JPS61232680A - Manufacture of semiconductor integrated circuit - Google Patents

Manufacture of semiconductor integrated circuit

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JPS61232680A
JPS61232680A JP7481685A JP7481685A JPS61232680A JP S61232680 A JPS61232680 A JP S61232680A JP 7481685 A JP7481685 A JP 7481685A JP 7481685 A JP7481685 A JP 7481685A JP S61232680 A JPS61232680 A JP S61232680A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
layer
silicon
film
gate electrode
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JP7481685A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Mihara
三原 誠一郎
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable to accurately control the gate length of the first polycrystalline silicon to the prescribed length by forming the first silicon in a gate electrode shape, then oxidizing it with the second polycrystalline silicon remaining on the side, and forming a high melting point metal silicide on the first silicon. CONSTITUTION:The second polycrystalline silicon layer 9 is entirely grown, and anisotropically etched to allow the layer 9 to remain only on the side of the first polycrystalline silicon layer 4. It is oxidized in a steam atmosphere, the layer 9 is at least all oxidized, and altered to a silicon oxide 9a. After a silicon nitride film 5 and a silicon oxide film 6 on the layer 4 are then removed, a high melting point titanium film 10 is coated on the entire surface. This is heat treated to silicify the film 10 at the portion contacted with the upper surface of the layer 4, thereby selectively forming a titanium silicide film 11.

Description

【発明の詳細な説明】 5〔産業上の利用分野〕 本発明はMO8型電界効果トランジスタを有する半導体
集積回路装置に関し、特にケート電極を高融点金属硅化
物と多結晶シリコンとで2層に構成した半導体集積回路
装置の製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention 5 [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device having an MO8 type field effect transistor, and in particular, a gate electrode composed of two layers of high melting point metal silicide and polycrystalline silicon. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路装置の高集積化および高速動作の要求に
伴なって、MO8m電界効果トランジスタ(以下、MO
8型トランジスタと称する)のゲート電極を購成する多
結晶シリコンの抵抗も無視できなくなり、多結晶シリコ
ン上に高融点金属硅化物を一体に形成した2層構造のゲ
ート電極が提案されるに到っている。
With the demand for higher integration and higher speed operation of semiconductor integrated circuit devices, MO8m field effect transistors (hereinafter referred to as MO8m field effect transistors)
The resistance of polycrystalline silicon, which forms the gate electrode of a type 8 transistor (referred to as an 8-type transistor), could no longer be ignored, and a two-layer gate electrode structure in which high-melting point metal silicide was integrally formed on polycrystalline silicon was proposed. ing.

第2図(A)〜(■))は、この種のゲート電極を形成
する従来方法を説明する図である。
FIGS. 2A to 2D are diagrams illustrating a conventional method for forming this type of gate electrode.

即ち、同図四のように、シリコン基板21十にフィール
ド絶縁膜22およびグー)・絶縁膜23を形成した後、
多結晶シリコン層24を成長し、その表面にシリコン酸
化膜25を形成した上で更にシリコン窒化膜26を成長
させる。そして同図(B)のようにフォトレジスト膜2
7を用いたフォトエッチング技術により前記多結晶シリ
コン層24、シリコン酸化膜25およびシリコン窒化膜
26をゲート電極形状にバターニングし、かつ自己整合
法等によりシリコン基板21にソース・トレイン領域2
8を形成する。
That is, as shown in FIG. 4, after forming the field insulating film 22 and the insulating film 23 on the silicon substrate 210,
A polycrystalline silicon layer 24 is grown, a silicon oxide film 25 is formed on its surface, and a silicon nitride film 26 is further grown. Then, as shown in the same figure (B), the photoresist film 2
The polycrystalline silicon layer 24, the silicon oxide film 25, and the silicon nitride film 26 are patterned into the shape of a gate electrode using a photoetching technique using 7, and a source/train region 2 is formed on the silicon substrate 21 by a self-alignment method or the like.
form 8.

次いで、同図(C1のように十分な酸化処理を施して多
結晶シリコン24の側面に特に厚いシリコン酸化膜24
aを形成する。そして、多結晶シリコン24上のシリコ
ン窒化膜26を除去し、かつシリコン酸化膜の軽いエツ
チングを行なうことにより、薄い状態にあった多結晶シ
リコン24−トのシリコン酸化膜25が最先に除去され
多結晶シリコン25の上面が露呈される。
Next, as shown in FIG.
form a. Then, by removing the silicon nitride film 26 on the polycrystalline silicon 24 and lightly etching the silicon oxide film, the thin silicon oxide film 25 on the polycrystalline silicon 24-top is removed first. The upper surface of polycrystalline silicon 25 is exposed.

