JPH10303418A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH10303418A
JPH10303418A JP11234297A JP11234297A JPH10303418A JP H10303418 A JPH10303418 A JP H10303418A JP 11234297 A JP11234297 A JP 11234297A JP 11234297 A JP11234297 A JP 11234297A JP H10303418 A JPH10303418 A JP H10303418A
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JP
Japan
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layer
gate electrode
wsi
silicon layer
heat treatment
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Application number
JP11234297A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshifumi Mori
年史 森
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent changes in element characteristics, by depositing a tungsten silicide layer on a non-single crystal silicon layer, then carrying out heat treatment at a temperature higher than the processing temperature of the subsequent manufacturing steps, thus patterning the non-single crystal silicon layer and the tungsten silicide layer, and forming a gate electrode. SOLUTION: A p-type silicon substrate 11 is selectively oxidized to form a field oxide film 12 for element isolation, and thermal oxidation is carried out to form a gate oxide film 13. Then, a polycrystalline silicon layer 14 is grown and a WSi layer 15 is grown. The WSi layer 15 is crystallized and transformed to a crystallized WSi layer 16. The polycrystalline silicon layer 14 and the crystallized WSi layer 16 are patterned, thus forming gate electrodes constituted by a polycrystalline silicon gate electrode 18 and a WSi gate electrode 19. Heat treatment is carried out to form a through film 20 to be a damage prevention film in ion implantation. Thus, the patterned WSi gate electrode 19 can be prevented from contracting.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関するもので、特に、WSi/多結晶シリコン2層
構造ゲート電極を用いた絶縁ゲート型半導体装置の製造
方法に関するものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing an insulated gate semiconductor device using a WSi / polycrystalline silicon two-layer structure gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置はより高速化が要求さ
れており、その要請に応えるためにゲート電極のゲート
長はさらに微細化されているが、性能を満足させるため
にはこのゲート電極の出来上がり形状が重要になってく
る。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have been required to operate at higher speeds, and the gate length of the gate electrode has been further reduced in order to meet the demand. The finished shape becomes important.

【0003】ここで、図4及び図5を参照して、従来の
MOSFETの製造工程を説明する。 図4(a)参照 まず、p型シリコン基板31を窒化膜パターン(図示せ
ず)をマスクとして選択酸化することにより素子分離用
の厚いフィールド酸化膜32を形成したのち、窒化膜パ
ターンを除去し、熱酸化することによってゲート酸化膜
33を形成する。
Here, the manufacturing process of a conventional MOSFET will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 4A, first, a p-type silicon substrate 31 is selectively oxidized using a nitride film pattern (not shown) as a mask to form a thick field oxide film 32 for element isolation, and then the nitride film pattern is removed. The gate oxide film 33 is formed by thermal oxidation.

【0004】次いで、SiH4 を用いた減圧化学気相成
長法(LPCVD法)によって、多結晶シリコン層34
を成長させたのち、SiH4 /WF6 系を用いたLPC
VD法によってWSi層35を形成する。
Next, a polycrystalline silicon layer 34 is formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) using SiH 4.
Is grown and then LPC using SiH 4 / WF 6 system
The WSi layer 35 is formed by the VD method.

【0005】図4(b)参照 次いで、多結晶シリコン層34の低抵抗化ためにP(リ
ン)イオンを注入したのち、後の酸化工程におけるWS
i層35の酸化や注入したPのアウトディフュージョン
を防止するために、800℃の温度における高温CVD
法によって酸化膜36を形成する。
Referring to FIG. 4B, after P (phosphorus) ions are implanted to lower the resistance of the polycrystalline silicon layer 34, WS
In order to prevent oxidation of the i-layer 35 and out diffusion of the implanted P, high-temperature CVD at a temperature of 800 ° C.
An oxide film 36 is formed by a method.

