JPH118206A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

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JPH118206A
JPH118206A JP15698897A JP15698897A JPH118206A JP H118206 A JPH118206 A JP H118206A JP 15698897 A JP15698897 A JP 15698897A JP 15698897 A JP15698897 A JP 15698897A JP H118206 A JPH118206 A JP H118206A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce contact the resistance between a diffusion layer and a silicide layer, while suppressing the layer resistance of a titanium silicide by depositing titanium on the surface of silicon substrate at a specified temperature. SOLUTION: An isolation insulator 2, a gate insulation film 3, a gate electrode 4, an LDD region 5, a gate sidewall 6 and a source-drain diffusion layer 7 are formed on a silicon substrate 1, and then the surface of the source-drain and the gate electrode is rendered amorphous by injecting arsenic. Subsequently, titanium 11 is deposited by sputtering, for example, while keeping the substrate temperature in the range of 400-600 deg.C. Thereafter, heat treatment for solidification is performed at the range of 600 deg.C or higher to 800 deg.C or lower in a nonocxidative atmosphere, so that the deposited titanium reacts on the silicon composing the source-drain or the gate. Finally, the non-silicified titanium and the nitrided titanium are removed by selective etching.

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、チタンシリサイド
膜をセルフアラインに形成する工程を含む半導体装置の
製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a titanium silicide film in a self-aligned manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路において、基板に形成さ
れた拡散層やゲート電極などとして用いられるポリシリ
コン層の抵抗を下げることは、回路性能を高めるために
重要である。この目的を達成する方法として、自己整合
シリサイド(Self−Aligned Silici
de、略してサリサイド)技術が知られている。これは
シリコン上に金属を堆積し、加熱によりシリコンと金属
の化合物(シリサイド)をシリコンが露出している個所
にのみ選択的に形成する方法である。広く用いられてい
るチタンを用いた従来のサリサイドの形成方法につい
て、MIS型FETに適用した例を図4を参照して説明
する。まず、シリコン基板1上に素子分離絶縁体2、ゲ
ート絶縁膜3、ゲート電極4、LDD領域5、ゲート側
壁6、ソース・ドレイン拡散層7を形成する。次にチタ
ンをスパッタ法などにより堆積し(図4A)、次に70
0℃程度の比較的低温で第1の熱処理を30秒程度行う
と、ソース・ドレイン部のシリコンとゲートのポリシリ
コンはチタンと反応し、チタンシリサイド層8’がソー
ス・ドレインの上およびゲートの上に選択的に形成され
る(図4B)。次にシリサイドにならずに残ったチタン
11’をウェットエッチングにより選択的に除去する
(図4C)。第1の熱処理によっては、できたチタンシ
リサイド8’は準安定で比較的抵抗が高い相である(C
49相と称され、以後これを高抵抗相と呼ぶ)。次に、
900℃程度の比較的高温の第2の熱処理を10秒程度
行って、高抵抗相のチタンシリサイド8’を低抵抗相
(C54相と称される)のチタンシリサイド8に相転移
させる(図4D)。第2の熱処理の温度は、低すぎると
低抵抗相への相転移が不十分であり、高すぎるとシリサ
イドが凝集して断線が生ずる。このため最終的なシリコ
ンの層抵抗を最小とするように温度を選択する。熱処理
を2回に分ける理由は、最初から高温で熱処理を行う
と、シリコンがチタンを介して拡散することで、ゲート
とソース・ドレインとの短絡不良が生ずるためである。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit, it is important to reduce the resistance of a polysilicon layer used as a diffusion layer or a gate electrode formed on a substrate in order to improve circuit performance. One way to achieve this goal is to use self-aligned silicide.
de, for short, salicide) technology is known. This is a method in which a metal is deposited on silicon, and a compound of silicon and a metal (silicide) is selectively formed by heating only in a portion where the silicon is exposed. A conventional salicide forming method using titanium, which is widely used, will be described with reference to FIG. First, an isolation insulator 2, a gate insulating film 3, a gate electrode 4, an LDD region 5, a gate sidewall 6, and a source / drain diffusion layer 7 are formed on a silicon substrate 1. Next, titanium is deposited by sputtering or the like (FIG. 4A).
When the first heat treatment is performed at a relatively low temperature of about 0 ° C. for about 30 seconds, the silicon in the source / drain portion and the polysilicon in the gate react with titanium, and the titanium silicide layer 8 ′ is formed on the source / drain and in the gate. It is selectively formed on top (FIG. 4B). Next, titanium 11 'remaining without being silicide is selectively removed by wet etching (FIG. 4C). By the first heat treatment, the formed titanium silicide 8 ′ is a metastable and relatively high-resistance phase (C
This is referred to as the 49 phase, hereinafter referred to as the high resistance phase). next,
A second heat treatment at a relatively high temperature of about 900 ° C. is performed for about 10 seconds to cause a phase transition from the high-resistance phase titanium silicide 8 ′ to the low-resistance phase (referred to as C54 phase) titanium silicide 8 (FIG. 4D). ). If the temperature of the second heat treatment is too low, the phase transition to the low-resistance phase is insufficient, and if it is too high, silicide aggregates to cause disconnection. For this reason, the temperature is selected so as to minimize the final silicon layer resistance. The reason why the heat treatment is divided into two is that if the heat treatment is performed at a high temperature from the beginning, silicon diffuses through titanium, resulting in a short circuit between the gate and the source / drain.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】さらにチタンを用いた
サリサイドにおいては、ゲート電極4あるいはソース・
ドレイン7のパターンの幅が小さくなると、シリサイド
化反応が進行しにくくなる、あるいは低抵抗相への相転
移が十分に進行しにくくなる。これを補うためには熱処
理温度を上げる必要があるが、そうするとチタンシリサ
イドが凝集を起こし、パターン幅が小さい場合は断線が
生じる。以上の理由により、パターン幅が小さくなる
と、ゲート4やソース・ドレイン7の層抵抗(図4にお
いて水平方向または紙面に垂直な方向に電流が流れると
きの抵抗)を十分下げることが難しくなるという問題が
ある。
Further, in the salicide using titanium, the gate electrode 4 or the source electrode is not used.
When the width of the pattern of the drain 7 is reduced, the silicidation reaction hardly progresses, or the phase transition to the low resistance phase hardly progresses. In order to compensate for this, it is necessary to raise the heat treatment temperature. However, this causes aggregation of titanium silicide, and disconnection occurs when the pattern width is small. For the above reasons, when the pattern width is reduced, it is difficult to sufficiently reduce the layer resistance of the gate 4 and the source / drain 7 (resistance when current flows in the horizontal direction or the direction perpendicular to the paper in FIG. 4). There is.