しかる士で、高融点金属を全面に被着し、熱処理して多
結晶シリコン24上に金属硅化物30を形成し、その後
未反応の金属を除去することにより、同図(至)のよう
に多結晶シリコン24と金属硅化物30からなる2層構
のゲート電極ないしMO8型トランジスタを製造できる
By applying a high melting point metal to the entire surface, heat-treating it to form a metal silicide 30 on the polycrystalline silicon 24, and then removing the unreacted metal, as shown in the figure (to). A two-layer gate electrode or MO8 type transistor consisting of polycrystalline silicon 24 and metal silicide 30 can be manufactured.

〔発明が解決しようとする問題点〕 前述した従来の製造方法では、ゲート電極としての多結
晶シリコン24の側面を次工程処理から保護するだめの
シリコン酸化膜24aを、第2図(C1で示したように
多結晶シリコン24自体を酸化して形成しているため、
多結晶シリコンの長さくゲート長)が酸化によって短く
なりゲート長の制御性およびMO8型トランジスタの特
性制御性が悪くなる。特にゲート長が1.0μm程度に
なると、この影響は極めて大きなものになる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional manufacturing method described above, the silicon oxide film 24a, which serves as a gate electrode to protect the side surface of the polycrystalline silicon 24 from the next process, is As mentioned above, since the polycrystalline silicon 24 itself is formed by oxidation,
The long gate length of polycrystalline silicon becomes short due to oxidation, and the controllability of the gate length and the controllability of the characteristics of the MO8 type transistor become worse. In particular, when the gate length becomes about 1.0 μm, this influence becomes extremely large.

また、この酸化処理によって、多結晶シリコン24とシ
リコン基板21との界面、あるいけ多結晶シリコン24
とシリコン窒化膜26との界面で酸化膜24aのくい込
みが発生し、ゲート電極が湾曲して所期の特性が得られ
なくなるという問題もある。
Also, by this oxidation treatment, the interface between the polycrystalline silicon 24 and the silicon substrate 21, and the polycrystalline silicon 24
There is also the problem that the oxide film 24a sinks in at the interface between the gate electrode and the silicon nitride film 26, causing the gate electrode to curve and making it impossible to obtain the desired characteristics.

〔問題点を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、第1の多結
晶シリコンをゲート電極形状に形成した後に、第2の多
結晶シリコンを全面に堆積しかつこれを異方性エツチン
グして前記第1の多結晶シリコンの側面にのみ第2の多
結晶シリコンを残す工程と、少なくともこの残された第
2の多結晶シリコンを酸化してシリコン酸化物に変える
工程と、全面に高融点金属膜を被着しかつこれを熱処理
して前記第1の多結晶シリコン上に金属硅化物を形成す
る工程と、未反応の前記金属膜を除去する工程とを有し
ている。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, after forming a first polycrystalline silicon in the shape of a gate electrode, a second polycrystalline silicon is deposited on the entire surface and anisotropically etched to form the first polycrystalline silicon. a step of leaving second polycrystalline silicon only on the side surfaces of the polycrystalline silicon, a step of oxidizing at least this remaining second polycrystalline silicon to convert it into silicon oxide, and a step of covering the entire surface with a high melting point metal film. The method includes a step of depositing and heat-treating the same to form a metal silicide on the first polycrystalline silicon, and a step of removing the unreacted metal film.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(A)〜O)は本発明の一実施例を製造工程に従
って示す断面図であり、本例ではNチャネルMO8型ト
ランジスタを製造する例を示している。
FIGS. 1A to 1O) are cross-sectional views showing an embodiment of the present invention according to the manufacturing process, and this example shows an example of manufacturing an N-channel MO8 type transistor.

先ず、同図(A)のようにP型シリコン基板1にフィー
ルド絶縁膜2およびゲート絶縁膜3を夫々シリコン酸化
膜によって形成する。その上に、2層構造ゲート電極の
下層を構成する第1の多結晶シリコン層4をCVD法に
よって数千Aの厚さに成長させ、その表面を酸化して2
0OA程度のシリコン酸化膜5を形成し、更にその上に
CVD法によって20OAのシリコン窒化膜6を形成す
る。なお、第1の多結晶シリコン層4には不純物として
リンを導入して低抵抗化を図っている。
First, as shown in FIG. 1A, a field insulating film 2 and a gate insulating film 3 are formed on a P-type silicon substrate 1 using silicon oxide films, respectively. On top of that, a first polycrystalline silicon layer 4 constituting the lower layer of the two-layer gate electrode is grown to a thickness of several thousand amps by CVD, and its surface is oxidized to form a
A silicon oxide film 5 of approximately 0 OA is formed, and a silicon nitride film 6 of 20 OA is further formed thereon by CVD. Note that phosphorus is introduced as an impurity into the first polycrystalline silicon layer 4 to lower the resistance.

