JPH1093077A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH1093077A
JPH1093077A JP24755796A JP24755796A JPH1093077A JP H1093077 A JPH1093077 A JP H1093077A JP 24755796 A JP24755796 A JP 24755796A JP 24755796 A JP24755796 A JP 24755796A JP H1093077 A JPH1093077 A JP H1093077A
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JP
Japan
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layer
polysilicon
semiconductor device
amorphous silicon
gate electrode
Prior art date
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Application number
JP24755796A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Tsukamoto
雅則 塚本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH1093077A publication Critical patent/JPH1093077A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can prevent deterioration of MOSFET characteristics due to reduction of a gate capacity of a MOSFET caused by the increased thickness of a gate oxide film and which can eliminate such a drawback that a variation in the work function of a gate electrode causes variation in a voltage Vth or increase of a contact or sheet resistance by preventing interdiffusion of impurities, and a method for manufacturing the semiconductor device. SOLUTION: A semiconductor device has a gate electrode 20 of a tungsten polycide structure, using an N<+> -type polysilicon layer. N<+> -type polysilicon layer is made up of two films, at least one of which is made of polysililicon of grains having large diameters. The formation of the large grain-diameter polysilicon is carried out by depositing an amorphous silicon layer 16 at a temperature of 550 deg.C or less and then annealing the amorphous silicon layer 16 at a temperature of 800 deg.C or less for one hour or more.

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、N+ 型ポリシリコ
ンを用いたタングステンポリサイド構造のゲート電極を
備えた半導体装置とその製造方法、およびN+ 型ポリシ
リコンを用いたタングステンポリサイド構造のゲート電
極を備え、かつ該ゲート電極に電気的に接続する埋め込
みコンタクトを有した半導体装置とその製造方法に関す
る。
The present invention relates to the, N + -type semiconductor device and manufacturing method thereof having a gate electrode of polysilicon tungsten polycide structure using, and N + -type polysilicon of tungsten polycide structure using The present invention relates to a semiconductor device having a gate electrode and having a buried contact electrically connected to the gate electrode, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】タングステンシリサイド(WSix )と
ポリシリコン(Poly−Si)との積層構造で形成さ
れるタングステンポリサイド(Wポリサイド)配線構造
は、低抵抗でかつ熱的安定性に優れているため、MOS
デバイス、バイポーラデバイス等で広く用いられてい
る。特に、MOSデバイスにおいては、ゲート酸化膜信
頼性を確保しつつ閾値電圧(Vth)制御にも優れてい
ることから、ゲート電極として多く用いられている。こ
のようにWポリサイド構造をゲート電極として用いる場
合、そのポリシリコンについては、高濃度不純物ドープ
が可能であり、さらに熱的に安定であるなどの理由か
ら、リン等のN型の不純物をドープしてN+ 型とするの
が普通である。
BACKGROUND ART Tungsten silicide (WSi x) and tungsten polycide (W polycide) formed by stacked structure of a polysilicon (Poly-Si) wiring structure is excellent in and thermal stability and low resistance Therefore, MOS
Widely used in devices, bipolar devices and the like. In particular, MOS devices are often used as gate electrodes because they have excellent threshold voltage (Vth) control while ensuring gate oxide film reliability. When the W polycide structure is used as the gate electrode, the polysilicon can be doped with an N-type impurity such as phosphorus because it can be doped at a high concentration and is thermally stable. It is common to use N + type.

【0003】ところで、タングステンシリサイドの堆積
方法としてはスパッタ法やCVD法があるが、ステップ
カバレージに優れ、かつ低抵抗な膜を形成することがで
きるとの理由により、通常はCVD法が用いられる。こ
のようなCVD法によるタングステンシリサイドの堆積
方法としては、特に、SiH4 とWF6 とを原料にする
減圧下でのCVD法(減圧化学的気相成長法、以下、減
圧CVD法と記す)が一般的である。
[0003] As a method of depositing tungsten silicide, there are a sputtering method and a CVD method, but the CVD method is usually used because a film having excellent step coverage and low resistance can be formed. As a method of depositing tungsten silicide by such a CVD method, in particular, a CVD method under reduced pressure using SiH 4 and WF 6 as raw materials (reduced pressure chemical vapor deposition method, hereinafter referred to as reduced pressure CVD method). General.

【0004】また、ゲート電極と拡散層との間のコンタ
クトをとる構造としては、埋め込みコンタクト(Buried
Contact)を用いた構造が知られている。このような埋
め込みコンタクト構造を形成するには、まず、図3
(a)に示すようにシリコン基板1表面に形成したゲー
ト酸化膜2上に一層目ポリシリコン層3を形成し、さら
に一層目ポリシリコン層3、ゲート酸化膜2をエッチン
グして埋め込みコンタクトの形成領域に開口部4を形成
する。
As a structure for making contact between the gate electrode and the diffusion layer, a buried contact (Buried contact) is used.
Contact) is known. In order to form such a buried contact structure, first, FIG.
1A, a first polysilicon layer 3 is formed on a gate oxide film 2 formed on the surface of a silicon substrate 1, and the first polysilicon layer 3 and the gate oxide film 2 are etched to form a buried contact. An opening 4 is formed in the region.

【0005】次に、二層目ポリシリコン層、WSix
をこの順に堆積形成してWポリサイド層を得、さらにこ
のWポリサイド層をエッチングによってパターニング
し、図3(b)に示すように一層目ポリシリコン層3、
二層目ポリシリコン層5、WSix 層6からなるWポリ
サイド構造のゲート電極7を得る。次いで、MOSFE
T(MOS型電界効果トランジスタ)形成の際に拡散層
領域を形成する。その後、熱処理することにより、図3
(c)に示すようにポリシリコン層5中のドーパントと
拡散層8中のドーパントを拡散させてこれらを接触さ
せ、ゲート電極7と拡散層8とを電気的に接続する埋め
込みコンタクト9を得る。
[0005] Next, second layer polysilicon layer, to obtain a W polycide layer is deposited forming the WSi x layer in this order, and further patterning the W polycide layer by etching, more as shown in FIG. 3 (b) Eye polysilicon layer 3,
Obtaining a gate electrode 7 of the W polycide structure consisting of the second layer polysilicon layer 5, WSi x layer 6. Next, MOSFE
A diffusion layer region is formed when forming a T (MOS field effect transistor). After that, by heat treatment, FIG.
As shown in (c), the dopant in the polysilicon layer 5 and the dopant in the diffusion layer 8 are diffused and brought into contact with each other to obtain a buried contact 9 for electrically connecting the gate electrode 7 and the diffusion layer 8.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の減圧
CVD法によりタングステンシリサイド(WSix )を
堆積形成した半導体装置では、減圧CVD法によって形
成されたWSix 膜中に1×1020個/cm3 以上のフ
ッ素原子が含まれてしまっていることが知られている。
しかし、ゲート電極中に高濃度のフッ素が含まれている
と、800℃以上程度の高温熱処理によってゲート酸化
膜中にフッ素が拡散し、このゲート酸化膜の膜厚が増加
してしまう。したがって、MOSFETにおけるゲート
容量が減少し、MOSFET特性が低下してLSI動作
も低下してしまうのである。
[0007] Incidentally, in the semiconductor device formed by deposition of tungsten silicide (WSi x) by a low pressure CVD method above, 1 × 10 20 pieces in WSi x film formed by low pressure CVD / cm It is known that three or more fluorine atoms are contained.
However, when a high concentration of fluorine is contained in the gate electrode, fluorine diffuses into the gate oxide film by a high-temperature heat treatment at about 800 ° C. or more, and the thickness of the gate oxide film increases. Therefore, the gate capacitance of the MOSFET is reduced, the MOSFET characteristics are reduced, and the LSI operation is also reduced.

