JPS63153860A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
高融点金属層を多結晶シリコン層に固相反応させるポリ
サイド層の形成において、
多結晶シリコン層の中間に高濃度の燐注入層を設けるこ
とにより、
金属シリサイド化する領域の安定化を図ったものである
。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In forming a polycide layer in which a high melting point metal layer is subjected to a solid phase reaction with a polycrystalline silicon layer, metal silicide is formed by providing a high concentration phosphorus implantation layer in the middle of the polycrystalline silicon layer. This is aimed at stabilizing the area that is subject to change.
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、高融点
金属層を多結晶シリコン層に固相反応させるポリサイド
層の形成方法に関す。The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of forming a polycide layer in which a high melting point metal layer is subjected to a solid phase reaction with a polycrystalline silicon layer.
ポリサイド層は、多結晶シリコン層とその上の金属シリ
サイド層とからなる二層構成の導電層であり、例えば、
セルフアライメントによりソース・ドレイン領域を形成
するMis型半導体装置のゲート電極に用いられ、従来
用いられていた多結晶シリコン層のみの場合より低抵抗
である特徴を有する。The polycide layer is a two-layer conductive layer consisting of a polycrystalline silicon layer and a metal silicide layer thereon.
It is used for the gate electrode of a Mis-type semiconductor device in which source and drain regions are formed by self-alignment, and has a feature of lower resistance than the conventionally used case of using only a polycrystalline silicon layer.
そして上記ゲート電極に用いる場合には、下層となる多
結晶シリコン層を確実に保有することが重要である。When used as the gate electrode, it is important to reliably maintain the underlying polycrystalline silicon layer.
第2図はゲート電極とするポリサイド層を固相反応によ
り形成する従来方法例の工程順側面図(a)〜(d+で
ある。FIG. 2 is a step-by-step side view (a) to (d+) of an example of a conventional method for forming a polycide layer to serve as a gate electrode by solid phase reaction.
同図において、先ず〔図(al参照〕、表面にゲート絶
縁膜1aを有する基板l上に、CVD (化学気相成長
)により燐(P)をドープした厚さ約0.4μmの多結
晶シリコン層2を形成する。In the figure, first of all, [see figure (al)] polycrystalline silicon with a thickness of about 0.4 μm doped with phosphorus (P) by CVD (chemical vapor deposition) is placed on a substrate l having a gate insulating film 1a on its surface. Form layer 2.
次いで〔図(bl参照〕、スパッタにより多結晶シリコ
ン層2上に厚さ約0.1μmのチタン(Ti)からなる
高融点金属層3を形成する。Next, as shown in the figure (bl), a refractory metal layer 3 made of titanium (Ti) having a thickness of approximately 0.1 μm is formed on the polycrystalline silicon layer 2 by sputtering.
次いで〔図(C)参照〕、約700℃の熱処理により高
融点金属層3を多結晶シリコン層2と固相反応させて金
属シリサイド層4を形成する。その際の熱処理は、固相
反応がゲート絶縁1*laに達する前に止めて多結晶シ
リコン層2が残るようにする。Next [see Figure (C)], the high melting point metal layer 3 is subjected to a solid phase reaction with the polycrystalline silicon layer 2 by heat treatment at about 700° C. to form a metal silicide layer 4. The heat treatment at this time is stopped before the solid phase reaction reaches the gate insulation 1*la so that the polycrystalline silicon layer 2 remains.
かくして多結晶シリコン層2と金属シリサイド層4とに
より二層構成をなすポリサイド層5を完成する。In this way, a polycide layer 5 having a two-layer structure made up of the polycrystalline silicon layer 2 and the metal silicide layer 4 is completed.
この後はC図(d)参照〕、ポリサイド層5およびゲー
ト絶縁膜1aをパターニングしてポリサイドゲート電極
6を形成し、これをマスクにしてソース・ドレイン領域
7の形成がなされる。After this, see Figure C (d)], polycide layer 5 and gate insulating film 1a are patterned to form polycide gate electrode 6, and using this as a mask, source/drain regions 7 are formed.
