silicide film having a first required thickness and having a C54 structure and covering the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner. And a reverse conductivity type source provided on the surface of the one conductivity type region.
A second C54 structure having a second required thickness smaller than the first required thickness and covering the surface of the opposite conductivity type source / drain region in a self-aligned manner with the drain region and the insulating film spacer. And a titanium silicide film of 1.
【請求項2】 前記絶縁膜スペーサを構成する絶縁膜
が、酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜であること
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 insulating film forming the insulating film spacer is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【請求項3】 表面の少なくとも一部に一導電型領域が
設けらてたシリコン基板の該表面の素子分離領域にフィ
ールド絶縁膜を形成し、概表面の素子形成領域にゲート
酸化膜を形成する工程と、 少なくとも、前記ゲート酸化膜の表面を直接に覆う所望
の膜厚の多結晶シリコン膜を、全面に形成する工程と、 少なくとも前記多結晶シリコン膜をパターニングして、
ゲート電極形成予定領域に少なくとも多結晶シリコン膜
パターンを残置する工程と、 全面に所定膜厚の絶縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチバ
ックして、少なくとも多結晶シリコン膜パターンの側面
に絶縁膜スペーサを形成する工程と、 熱酸化により、少なくとも前記フィールド絶縁膜および
前記絶縁膜スペーサに自己整合的な前記一導電型領域の
表面に、酸化シリコン膜を形成する工程と、 逆導電型不純物のイオン注入により、前記多結晶シリコ
ン膜パターンをゲート電極に変換し,前記一導電型領域
の表面に逆導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程
と、 前記ゲート電極の上面を露出させる工程と、 全面に第1のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって前記ゲート電極
の上面を自己整合的に覆うC49構造の第1のチタン・
シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタン膜および未反
応の前記第1のチタン膜を選択的に除去する工程と、 酸化シリコン膜に対する異方性エッチングにより少なく
とも前記酸化シリコン膜を除去し、前記フィールド絶縁
膜および前記絶縁膜スペーサに自己整合的な前記逆導電
型ソース・ドレイン領域の表面を露出させる工程と、 全面に第2のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第2の熱処理を行なってC49構造の前
記第1のチタン・シリサイド膜の膜厚を厚くし,前記フ
ィールド絶縁膜および前記絶縁膜スペーサに自己整合的
な前記逆導電型ソース・ドレイン領域の表面にC49構
造の第2のチタン・シリサイド膜を形成し、第2の窒化
チタン膜および未反応の前記第2のチタン膜を選択的に
除去する工程と、 窒素雰囲気での第3の熱処理を行ない、C49構造の前
記第1,第2のチタン・シリサイド膜をC54構造の第
1,第2のチタン・シリサイド膜に相転移させる工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A field insulating film is formed in an element isolation region on a surface of a silicon substrate having one conductivity type region provided on at least a part of the surface, and a gate oxide film is formed in an element forming region on the approximate surface. A step of forming at least a polycrystalline silicon film having a desired thickness directly covering the surface of the gate oxide film on the entire surface, and patterning at least the polycrystalline silicon film,
A step of leaving at least the polycrystalline silicon film pattern in the region where the gate electrode is to be formed, an insulating film having a predetermined thickness is formed on the entire surface, the insulating film is etched back, and the insulating film is formed on at least the side surface of the polycrystalline silicon film pattern. Forming a spacer, forming a silicon oxide film on at least the surface of the one conductivity type region self-aligned with the field insulating film and the insulating film spacer by thermal oxidation, and ion of an impurity of opposite conductivity type A step of converting the polycrystalline silicon film pattern into a gate electrode by implantation and forming a source / drain region of opposite conductivity type on the surface of the one conductivity type region; a step of exposing the upper surface of the gate electrode; A step of forming a first titanium film and a first heat treatment in a nitrogen atmosphere to cover the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner C49. The first of titanium elephant -
Forming a silicide film and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film; and removing at least the silicon oxide film by anisotropic etching of the silicon oxide film, Exposing the surface of the reverse conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the insulating film spacer; forming a second titanium film on the entire surface; and performing a second heat treatment in a nitrogen atmosphere. To increase the thickness of the first titanium / silicide film having a C49 structure, and to form a C49 structure on the surface of the reverse conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the insulating film spacer. Forming a titanium silicide film of No. 2 and selectively removing the second titanium nitride film and the unreacted second titanium film; and Performing a third heat treatment to cause the first and second titanium-silicide films having a C49 structure to undergo a phase transition to first and second titanium-silicide films having a C54 structure. Manufacturing method.