【0007】また、図3(c)に示した埋め込みコンタ
クト9を有する半導体装置では、例えば該半導体装置が
薄膜トランジスタ(TFT)を積層したスタック型SR
AMやキャパシタを積層したスタック型DRAMである
場合、通常、図4に示すようにWSix 層6上にポリシ
リコン配線10のコンタクト10aが形成される。この
とき、図4中のポリシリコン配線10がP型である場合
には、WSix 層6を介してゲート電極7や拡散層8中
のN型不純物とポリシリコン配線10中のP型不純物と
が相互拡散し、補償し合ってしまう。そして、このよう
な相互拡散による補償が起こると、ゲート電極7の仕事
関数が変化することによってVthが変動したり、コン
タクト抵抗やシート抵抗が増大するといった不都合が生
じてしまう。
In the semiconductor device having the buried contact 9 shown in FIG. 3C, for example, the semiconductor device is a stack type SR in which thin film transistors (TFTs) are stacked.
If the AM and a capacitor which is stacked DRAM stacked, usually, the contact 10a of the polysilicon wiring 10 over WSi x layer 6 as shown in FIG. 4 is formed. In this case, when the polysilicon wiring 10 in FIG. 4 is a P-type, and P-type impurity of N-type impurities and the polysilicon wire 10 in WSi x layer 6 gate electrode 7 and diffusion layers 8 via the Are mutually diffused and compensate each other. When such compensation by interdiffusion occurs, the work function of the gate electrode 7 changes, so that Vth fluctuates and contact resistance and sheet resistance increase.

【0008】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ゲート酸化膜の膜厚増加
に起因してMOSFETにおけるゲート容量が減少し、
MOSFET特性が低下するのを防止した半導体装置と
その製造方法、および不純物の相互拡散を防止してゲー
ト電極の仕事関数が変化することによりVthが変動し
たり、コンタクト抵抗やシート抵抗が増大するといった
不都合が生じるのを防止した半導体装置とその製造方法
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the gate capacitance of a MOSFET due to an increase in the thickness of a gate oxide film.
A semiconductor device in which MOSFET characteristics are prevented from deteriorating, and a method of manufacturing the same. Also, a work function of a gate electrode is prevented by preventing interdiffusion of impurities, so that Vth fluctuates and contact resistance and sheet resistance increase. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which prevent inconvenience.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
記載の半導体装置では、N+ 型ポリシリコンを用いたタ
ングステンポリサイド構造のゲート電極を備え、N+
ポリシリコン層が2層構造に形成されてなり、これら2
層のうちの少なくとも1層が大粒径ポリシリコンで形成
されてなることを前記課題の解決射手段とした。この半
導体装置によれば、2層構造からなるN+ 型ポリシリコ
ン層のうちの少なくとも1層が大粒径ポリシリコンで形
成されているので、タングステンポリサイド構造におけ
るタングステンシリサイドからのフッ素の拡散が大粒径
ポリシリコンで抑制され、これによりゲート酸化膜への
フッ素の拡散が抑えられる。
Means for Solving the Problems Claim 1 of the present invention
In the semiconductor device according includes a gate electrode of a tungsten polycide structure using the N + -type polysilicon, N + -type polysilicon layer is formed on the two-layer structure, these two
At least one of the layers is formed of large-grain polysilicon, which is a means for solving the above-mentioned problem. According to this semiconductor device, since at least one of the N + -type polysilicon layers having the two-layer structure is formed of large-grain polysilicon, diffusion of fluorine from tungsten silicide in the tungsten polycide structure is suppressed. It is suppressed by large-grain polysilicon, which suppresses diffusion of fluorine into the gate oxide film.

【0010】請求項4記載の半導体装置では、N+ 型ポ
リシリコンを用いたタングステンポリサイド構造のゲー
ト電極を備え、かつ該ゲート電極と拡散層とを電気的に
接続する埋め込みコンタクトを有し、N+ 型ポリシリコ
ン層が2層構造に形成されてなり、これら2層のうちの
少なくとも1層が大粒径ポリシリコンで形成されてなる
ことを前記課題の解決手段とした。この半導体装置によ
れば、2層構造からなるN+ 型ポリシリコン層のうちの
少なくとも1層が大粒径ポリシリコンで形成されている
ので、例えばP型不純物を導入したポリシリコン配線を
ゲート電極に接続した場合に、タングステンポリサイド
構造におけるタングステンシリサイドを介して起こるN
型不純物とP型不純物との相互拡散が、大粒径ポリシリ
コンによって抑制され、これによりゲート電極の仕事関
数が変化したり、コンタクト抵抗やシート抵抗が増大す
るのが抑えられる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a gate electrode of a tungsten polycide structure using N + type polysilicon, and having a buried contact for electrically connecting the gate electrode to a diffusion layer. The solution to the above-mentioned problem is that an N + type polysilicon layer is formed in a two-layer structure, and at least one of the two layers is formed of large-grain polysilicon. According to this semiconductor device, since at least one of the N + -type polysilicon layers having a two-layer structure is formed of large-grain polysilicon, for example, a polysilicon wiring into which a P-type impurity is introduced is connected to the gate electrode. N, which occurs through tungsten silicide in a tungsten polycide structure when connected to
Inter-diffusion between the p-type impurity and the p-type impurity is suppressed by the large-grain polysilicon, thereby suppressing a change in the work function of the gate electrode and an increase in contact resistance and sheet resistance.

【0011】なお、これら半導体装置においては、タン
グステンシリサイドが、SiH4 を原料ガスとしたCV
D法で形成されたものであるのが好ましく、このような
CVD法によって形成されていることにより、該タング
ステンシリサイドはステップカバレージに優れ、かつ低
抵抗な膜となる。また、これら半導体装置においては、
+ 型ポリシリコン層のうち上層のポリシリコン層の不
純物濃度が、下層のポリシリコン層の不純物濃度より低
く形成されているのが好ましく、このように上層のポリ
シリコン層の不純物濃度が下層のポリシリコン層の不純
物濃度より低く形成されていることにより、N+ 型ポリ
シリコン層からタングステンシリサイドへの不純物の拡
散が抑えられる。
[0011] In these semiconductor devices, tungsten silicide is a CV having SiH 4 as a source gas.
It is preferable that the tungsten silicide is formed by the method D. By forming the tungsten silicide by such a CVD method, the tungsten silicide becomes a film having excellent step coverage and low resistance. In these semiconductor devices,
It is preferable that the impurity concentration of the upper polysilicon layer in the N + type polysilicon layer is formed lower than the impurity concentration of the lower polysilicon layer. Thus, the impurity concentration of the upper polysilicon layer is lower than that of the lower polysilicon layer. By being formed lower than the impurity concentration of the polysilicon layer, diffusion of impurities from the N + type polysilicon layer to tungsten silicide can be suppressed.