【0006】図4(c)参照 次いで、多結晶シリコン層34及びWSi層35をパタ
ーニングすることによって、多結晶シリコンゲート電極
37及びWSiゲート電極38からなるゲート電極を形
成したのち、900〜950℃のドライO2 雰囲気中で
熱処理を施すことによって、イオン注入の際のダメージ
防止膜となる厚さ50Å程度のスルー膜39を形成す
る。なお、この工程において、図示しないものの、ゲー
ト電極の側壁にも薄い酸化膜が形成される。
Referring to FIG. 4C, a gate electrode composed of a polysilicon gate electrode 37 and a WSi gate electrode 38 is formed by patterning the polysilicon layer 34 and the WSi layer 35. By performing a heat treatment in a dry O 2 atmosphere, a through film 39 having a thickness of about 50 ° serving as a damage prevention film at the time of ion implantation is formed. In this step, although not shown, a thin oxide film is also formed on the side wall of the gate electrode.

【0007】図5(d)参照 次いで、ゲート電極及びフィールド酸化膜32をマスク
としてPイオン40を注入することによって、LDD
(Lightly Doped Drain)領域を形
成するための浅い低濃度のn型領域41を形成する。
Next, as shown in FIG. 5D, P ions 40 are implanted using the gate electrode and the field oxide film 32 as a mask to form an LDD.
A shallow low-concentration n-type region 41 for forming a (Lightly Doped Drain) region is formed.

【0008】図5(e)参照 次いで、全面にSiO2 膜を堆積させたのち、RIE
(反応性イオンエッチング)法による異方性エッチング
を行うことによりゲート電極の側部にサイドウォール4
2を形成し、次いで、このサイドウォール42、ゲート
電極、及び、フィールド酸化膜32をマスクとしてPイ
オン43を注入することによって、深くて高濃度のn+
型ソース・ドレイン領域44を形成する。
Next, an SiO 2 film is deposited on the entire surface, and then RIE is performed.
By performing anisotropic etching by the (reactive ion etching) method, a sidewall 4 is formed on the side of the gate electrode.
Then, P ions 43 are implanted using the sidewalls 42, the gate electrode, and the field oxide film 32 as a mask, thereby forming a deep and high-concentration n +.
Form source / drain regions 44 are formed.

【0009】以降は、省略するが、熱処理を施して注入
したPイオンを活性化させたのち、層間絶縁膜等を設
け、次いで、層間絶縁膜に設けたコンタクトホールを介
して、ソース・ドレイン電極やゲート引出電極等を設け
ることによりMOSFETが完成する。
Hereinafter, although omitted, after the heat treatment is performed to activate the implanted P ions, an interlayer insulating film or the like is provided, and then the source / drain electrode is contacted through a contact hole provided in the interlayer insulating film. The MOSFET is completed by providing the gate and the gate extraction electrode and the like.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のMOS
FETの製造工程においては、出来上がったMOSFE
Tの特性にバラツキがあったり、設計通りの特性が得ら
れないという問題があるので、この問題点を図6を参照
して説明する。
However, the conventional MOS
In the FET manufacturing process, the completed MOSFE
Since there is a problem that the characteristics of T vary and the characteristics as designed cannot be obtained, this problem will be described with reference to FIG.

【0011】図6(a)及び(b)参照 即ち、イオン注入の際のダメージ防止のためにスルー膜
39を形成するための熱酸化工程において、WSiゲー
ト電極38が収縮(シュリンク)し、熱処理前には垂直
であったあったWSiゲート電極38の側壁がテーパ状
になり、この様な形状のゲート電極に対してサイドウォ
ール42を形成した場合、サイドウォール42の形状が
設計とは異なることになり、それによって、LDD領
域、即ち、サイドウォール42の直下のn型領域41の
形状・長さが変化し、素子特性に影響を与えることにな
る。
Referring to FIGS. 6A and 6B, in a thermal oxidation step for forming a through film 39 for preventing damage at the time of ion implantation, the WSi gate electrode 38 contracts (shrinks) and heat treatment is performed. The sidewall of the WSi gate electrode 38, which was vertically vertical before, becomes tapered, and when the sidewall 42 is formed for such a gate electrode, the shape of the sidewall 42 is different from the design. As a result, the shape and length of the LDD region, that is, the n-type region 41 immediately below the side wall 42 changes, which affects the device characteristics.

【0012】これは、成長させた直後(as−depo
sit)のWSi層35はアモルファス状態であり、8
00℃における酸化膜36の形成工程において多少多結
晶化するものの、より高温の900〜950℃の熱酸化
工程において多結晶化が進み、多結晶化による堆積の減
少により収縮するものと考えられる。
This is because immediately after the growth (as-depo
Sit) WSi layer 35 is in an amorphous state,
It is considered that although polycrystallization occurs somewhat in the process of forming the oxide film 36 at 00 ° C., polycrystallization proceeds in the higher temperature thermal oxidation process at 900 to 950 ° C., and shrinks due to a decrease in deposition due to polycrystallization.