上記従来方法において、ポリサイド層5を形成する上記
の固相反応は、ゲート絶縁膜1aの方向に進む進行が現
実的には一様にならずして、第3図に示す如く反応の先
端がゲート絶縁膜1aに達してゲート耐圧を低下させる
場合がある。また、これを恐れて熱処理の度合を抑える
と、十分な金属シリサイド層4の形成がなされなくなる
。従ってこの固相反応は、熱処理の制御が極めて微妙に
なり、量産時の安定性に欠ける問題がある。In the conventional method, the solid phase reaction for forming the polycide layer 5 does not progress uniformly in the direction of the gate insulating film 1a, and as shown in FIG. It may reach the gate insulating film 1a and lower the gate breakdown voltage. Moreover, if the degree of heat treatment is suppressed for fear of this, sufficient metal silicide layer 4 will not be formed. Therefore, in this solid-phase reaction, the control of heat treatment is extremely delicate, and there is a problem that stability is lacking during mass production.
上記問題点は、基板上にノンドープの第一の多結晶シリ
コン層を形成して該第一の多結晶シリコン層の表面層に
燐を高濃度に注入する工程と、該表面層表面に接するノ
ンドープの第二の多結晶シリコン層を形成する工程と、
該第二の多結晶シリコン層表面に接する高融点金属層を
形成して該高融点金属層を該第二の多結晶シリコン層と
固相反応させる工程とを含んでポリサイド層を形成する
本発明の製造方法によって解決される。The above problem lies in the process of forming a non-doped first polycrystalline silicon layer on a substrate and implanting phosphorus at a high concentration into the surface layer of the first polycrystalline silicon layer, and forming a second polycrystalline silicon layer;
The present invention forms a polycide layer including the step of forming a high melting point metal layer in contact with the surface of the second polycrystalline silicon layer and causing a solid phase reaction between the high melting point metal layer and the second polycrystalline silicon layer. The problem is solved by the manufacturing method.
多結晶シリコン層に対する高融点金属の固相反応は、燐
の注入された領域に出会うと進行が妨げられ、燐濃度が
高い程強く阻止される。The solid-state reaction of the refractory metal to the polycrystalline silicon layer is inhibited when it encounters a phosphorus-implanted region, and is more strongly inhibited as the phosphorus concentration increases.
従って上記ポリサイド層を形成する際の固相反応は、上
記表面層に達するとそこで進行が阻止されて上記第一の
多結晶シリコン層を一様に残すことになり、金属シリサ
イド化する領域が安定化する。Therefore, when the solid phase reaction to form the polycide layer reaches the surface layer, its progress is stopped, leaving the first polycrystalline silicon layer uniformly, and the region to be converted into metal silicide becomes stable. become
このため形成されるポリサイド層は、固相反応の熱処理
に微妙な制御を要せずして、十分な金属シリサイド層を
確保しながら下層となる多結晶シリコン層を確実に保有
したものとなる。For this reason, the formed polycide layer reliably retains the underlying polycrystalline silicon layer while ensuring a sufficient metal silicide layer without requiring delicate control of the solid-phase reaction heat treatment.
以下本発明方法の実施例について第1図の工程順側面図
(a)〜(d)により説明する。全図を通じ同一符号は
同一対象物を示す。Examples of the method of the present invention will be described below with reference to step-by-step side views (a) to (d) of FIG. The same reference numerals indicate the same objects throughout the figures.
第1図に示す実施例は、第2図に示す従来方法例に対応
する場合のものである。The embodiment shown in FIG. 1 corresponds to the conventional method example shown in FIG.
即ち、第1図において、先ず〔図(al参照〕、表面に
ゲート絶縁膜1aを有する基板l上に、CVDによりノ
ンドープで厚さ約0.2μmの多結晶シリコン層2a
(前記の第一の多結晶シリコン層)を形成し、その表面
部分に燐をドーズ量的1015/cnlにイオン注入し
て燐注入層2b (前記の表面層)を形成する。That is, in FIG. 1, first of all, a non-doped polycrystalline silicon layer 2a having a thickness of about 0.2 μm is formed by CVD on a substrate l having a gate insulating film 1a on its surface.