【請求項4】 表面の少なくとも一部に一導電型領域が
設けらてたシリコン基板の該表面の素子分離領域にフィ
ールド絶縁膜を形成し、該表面の素子形成領域にゲート
酸化膜を形成する工程と、 所望の膜厚のノンドープの多結晶シリコン膜と、窒化シ
リコン膜とを全面に順次形成する工程と、 前記窒化シリコン膜および多結晶シリコン膜を順次パタ
ーニングして、ゲート電極形成予定領域に窒化シリコン
膜パターンおよび多結晶シリコン膜パターンを残置する
工程と、 全面に所定膜厚の第1の酸化シリコン膜を形成し、該第
1の酸化シリコン膜をエッチバックして、前記窒化シリ
コン膜パターンおよび多結晶シリコン膜パターンの側面
に酸化シリコン膜スペーサを形成し,前記フィールド絶
縁膜および該酸化シリコン膜スペーサに自己整合的な前
記一導電型領域の露出面を形成する工程と、 熱酸化により、前記露出面に第2の酸化シリコン膜を形
成する工程と、 逆導電型不純物のイオン注入により、前記多結晶シリコ
ン膜パターンを逆導電型の多結晶シリコン膜パターンに
変換してゲート電極を形成し,前記一導電型領域の表面
に逆導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、 前記窒化シリコン膜パターンを選択的に除去する工程
と、 全面に第1のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって前記ゲート電極
の上面を自己整合的に覆うC49構造の第1のチタン・
シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタン膜および未反
応の前記第1のチタン膜を選択的に除去する工程と、 異方性エッチングにより、前記第2の酸化シリコン膜を
除去する工程と、 全面に第2のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第2の熱処理を行なってC49構造の前
記第1のチタン・シリサイド膜の膜厚を厚くし,前記フ
ィールド絶縁膜および前記酸化シリコン膜スペーサに自
己整合的な前記逆導電型ソース・ドレイン領域の表面に
C49構造の第2のチタン・シリサイド膜を形成し、第
2の窒化チタン膜および未反応の前記第2のチタン膜を
選択的に除去する工程と、 窒素雰囲気での第3の熱処理を行ない、C49構造の前
記第1,第2のチタン・シリサイド膜をC54構造の第
1,第2のチタン・シリサイド膜に相転移させる工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A field insulating film is formed in an element isolation region of a surface of a silicon substrate having a surface of at least one conductivity type region, and a gate oxide film is formed in an element formation region of the surface. A step, a step of sequentially forming a non-doped polycrystalline silicon film having a desired film thickness and a silicon nitride film on the entire surface, and sequentially patterning the silicon nitride film and the polycrystalline silicon film to form a gate electrode formation planned region. A step of leaving the silicon nitride film pattern and the polycrystalline silicon film pattern, and forming a first silicon oxide film of a predetermined thickness on the entire surface, etching back the first silicon oxide film, and then the silicon nitride film pattern And a silicon oxide film spacer is formed on the side surface of the polycrystalline silicon film pattern and self-aligned with the field insulating film and the silicon oxide film spacer. A step of forming an exposed surface of the one conductivity type region, a step of forming a second silicon oxide film on the exposed surface by thermal oxidation, and an ion implantation of an impurity of opposite conductivity type to form the polycrystalline silicon film pattern. To a reverse conductivity type polycrystalline silicon film pattern to form a gate electrode, and to form a reverse conductivity type source / drain region on the surface of the one conductivity type region, and the silicon nitride film pattern is selectively formed. A step of removing, a step of forming a first titanium film on the entire surface, and a step of performing a first heat treatment in a nitrogen atmosphere to cover the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner with the first titanium film having a C49 structure.