【0012】請求項7記載の半導体装置では、N+ 型ポ
リシリコンを用いたタングステンポリサイド構造のゲー
ト電極を備えた半導体装置の製造方法において、前記N
+ 型ポリシリコンの形成工程として、CVD法により堆
積温度550℃以下でアモルファスシリコンを堆積する
工程と、このアモルファスシリコンを800℃以下の温
度で1時間以上アニールすることにより、該アモルファ
スシリコンを大粒径ポリシリコンに固相成長する工程
と、を備えたことを前記課題の解決手段とした。この半
導体装置の製造方法によれば、堆積したアモルファスシ
リコンを大粒径化することにより、タングステンポリサ
イド構造におけるタングステンシリサイドからのフッ素
の拡散を大粒径ポリシリコンで抑制し、これによりゲー
ト酸化膜へのフッ素の拡散を抑えることが可能になる。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device has a gate electrode of a tungsten polycide structure using N + type polysilicon.
As a step of forming + -type polysilicon, a step of depositing amorphous silicon at a deposition temperature of 550 ° C. or lower by a CVD method, and annealing the amorphous silicon at a temperature of 800 ° C. or lower for 1 hour or more, thereby forming the amorphous silicon into large grains. And a step of performing solid phase growth on polysilicon having a diameter. According to the method of manufacturing a semiconductor device, the diffusion of fluorine from tungsten silicide in the tungsten polycide structure is suppressed by the large-grain polysilicon by increasing the diameter of the deposited amorphous silicon, thereby forming a gate oxide film. It is possible to suppress the diffusion of fluorine into the silicon.

【0013】請求項9記載の半導体装置では、N+ 型ポ
リシリコンを用いたタングステンポリサイド構造のゲー
ト電極を備え、かつ該ゲート電極と拡散層とを電気的に
接続する埋め込みコンタクトを有した半導体装置の製造
方法において、前記N+ 型ポリシリコンの形成工程とし
て、CVD法により堆積温度550℃以下でアモルファ
スシリコンを堆積する工程と、このアモルファスシリコ
ンを800℃以下の温度で1時間以上アニールすること
により、該アモルファスシリコンを大粒径ポリシリコン
に固相成長する工程と、を備えたことを前記課題の解決
手段とした。この半導体装置の製造方法によれば、堆積
したアモルファスシリコンを大粒径化することにより、
例えばP型不純物を導入したポリシリコン配線をゲート
電極に接続した場合に、タングステンポリサイド構造に
おけるタングステンシリサイドを介して起こるN型不純
物とP型不純物との相互拡散を、大粒径ポリシリコンに
よって抑制することが可能になる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a gate electrode of a tungsten polycide structure using N + type polysilicon and having a buried contact for electrically connecting the gate electrode to a diffusion layer. In the method for manufacturing an apparatus, as a step of forming the N + type polysilicon, a step of depositing amorphous silicon at a deposition temperature of 550 ° C. or lower by a CVD method, and annealing the amorphous silicon at a temperature of 800 ° C. or lower for 1 hour or more. And a step of solid-phase growing the amorphous silicon into large-grain polysilicon. According to this method of manufacturing a semiconductor device, the deposited amorphous silicon is made to have a large particle size,
For example, when a polysilicon wiring in which a P-type impurity is introduced is connected to a gate electrode, interdiffusion between an N-type impurity and a P-type impurity caused through tungsten silicide in a tungsten polycide structure is suppressed by large-grain polysilicon. It becomes possible to do.

【0014】なお、これら半導体装置の製造方法におい
ては、アモルファスシリコンを堆積した後、該アモルフ
ァスシリコンをアニールするに先立って該アモルファス
シリコンにリンあるいはヒ素をイオン注入してN+ 型に
するのが好ましい。このように不純物をイオン注入する
ことにより、アニール後に得られるポリシリコン層をよ
り一層大粒径化することができるからである。
In the method of manufacturing a semiconductor device, it is preferable that after the amorphous silicon is deposited, phosphorus or arsenic is ion-implanted into the amorphous silicon before the amorphous silicon is annealed to be N + type. . By implanting the impurities in this way, the polysilicon layer obtained after the annealing can be further increased in grain size.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を、半導体装置の製
造方法に基いて詳しく説明する。 (第1実施形態例)この例では、N+ 型ポリシリコンを
用いたWポリサイド構造のゲート電極を備えた半導体装
置の、製造方法について説明する。図1(a)に示すよ
うに、まず、シリコン基板11表面側に、例えば950
℃ウエット酸化によるLOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法によって素子分離領域となるフィールド酸
化膜12を形成する。次に、NMOSFET(Nチャネ
ル型のMOS型電界効果トランジスタ)を形成する領域
にイオン注入法等によってP型ウエル領域(図示略)を
形成するとともに、トランジスタのパンチスルーを阻止
するための埋め込み層(図示略)を形成する。さらに、
トランジスタの閾値電圧Vthを調整するためのイオン
注入を行い、NMOSチャネル領域13を形成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on a method for manufacturing a semiconductor device. (First Embodiment) In this embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device provided with a gate electrode having a W polycide structure using N + type polysilicon will be described. As shown in FIG. 1A, first, for example, 950
LOCOS (Local Oxidation of
A field oxide film 12 serving as an element isolation region is formed by a silicon (Si) method. Next, a P-type well region (not shown) is formed by ion implantation or the like in a region where an NMOSFET (N-channel MOS field-effect transistor) is to be formed, and a buried layer (not shown) for preventing punch-through of the transistor is formed. (Not shown). further,
Ion implantation for adjusting the threshold voltage Vth of the transistor is performed to form the NMOS channel region 13.

【0016】次いで、熱酸化法(例えば850℃の水素
と酸素とからなる雰囲気中でのパイロジェニック酸化
法)により、図1(b)に示すように露出しているシリ
コン基板11の表面にゲート酸化膜14を、例えば8n
mの厚さに形成する。続いて、SiH4 を原料ガスとし
た減圧下におけるCVD法(減圧化学的気相成長法、以
下、減圧CVD法と記す)により、堆積温度620℃に
て、ポリシリコンを例えば50nmの厚さに堆積し、本
発明における下層のポリシリコン層となる一層目ポリシ
リコン層15を形成する。
Then, a gate is formed on the exposed surface of the silicon substrate 11 as shown in FIG. 1B by a thermal oxidation method (for example, a pyrogenic oxidation method in an atmosphere consisting of hydrogen and oxygen at 850 ° C.). The oxide film 14 is, for example, 8n
m. Subsequently, the polysilicon is reduced to a thickness of, for example, 50 nm at a deposition temperature of 620 ° C. by a CVD method under reduced pressure using SiH 4 as a source gas (reduced pressure chemical vapor deposition, hereinafter referred to as reduced pressure CVD method). The first polysilicon layer 15 is deposited to be a lower polysilicon layer in the present invention.

【0017】次いで、この一層目ポリシリコン層15の
上に、SiH4 を原料ガスとした減圧CVD法により、
堆積温度550℃にて、アモルファスシリコン層16を
例えば50nmの厚さに堆積する。続いて、650℃、
10時間の条件でアニール処理を行ってアモルファスシ
リコン層16を結晶化し、図1(c)に示すように先に
形成した一層目ポリシリコン層15を形成する粒子より
も大粒径の粒子に固相成長させて二層目ポリシリコン層
17を形成する。
Next, on this first polysilicon layer 15, a low pressure CVD method using SiH 4 as a source gas is performed.
At a deposition temperature of 550 ° C., the amorphous silicon layer 16 is deposited to a thickness of, for example, 50 nm. Then, at 650 ° C,
Annealing is performed for 10 hours to crystallize the amorphous silicon layer 16, and as shown in FIG. 1C, solidify the amorphous silicon layer 16 into particles having a larger particle size than the particles forming the first polysilicon layer 15 formed earlier. A second polysilicon layer 17 is formed by phase growth.