【0013】また、注入イオンの活性化のためのアニー
ルを、イオン注入毎に行う場合には、LDD領域となる
n型領域41の形成後のアニールにおいてもWSiゲー
ト電極38は収縮し、その後形成するサイドウォール4
2の形状に影響を与えることになる。
If annealing for activating implanted ions is performed for each ion implantation, the WSi gate electrode 38 contracts even after annealing after the formation of the n-type region 41 serving as an LDD region. Side wall 4
2 will be affected.

【0014】したがって、本発明は、WSiゲート電極
の収縮による素子特性の変化を防止することを目的とす
る。
Accordingly, it is an object of the present invention to prevent a change in device characteristics due to contraction of a WSi gate electrode.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、半導体装置の製造方法において、非単
結晶シリコン層4上にタングステンシリサイド層5を堆
積させたのち、それ以降の製造工程における処理温度よ
り高い温度における熱処理を施し、次いで、非単結晶シ
リコン層4及びタングステンシリサイド層5をパターニ
ングしてゲート電極を形成する工程を有することを特徴
とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. See FIG. 1 (1) In the present invention, in a method for manufacturing a semiconductor device, after a tungsten silicide layer 5 is deposited on a non-single-crystal silicon layer 4, a heat treatment at a temperature higher than a processing temperature in a subsequent manufacturing process is performed. And a step of patterning the non-single-crystal silicon layer 4 and the tungsten silicide layer 5 to form a gate electrode.

【0016】この様に、タングステンシリサイド層5を
堆積させたのち、それ以降の製造工程における処理温度
より高い温度における熱処理を施すことにより、パター
ニングの前にタングステンシリサイド層5を十分多結晶
化した結晶化タングステンシリサイド層6にすることが
できるので、それ以降の製造工程に伴う熱処理、例え
ば、スルー膜の形成工程、注入イオンの活性化工程等の
熱処理工程によりゲート電極が収縮することがなく、安
定した特性の絶縁ゲート型の半導体装置を製造すること
ができる。
As described above, after the tungsten silicide layer 5 is deposited, a heat treatment at a temperature higher than the processing temperature in the subsequent manufacturing steps is performed, so that the tungsten silicide layer 5 is sufficiently polycrystallized before patterning. Since the tungsten silicide layer 6 can be used, the gate electrode does not shrink due to a heat treatment associated with a subsequent manufacturing process, for example, a heat treatment process such as a process of forming a through film and a process of activating implanted ions. An insulated gate semiconductor device having the above characteristics can be manufactured.

【0017】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、非単結晶シリコン層4が、多結晶シリコン層または
アモルファスシリコン層のいずれかであることを特徴と
する。
(2) The present invention is characterized in that, in the above (1), the non-single-crystal silicon layer 4 is either a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer.

【0018】この様に、タングステンシリサイド層5の
下地となる非単結晶シリコン層4は多結晶シリコン層で
もアモルファスシリコン層でも良く、アモルファスシリ
コン層を用いる場合には、多結晶シリコン層より薄く成
膜すれば良い。
As described above, the non-single-crystal silicon layer 4 serving as the underlayer of the tungsten silicide layer 5 may be a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer. Just do it.

【0019】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、タングステンシリサイド層5を、六フ
ッ化タングステンとモノシランとを用いた減圧化学気相
成長法によって成膜することを特徴とする。
(3) Further, according to the present invention, in the above (1) or (2), the tungsten silicide layer 5 is formed by a low pressure chemical vapor deposition method using tungsten hexafluoride and monosilane. Features.

【0020】この様に、タングステンシリサイド層5の
成膜工程としては、六フッ化タングステン(WF6 )と
モノシラン(SiH4 )とを用いた減圧化学気相成長法
が好適である。
As described above, a low pressure chemical vapor deposition method using tungsten hexafluoride (WF 6 ) and monosilane (SiH 4 ) is preferable as the film forming step of the tungsten silicide layer 5.