A step of forming a silicide film and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film; and a step of removing the second silicon oxide film by anisotropic etching, A step of forming a second titanium film on the entire surface and a second heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed to increase the film thickness of the first titanium / silicide film having a C49 structure, and the field insulating film and the silicon oxide film. A second titanium-silicide film having a C49 structure is formed on the surface of the opposite conductivity type source / drain region self-aligned with the film spacer, and the second titanium nitride film and the unreacted second titanium film are selected. And a third heat treatment in a nitrogen atmosphere are performed to phase-transform the first and second titanium / silicide films having a C49 structure into first and second titanium / silicide films having a C54 structure. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項5】 前記酸化シリコン膜スペーサを形成する
ために行なわれる前記第1の酸化シリコン膜のエッチバ
ックが、トリ・フルオロ・メタン(CHF3)および一
酸化炭素(CO)からなる混合ガス,あるいはオクタ・
フルオロ・ブタン(C4 8 )および一酸化炭素からな
る混合ガスをエッチングガスに用いた異方性エッチング
であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製
造方法。
5. The mixed gas of trifluoromethane (CHF 3 ) and carbon monoxide (CO) is used for etching back the first silicon oxide film to form the silicon oxide film spacer. Or octa
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the anisotropic etching is performed using a mixed gas of fluorobutane (C 4 F 8 ) and carbon monoxide as an etching gas.
【請求項6】 前記第2の酸化シリコン膜を除去するた
めの異方性エッチングが、トリ・フルオロ・メタンおよ
び一酸化炭素からなる混合ガス,あるいはオクタ・フル
オロ・ブタンおよび一酸化炭素からなる混合ガスをエッ
チングガスに用いた異方性エッチングであることを特徴
とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
6. The anisotropic etching for removing the second silicon oxide film is performed by using a mixed gas containing trifluoromethane and carbon monoxide or a mixed gas containing octafluorobutane and carbon monoxide. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the etching is anisotropic etching using a gas as an etching gas.
【請求項7】 表面に一導電型領域が設けらてたシリコ
ン基板の表面の素子分離領域にフィールド絶縁膜を形成
し、素子形成領域にゲート酸化膜を形成する工程と、 全面に所望の膜厚のノンドープの多結晶シリコン膜を形
成する工程と、 多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極形成
予定領域に多結晶シリコン膜パターンを残置する工程
と、 全面に所定膜厚の窒化シリコン膜を形成し、該窒化シリ
コン膜をエッチバックして、前記多結晶シリコン膜パタ
ーンの側面に窒化シリコン膜スペーサを形成する工程
と、 熱酸化により、前記多結晶シリコン膜パターンの上面お
よび前記フィールド絶縁膜並びに前記窒化シリコン膜ス
ペーサに自己整合的な前記一導電型領域の表面にそれぞ
れ第1および第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、 逆導電型不純物のイオン注入により、前記多結晶シリコ
ン膜パターンを逆導電型の多結晶シリコン膜パターンに
変換してゲート電極を形成し,前記一導電型領域の表面
に逆導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、 全面にフォトレジスト膜を塗布,形成し、前記第1の酸
化シリコン膜の上面が露出するまで該フォトレジスト膜
をエッチバックし、該第1の酸化シリコン膜を除去する
工程と、 全面に第1のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第1の熱処理を行なって前記ゲート電極
の上面を自己整合的に覆うC49構造の第1のチタン・
シリサイド膜を形成し、第1の窒化チタン膜および未反
応の前記第1のチタン膜を選択的に除去する工程と、 異方性エッチングにより、少なくとも前記第2の酸化シ
リコン膜を除去し,前記フィールド絶縁膜並びに前記窒
化シリコン膜スペーサに自己整合的な前記逆導電型ソー
ス・ドレイン領域の表面を露出させる工程と、 全面に第2のチタン膜を形成する工程と、 窒素雰囲気での第2の熱処理を行なってC49構造の前
記第1のチタン・シリサイド膜の膜厚を厚くし,前記フ
ィールド絶縁膜および前記窒化シリコン膜スペーサに自
己整合的な前記逆導電型ソース・ドレイン領域の表面に
C49構造の第2のチタン・シリサイド膜を形成し、第
2の窒化チタン膜および未反応の前記第2のチタン膜を
選択的に除去する工程と、 窒素雰囲気での第3の熱処理を行ない、C49構造の前
記第1,第2のチタン・シリサイド膜をC54構造の第