【0004】この問題点については種々の対策が提案さ
れている。例えば、1992年のVLSIテクノロジ・
シンポジウムの予稿集第66頁において、チタン11を
堆積する前にイオン注入を行ってシリコンをアモルファ
ス化する方法が記載されている。アモルファス化はシリ
サイド化反応を促進し、幅の狭いパターンにおいても安
定にチタンシリサイドを形成できるようにする効果があ
る。また、1995年のVLSIテクノロジ・シンポジ
ウムの予稿集第57頁においては、上記アモルファス化
に加えて、チタンの堆積時の温度を400℃以上に上げ
る方法が記載されている。これにより、堆積直後におい
て低抵抗相のチタンシリサイドが界面にごく薄く形成さ
れ、狭いパターンでのチタンシリサイド形成がさらに容
易になることが記載されている。
Various measures have been proposed for this problem. For example, VLSI Technology in 1992
On page 66 of the proceedings of the symposium, a method is described in which silicon is made amorphous by ion implantation before titanium 11 is deposited. Amorphization has the effect of promoting the silicidation reaction and stably forming titanium silicide even in a narrow pattern. On the other hand, in the 1995 VLSI Technology Symposium Proceedings, p. 57, in addition to the above-mentioned amorphization, a method of increasing the temperature at the time of titanium deposition to 400 ° C. or more is described. This describes that titanium silicide of a low-resistance phase is formed very thinly at the interface immediately after the deposition, and the formation of titanium silicide in a narrow pattern is further facilitated.

【0005】しかし、シリサイドを用いるときには、層
抵抗だけではなく、シリサイド8とソース・ドレイン拡
散層7との間の接触抵抗も問題となる。すなわち、チタ
ンを用いたサリサイドにおいては、熱処理の際にソース
・ドレイン7に含まれる不純物が拡散し、シリサイド中
に吸収されたりチタンとの化合物を形成する。このため
チタンシリサイド8とソース・ドレイン7との接触面に
おいて、ソース・ドレイン7に含まれる不純物濃度が低
下し、チタンシリサイド8とソース・ドレイン7との間
の接触抵抗が大きくなるという問題がある。
However, when using silicide, not only the layer resistance but also the contact resistance between the silicide 8 and the source / drain diffusion layer 7 becomes a problem. That is, in the salicide using titanium, the impurities contained in the source / drain 7 diffuse during the heat treatment, and are absorbed in the silicide or form a compound with titanium. Therefore, at the contact surface between the titanium silicide 8 and the source / drain 7, there is a problem that the impurity concentration contained in the source / drain 7 decreases and the contact resistance between the titanium silicide 8 and the source / drain 7 increases. .