【0021】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、ゲート電極の側壁にサイド
ウォールを形成し、このサイドウォールをマスクとして
半導体基板1に不純物を導入する工程を有していること
を特徴とする。
(4) In the present invention, in any one of the above (1) to (3), a sidewall is formed on a side wall of the gate electrode, and impurities are introduced into the semiconductor substrate 1 using the sidewall as a mask. It is characterized by having a process.

【0022】この様に、ゲート電極のパターニング工程
の前に結晶化のための熱処理を施しているので、ゲート
電極の形状が製造工程に伴う熱処理によって変形せず、
このゲート電極の側壁にサイドウォールを設けてイオン
注入しても安定した形状のLDD領域を形成することが
できる。
As described above, since the heat treatment for crystallization is performed before the step of patterning the gate electrode, the shape of the gate electrode is not deformed by the heat treatment accompanying the manufacturing process.
Even if a side wall is provided on the side wall of the gate electrode and an ion is implanted, an LDD region having a stable shape can be formed.

【0023】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)のいずれかにおいて、熱処理を、窒素雰囲気中で
行うことを特徴とする。
(5) The present invention is characterized in that in any one of the above (1) to (4), the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere.

【0024】このタングステンシリサイド層5の結晶化
のための熱処理を窒素雰囲気中で行う場合には、枚葉の
ランプ加熱装置等を必要とせず、従来の製造工程で用い
ている通常の拡散炉・熱処理炉を用いて結晶化を行うこ
とができる。
When the heat treatment for crystallization of the tungsten silicide layer 5 is performed in a nitrogen atmosphere, a single-wafer lamp heating device or the like is not required, and a conventional diffusion furnace used in the conventional manufacturing process is not required. Crystallization can be performed using a heat treatment furnace.

【0025】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)のいずれかにおいて、熱処理を、真空中で行うこ
とを特徴とする。
(6) The present invention is characterized in that in any one of the above (1) to (4), the heat treatment is performed in a vacuum.

【0026】このタングステンシリサイド層5の結晶化
のための熱処理を真空中で行う場合には、タングステン
シリサイド層5の酸化、或いは、窒化等を全く気にする
必要がなく、且つ、ランプアニール(RTA)による高
速処理が可能になる。
When the heat treatment for crystallization of the tungsten silicide layer 5 is performed in a vacuum, there is no need to worry about oxidation or nitridation of the tungsten silicide layer 5 at all, and lamp annealing (RTA) ) Enables high-speed processing.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】ここで、図2及び図3を参照して
本発明の実施の形態を説明する。 図2(a)参照 まず、p型シリコン基板11を窒化膜パターン(図示せ
ず)をマスクとして選択酸化することにより素子分離用
の厚いフィールド酸化膜12を形成したのち、窒化膜パ
ターンを除去し、熱酸化することによっての厚さ7〜9
nmのゲート酸化膜13を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 2A, first, a p-type silicon substrate 11 is selectively oxidized using a nitride film pattern (not shown) as a mask to form a thick field oxide film 12 for element isolation, and then the nitride film pattern is removed. 7-9 thickness by thermal oxidation
A gate oxide film 13 of nm is formed.

【0028】次いで、SiH4 を用いたLPCVD法に
よって、620℃において、厚さ50〜150nm、例
えば、120nmの多結晶シリコン層14を成長させた
のち、SiH4 /WF6 系を用いたLPCVD法によっ
て、360℃において、厚さ50〜150nm、例え
ば、100nmのWSi層15を成長させる。なお、こ
の場合、成膜直後のWSi層15の結晶状態はアモルフ
ァスである。
Next, after growing a polycrystalline silicon layer 14 having a thickness of 50 to 150 nm, for example, 120 nm at 620 ° C. by LPCVD using SiH 4 , LPCVD using SiH 4 / WF 6 is used. Grows a WSi layer 15 having a thickness of 50 to 150 nm, for example, 100 nm at 360 ° C. In this case, the crystalline state of the WSi layer 15 immediately after the film formation is amorphous.

【0029】図2(b)参照 次いで、窒素雰囲気中において、700〜1200℃、
例えば、1000℃において、10〜100分、例え
ば、30分間熱処理を行って、WSi層15を結晶化し
て結晶化WSi層16に変換する。
Next, as shown in FIG. 2B, in a nitrogen atmosphere at 700 to 1200 ° C.
For example, heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 to 100 minutes, for example, 30 minutes to crystallize the WSi layer 15 and convert it to a crystallized WSi layer 16.