(the above-mentioned first polycrystalline silicon layer) is formed, and phosphorus is ion-implanted into the surface portion at a dose of 1015/cnl to form the phosphorus-implanted layer 2b (the above-mentioned surface layer).
次いで(図(b)参照) 、CVDCよりノンドープで
厚さ約0.2μmの多結晶シリコン層2c (前記の第
二の多結晶シリコン層)を形成し、その後、スパッタに
より厚さ約0,1μmのチタンからなる高融点金属層3
を形成する。Next (see Figure (b)), a non-doped polycrystalline silicon layer 2c (the above-mentioned second polycrystalline silicon layer) with a thickness of about 0.2 μm is formed by CVDC, and then a polycrystalline silicon layer 2c with a thickness of about 0.1 μm is formed by sputtering. High melting point metal layer 3 made of titanium
form.
次いで〔図(C1参照〕、約700℃の熱処理により高
融点金属層3を多結晶シリコンff12cと固相反応さ
せ、両者が一体となった金属シリサイド層4を形成する
。ここで一応のポリサイド層5が形成されるが、燐注入
層2bを伴う多結晶シリコン層2aは燐が十分に拡散さ
れた状態になっていない。Next, as shown in FIG. However, phosphorus is not sufficiently diffused in the polycrystalline silicon layer 2a with the phosphorus injection layer 2b.
この際の固相反応は、燐注入層2bに向けて進むが、燐
濃度の高い燐注入層2bに出会うと進行が阻止されるの
で、多結晶シリコン層2C内での進行が不揃いであって
も多結晶シリコン層2aを一様に残す。然もこの熱処理
には、従来方法例の場合の如き微妙な制御を必要としな
い。At this time, the solid phase reaction progresses toward the phosphorus injection layer 2b, but when it encounters the phosphorus injection layer 2b with a high phosphorus concentration, the progress is blocked, so the progress within the polycrystalline silicon layer 2C is uneven. Also, the polycrystalline silicon layer 2a is left uniformly. However, this heat treatment does not require delicate control as in conventional methods.
次いで〔図(d)参照〕、ポリサイド層5およびゲート
絶縁膜1aをパターニングして、多結晶シリコン層2a
が不完全な状態でのポリサイドゲート電極6を形成し、
これをマスクにしてソース・ドレイン領域7を形成する
。ソース・ドレイン領域7の形成の際に活性化の熱処理
が行われるので、その熱処理により、多結晶シリコンN
2aは、燐注入層2bの燐が十分に拡散されて第2図(
C)図示に相当する多結晶シリコン層2となり、完成さ
れたポリサイド層5からなるポリサイドゲート電極6が
形成される。Next [see figure (d)], the polycide layer 5 and the gate insulating film 1a are patterned to form a polycrystalline silicon layer 2a.
forming a polycide gate electrode 6 in an incomplete state;
Using this as a mask, source/drain regions 7 are formed. Since activation heat treatment is performed when forming source/drain regions 7, polycrystalline silicon N
2a shows that the phosphorus in the phosphorus injection layer 2b is sufficiently diffused as shown in FIG.
C) A polycrystalline silicon layer 2 corresponding to that shown in the figure is formed, and a polycide gate electrode 6 made of a completed polycide layer 5 is formed.
なお、ソース・ドレイン領域7の形成に先立ち、別途の
熱処理により多結晶シリコン層2aに対する上記の燐拡
散を単独に行っても良い。Note that, prior to the formation of the source/drain regions 7, the above-described phosphorus diffusion into the polycrystalline silicon layer 2a may be performed independently by a separate heat treatment.
か(形成されたポリサイドゲート電極6は、金属シリサ
イド層4が十分に確保され然もゲート絶縁膜1aに達す
ることがないので、低抵抗の特徴を発揮しながらゲート
耐圧を低下させることがない。(Since the formed polycide gate electrode 6 has a sufficient amount of metal silicide layer 4 and does not reach the gate insulating film 1a, it exhibits the characteristic of low resistance without reducing the gate withstand voltage. .