【0018】次いで、POCl3 中で830℃の熱処理
を行うことにより、一層目ポリシリコン層15、二層目
ポリシリコン層17にそれぞれリンをドープし、これに
より一層目ポリシリコン層15、二層目ポリシリコン層
17をそれぞれN+ 型のポリシリコン層とする。
Next, the first polysilicon layer 15 and the second polysilicon layer 17 are doped with phosphorus by performing a heat treatment at 830 ° C. in POCl 3 , whereby the first polysilicon layer 15 and the second polysilicon layer 15 are doped. Each of the first polysilicon layers 17 is an N + type polysilicon layer.

【0019】次いで、二層目ポリシリコン層17の上
に、WF6 /SiH4 を原料ガスとした減圧CVD法に
より、堆積温度380℃にて、WSix 層18を例えば
70nmの厚さに堆積形成する。さらに、これの上にS
iH4 /O2 を原料ガスとしたCVD法により、堆積温
度420℃にて、SiO2 層(図示略)を例えば厚さ1
50nmに堆積形成し、一層目ポリシリコン層15、二
層目ポリシリコン層17、WSix 層18、SiO2
からなるオフセット酸化膜付きのWポリサイド配線層
(図示略)を得る。
[0019] Then, on the second layer polysilicon layer 17, depositing a WF 6 / SiH 4 by a low pressure CVD method using a raw material gas at a deposition temperature 380 ° C., a WSi x layer 18 to a thickness of, for example, 70nm Form. In addition, S
By a CVD method using iH 4 / O 2 as a source gas, a SiO 2 layer (not shown) having a thickness of 1
50nm to deposit formation, obtained first layer polysilicon layer 15, second layer polysilicon layer 17, WSi x layer 18, made of SiO 2 layer offset oxide film with a W polycide wiring layer (not shown).

【0020】次いで、公知のリソグラフィ法によってレ
ジストパターン(図示略)を形成し、さらにこのレジス
トパターンをマスクにして例えばフロロカーボン系のガ
スを用いた異方性エッチングにより、図1(d)に示す
ようにSiO2 のゲート電極パターン19を形成する。
次いで、SiO2 のゲート電極パターン19をマスクに
した異方性エッチング(例えばCl2 /O2 ガスによる
ECRエッチング)により、WSix 層18、二層目ポ
リシリコン層17、一層目ポリシリコン層15からなる
Wポリサイドをエッチングし、図1(e)に示すように
前記SiO2 のゲート電極パターン19を含むゲート電
極パターン20を形成する。
Next, a resist pattern (not shown) is formed by a known lithography method, and the resist pattern is used as a mask to perform anisotropic etching using, for example, a fluorocarbon gas, as shown in FIG. Then, a gate electrode pattern 19 of SiO 2 is formed.
Then, by anisotropic etching using the gate electrode patterns 19 of SiO 2 as a mask (e.g., ECR etching using Cl 2 / O 2 gas), WSi x layer 18, second layer polysilicon layer 17, first layer polysilicon layer 15 Is etched to form a gate electrode pattern 20 including the SiO 2 gate electrode pattern 19 as shown in FIG.

【0021】次いで、As+ を例えば加速エネルギー2
0keV、ドーズ量5×1013個/cm2 の条件でイオ
ン注入し、図1(f)に示すようにN型のLDD領域、
すなわちNLDD領域21を形成する。続いて、減圧C
VD法によりSiO2 層(図示略)を厚さ150nmに
堆積形成し、その後、このSiO2 層を異方性エッチン
グすることによりサイドウォール22を形成する。続い
て、NMOSチャネル領域13に例えばAs+ を加速エ
ネルギー20keV、ドーズ量3×1015個/cm2
条件でイオン注入し、N型のソース/ドレイン領域23
を形成する。
[0021] Then, the As + an acceleration energy of 2
Ion implantation is performed under the conditions of 0 keV and a dose of 5 × 10 13 / cm 2 , and as shown in FIG.
That is, the NLDD region 21 is formed. Then, decompression C
An SiO 2 layer (not shown) is deposited and formed to a thickness of 150 nm by the VD method, and then the SiO 2 layer is anisotropically etched to form a sidewall 22. Subsequently, for example, As + is ion-implanted into the NMOS channel region 13 under the conditions of an acceleration energy of 20 keV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 , and the N-type source / drain region 23
To form

【0022】次いで、1000℃、10秒の条件による
RTA(Rapid Tharmal Anneal)によって不純物の活性
化を行い、その後、層間絶縁膜形成・コンタクトホール
形成・Al等の配線材料によりゲート・ソース・ドレイ
ン等の配線を行い、半導体装置を得る。
Next, the impurity is activated by RTA (Rapid Tharmal Anneal) under the conditions of 1000 ° C. for 10 seconds, and then the gate, source, drain, etc. are formed by using an interlayer insulating film formation, contact hole formation, wiring material such as Al. Wiring is performed to obtain a semiconductor device.

【0023】このようにして得られた半導体装置にあっ
ては、二層目ポリシリコン層17が大粒径ポリシリコン
で形成されているので、Wポリサイド構造におけるWS
x層18からのフッ素の拡散が大粒径ポリシリコンで
抑制され、これによりゲート酸化膜14へのフッ素の拡
散が抑えられ、したがってゲート酸化膜14の膜厚の増
加に起因してMOSFETにおけるゲート容量が減少
し、MOSFET特性が低下するのが防止されている。
また、WSix 層18がWF6 /SiH4 を原料ガスと
した減圧CVD法で形成されていることから、このWS
x 層18はステップカバレージに優れ、かつ低抵抗な
膜となっている。
In the semiconductor device obtained in this manner, since the second polysilicon layer 17 is formed of large grain polysilicon, the WS in the W polycide structure is not used.
fluorine diffusion from i x layer 18 is suppressed by the large grain polysilicon, thereby diffusion of fluorine into the gate oxide film 14 is suppressed, therefore the MOSFET due to the increase in the thickness of the gate oxide film 14 The gate capacitance is reduced and the MOSFET characteristics are prevented from deteriorating.
Further, since the WSi x layer 18 is formed by low pressure CVD method using WF 6 / SiH 4 as a raw material gas, the WS
i x layer 18 has a good step coverage, and low-resistance film.

【0024】また、このような半導体装置の製造方法に
あっては、堆積したアモルファスシリコン層をアニール
することによって大粒径化することにより、Wポリサイ
ド構造におけるWシリサイドからのフッ素の拡散を大粒
径ポリシリコンで抑制し、これによりゲート酸化膜への
フッ素の拡散を抑えることができ、したがってゲート酸
化膜14の膜厚の増加に起因してMOSFETにおける
ゲート容量が減少し、MOSFET特性が低下するのを
防止することができる。
Further, in such a method of manufacturing a semiconductor device, the diffusion of fluorine from W silicide in the W polycide structure is reduced by annealing the deposited amorphous silicon layer to increase the particle size. The diameter can be suppressed by polysilicon, whereby the diffusion of fluorine into the gate oxide film can be suppressed. Therefore, the gate capacitance of the MOSFET decreases due to the increase in the thickness of the gate oxide film 14, and the MOSFET characteristics deteriorate. Can be prevented.