【0030】図2(c)参照 次いで、多結晶シリコン層14の低抵抗化ために70k
eVの加速エネルギーにおいて4×1015cm-2のPイ
オンを注入したのち、後の酸化工程における結晶化WS
i層16の酸化や注入したPのアウトディフュージョン
を防止するために、800℃の温度における高温CVD
法によって厚さ100nmの酸化膜17を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 2C, 70 k is applied to reduce the resistance of the polycrystalline silicon layer 14.
After implanting 4 × 10 15 cm −2 P ions at an acceleration energy of eV, crystallization WS in a subsequent oxidation step is performed.
In order to prevent oxidation of the i-layer 16 and out diffusion of the implanted P, high-temperature CVD at a temperature of 800 ° C.
An oxide film 17 having a thickness of 100 nm is deposited by the method.

【0031】図3(d)参照 次いで、ドライ・エッチング法を用いて多結晶シリコン
層14及び結晶化WSi層16をパターニングすること
によって、多結晶シリコンゲート電極18及びWSiゲ
ート電極19からなる2層構造のゲート電極を形成した
のち、ドライO 2 雰囲気中において、850〜950
℃、例えば、900℃で、10〜15分間熱処理を行う
ことによって、イオン注入の際のダメージ防止膜となる
厚さ50Å程度のスルー膜20を形成する。なお、この
工程において、図示しないものの、ゲート電極の側壁に
も薄い酸化膜が形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, polycrystalline silicon is
Patterning layer 14 and crystallized WSi layer 16
The polysilicon gate electrode 18 and the WSi gate
A gate electrode having a two-layer structure including the gate electrode 19 was formed.
Later, dry O Two850-950 in the atmosphere
Heat treatment at 10 ° C., for example, 900 ° C. for 10 to 15 minutes
By this, it becomes a damage prevention film at the time of ion implantation
A through film 20 having a thickness of about 50 ° is formed. Note that this
In the process, although not shown, on the side wall of the gate electrode
A thin oxide film is also formed.

【0032】この900℃の熱酸化工程においては、以
前の熱処理工程において、900℃より高い1000℃
でWSi層15を十分結晶化して結晶化WSi層16に
変換しているので、パターニングされたWSiゲート電
極19が収縮することがない。
In this 900 ° C. thermal oxidation step, 1000 ° C. higher than 900 ° C. in the previous heat treatment step.
In this case, the WSi layer 15 is sufficiently crystallized to be converted into the crystallized WSi layer 16, so that the patterned WSi gate electrode 19 does not shrink.

【0033】図3(e)参照 次いで、ゲート電極及びフィールド酸化膜12をマスク
として、Pイオン21を10〜30keV、例えば、2
0keVの加速エネルギーで、3×1013〜5×1013
cm-2、例えば、4×1013cm-2だけイオン注入する
ことによって、LDD領域を形成するための浅い低濃度
のn型領域22を形成する。
Next, referring to FIG. 3E, using the gate electrode and the field oxide film 12 as a mask, P ions 21 are applied at 10 to 30 keV, for example, 2 keV.
At an acceleration energy of 0 keV, 3 × 10 13 to 5 × 10 13
An n-type region 22 having a shallow low concentration for forming an LDD region is formed by ion-implanting a cm −2 , for example, 4 × 10 13 cm −2 .

【0034】図3(f)参照 次いで、全面にSiO2 膜を堆積させたのち、RIE
(反応性イオンエッチング)法による異方性エッチング
を行うことによりゲート電極の側部にサイドウォール2
3を形成し、次いで、このサイドウォール23、ゲート
電極、及び、フィールド酸化膜12をマスクとしてAs
イオン24を20〜40keV、例えば、30keVの
加速エネルギーで、9×1014〜2×1015cm-2、例
えば、1×1015cm-2だけイオン注入することによっ
て、深くて高濃度のn+ 型ソース・ドレイン領域25を
形成する。
Next, after depositing an SiO 2 film on the entire surface, RIE is performed.
By performing anisotropic etching by the (reactive ion etching) method, a sidewall 2 is formed on the side of the gate electrode.
Then, using the side wall 23, the gate electrode, and the field oxide film 12 as a mask, As
By implanting the ions 24 by 9 × 10 14 to 2 × 10 15 cm −2 , for example, 1 × 10 15 cm −2 at an acceleration energy of 20 to 40 keV, for example, 30 keV, a deep and high concentration n A + type source / drain region 25 is formed.