1,第2のチタン・シリサイド膜に相転移させる工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a field insulating film in an element isolation region on a surface of a silicon substrate having a surface of one conductivity type region, and forming a gate oxide film in the element formation region, and a desired film over the entire surface. A step of forming a thick non-doped polycrystalline silicon film, a step of patterning the polycrystalline silicon film and leaving a polycrystalline silicon film pattern in the region where the gate electrode is to be formed, and a silicon nitride film of a predetermined thickness on the entire surface. Forming and etching back the silicon nitride film to form a silicon nitride film spacer on the side surface of the polycrystalline silicon film pattern; and by thermal oxidation, the upper surface of the polycrystalline silicon film pattern and the field insulating film, Forming a first silicon oxide film and a second silicon oxide film on the surface of the one conductivity type region that is self-aligned with the silicon nitride film spacer; The gate electrode is formed by converting the polycrystalline silicon film pattern into a reverse conductive type polycrystalline silicon film pattern by ion implantation of a reverse conductive type impurity, and the reverse conductive type source / drain regions are formed on the surface of the one conductive type region. And a step of coating and forming a photoresist film on the entire surface, etching back the photoresist film until the upper surface of the first silicon oxide film is exposed, and removing the first silicon oxide film And a step of forming a first titanium film on the entire surface, and a first titanium film having a C49 structure that covers the upper surface of the gate electrode in a self-aligned manner by performing a first heat treatment in a nitrogen atmosphere.
Forming a silicide film and selectively removing the first titanium nitride film and the unreacted first titanium film; and removing at least the second silicon oxide film by anisotropic etching. Exposing the surface of the opposite conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the silicon nitride film spacer; forming a second titanium film over the entire surface; Heat treatment is performed to increase the thickness of the first titanium / silicide film having a C49 structure, and the C49 structure is formed on the surface of the reverse conductivity type source / drain region self-aligned with the field insulating film and the silicon nitride film spacer. Forming a second titanium-silicide film, and selectively removing the second titanium nitride film and the unreacted second titanium film; and Third heat treatment is performed to cause the first and second titanium / silicide films having the C49 structure to undergo phase transition to the first and second titanium / silicide films having the C54 structure. Device manufacturing method.
【請求項8】 前記窒化シリコン膜スペーサを形成する
ために行なわれる前記窒化シリコン膜のエッチバック
が、ジ・フルオロ・メタン(CH2 2 )あるいはフル
オロ・メタン(CH3 F)をエッチングガスに用いた異
方性エッチングであることを特徴とする請求項7記載の
半導体装置の製造方法。
8. The etching back of the silicon nitride film performed to form the silicon nitride film spacer is performed by using difluoro methane (CH 2 F 2 ) or fluoro methane (CH 3 F) as an etching gas. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the anisotropic etching is used.
【請求項9】 前記逆導電型ソース・ドレイン領域の表
面を覆う前記酸化シリコン膜を除去するための異方性エ
ッチングが、トリ・フルオロ・メタンおよび一酸化炭素
からなる混合ガス,あるいはオクタ・フルオロ・ブタン
および一酸化炭素からなる混合ガスをエッチングガスに
用いた異方性エッチングであることを特徴とする請求項
7記載の半導体装置の製造方法。
9. Anisotropic etching for removing the silicon oxide film covering the surface of the opposite conductivity type source / drain regions is performed by a mixed gas of trifluoromethane and carbon monoxide, or octafluoromethane. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein anisotropic etching is performed using a mixed gas of butane and carbon monoxide as an etching gas.
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