【0025】なお、この半導体装置においては、一層目
ポリシリコン層15と二層目ポリシリコン層17とにリ
ンを同時にドープし、それぞれをN+ 型としたが、これ
らを別々にドープ処理してもよいのはもちろんであり、
その場合には、上層のポリシリコン層、すなわち二層目
ポリシリコン層17の不純物濃度を、下層のポリシリコ
ン層(一層目ポリシリコン層15)の不純物濃度より低
く形成するのが、N+型ポリシリコン層15、17から
WSix 層18への不純物の拡散を抑えるうえで好まし
い。
In this semiconductor device, the first polysilicon layer 15 and the second polysilicon layer 17 are simultaneously doped with phosphorus to make them N + -type, but these are separately doped. Of course,
In this case, the N + -type layer is formed such that the impurity concentration of the upper polysilicon layer, that is, the second polysilicon layer 17 is lower than that of the lower polysilicon layer (first polysilicon layer 15). preferable for suppressing the diffusion of impurities into the WSi x layer 18 from polysilicon layers 15 and 17.

【0026】(第2実施形態例)この例では、N+ 型ポ
リシリコンを用いたWポリサイド構造のゲート電極を備
え、かつ該ゲート電極と拡散層とを電気的に接続する埋
め込みコンタクトを有した半導体装置の、製造方法につ
いて説明する。まず、先の第1実施形態例と同様にして
シリコン基板表面側にフィールド酸化膜(図示略)を形
成し、続いてNMOSFET(Nチャネル型のMOS型
電界効果トランジスタ)を形成する領域にイオン注入法
等によってP型ウエル領域(図示略)を形成するととも
に、トランジスタのパンチスルーを阻止するための埋め
込み層(図示略)を形成する。さらに、トランジスタの
閾値電圧Vthを調整するためのイオン注入を行い、N
MOSチャネル領域(図示略)を形成する。
(Second Embodiment) In this embodiment, a gate electrode having a W polycide structure using N + type polysilicon is provided, and a buried contact for electrically connecting the gate electrode to the diffusion layer is provided. A method for manufacturing a semiconductor device will be described. First, a field oxide film (not shown) is formed on the surface of the silicon substrate in the same manner as in the first embodiment, and then ion implantation is performed on a region where an NMOSFET (N-channel type MOS field effect transistor) is to be formed. A P-type well region (not shown) is formed by a method or the like, and a buried layer (not shown) for preventing punch-through of the transistor is formed. Further, ion implantation for adjusting the threshold voltage Vth of the transistor is performed, and N
A MOS channel region (not shown) is formed.

【0027】次いで、第1実施形態例と同様の熱酸化法
により、図2(a)に示すように露出しているシリコン
基板30の表面にゲート酸化膜31を、例えば8nmの
厚さに形成する。続いて、SiH4 を原料ガスとした減
圧CVD法により、堆積温度620℃にて、ポリシリコ
ンを例えば50nmの厚さに堆積し、本発明における下
層のポリシリコン層となる一層目ポリシリコン層32を
形成する。そして、POCl3 中で830℃の熱処理を
行うことにより、一層目ポリシリコン層32リンをドー
プし、これにより一層目ポリシリコン層32をN+ 型の
ポリシリコン層とする。なお、この一層目ポリシリコン
32へのリンのドーピングについては、このような気相
拡散による方法に代えて、CVD時にリンをドーピング
するといった手法を採用してもよい。
Next, a gate oxide film 31 is formed to a thickness of, for example, 8 nm on the exposed surface of the silicon substrate 30 as shown in FIG. 2A by the same thermal oxidation method as in the first embodiment. I do. Subsequently, polysilicon is deposited to a thickness of, for example, 50 nm at a deposition temperature of 620 ° C. by a low pressure CVD method using SiH 4 as a source gas, and the first polysilicon layer 32 serving as a lower polysilicon layer in the present invention is formed. To form Then, by performing a heat treatment at 830 ° C. in POCl 3 , the first polysilicon layer 32 is doped with phosphorus, whereby the first polysilicon layer 32 becomes an N + type polysilicon layer. As for doping of the first polysilicon layer 32 with phosphorus, a method of doping phosphorus at the time of CVD may be adopted instead of such a method of vapor phase diffusion.

【0028】次いで、塗布技術とリソグラフィー技術と
で形成したレジストパターンをマスク(図示せず)にし
て、例えばCl2 /O2 をエッチングガスとして一層目
ポリシリコン32を異方性エッチングし、さらに、例え
ばフロロカーボンをエッチングガスとしてゲート酸化膜
31を異方性エッチングし、図2(b)に示すように埋
め込みコンタクトの形成領域に開口部33を形成する。
次いで、図2(c)に示すように一層目ポリシリコン層
32の上に、SiH4を原料ガスとした減圧CVD法に
より、堆積温度550℃にて、アモルファスシリコン層
34を例えば50nmの厚さに堆積する。続いて、この
アモルファスシリコン層34に例えば加速エネルギー1
0keV、ドーズ量3×1015個/cm2 の条件でリン
をイオン注入する。このようなイオン注入により、アモ
ルファスシリコンはよりアモルファスな構造となる。
Next, using the resist pattern formed by the coating technique and the lithography technique as a mask (not shown), the first polysilicon 32 is anisotropically etched using, for example, Cl 2 / O 2 as an etching gas. For example, the gate oxide film 31 is anisotropically etched using fluorocarbon as an etching gas, and an opening 33 is formed in a buried contact formation region as shown in FIG.
Then, as shown in FIG. 2 (c), an amorphous silicon layer 34 having a thickness of, for example, 50 nm is deposited on the first polysilicon layer 32 at a deposition temperature of 550 ° C. by a low pressure CVD method using SiH 4 as a source gas. Deposited on Subsequently, for example, an acceleration energy of 1
Phosphorus is ion-implanted under the conditions of 0 keV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 . By such ion implantation, the amorphous silicon has a more amorphous structure.

【0029】次いで、650℃、10時間の条件でアニ
ール処理を行ってアモルファスシリコン層34を結晶化
し、先に形成した一層目ポリシリコン層32を形成する
粒子よりも大粒径の粒子に固相成長させて二層目ポリシ
リコン層35を形成する。続いて、1000℃、10秒
の条件でRTAを行い、二層目ポリシリコン層35表面
のリンを該ポリシリコン層35中に拡散させ、かつこれ
を活性化させて二層目ポリシリコン層35をその不純物
濃度が一層目ポリシリコン層32の不純物濃度より低く
なるようにする。ここで、先にアモルファスシリコン層
34にリンをイオン注入していることにより、アニール
後に得られる二層目ポリシリコン層35は、第1実施形
態例の二層目ポリシリコン層17に比べより一層大粒径
化したものとなっている。
Next, annealing is performed at 650 ° C. for 10 hours to crystallize the amorphous silicon layer 34, and solidify the amorphous silicon layer 34 into particles having a larger particle diameter than the particles forming the first polysilicon layer 32. The second polysilicon layer 35 is formed by growing. Subsequently, RTA is performed at 1000 ° C. for 10 seconds to diffuse phosphorus on the surface of the second polysilicon layer 35 into the polysilicon layer 35 and activate the same to activate the second polysilicon layer 35. Is set so that the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the first polysilicon layer 32. Here, since phosphorus ions are implanted into the amorphous silicon layer 34 first, the second polysilicon layer 35 obtained after annealing is much more than the second polysilicon layer 17 of the first embodiment. It has a large particle size.