【0006】層抵抗は、拡散層やゲート層を配線として
捉えたときの抵抗であり、配線の長さを短くするように
パターンの配置に注意することで、層抵抗が高いことの
不利益をかなり回避することが可能である。しかし、シ
リサイドと拡散層の間の接触抵抗の問題はパターンの配
置で逃れるのは困難である。例えば、仮に図4において
ソース・ドレインの面積を紙面左右方向に広げたとして
も、回路全体の集積度が下がるうえ、接触部の電流はほ
とんどゲート電極に近い端に集中して流れるため抵抗低
減の効果は小さい。また、半導体素子の微細化が進む
と、層抵抗に比べ接触抵抗の重要度が一層高まる。各種
寸法を1/k倍に縮小したとき、層抵抗は長さ/(幅×
高さ)に比例するからk倍に増えるが、接触抵抗は1/
(長さ×幅)に比例するからk2倍に増えるからであ
る。この性質より、ゲートの幅が0.2μm未満となる
微細FETにおいては、層抵抗よりも接触抵抗の方が重
要な問題となる。
The layer resistance is a resistance when a diffusion layer or a gate layer is regarded as a wiring. By paying attention to the arrangement of patterns so as to shorten the length of the wiring, the disadvantage of a high layer resistance is eliminated. It is possible to avoid it considerably. However, it is difficult to avoid the problem of contact resistance between the silicide and the diffusion layer by disposing the pattern. For example, even if the area of the source / drain is increased in the horizontal direction of the paper in FIG. 4, the degree of integration of the entire circuit is reduced, and the current of the contact portion is almost concentrated on the end close to the gate electrode. The effect is small. Further, as the miniaturization of the semiconductor element progresses, the importance of the contact resistance is further increased as compared with the layer resistance. When various dimensions are reduced to 1 / k times, the layer resistance is length / (width ×
Height), it increases k times, but the contact resistance is 1 /
This is because it is proportional to (length × width) and increases by k 2 times. Due to this property, in a fine FET having a gate width of less than 0.2 μm, the contact resistance is more important than the layer resistance.

【0007】従来のチタンサリサイドの改良法において
は、層抵抗のみが考慮され、接触抵抗を下げることにつ
いては考慮されていなかった。ゲートの幅が0.2μm
未満となる微細FETにおいては、接触抵抗を層抵抗よ
りも優先して下げる必要がある。同時に層抵抗も実用上
十分な程度に低く抑える必要がある。これをいかに実現
するかが最終的な課題である。
In the conventional method of improving titanium salicide, only the layer resistance is considered, and no consideration is given to reducing the contact resistance. Gate width 0.2 μm
In the case of a fine FET having a resistance smaller than the contact resistance, it is necessary to lower the contact resistance in preference to the layer resistance. At the same time, the layer resistance must be kept low enough for practical use. The ultimate issue is how to achieve this.

【0008】本発明の目的は、チタンシリサイドの層抵
抗を十分低く抑えつつ、拡散層とシリサイド層との間の
接触抵抗を低減する方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for reducing the contact resistance between a diffusion layer and a silicide layer while keeping the layer resistance of titanium silicide sufficiently low.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の半導体装置の製造方法は、チタンシリサイド膜を有
する半導体装置の製造方法において、シリコン基板上に
拡散層およびゲート電極を形成する第一の工程と、シリ
コン基板上の所定部分をイオン注入によりアモルファス
化する第二の工程と、前記シリコン基板の表面に400
℃以上650℃以下の温度でチタンを堆積する第三の工
程と、前記チタンが堆積したシリコン基板を600℃以
上800℃以下の温度で加熱する第四の工程とを含むこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a titanium silicide film, comprising: forming a diffusion layer and a gate electrode on a silicon substrate; And a second step of amorphizing a predetermined portion on the silicon substrate by ion implantation.
The method includes a third step of depositing titanium at a temperature of not lower than 650 ° C. and a fourth step of heating a silicon substrate on which the titanium has been deposited at a temperature of not lower than 600 ° C. and not higher than 800 ° C.

【0010】本発明によれば、400℃以上650℃以
下の温度でチタンを堆積するため、チタン堆積の際、低
抵抗のチタンシリサイドが形成される。したがって、そ
の後のチタンシリサイドを低抵抗層に変換するための熱
処理温度を800℃以下の低い温度とすることができ
る。このため、前述した従来法の問題、すなわち、チタ
ンシリサイドとソース・ドレインとの接触面において、
ソース・ドレインに含まれる不純物濃度が低下し、チタ
ンシリサイドとソース・ドレインとの間の接触抵抗が大
きくなるという問題が発生せず、チタンシリサイド膜と
拡散層との接触抵抗を効果的に低減することができる。
According to the present invention, titanium is deposited at a temperature of 400 ° C. or more and 650 ° C. or less, so that titanium silicide having low resistance is formed during the deposition of titanium. Therefore, a subsequent heat treatment temperature for converting titanium silicide to a low resistance layer can be set to a low temperature of 800 ° C. or less. Therefore, the problem of the conventional method described above, that is, at the contact surface between titanium silicide and the source / drain,
The problem that the concentration of impurities contained in the source / drain decreases and the contact resistance between the titanium silicide and the source / drain increases does not occur, and the contact resistance between the titanium silicide film and the diffusion layer is effectively reduced. be able to.