【0035】このサイドウォール23の形成工程におい
て、WSiゲート電極19は収縮していないので、その
側面はほぼ垂直であり、従って、設計通りの形状のサイ
ドウォール23を形成することができ、このサイドウォ
ール23の直下のLDD領域の長さ・形状を精確に再現
性良く形成することができる。
In the step of forming the side wall 23, the WSi gate electrode 19 is not shrunk, so that the side surface is almost vertical. Therefore, the side wall 23 having the designed shape can be formed. The length and shape of the LDD region immediately below the wall 23 can be formed accurately and with good reproducibility.

【0036】以降は、省略するが、従来と同様に熱処理
を施して注入したPイオン及びAsイオンを活性化させ
たのち、層間絶縁膜等を設け、次いで、層間絶縁膜に設
けたコンタクトホールを介して、ソース・ドレイン電極
やゲート引出電極等を設けることによりMOSFETが
完成する。
After that, though omitted, a heat treatment is performed in the same manner as in the prior art to activate the implanted P ions and As ions, then an interlayer insulating film and the like are provided, and then a contact hole provided in the interlayer insulating film is formed. By providing source / drain electrodes, gate lead electrodes, and the like, the MOSFET is completed.

【0037】この様に、本発明の実施の形態において
は、ゲート電極のパターニングの前に、高温における結
晶化アニールを施しているので、その後の製造工程に伴
う熱処理によりゲート電極が収縮することがなく、安定
した素子特性のMOSFETを再現性良く形成すること
ができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, since the crystallization annealing at a high temperature is performed before the patterning of the gate electrode, the gate electrode may contract due to the heat treatment accompanying the subsequent manufacturing process. Therefore, a MOSFET having stable element characteristics can be formed with good reproducibility.

【0038】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は上記の実施の条件に限られるものではな
く、各種の変更が可能であり、例えば、下地ゲート電極
となる多結晶シリコン層14は、アモルファスシリコン
層に置き換えても良いものである。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described conditions, and various modifications are possible. For example, polycrystalline silicon serving as a base gate electrode Layer 14 may be replaced by an amorphous silicon layer.

【0039】その場合には、SiH4 或いはSi2 6
を用いたLPCVD法を用い、SiH4 の場合には52
0℃で、また、Si2 6 の場合には450℃で成長を
行うことにより50nmの厚さのアモルファスシリコン
層を堆積させれば良く、且つ、その場合には、WSi層
15の厚さを150nmとする。
In that case, SiH 4 or Si 2 H 6
Is used, and in the case of SiH 4 ,
A 50 nm thick amorphous silicon layer may be deposited by growing at 0 ° C. or 450 ° C. in the case of Si 2 H 6 , and in that case, the thickness of the WSi layer 15 Is set to 150 nm.

【0040】この場合、アモルファスシリコン層の低抵
抗化のためのPイオンの注入条件は40keVの加速エ
ネルギーで6×1015cm-2とし、また、高温CVD法
による酸化膜の厚さは45nmとする。
In this case, the implantation conditions of P ions for lowering the resistance of the amorphous silicon layer were set to 6 × 10 15 cm −2 at an acceleration energy of 40 keV, and the thickness of the oxide film formed by the high temperature CVD method was 45 nm. I do.

【0041】この様に、下地ゲート層としてアモルファ
スシリコン層を用いた場合には、結晶化アニール工程に
おいて、アモルファスシリコンも結晶化されて多結晶シ
リコン層となり、最終的なゲート電極構造は、実施の形
態と同様にWSi/多結晶シリコンの2層構造となる。
As described above, when the amorphous silicon layer is used as the base gate layer, the amorphous silicon is also crystallized into a polycrystalline silicon layer in the crystallization annealing step, and the final gate electrode structure becomes As in the embodiment, a two-layer structure of WSi / polycrystalline silicon is obtained.