【0030】次いで、図2(d)に示すように第1実施
形態例と同様にしてWSix 層36を例えば70nmの
厚さに堆積形成し、さらにこれの上にSiO2 層(図示
略)を例えば厚さ150nmに堆積形成し、これにより
一層目ポリシリコン層32、二層目ポリシリコン層3
5、WSix 層36、SiO2 層からなるオフセット酸
化膜付きのWポリサイド配線層(図示略)を得る。続い
て、公知のリソグラフィ法によってレジストパターン
(図示略)を形成し、さらにこのレジストパターンをマ
スクにして例えばフロロカーボン系のガスを用いた異方
性エッチングにより、図2(d)に示すようにSiO2
のゲート電極パターン37を形成する。
[0030] Next, FIG. 2 (d) in the same manner as the first embodiment as shown is deposited on the WSi x layer 36, for example, 70nm thick, further SiO 2 layer on top of this (not shown) Is deposited to a thickness of, for example, 150 nm, thereby forming the first polysilicon layer 32 and the second polysilicon layer 3.
5, obtained WSi x layer 36, made of SiO 2 layer offset oxide film with a W polycide wiring layer (not shown). Subsequently, a resist pattern (not shown) is formed by a known lithography method, and using this resist pattern as a mask, for example, anisotropic etching using a fluorocarbon-based gas is performed, as shown in FIG. Two
The gate electrode pattern 37 is formed.

【0031】次いで、先の第1実施形態例と同様に、S
iO2 のゲート電極パターン37をマスクにした異方性
エッチング(例えばCl2 /O2 ガスによるECRエッ
チング)により、WSix 層36、二層目ポリシリコン
層35、一層目ポリシリコン層32からなるWポリサイ
ドをエッチングし、図2(e)に示すように前記SiO
2 のゲート電極パターン37を含むゲート電極パターン
38を形成する。このとき、埋め込みコンタクトの形成
領域における開口部33では、ゲート電極パターン38
が無い位置においてシリコン基板30が掘れる。
Next, as in the first embodiment, S
by anisotropic etching of the gate electrode pattern 37 and the mask iO 2 (e.g. ECR etching using Cl 2 / O 2 gas), composed of WSi x layer 36, second layer polysilicon layer 35, first layer polysilicon layer 32 The W polycide is etched and the SiO 2 is etched as shown in FIG.
A gate electrode pattern including the second gate electrode pattern 37 is formed. At this time, the gate electrode pattern 38 is formed in the opening 33 in the formation region of the buried contact.
The silicon substrate 30 is dug in the position where there is no.

【0032】続いて、NLDD領域(図示略)、PLD
D領域(図示略)、サイドウォール(図示略)を形成
し、さらにNMOSチャネル領域(図示略)に例えばA
+ を加速エネルギー20keV、ドーズ量3×1015
個/cm2 の条件でイオン注入し、N型のソース/ドレ
イン領域(図示略)を形成する。次いで、図2(f)に
示すようにSiO2 を厚さ200nm程度に堆積して層
間絶縁膜39を形成し、さらに公知のリソグラフィー技
術、異方性エッチング技術によってコンタクトホール4
0を形成する。
Subsequently, an NLDD region (not shown), a PLD
A D region (not shown) and a side wall (not shown) are formed, and for example, an A channel is formed in an NMOS channel region (not shown).
s + acceleration energy 20 keV, dose 3 × 10 15
Ions are implanted under the condition of pcs / cm 2 to form N-type source / drain regions (not shown). Next, as shown in FIG. 2 (f), SiO 2 is deposited to a thickness of about 200 nm to form an interlayer insulating film 39, and the contact hole 4 is formed by a known lithography technique and anisotropic etching technique.
0 is formed.

【0033】次いで、SiH4 を原料ガスとした減圧C
VD法により、堆積温度620℃にて、ポリシリコンを
例えば50nmの厚さに堆積し、さらにこのポリシリコ
ンにB+ を加速エネルギー10keV、ドーズ量4×1
15個/cm2 の条件でイオン注入する。続いて、イオ
ン注入によりP+ 型にしたポリシリコンを、公知のリソ
グラフィー技術、エッチング技術によってパターンニン
グし、P+ 型のポリシリコン配線41を形成する。
Next, a reduced pressure C using SiH 4 as a raw material gas.
At a deposition temperature of 620 ° C., polysilicon is deposited to a thickness of, for example, 50 nm by a VD method, and B + is added to the polysilicon at an acceleration energy of 10 keV and a dose of 4 × 1.
Ions are implanted under the condition of 0 15 / cm 2 . Subsequently, the P + -type polysilicon is ion-implanted and patterned by a known lithography technique and etching technique to form a P + -type polysilicon wiring 41.

【0034】次いで、1000℃、10秒の条件による
RTAによって不純物の活性化を行う。すると、埋め込
みコンタクト部分では、一層目ポリシリコン32のリン
(P)がシリコン基板30に拡散し、これにより一層目
ポリシリコン32とソース/ドレイン領域(拡散層)4
2とを電気的に接続する埋め込みコンタクト43が得ら
れる。その後、通常行われる種々の処理工程を経て、半
導体装置を得る。
Next, the impurity is activated by RTA at 1000 ° C. for 10 seconds. Then, in the buried contact portion, phosphorus (P) of the first-layer polysilicon 32 diffuses into the silicon substrate 30, whereby the first-layer polysilicon 32 and the source / drain regions (diffusion layers) 4 are diffused.
Thus, a buried contact 43 for electrically connecting the buried contacts 2 is obtained. Thereafter, a semiconductor device is obtained through various processing steps that are usually performed.

【0035】このようにして得られた半導体装置にあっ
ては、二層目ポリシリコン層35が大粒径ポリシリコン
で形成されているので、P+ 型のポリシリコン配線がゲ
ート電極パターン38に接続されていても、Wポリサイ
ド構造におけるWSix 層36を介して起こるN型不純
物とP型不純物との相互拡散が大粒径ポリシリコンによ
って抑制されており、したがってゲート電極の仕事関数
が変化したり、コンタクト抵抗やシート抵抗が増大する
のが抑えられたものとなっている。
In the semiconductor device thus obtained, since the second polysilicon layer 35 is formed of large grain polysilicon, a P + type polysilicon wiring is formed on the gate electrode pattern 38. be connected, mutual diffusion being suppressed by large grain polysilicon with N-type impurities and P type impurities occur via WSi x layer 36 in the W polycide structure, thus the work function of the gate electrode is changed And increase in contact resistance and sheet resistance is suppressed.

【0036】また、第1実施形態例と同様にWSix
36がWF6 /SiH4 を原料ガスとした減圧CVD法
で形成されていることから、このWSix 層36はステ
ップカバレージに優れ、かつ低抵抗な膜となっている。
また、二層目ポリシリコン層35の不純物濃度が、一層
目ポリシリコン層32の不純物濃度より低く形成されて
いるので、N+ 型ポリシリコン層からWSix層36へ
の不純物の拡散が一層抑えられる。
Further, since the WSi x layer 36 as in the first embodiment is formed by low pressure CVD method using WF 6 / SiH 4 as a raw material gas, the WSi x layer 36 is excellent in step coverage, In addition, the film has a low resistance.
The impurity concentration of the two-layer polysilicon layer 35, even more because it is formed lower than the impurity concentration of the first poly-silicon layer 32, the diffusion of impurities further suppressed from N + -type polysilicon layer into WSi x layer 36 Can be