【0011】また、ゲートパターン幅を0.2μm未満
とすることにより、接触抵抗のみならず層抵抗をも従来
の方法と比べ低くすることが可能となり、さらに低抵抗
化を図ることができる。
When the gate pattern width is less than 0.2 μm, not only the contact resistance but also the layer resistance can be reduced as compared with the conventional method, and the resistance can be further reduced.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法に
おいては、まず、シリコン基板上の所定部分をイオン注
入によりアモルファス化する。所定の部分とは、後の工
程でチタンシリサイドを形成すべき部分をいう。イオン
注入の注入エネルギは典型的には50keV程度であ
り、ソース・ドレインの深さに比べて十分浅くなるよう
に設定する。注入する物質は、基板をアモルファス化す
るのに十分な質量を持つ原子または分子であれば良く、
砒素、燐、シリコン、ゲルマニウム、弗化ホウ素などが
挙げられ、このうち、砒素、シリコン、弗化ホウ素が好
ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, a predetermined portion on a silicon substrate is made amorphous by ion implantation. The predetermined portion refers to a portion where titanium silicide is to be formed in a later step. The implantation energy of the ion implantation is typically about 50 keV, and is set to be sufficiently shallower than the depth of the source / drain. The substance to be implanted may be an atom or a molecule having a mass sufficient to make the substrate amorphous.
Examples include arsenic, phosphorus, silicon, germanium, and boron fluoride. Among them, arsenic, silicon, and boron fluoride are preferable.

【0013】イオン注入によりアモルファス化を行った
後、シリコン基板の表面に400℃以上650℃以下、
好ましくは450℃以上550℃以下の温度でチタンを
堆積する。400℃未満では、チタン堆積の際、低抵抗
のチタンシリサイドが形成されない。また、650℃を
越えると、ゲートとソース・ドレインとの短絡が生じる
場合がある。
After amorphization is performed by ion implantation, the surface of the silicon substrate is heated to 400 ° C. or more and 650 ° C. or less.
Preferably, titanium is deposited at a temperature of 450 ° C. or more and 550 ° C. or less. If the temperature is lower than 400 ° C., low-resistance titanium silicide is not formed during titanium deposition. If the temperature exceeds 650 ° C., a short circuit between the gate and the source / drain may occur.

【0014】チタン堆積後、半導体基板を600℃以上
800℃以下、好ましくは650℃以上750℃以下の
温度で加熱し、チタンシリサイドを低抵抗化する。60
0℃未満では低抵抗化が不十分となる。また、800℃
を越えると、シリサイドが凝集し層抵抗が上昇する場合
がある。
After titanium is deposited, the semiconductor substrate is heated at a temperature of 600 ° C. or more and 800 ° C. or less, preferably 650 ° C. or more and 750 ° C. or less, to reduce the resistance of titanium silicide. 60
If the temperature is lower than 0 ° C., the reduction in resistance becomes insufficient. 800 ° C
If the ratio exceeds the above, silicide may aggregate and the layer resistance may increase.

【0015】本発明の半導体装置の製造方法は、従来の
方法と比較し、チタンシリサイド膜の幅が狭くなった場
合により顕著な効果を発揮する。したがって、チタンシ
リサイドを形成するシリコン・パターンの幅は、好まし
くは0.2μm未満、さらに好ましくは0.1μm未満
とする。パターン幅を0.2μm未満とすると、従来の
方法ではシリサイドの凝集が起こり、層抵抗が上昇する
のに対して、本発明の製造方法ではこのような問題が発
生せず、結果として、従来法よりも低い層抵抗を実現で
きるからである。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention exhibits a more remarkable effect when the width of the titanium silicide film becomes narrower than the conventional method. Therefore, the width of the silicon pattern forming titanium silicide is preferably less than 0.2 μm, and more preferably less than 0.1 μm. When the pattern width is less than 0.2 μm, the conventional method causes agglomeration of silicide and increases the layer resistance, whereas the manufacturing method of the present invention does not cause such a problem. This is because a lower layer resistance can be realized.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は本発明による第1の実施例を示すものであ
る。まず、公知の方法を用いてシリコン基板1上に素子
分離絶縁体2、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4、LDD
領域5、ゲート側壁6、ソース・ドレイン拡散層7を形
成する。続いて、砒素を単位面積当り1×1014cm-2
以上1×1016cm-2以下注入し、ソース・ドレイン領
域およびゲート電極の表面をアモルファス化する(図1
A)。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention. First, an element isolation insulator 2, a gate insulating film 3, a gate electrode 4, an LDD
A region 5, a gate side wall 6, and a source / drain diffusion layer 7 are formed. Subsequently, arsenic was added at 1 × 10 14 cm −2 per unit area.
More than 1 × 10 16 cm −2 or less is implanted to amorphize the surface of the source / drain region and the gate electrode (FIG. 1).
A).