そしてその形成の固相反応は、熱処理に従来方法例の場
合の如き微妙な制御を必要としないので、量産時におい
ても安定している。The solid phase reaction of its formation does not require delicate control of heat treatment as in conventional methods, and is therefore stable even during mass production.
なお上記実施例では、高融点金属層3の材料をチタンに
したが、多結晶シリコン層2cとの固相反応により金属
シリサイド層4を形成する高融点金属ならば他のもの例
えばジルコニウム(Zr)などであっても良い。In the above embodiment, titanium was used as the material for the high melting point metal layer 3, but other high melting point metals, such as zirconium (Zr), which form the metal silicide layer 4 through a solid phase reaction with the polycrystalline silicon layer 2c, may be used. etc. may be used.
以上説明したように本発明の構成によれば、高融点金属
層を多結晶シリコン層に固相反応させるポリサイド層の
形成において、金属シリサイド化する領域の安定化を図
ることが出来て、例えば、ポリサイドゲート電極を用い
たMIS型半導体装置の安定した量産製造を可能にさせ
る効果がある。As explained above, according to the configuration of the present invention, in forming a polycide layer in which a high melting point metal layer is subjected to a solid phase reaction with a polycrystalline silicon layer, it is possible to stabilize the region to be metal silicided, and for example, This has the effect of enabling stable mass production of MIS type semiconductor devices using polycide gate electrodes.
第1図は本発明方法実施例の工程順側面図、第2図は従
来方法例の工程順側面図、
第3図は従来方法例の問題点説明図、
である。
図において、
■は基板、
1aはゲート絶縁膜、
2は燐ドープ多結晶シリコン層、
2a、 2cはノンドープ多結晶シリコン層、2bは燐
注入層、
3は高融点金属層、
4は金属シリサイド層、
5はポリサイド層、
6はポリサイドゲート電極、
7はソース・ドレイン領域、
である。
本光明方潰実が例の
工程p1勇刷・1面図
# 1 因
!#一方j六例の
工程ト1厚1しe1mコ[シフ
ロ 2 図
#3図FIG. 1 is a step-by-step side view of an embodiment of the method of the present invention, FIG. 2 is a step-by-step side view of a conventional method, and FIG. 3 is a diagram illustrating problems in the conventional method. In the figure, ① is a substrate, 1a is a gate insulating film, 2 is a phosphorous-doped polycrystalline silicon layer, 2a and 2c are non-doped polycrystalline silicon layers, 2b is a phosphorous injection layer, 3 is a high melting point metal layer, 4 is a metal silicide layer , 5 is a polycide layer, 6 is a polycide gate electrode, and 7 is a source/drain region. Honko Akiho crush fruit is an example of the process p1 printing/1 page drawing # 1 Cause! # On the other hand, the process of 6 cases, 1 thickness, 1 m, [Shiflo 2 Figure # 3 Figure
Claims (1)
て該第一の多結晶シリコン層の表面層に燐を高濃度に注
入する工程と、該表面層表面に接するノンドープの第二
の多結晶シリコン層を形成する工程と、該第二の多結晶
シリコン層表面に接する高融点金属層を形成して該高融
点金属層を該第二の多結晶シリコン層と固相反応させる
工程とを含んでポリサイド層を形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。a step of forming a first non-doped polycrystalline silicon layer on a substrate and implanting phosphorus at a high concentration into the surface layer of the first polycrystalline silicon layer; and a second non-doped polycrystalline silicon layer in contact with the surface layer. a step of forming a crystalline silicon layer; and a step of forming a high melting point metal layer in contact with the surface of the second polycrystalline silicon layer and causing a solid phase reaction between the high melting point metal layer and the second polycrystalline silicon layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a polycide layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30213986A JPS63153860A (en) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP30213986A JPS63153860A (en) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
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JPS63153860A true JPS63153860A (en) | 1988-06-27 |
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ID=17905376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP30213986A Pending JPS63153860A (en) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS63153860A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH045824A (en) * | 1990-04-23 | 1992-01-09 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacture |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP30213986A patent/JPS63153860A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH045824A (en) * | 1990-04-23 | 1992-01-09 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacture |
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