【0037】また、このような半導体装置の製造方法に
あっては、堆積したアモルファスシリコンを大粒径化す
ることにより、P+ 型のポリシリコン配線41をゲート
電極パターン38に接続した際、Wポリサイド構造にお
けるWSix 層36を介して起こるN型不純物とP型不
純物との相互拡散を、大粒径ポリシリコンによって抑制
することができ、したがってゲート電極の仕事関数が変
化したり、コンタクト抵抗やシート抵抗が増大するのを
抑えることができる。また、この製造方法においては、
アモルファスシリコンを堆積した後、該アモルファスシ
リコン層34をアニールするに先立って該アモルファス
シリコン層34にリンをイオン注入してN+ 型にしてい
るので、アニール後に得られるポリシリコン層をより一
層大粒径化することができる。
Further, in such a method of manufacturing a semiconductor device, by increasing the grain size of the deposited amorphous silicon, when the P + type polysilicon wiring 41 is connected to the gate electrode pattern 38, the mutual diffusion of N type impurities and P type impurities occur via WSi x layer 36 in the polycide structure can be suppressed by large grain polysilicon, thus the work function may change the gate electrode, Ya contact resistance An increase in sheet resistance can be suppressed. Also, in this manufacturing method,
After depositing the amorphous silicon, since the N + -type by phosphorus ion implanted into the amorphous silicon layer 34 prior to annealing the amorphous silicon layer 34, further large polysilicon layer obtained after annealing The diameter can be increased.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項1記載の半導体装置は、2層構造からなるN+ 型ポリ
シリコン層のうちの少なくとも1層が大粒径ポリシリコ
ンで形成されたものであるから、タングステンポリサイ
ド構造におけるタングステンシリサイドからのフッ素の
拡散が大粒径ポリシリコンで抑制され、これによりゲー
ト酸化膜へのフッ素の拡散が抑えられる。したがって、
ゲート酸化膜中へのフッ素の拡散に起因してゲート酸化
膜の膜厚が増加してしまうことがなく、これによりMO
SFETにおけるゲート容量が減少し、MOSFET特
性が低下してLSI動作も低下してしまうといった不都
合を防止することができる。
As described above, the semiconductor device according to the first aspect of the present invention has a structure in which at least one of the N + -type polysilicon layers having a two-layer structure is formed of large-grain polysilicon. Therefore, diffusion of fluorine from tungsten silicide in the tungsten polycide structure is suppressed by the large-grain polysilicon, whereby diffusion of fluorine into the gate oxide film is suppressed. Therefore,
The thickness of the gate oxide film does not increase due to the diffusion of fluorine into the gate oxide film.
It is possible to prevent the disadvantage that the gate capacitance of the SFET is reduced, the MOSFET characteristics are reduced, and the LSI operation is also reduced.

【0039】請求項4記載の半導体装置は、2層構造か
らなるN+ 型ポリシリコン層のうちの少なくとも1層が
大粒径ポリシリコンで形成されたものであるから、例え
ばP型不純物を導入したポリシリコン配線をゲート電極
に接続した場合に、タングステンポリサイド構造におけ
るタングステンシリサイドを介して起こるN型不純物と
P型不純物との相互拡散が、大粒径ポリシリコンによっ
て抑制され、これによりゲート電極の仕事関数が変化し
たり、コンタクト抵抗やシート抵抗が増大するのが抑え
られる。
According to a fourth aspect of the present invention, since at least one of the N + -type polysilicon layers having a two-layer structure is formed of large-grain polysilicon, for example, a P-type impurity is introduced. When the polysilicon wiring is connected to the gate electrode, the interdiffusion between the N-type impurity and the P-type impurity caused through the tungsten silicide in the tungsten polycide structure is suppressed by the large-grain polysilicon, whereby the gate electrode , And increase in contact resistance and sheet resistance are suppressed.

【0040】請求項7記載の半導体装置の製造方法は、
堆積したアモルファスシリコンを大粒径化するものであ
るから、タングステンポリサイド構造におけるタングス
テンシリサイドからのフッ素の拡散を大粒径ポリシリコ
ンで抑制し、これによりゲート酸化膜へのフッ素の拡散
を抑え、MOSFETにおけるゲート容量の減少やMO
SFET特性の低下などを防止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
Since the deposited amorphous silicon has a large grain size, the diffusion of fluorine from tungsten silicide in the tungsten polycide structure is suppressed by the large grain size polysilicon, thereby suppressing the diffusion of fluorine to the gate oxide film. Reduction of gate capacitance in MOSFET and MO
It is possible to prevent a decrease in SFET characteristics and the like.

【0041】請求項9記載の半導体装置の製造方法は、
堆積したアモルファスシリコンを大粒径化するものであ
るから、例えばP型不純物を導入したポリシリコン配線
をゲート電極に接続した場合に、タングステンポリサイ
ド構造におけるタングステンシリサイドを介して起こる
N型不純物とP型不純物との相互拡散を、大粒径ポリシ
リコンによって抑制することができ、これによりゲート
電極の仕事関数が変化することによるVthが変動や、
コンタクト抵抗やシート抵抗の増大を抑制することがで
きる。また、特に埋め込みコンタクトについては、工程
増加を伴わずにその形成を行うことができ、しかも前記
効果を奏することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
Since the deposited amorphous silicon has a large grain size, for example, when a polysilicon wiring into which a P-type impurity is introduced is connected to a gate electrode, N-type impurities and P-type impurities generated through tungsten silicide in a tungsten polycide structure are generated. Interdiffusion with the type impurity can be suppressed by the large-grain polysilicon, whereby Vth changes due to a change in the work function of the gate electrode,
An increase in contact resistance and sheet resistance can be suppressed. In particular, the buried contact can be formed without increasing the number of steps, and the above-described effect can be obtained.

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

【図1】(a)〜(f)は、本発明の半導体装置の製造
方法の第1実施形態例を工程順に説明するための要部側
断面図である。
FIGS. 1A to 1F are cross-sectional views of essential parts for explaining a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.

【図2】(a)〜(f)は、本発明の半導体装置の製造
方法の第2実施形態例を工程順に説明するための要部側
断面図である。
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views of a main part for describing a second embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.

【図3】(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方
法の一例を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views of a main part for explaining an example of a conventional method of manufacturing a semiconductor device in the order of steps.

【図4】従来の半導体装置の一例を示す要部側断面図で
ある。
FIG. 4 is a side sectional view showing a main part of an example of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、30 シリコン基板 15、32 一層目ポリシリコン層(下層のポリシリコ
ン層) 16、34 アモルファスシリコン層 17、34 二層目ポリシリコン層(上層のポリシリコ
ン層) 18、36 WSix 層 20、38 ゲート電極パ
ターン(ゲート電極) 42 ソース/ドレイン領域(拡散層) 43 埋め
込みコンタクト
11,30 silicon substrate 15, 32 first layer polysilicon layer (underlying the polysilicon layer) 16, 34 amorphous silicon layer 17, 34 second layer polysilicon layer (upper layer of the polysilicon layer) 18, 36 WSi x layer 20, 38 gate electrode pattern (gate electrode) 42 source / drain region (diffusion layer) 43 buried contact