【0017】このとき砒素の注入エネルギは典型的には
50keVであり、ソース・ドレインの深さに比べて十
分浅くなるように設定する。このとき注入する物質は、
砒素に限らず、燐、シリコン、ゲルマニウム、弗化ホウ
素など、基板をアモルファス化するのに十分な質量を持
つ原子または分子であれば良い。
At this time, the arsenic implantation energy is typically 50 keV, and is set to be sufficiently shallower than the depth of the source / drain. The substance to be injected at this time is
Not limited to arsenic, any atom or molecule having a mass sufficient to make the substrate amorphous, such as phosphorus, silicon, germanium, and boron fluoride, may be used.

【0018】続いて、基板温度を400℃以上に保った
状態で、スパッタリングやCVDなどの方法でチタン1
1を厚さ30nm程度堆積する(図1B)。堆積の過程
で、チタン11とゲート4、またはチタン11とソース
・ドレイン7との接触面において、わずかにチタンとシ
リコンとの反応が起こり、ごく薄くチタンシリサイド層
が形成される(この層は薄いので図1Bには表示してい
ない)。このとき形成されるチタンシリサイドを分析す
ると、基板温度が400℃未満の場合は高抵抗相のみが
観測される。一方、基板温度を400℃以上とすると、
高抵抗相に加えて低抵抗相が観測され、かつ温度が高く
なると後者の比率が増す。ただし堆積温度を上げすぎる
と、先に述べたゲートとソース・ドレインとの短絡が生
じ易くなる。堆積は比較的長時間に及ぶので、短絡を防
ぐには堆積温度を従来のチタンサリサイド法における第
1の熱処理に比べて低くし、650℃以下とすることが
望ましい。またこのような温度とすることで、堆積装置
の製作が容易となる。チタンの堆積は真空装置内で行う
が、装置内の温度は低い方が真空度を高めることが容易
となるためである。
Subsequently, with the substrate temperature kept at 400 ° C. or higher, titanium 1 is deposited by a method such as sputtering or CVD.
1 is deposited to a thickness of about 30 nm (FIG. 1B). During the deposition process, a slight reaction between titanium and silicon occurs at the contact surface between the titanium 11 and the gate 4 or between the titanium 11 and the source / drain 7 to form a very thin titanium silicide layer (this layer is thin). Therefore, it is not shown in FIG. 1B). When the titanium silicide formed at this time is analyzed, when the substrate temperature is lower than 400 ° C., only the high resistance phase is observed. On the other hand, if the substrate temperature is 400 ° C. or higher,
The low resistance phase is observed in addition to the high resistance phase, and the higher the temperature, the higher the ratio of the latter. However, if the deposition temperature is too high, the above-mentioned short circuit between the gate and the source / drain tends to occur. Since the deposition is performed for a relatively long time, it is desirable to lower the deposition temperature to 650 ° C. or lower in order to prevent a short circuit as compared with the first heat treatment in the conventional titanium salicide method. Further, by setting such a temperature, the production of the deposition apparatus is facilitated. The deposition of titanium is performed in a vacuum device, but the lower the temperature in the device, the easier it is to increase the degree of vacuum.

【0019】次に、窒素やアルゴンなど非酸化性の雰囲
気で、800℃以下の温度で10ないし60秒のシリサ
イド化のための熱処理を行い、堆積したチタンをソース
・ドレインまたはゲートを構成するシリコンと反応させ
る(図1C)。最後に、シリサイド化されずに残ったチ
タン、あるいは窒素により窒化されて残った窒化チタン
を選択的にエッチングして取り除く。エッチング液とし
てはアンモニアと過酸化水素の混合液を用いればよい。
これにより、ゲート4とソース・ドレイン8の上にのみ
選択的にチタンシリサイドが形成される(図1D)。従
来行われている800℃以上の第2の熱処理は省略し、
追加の熱処理を加える場合も800℃以下の温度とす
る。
Next, a heat treatment for silicidation is performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon at a temperature of 800 ° C. or less for 10 to 60 seconds, and the deposited titanium is converted into silicon constituting a source / drain or a gate. (FIG. 1C). Finally, titanium remaining without being silicided or titanium nitride remaining after being nitrided by nitrogen is selectively removed by etching. As an etching solution, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide may be used.
Thus, titanium silicide is selectively formed only on the gate 4 and the source / drain 8 (FIG. 1D). The conventional second heat treatment at 800 ° C. or higher is omitted,
When additional heat treatment is performed, the temperature is set to 800 ° C. or lower.