【0042】また、本発明の実施の形態の説明において
は、WSi層15をSiH4 /WF 6 系によって成長さ
せているが、DOS(ジクロルシラン)/WF6 系を用
いて550℃で成長させても良く、この場合には、成膜
直後(as−deposit)の結晶状態は多結晶にな
っている。
In the description of the embodiment of the present invention,
Sets the WSi layer 15 to SiHFour/ WF 6Grown by the system
DOS (dichlorosilane) / WF6Use the system
May be grown at 550 ° C.
The crystal state immediately after (as-deposit) becomes polycrystalline.
ing.

【0043】この場合にも結晶化アニールを行わない
と、スルー膜の形成工程においてWSiゲート電極が収
縮してテーパ状となるので、同じく結晶化アニールする
必要があり、結晶化アニールによって多結晶状態のWS
i層の結晶粒が巨大化することになる。
Also in this case, if the crystallization annealing is not performed, the WSi gate electrode contracts and becomes tapered in the step of forming the through film. Therefore, it is necessary to perform the crystallization annealing similarly. WS
The crystal grains of the i-layer become huge.

【0044】また、本発明の実施の形態の説明において
は、従来の製造工程で用いている通常の拡散炉や熱処理
炉を用いることができ、新たな設備を必要としないため
結晶化アニールを窒素雰囲気中で行っているが、この場
合には、WSi層15の窒化や、ロードイン時の大気の
巻き込みによる酸化を防止するために、ロードイン/ロ
ードアウト温度を600℃と低くする必要があり、その
ために昇温/降温のために時間がかかるので、真空中に
おいて結晶化アニールを行っても良いものである。
In the description of the embodiment of the present invention, a normal diffusion furnace or a heat treatment furnace used in a conventional manufacturing process can be used, and no new equipment is required. In this case, the load-in / load-out temperature needs to be as low as 600 ° C. in order to prevent nitridation of the WSi layer 15 and oxidation due to entrainment of the air during load-in. Therefore, since it takes time to raise / lower the temperature, the crystallization annealing may be performed in a vacuum.

【0045】その場合には、高真空度を得るための真空
ポンプ系が必要となり、また、枚葉のランプ加熱処理装
置を新たに必要とするが、真空中で処理を行うので、酸
化や窒化の問題は全く発生しない利点がある。
In this case, a vacuum pump system for obtaining a high degree of vacuum is required, and a single-wafer lamp heat treatment apparatus is newly required. However, since the treatment is performed in a vacuum, oxidation or nitridation is required. There is an advantage that the problem does not occur at all.

【0046】また、上記の実施の形態においては、WS
i/多結晶シリコンの2層構造のゲート電極におけるW
Si層の収縮を問題にしているが、この様な2層構造に
限られるものではなく、電極或いは配線層として気相成
長によるWSi層を用い、且つ、その後の製造工程にお
いて高温の熱処理工程が伴う場合にも適用されるもので
ある。
Further, in the above embodiment, WS
W in the gate electrode having a two-layer structure of i / polycrystalline silicon
Although the problem of shrinkage of the Si layer is a problem, the present invention is not limited to such a two-layer structure, and a WSi layer formed by vapor phase growth is used as an electrode or a wiring layer. It is also applicable in cases where it is accompanied.

【0047】また、現在においては、他の高融点金属シ
リサイド層、例えば、コバルトシリサイド層、チタンシ
リサイド層、或いは、モリブデンシリサイド層は、通
常、Co、Ti、或いは、Moをスパッタリング法によ
り堆積させたのち、RTA(ラピッド・サーマル・アニ
ール)によりシリサイド化しているのでシリサイド電極
の収縮の問題はないが、WSiの様に気相成長によりシ
リサイド層を直接成膜する場合には、本発明の結晶化ア
ニール工程が適用されることになる。
At present, other refractory metal silicide layers, for example, a cobalt silicide layer, a titanium silicide layer, or a molybdenum silicide layer are generally formed by depositing Co, Ti, or Mo by a sputtering method. Thereafter, there is no problem of shrinkage of the silicide electrode because the silicide is formed by RTA (rapid thermal annealing). An annealing step will be applied.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極のパターニ
ングの前に、高温における結晶化アニールを施している
ので、その後の製造工程に伴う熱処理によりWSiゲー
ト電極が収縮することがなく、安定した素子特性のMO
SFETを再現性良く形成することができ、それによっ
て、半導体装置の高性能化及び集積度の向上に寄与する
ところが大きい。
According to the present invention, the crystallization annealing at a high temperature is performed before the patterning of the gate electrode, so that the WSi gate electrode does not shrink due to the heat treatment accompanying the subsequent manufacturing process and is stable. MO of device characteristics
An SFET can be formed with good reproducibility, which greatly contributes to higher performance and higher integration of a semiconductor device.