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年11月5日[Submission date] November 5, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0029[Correction target item name] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0029】次いで、650℃、10時間の条件でアニ
ール処理を行ってアモルファスシリコン層34を結晶化
し、先に形成した一層目ポリシリコン層32を形成する
粒子よりも大粒径の粒子に固相成長させて二層目ポリシ
リコン層35を形成する。続いて、1000℃、10秒
の条件でRTAを行い、二層目ポリシリコン層35表面
のリンを該ポリシリコン層35中に拡散させ、かつこれ
を活性化させて二層目ポリシリコン層35をその不純物
濃度が一層目ポリシリコン層32の不純物濃度より低く
なるようにする。ここで、先にアモルファスシリコン層
34にリンをイオン注入していることにより、アニール
後に得られる二層目ポリシリコン層35は、第1実施形
態例の二層目ポリシリコン層17に比べより一層大粒径
化したものとなっている。また、このようなRTAによ
り、二層目ポリシリコン層35表面のリンは開口部33
を通ってシリコン基板30の表層部に拡散し、これによ
り該シリコン基板30の表層部に不純物拡散層44が形
成される。
Next, annealing is performed at 650 ° C. for 10 hours to crystallize the amorphous silicon layer 34, and solidify the amorphous silicon layer 34 into particles having a larger particle diameter than the particles forming the first polysilicon layer 32. The second polysilicon layer 35 is formed by growing. Subsequently, RTA is performed at 1000 ° C. for 10 seconds to diffuse phosphorus on the surface of the second polysilicon layer 35 into the polysilicon layer 35 and activate the same to activate the second polysilicon layer 35. Is set so that the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the first polysilicon layer 32. Here, since phosphorus ions are implanted into the amorphous silicon layer 34 first, the second polysilicon layer 35 obtained after annealing is much more than the second polysilicon layer 17 of the first embodiment. It has a large particle size. Further, due to such RTA, phosphorus on the surface of the second polysilicon layer 35 is removed from the opening 33.
And diffuses into the surface portion of the silicon substrate 30, thereby forming the impurity diffusion layer 44 in the surface portion of the silicon substrate 30.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】次いで、1000℃、10秒の条件による
RTAによって不純物の活性化を行う。すると、埋め込
みコンタクト部分では、ソース/ドレイン領域(拡散
層)42の不純物がシリコン基板30に拡散し、これに
より前記不純物領域44とソース/ドレイン領域(拡散
層)42とを電気的に接続する埋め込みコンタクト43
が得られる。その後、通常行われる種々の処理工程を経
て、半導体装置を得る。
Next, the impurity is activated by RTA at 1000 ° C. for 10 seconds. Then, in the buried contact portion, the impurity in the source / drain region (diffusion layer) 42 diffuses into the silicon substrate 30, whereby the buried contact electrically connects the impurity region 44 and the source / drain region (diffusion layer) 42. Contact 43
Is obtained. Thereafter, a semiconductor device is obtained through various processing steps that are usually performed.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図2】 FIG. 2

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N+ 型ポリシリコンを用いたタングステ
ンポリサイド構造のゲート電極を備えた半導体装置にお
いて、 N+ 型ポリシリコン層が2層構造に形成されてなり、こ
れら2層のうちの少なくとも1層が大粒径ポリシリコン
で形成されてなることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device provided with a gate electrode having a tungsten polycide structure using N + -type polysilicon, wherein an N + -type polysilicon layer is formed in a two-layer structure, and at least one of these two layers is formed. A semiconductor device, wherein one layer is formed of large grain polysilicon.
【請求項2】 タングステンシリサイドが、SiH4
原料ガスとしたCVD法で形成されたものであることを
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 tungsten silicide is formed by a CVD method using SiH 4 as a source gas.
【請求項3】 前記2層構造のN+ 型ポリシリコン層の
うち上層のポリシリコン層の不純物濃度が、下層のポリ
シリコン層の不純物濃度より低く形成されていることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration of an upper polysilicon layer in the two-layered N + type polysilicon layer is lower than an impurity concentration of a lower polysilicon layer. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 N+ 型ポリシリコンを用いたタングステ
ンポリサイド構造のゲート電極を備え、かつ該ゲート電
極と拡散層とを電気的に接続する埋め込みコンタクトを
有した半導体装置において、 N+ 型ポリシリコン層が2層構造に形成されてなり、こ
れら2層のうちの少なくとも1層が大粒径ポリシリコン
で形成されてなることを特徴とする半導体装置。
Wherein a gate electrode of a tungsten polycide structure using the N + -type polysilicon and the semiconductor device having a buried contact electrically connecting the said gate electrode diffusion layer, the N + poly A semiconductor device, wherein a silicon layer is formed in a two-layer structure, and at least one of the two layers is formed of large-grain polysilicon.
【請求項5】 タングステンシリサイドが、SiH4
原料ガスとしたCVD法で形成されたものであることを
特徴とする請求項2記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the tungsten silicide is formed by a CVD method using SiH 4 as a source gas.
【請求項6】 前記2層構造のN+ 型ポリシリコン層の
うち上層のポリシリコン層の不純物濃度が、下層のポリ
シリコン層の不純物濃度より低く形成されていることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。
6. An impurity concentration of an upper polysilicon layer of the two-layered N + type polysilicon layer is lower than an impurity concentration of a lower polysilicon layer. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項7】 N+ 型ポリシリコンを用いたタングステ
ンポリサイド構造のゲート電極を備えた半導体装置の製
造方法において、 前記N+ 型ポリシリコンの形成工程として、CVD法に
より堆積温度550℃以下でアモルファスシリコンを堆
積する工程と、このアモルファスシリコンを800℃以
下の温度で1時間以上アニールすることにより、該アモ
ルファスシリコンを大粒径ポリシリコンに固相成長する
工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
7. A manufacturing method of a semiconductor device having a gate electrode of a tungsten polycide structure using the N + -type polysilicon, as the step of forming the N + -type polysilicon, at a deposition temperature 550 ° C. or less by CVD Depositing amorphous silicon and annealing the amorphous silicon at a temperature of 800 ° C. or less for 1 hour or more to solid-phase grow the amorphous silicon into large-grain polysilicon. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項8】 前記N+ 型ポリシリコンの形成工程とし
て、アモルファスシリコンを堆積する工程とアモルファ
スシリコンをアニールする工程との間に、アモルファス
シリコンにリンあるいはヒ素をイオン注入してN+ 型に
する工程を備えた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。
As claimed in claim 8, wherein said N + -type polysilicon forming process, between the annealing step and the amorphous silicon to deposit the amorphous silicon and the N + -type by phosphorus or arsenic is ion-implanted into the amorphous silicon The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step.
【請求項9】 N+ 型ポリシリコンを用いたタングステ
ンポリサイド構造のゲート電極を備え、かつ該ゲート電
極と拡散層とを電気的に接続する埋め込みコンタクトを
有した半導体装置の製造方法において、 前記N+ 型ポリシリコンの形成工程として、CVD法に
より堆積温度550℃以下でアモルファスシリコンを堆
積する工程と、このアモルファスシリコンを800℃以
下の温度で1時間以上アニールすることにより、該アモ
ルファスシリコンを大粒径ポリシリコンに固相成長する
工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
9. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a gate electrode having a tungsten polycide structure using N + type polysilicon; and a buried contact for electrically connecting the gate electrode to a diffusion layer. As a step of forming N + -type polysilicon, a step of depositing amorphous silicon at a deposition temperature of 550 ° C. or lower by a CVD method, and annealing the amorphous silicon at a temperature of 800 ° C. or lower for 1 hour or more, thereby increasing the amorphous silicon. A method of solid phase growth on polysilicon having a grain size.
【請求項10】 前記N+ 型ポリシリコンの形成工程と
して、アモルファスシリコンを堆積する工程とアモルフ
ァスシリコンをアニールする工程との間に、アモルファ
スシリコンにリンあるいはヒ素をイオン注入してN+
にする工程を備えたことを特徴とする請求項9記載の半
導体装置の製造方法。
10. The method of forming an N + -type polysilicon, wherein between the step of depositing amorphous silicon and the step of annealing the amorphous silicon, phosphorus or arsenic is ion-implanted into the amorphous silicon to be N + -type. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step.
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