【0020】シリサイド化のための熱処理温度を800
℃以下とした場合、砒素またはホウ素を添加したソース
・ドレイン7およびゲート4と、チタンシリサイド8と
の接触抵抗は、熱処理温度にほぼ依存しなくなる。これ
は温度を下げたことによりシリコン中の不純物拡散が抑
えられ、不純物(砒素やホウ素)がチタンシリサイド側
に取り込まれる量が減り、接触面での不純物濃度の低下
が抑制されることによる。一方、従来の製造方法におい
ては、最高熱処理温度を800℃以下に下げると、チタ
ンシリサイドの層抵抗が高くなってしまう。これはシリ
サイド化反応の際に高抵抗相が優先的に形成され、いっ
たん形成された高抵抗相は800℃以上の温度を加えな
ければ低抵抗相に変換されないためである。しかし本発
明による方法では、チタン堆積を400℃以上で行った
ことにより、低抵抗相のチタンシリサイドが熱処理を行
う以前からわずかに存在している。これは続く熱処理の
際に結晶成長の核として機能するため、熱処理温度が低
くても高抵抗相に代わって低抵抗相の結晶が優先的に成
長する。すなわち低抵抗相がはじめから形成されるた
め、熱処理温度を800℃以下に抑えても層抵抗は実用
的な低さに抑えられる。なお、シリサイド化のための熱
処理温度は、十分な反応速度を得るためには600℃以
上で行うことが望ましい。
The heat treatment temperature for silicidation is 800
When the temperature is lower than or equal to ° C., the contact resistance between the source / drain 7 and the gate 4 to which arsenic or boron is added and the titanium silicide 8 does not substantially depend on the heat treatment temperature. This is because, by lowering the temperature, the diffusion of impurities in silicon is suppressed, the amount of impurities (arsenic and boron) taken into the titanium silicide side is reduced, and the decrease in impurity concentration at the contact surface is suppressed. On the other hand, in the conventional manufacturing method, if the maximum heat treatment temperature is lowered to 800 ° C. or lower, the layer resistance of titanium silicide increases. This is because a high-resistance phase is preferentially formed during the silicidation reaction, and the once formed high-resistance phase is not converted to a low-resistance phase unless a temperature of 800 ° C. or more is applied. However, in the method according to the present invention, since the titanium is deposited at 400 ° C. or higher, titanium silicide in the low-resistance phase is slightly present before the heat treatment. Since this functions as a nucleus for crystal growth during the subsequent heat treatment, even if the heat treatment temperature is low, the crystal of the low resistance phase grows preferentially instead of the high resistance phase. That is, since the low-resistance phase is formed from the beginning, the layer resistance can be suppressed to a practically low level even if the heat treatment temperature is suppressed to 800 ° C. or lower. Note that the heat treatment temperature for silicidation is desirably 600 ° C. or higher in order to obtain a sufficient reaction rate.

【0021】最高熱処理温度を低く抑えることにより、
本発明による方法には凝集を抑えるという効果がある。
凝集は細い線の断線を引き起こし、その層抵抗を増大さ
せ、層抵抗のばらつきを増大させる。このことから、特
にパターン幅が狭いほど、本発明は層抵抗に関して有利
となる。
By keeping the maximum heat treatment temperature low,
The method according to the invention has the effect of suppressing aggregation.
Agglomeration causes the thin wire to break, increasing its layer resistance and increasing its variability. From this, the present invention is more advantageous with respect to the layer resistance, especially when the pattern width is smaller.

【0022】図2は本発明による第2の実施例を示すも
のである。第1の実施例との違いは、ゲート電極4の上
がキャップ絶縁膜9によって覆われ、その上にはチタン
シリサイドが形成されないことにある。図2のようなゲ
ート周辺の構造は、ゲート電極材料とキャップ絶縁膜材
料を積層し、次いで両者を連続してエッチング加工し、
続いてゲート側壁6を形成することにより得ることがで
きる。他の工程は第1の実施例と同様である。この構造
は、ゲート電極4自体が金属、あるいはシリコンと金属
の積層膜など、もともと抵抗が低い材料で構成され、そ
の上にチタンシリサイドを形成する必要がない場合に用
いる。
FIG. 2 shows a second embodiment according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the top of the gate electrode 4 is covered with the cap insulating film 9 and no titanium silicide is formed thereon. In the structure around the gate as shown in FIG. 2, a gate electrode material and a cap insulating film material are laminated, and then both are continuously etched,
Subsequently, it can be obtained by forming the gate side wall 6. Other steps are the same as in the first embodiment. This structure is used when the gate electrode 4 itself is originally made of a material having low resistance, such as a metal or a laminated film of silicon and a metal, and it is not necessary to form titanium silicide thereon.