次いで、同図(B)のように、リングラフィ技術によっ
て例えばフォトレジスト膜7をパターン形成し、これを
マスクとして前記第1の多結晶シリコン層4、シリコン
酸化膜5およびシリコン窒化膜6をドライエツチングし
てこれらをゲート電極に相当する形状に加工する。その
後、自己整合法によってリン等の不純物をシリコン基板
1に注入し、N型のソース・ドレイン領域8を形成する
Next, as shown in FIG. 6B, for example, a photoresist film 7 is patterned using a phosphorography technique, and using this as a mask, the first polycrystalline silicon layer 4, silicon oxide film 5, and silicon nitride film 6 are dried. These are processed into a shape corresponding to the gate electrode by etching. Thereafter, impurities such as phosphorus are implanted into the silicon substrate 1 by a self-alignment method to form N-type source/drain regions 8.

続いて、同図(qのように、CVD法によって第2の多
結晶シリコン層9を厚さ100OAで全面に成長させ、
その上でCCl4系のガスを用いて異方性エツチングを
行なう。この異方性エツチングはフィールド絶縁膜2や
ゲート絶縁膜3が襲用されるまで行ない、この結果同図
(T))のように第2の多結晶シリコン層9は前記第1
の多結晶シリコン層4の側面にのみ残される。このとき
、フィールド絶縁膜2やゲート絶縁膜3はシリコン酸化
膜のエツチング速度が遅いため、殆んどエツチングされ
ることけない。
Subsequently, as shown in FIG.
Thereafter, anisotropic etching is performed using a CCl4 gas. This anisotropic etching is continued until the field insulating film 2 and the gate insulating film 3 are etched, and as a result, as shown in FIG.
is left only on the side surfaces of the polycrystalline silicon layer 4. At this time, the field insulating film 2 and the gate insulating film 3 are hardly etched because the etching speed of the silicon oxide film is slow.

そして、900°Cのスチーム雰囲気中で20分間の酸
化処理を行ない、少なくとも前記第2の多結晶シリコン
層9を全て酸化はせ、同図(E)のようにこれをシリコ
ン酸化物9aに変化させる。
Then, oxidation treatment is carried out for 20 minutes in a steam atmosphere at 900°C to completely oxidize at least the second polycrystalline silicon layer 9 and change it to silicon oxide 9a as shown in FIG. let

次いで、第1の多結晶シリコン層4上のシリコン窒化膜
5とシリコン酸化11a6を除去した後、同図(杓のよ
うにスパッタ法によって高融点金属のチタン膜10を1
000Xの厚さで全面に被着する。
Next, after removing the silicon nitride film 5 and silicon oxide 11a6 on the first polycrystalline silicon layer 4, a titanium film 10 of a high melting point metal is deposited by sputtering as shown in the same figure.
Coat the entire surface with a thickness of 000X.

そして、これを600 ’Oで1時間熱処理することに
より、チタン膜10は第1の多結晶シリコン層4の上面
と接触する部分が硅化され、チタンシリサイド膜11が
選択的に形成される。
By heat-treating this at 600'O for 1 hour, the portion of the titanium film 10 that contacts the upper surface of the first polycrystalline silicon layer 4 is silicided, and a titanium silicide film 11 is selectively formed.

以下、未反応のチタン膜11を過酸化水素系のエツチン
グ液で除去すれば、同図O)のようにチタンシリサイド
膜11を上層とし、第1の多結晶シリコン層4を下層と
した2層構造のゲート電極12を有するNチャネルMO
8型トランジスタが完成される。
After that, if the unreacted titanium film 11 is removed using a hydrogen peroxide-based etching solution, a two-layer structure with the titanium silicide film 11 as the upper layer and the first polycrystalline silicon layer 4 as the lower layer is formed as shown in O) in the same figure. N-channel MO with gate electrode 12 of structure
The 8-type transistor is completed.

このようにして形成されたMO8型トランジスタでは、
ゲート電極12としての第1の多結晶シリコン層4の側
面を保護するだめに設けるシリコン酸化物は、第1の多
結晶シリコン層4とは別に成長、エツチングした第2の
多結晶シリコン層9を酸化1〜て形成しているので、第
1の多結晶シリコン層4のJtさを酸化によって短縮さ
せることはなく、所期のゲート長のゲート電極12を高
精度に得ることができる。
In the MO8 type transistor formed in this way,
The silicon oxide provided to protect the side surfaces of the first polycrystalline silicon layer 4 as the gate electrode 12 is formed by a second polycrystalline silicon layer 9 that is grown and etched separately from the first polycrystalline silicon layer 4. Since the first polycrystalline silicon layer 4 is formed by oxidation, the Jt of the first polycrystalline silicon layer 4 is not shortened by oxidation, and the gate electrode 12 having the desired gate length can be obtained with high precision.