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の図2以降の製造工程の説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the embodiment of the present invention after FIG. 2;

【図4】従来のMOSFETの途中までの製造工程の説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a conventional MOSFET halfway.

【図5】従来のMOSFETの図4以降の製造工程の説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the conventional MOSFET after FIG. 4;

【図6】従来のMOSFETの製造工程における問題点
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a problem in a conventional MOSFET manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 フィールド絶縁膜 3 ゲート絶縁膜 4 非単結晶シリコン層 5 タングステンシリサイド層 6 結晶化タングステンシリサイド層 11 p型シリコン基板 12 フィールド酸化膜 13 ゲート酸化膜 14 多結晶シリコン層 15 WSi層 16 結晶化WSi層 17 酸化膜 18 多結晶シリコンゲート電極 19 WSiゲート電極 20 スルー膜 21 Pイオン 22 n型領域 23 サイドウォール 24 Asイオン 25 n+ 型ソース・ドレイン領域 31 p型シリコン基板 32 フィールド酸化膜 33 ゲート酸化膜 34 多結晶シリコン層 35 WSi層 36 酸化膜 37 多結晶シリコンゲート電極 38 WSiゲート電極 39 スルー膜 40 Pイオン 41 n型領域 42 サイドウォール 43 Pイオン 44 n+ 型ソース・ドレイン領域 45 酸化膜Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 field insulating film 3 gate insulating film 4 non-single-crystal silicon layer 5 tungsten silicide layer 6 crystallized tungsten silicide layer 11 p-type silicon substrate 12 field oxide film 13 gate oxide film 14 polycrystalline silicon layer 15 WSi layer 16 crystal WSi layer 17 oxide film 18 polycrystalline silicon gate electrode 19 WSi gate electrode 20 through film 21 P ion 22 n-type region 23 sidewall 24 As ion 25 n + type source / drain region 31 p-type silicon substrate 32 field oxide film 33 Gate oxide film 34 Polycrystalline silicon layer 35 WSi layer 36 Oxide film 37 Polycrystalline silicon gate electrode 38 WSi gate electrode 39 Through film 40 P ion 41 n-type region 42 Side wall 43 P ion 44 n + source / drain Region 45 Oxide film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非単結晶シリコン層上にタングステンシ
リサイド層を堆積させたのち、それ以降の製造工程にお
ける処理温度より高い温度における熱処理を施し、次い
で、前記非単結晶シリコン層及びタングステンシリサイ
ド層をパターニングしてゲート電極を形成する工程を有
することを特徴とする半導体装置の製法方法。
After a tungsten silicide layer is deposited on a non-single-crystal silicon layer, a heat treatment is performed at a temperature higher than a processing temperature in a subsequent manufacturing process, and then the non-single-crystal silicon layer and the tungsten silicide layer are A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a gate electrode by patterning.
【請求項2】 上記非単結晶シリコン層が、多結晶シリ
コン層またはアモルファスシリコン層のいずれかである
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein said non-single-crystal silicon layer is one of a polycrystalline silicon layer and an amorphous silicon layer.
【請求項3】 上記タングステンシリサイド層を、六フ
ッ化タングステンとモノシランとを用いた減圧化学気相
成長法によって成膜することを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the tungsten silicide layer is formed by a low pressure chemical vapor deposition method using tungsten hexafluoride and monosilane.
【請求項4】 上記ゲート電極の側壁にサイドウォール
を形成し、前記サイドウォールをマスクとして半導体基
板に不純物を導入する工程を有していることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の
製造方法。
4. The method according to claim 1, further comprising the step of forming a side wall on a side wall of the gate electrode, and introducing an impurity into the semiconductor substrate using the side wall as a mask. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above item.
【請求項5】 上記熱処理を、窒素雰囲気中で行うこと
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半
導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere.
【請求項6】 上記熱処理を、真空中で行うことを特徴
とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装
置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in a vacuum.
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