【0023】図3は、ゲート上に形成されたシリサイド
の層抵抗の、ゲートパターン幅依存性を示すデータであ
る。高抵抗相から低抵抗相への相転移を起こすために、
800℃以上の高温で熱処理を行う従来の方法(この例
では840℃)においては、ゲート幅が広いときは低い
抵抗が実現される。しかし、ゲート幅が細くなると、高
温熱処理の際にシリサイドが凝集して断線を起こすた
め、抵抗が急激に増大している。一方、熱処理の最高温
度を800℃以下に抑えた(この例では690℃)本発
明の方法によれば、ゲート幅が広い間は従来法より層抵
抗が高い。これはシリサイドの一部が高抵抗相となって
いるためである。しかしアモルファス化と高温でのチタ
ン堆積を行った結果として、同時に低抵抗相も形成され
ている。このため、高抵抗相の抵抗率は低抵抗相の4倍
以上であるのだが、図4における抵抗の違いは最大でも
1.7倍程度であり、本発明による層抵抗は実用的な範
囲に抑えられている。ゲート幅が狭い領域では、従来の
方法では凝集による層抵抗の増加が起こる。これに対し
本発明によれば、熱処理温度が抑えられているために凝
集が起こりにくい。このためゲート幅が0.2μm未満
に微細化された場合、層抵抗に関して本発明は従来法と
同等か、むしろ有利となる。
FIG. 3 shows data showing the gate pattern width dependence of the layer resistance of silicide formed on the gate. In order to cause a phase transition from a high resistance phase to a low resistance phase,
In a conventional method of performing heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher (840 ° C. in this example), a low resistance is realized when the gate width is wide. However, when the gate width is reduced, the resistance is rapidly increased because the silicide aggregates and breaks during the high-temperature heat treatment. On the other hand, according to the method of the present invention in which the maximum temperature of the heat treatment is suppressed to 800 ° C. or less (690 ° C. in this example), while the gate width is wide, the layer resistance is higher than the conventional method. This is because a part of the silicide is in a high resistance phase. However, as a result of performing the amorphization and titanium deposition at a high temperature, a low-resistance phase is also formed at the same time. For this reason, the resistivity of the high-resistance phase is four times or more that of the low-resistance phase, but the difference in resistance in FIG. 4 is at most about 1.7 times, and the layer resistance according to the present invention is within a practical range. It is suppressed. In a region where the gate width is small, the conventional method causes an increase in the layer resistance due to aggregation. On the other hand, according to the present invention, aggregation is less likely to occur because the heat treatment temperature is suppressed. Therefore, when the gate width is reduced to less than 0.2 μm, the present invention is equal to or rather advantageous with respect to the layer resistance.

【0024】一方、ソース・ドレイン拡散層とチタンシ
リサイドとの接触抵抗に関しては、本発明による方法に
より抵抗値がおよそ2/3に減少することが確認され
た。例えば、砒素を3×1015〜5×1015cm-2、5
0keVでイオン注入して形成したn型拡散層に対する
接触抵抗は、3×10-7Ωcm2から2×10-7Ωcm2
に減少した。層抵抗が多少高い場合は、素子の配置の工
夫によってその影響を防ぐことが可能である。しかし、
ソース・ドレインにおける接触抵抗は、FETにおいて
大電流を流す必要があるソースとドレインに直列に挿入
されるため、配置の工夫でその影響を逃れることができ
ない。FETの微細化に伴いゲート幅が0.2μm未満
になると、層抵抗よりも接触抵抗の方が重要な問題とな
る。本発明は、接触抵抗を低減させ、微細FET回路の
性能の低下を防止することができる。なお、上記例にお
けるシリサイド化のための熱処理温度は690℃であっ
たが、800℃以下の範囲で接触抵抗低減効果が得られ
た。この範囲で熱処理温度を上げると、接触抵抗低減効
果は減少するが、特にパターン幅が広い場合において層
抵抗を下げることができる。シリサイド化のための熱処
理温度の具体的な値は、所望の接触抵抗を実現するのに
十分低い温度とすれば良い。
On the other hand, with respect to the contact resistance between the source / drain diffusion layers and titanium silicide, it was confirmed that the resistance value was reduced to about 2/3 by the method according to the present invention. For example, arsenic is added to 3 × 10 15 to 5 × 10 15 cm −2 ,
The contact resistance with respect to the n-type diffusion layer formed by ion implantation at 0 keV is 3 × 10 −7 Ωcm 2 to 2 × 10 −7 Ωcm 2.
Decreased to. If the layer resistance is somewhat high, it is possible to prevent the effect by contriving the arrangement of the elements. But,
Since the contact resistance at the source / drain is inserted in series between the source and the drain where a large current needs to flow in the FET, the influence cannot be avoided by contriving the arrangement. When the gate width becomes smaller than 0.2 μm as the FET becomes finer, the contact resistance becomes a more important problem than the layer resistance. The present invention can reduce the contact resistance and prevent the performance of the fine FET circuit from deteriorating. Although the heat treatment temperature for silicidation in the above example was 690 ° C., an effect of reducing the contact resistance was obtained in the range of 800 ° C. or less. When the heat treatment temperature is increased in this range, the effect of reducing the contact resistance is reduced, but the layer resistance can be reduced particularly when the pattern width is wide. The specific value of the heat treatment temperature for silicidation may be a sufficiently low temperature to achieve a desired contact resistance.