また、第2の多結晶シリコン層9を第1の多結晶シリコ
ン層4の側面にのみ残してこれを酸化させているので、
第1の多結晶シリコン層4と、シリコン基板1あるいは
シリコン窒化膜6との間にシリコン酸化膜のくい込みが
生じることはなく、第1の多結晶シリコン層4が湾曲さ
せるようなことは全く生じない。
Furthermore, since the second polycrystalline silicon layer 9 is left only on the side surface of the first polycrystalline silicon layer 4 and is oxidized,
The silicon oxide film does not penetrate between the first polycrystalline silicon layer 4 and the silicon substrate 1 or the silicon nitride film 6, and the first polycrystalline silicon layer 4 does not curve at all. do not have.

なお、高融点金属は前述したチタンの他にモリブデン、
タンタル、タングステンを用いることもできる。
In addition to the above-mentioned titanium, high-melting point metals include molybdenum,
Tantalum and tungsten can also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、第1の多結晶シリコンを
ゲート電極形状に形成した後、この第1の多結晶シリコ
ンの側面にのみ第2の多結晶シリコンを残し、かつこれ
を酸化処理し、その上で第1の多結晶シリコン上に高融
点金属硅化物を形成してゲート電極を構成させているの
で、第1の多結晶シリコンのゲート長を所要の長さに高
精度に制御できると共に、第1の多結晶シリコンの湾曲
等を防止することができ、特性の優れたMO8型トラン
ジスタを製造できる〇
As explained above, in the present invention, after forming the first polycrystalline silicon in the shape of a gate electrode, the second polycrystalline silicon is left only on the side surfaces of the first polycrystalline silicon, and the second polycrystalline silicon is oxidized. Then, a high melting point metal silicide is formed on the first polycrystalline silicon to form the gate electrode, so the gate length of the first polycrystalline silicon can be controlled with high precision to the required length. At the same time, it is possible to prevent the first polycrystalline silicon from bending, etc., and it is possible to manufacture an MO8 type transistor with excellent characteristics.

【図面の簡単な説明】 第1図(A)〜eJ)は本発明方法を製造工程順に説明
するための断面図、第2図囚〜(D)は従来方法の断面
図である。 1・・・・・・P型シリコン基板、4・・・・−・第1
の多結晶シリコン層、5・・・・・・シリコン酸化11
1.6・・・・・・シリコン窒化膜、8・・・・−・ソ
ース・ドレイン領域、9・・・・・・第2の多結晶シリ
コン層、10・・・・・・高融点金属膜(チタン膜)、
11・・・・・・高融点金属硅化物(チタンシリサイド
)、12・・・・・・ゲート電極。 齋
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1(A) to 1eJ) are sectional views for explaining the method of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIGS. 2(A) to 2(D) are sectional views of the conventional method. 1...P-type silicon substrate, 4...--first
polycrystalline silicon layer, 5...silicon oxide 11
1.6... Silicon nitride film, 8... Source/drain region, 9... Second polycrystalline silicon layer, 10... High melting point metal Membrane (titanium membrane),
11... High melting point metal silicide (titanium silicide), 12... Gate electrode. Sai

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、第1の多結晶シリコンをゲート電極形状に形成する
工程と、第2の多結晶シリコンを堆積した後にこれを異
方性エッチングして前記第1の多結晶シリコンの側面に
のみ前記第2の多結晶シリコンを残す工程と、少なくと
も残された第2の多結晶シリコンを酸化してシリコン酸
化物に変える工程と、全面に高融点金属膜を被着しかつ
これを熱処理して前記第1の多結晶シリコン上に金属硅
化物を形成する工程と、未反応の前記金属膜を除去する
工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
1. Forming the first polycrystalline silicon in the shape of a gate electrode, and depositing the second polycrystalline silicon and anisotropically etching it to form the second polycrystalline silicon only on the side surfaces of the first polycrystalline silicon. a step of leaving polycrystalline silicon, a step of oxidizing at least the remaining second polycrystalline silicon to convert it into silicon oxide, and depositing a high melting point metal film on the entire surface and heat-treating it to form the first 1. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the steps of: forming a metal silicide on polycrystalline silicon; and removing unreacted metal film.
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