【0025】なお、上記実施例においてはMIS型FE
Tの場合を例に説明したが、本方法はバイポーラトラン
ジスタを含む回路に対しても適用できることは明らかで
ある。
In the above embodiment, the MIS type FE
Although the case of T has been described as an example, it is clear that the present method can be applied to a circuit including a bipolar transistor.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、400
℃以上650℃以下の温度でチタンを堆積するため、チ
タン堆積の際、低抵抗のチタンシリサイドが形成され
る。したがって、その後のチタンシリサイドを低抵抗層
に変換するための熱処理温度を低くすることができ、チ
タンシリサイド膜と拡散層との接触抵抗を低減すること
ができる。
As described above, according to the present invention, 400
Since titanium is deposited at a temperature of not lower than 650 ° C., low-resistance titanium silicide is formed during the deposition of titanium. Therefore, the subsequent heat treatment temperature for converting titanium silicide to a low resistance layer can be lowered, and the contact resistance between the titanium silicide film and the diffusion layer can be reduced.

【0027】また、ゲートパターン幅を0.2μm未満
とすることにより、接触抵抗のみならず層抵抗をも従来
の方法と比べ低くすることが可能となり、さらに低抵抗
化を図ることができる。
By setting the gate pattern width to less than 0.2 μm, not only the contact resistance but also the layer resistance can be reduced as compared with the conventional method, and the resistance can be further reduced.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す模
式的工程断面図である。
FIG. 1 is a schematic process sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す模
式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図3】層抵抗のポリシリコン幅依存性を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a polysilicon width dependency of a layer resistance.

【図4】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す模
式的工程断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 素子分離絶縁膜 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 LDD拡散層 6 ゲート側壁 7 ソース・ドレイン拡散層 8 チタンシリサイド 9 キャップ絶縁膜 10 アモルファス領域 11 チタン 11’ シリサイド化せずに残ったチタン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation insulating film 3 Gate insulating film 4 Gate electrode 5 LDD diffusion layer 6 Gate side wall 7 Source / drain diffusion layer 8 Titanium silicide 9 Cap insulating film 10 Amorphous region 11 Titanium 11 'Titanium which did not become silicide

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタンシリサイド膜を有する半導体装置
の製造方法において、シリコン基板上に拡散層およびゲ
ート電極を形成する第一の工程と、シリコン基板上の所
定部分をイオン注入によりアモルファス化する第二の工
程と、前記シリコン基板の表面に400℃以上650℃
以下の温度でチタンを堆積する第三の工程と、前記チタ
ンが堆積したシリコン基板を600℃以上800℃以下
の温度で加熱する第四の工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device having a titanium silicide film, a first step of forming a diffusion layer and a gate electrode on a silicon substrate and a second step of amorphizing a predetermined portion on the silicon substrate by ion implantation. And 400 ° C. to 650 ° C. on the surface of the silicon substrate.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a third step of depositing titanium at the following temperature; and a fourth step of heating a silicon substrate on which the titanium is deposited at a temperature of 600 ° C. or more and 800 ° C. or less. .
【請求項2】 前記第二の工程で、前記シリコン基板上
に形成された0.2μm未満の幅のシリコン・パターン
表面を、イオン注入によりアモルファス化する請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein, in the second step, a surface of the silicon pattern having a width of less than 0.2 μm formed on the silicon substrate is made amorphous by ion implantation.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項3】 前記第三の工程で、450℃以上550
℃以下の温度でチタンを堆積する請求項1または2に記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 3, wherein in the third step, 450 ° C. or more and 550
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein titanium is deposited at a temperature equal to or lower than C.
【請求項4】 前記第四の工程で、前記チタンが堆積し
た前記シリコン基板を650℃以上750℃以下の温度
で加熱する請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置
の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein in the fourth step, the silicon substrate on which the titanium is deposited is heated at a temperature of 650 ° C. or more and 750 ° C. or less.
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