JPH0458526A - Formation method of polycide element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ゲート電極や配線として使用される際に好適
な、ポリシリコン膜（半導体膜）とメタルシリサイド膜
（金属膜）との多層構造からなるポリサイド素子に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention provides a multilayer structure of a polysilicon film (semiconductor film) and a metal silicide film (metal film), which is suitable for use as a gate electrode or wiring. The present invention relates to a polycide element consisting of.
従来、低抵抗なゲート電極、配線を形成する際に好適な
ものとして、ポリサイド構造が用いられている。このポ
リサイド構造は、−ｇに、Ｎ型又はＰ型の不純物元素が
導入されることにより低抵抗化した多結晶シリコン膜（
半導体膜）と、さらに低抵抗な単体の金属膜又はメタル
シリサイドの金属膜との二層構造を有している。Conventionally, a polycide structure has been used as a material suitable for forming low-resistance gate electrodes and wiring. This polycide structure is a polycrystalline silicon film (
It has a two-layer structure of a semiconductor film) and a low-resistance single metal film or metal silicide metal film.
前記ポリサイド構造を有する素子は、例えば、ＳｉＨ４
ガス等を用いてＣＶＤ法等により多結晶シリコンを半導
体基板の絶縁膜上に成膜し、次いで、前記多結晶シリコ
ン膜にＮ型又はＰ型の不純物、例えば、ｐｏｃｚｚ等を
用いてＰをドーピングして低抵抗化し、この上に、さら
に低抵抗なメタルシリサイド膜をＣＶＤ法等で成膜して
、ポリサイド構造を形成し、その後、所望形状に選択的
にバターニングして形成される。The element having the polycide structure is, for example, SiH4
A film of polycrystalline silicon is formed on an insulating film of a semiconductor substrate by a CVD method using a gas or the like, and then the polycrystalline silicon film is doped with P using an N-type or P-type impurity such as poczz. A metal silicide film with a lower resistance is formed on this film by CVD or the like to form a polycide structure, and then selectively patterned into a desired shape.
しかしながら、このようなポリサイド素子の形成方法に
は、ポリサイド素子が形成された後に行う種々の熱処理
、その他の工程中に、多結晶シリコン膜とメタルシリサ
イド膜との界面において、両者の膜の剥がれが生じ易い
という問題があった。However, in this method of forming polycide elements, peeling of the polycrystalline silicon film and metal silicide film occurs at the interface between the polycrystalline silicon film and the metal silicide film during various heat treatments and other steps performed after the polycide element is formed. There was a problem that it was easy to occur.
そこで、このような界面での剥がれの発生を防止するた
めの従来例として、例えば、特開昭６１−１８１１５０
号、特開昭６３−３７６６５号に開示された従来例が存
在する。Therefore, as a conventional example for preventing the occurrence of peeling at such an interface, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-181150
There is a conventional example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-37665.
前者の従来例は、基板上に被覆した金属シリサイド膜に
予め設定したドーズ量のイオンを、設定したエネルギー
で注入し、金属シリイド膜の引張応力を減少させること
により膜の密着性を向上するものであり、後者の従来例
は、ポリシリコン膜と金属シリサイド膜との間に高純度
のポリシリコン膜を形成して接合面での接着力を強（し
、剥離の減少を図ることを内容とするものである。In the former conventional example, ions are implanted at a preset dose into a metal silicide film coated on a substrate at a set energy level, thereby reducing the tensile stress of the metal silicide film and improving the adhesion of the film. In the latter conventional example, a high-purity polysilicon film is formed between a polysilicon film and a metal silicide film to strengthen the adhesion at the bonding surface (and reduce peeling). It is something to do.
前記側がれの原因の一つとして、前各従来例において配
慮がない、多結晶シリコン膜とメタルシリサイド膜との
界面に発生する酸化膜が挙げられる。この酸化膜は、両
者の界面における密着性を低下させるため、剥がれの原
因となる。この酸化膜は、ポリシリコンの自然酸化によ
って簡単、且つ常時発生し易いものであり、また、熱処
理によって著しく成長する。従って、この酸化膜を極力
低減しないかぎり、接合面での剥がれを防止することは
困難である。One of the causes of the side sagging is an oxide film generated at the interface between the polycrystalline silicon film and the metal silicide film, which was not considered in the previous examples. This oxide film reduces adhesion at the interface between the two, causing peeling. This oxide film is easily and constantly generated by natural oxidation of polysilicon, and also grows significantly by heat treatment. Therefore, unless this oxide film is reduced as much as possible, it is difficult to prevent peeling at the bonding surface.
そこで、ポリシリコン膜形成後、メタルシリサイド膜形
成前にこの自然酸化膜を除去する方法熱処理温度を８０
０°Ｃ以下に制限する方法等が採られている。Therefore, after forming the polysilicon film and before forming the metal silicide film, there is a method for removing this natural oxide film by increasing the heat treatment temperature to 80°C.
Measures are being taken to limit the temperature to below 0°C.
しかしながら、前者の方法では自然酸化膜を除去するた
めの工程を新たに付加することが必要となる。しかも、
この工程の最中にも新たな自然酸化膜が簡単、且つ直ち
に発生する震れもある。However, the former method requires the addition of a new process for removing the native oxide film. Moreover,
During this process, a new natural oxide film is easily and immediately generated, causing some tremors.
また、後者の方法では、熱処理温度を低下するだけでは
酸化膜を完全に除去することが困難である。Furthermore, in the latter method, it is difficult to completely remove the oxide film simply by lowering the heat treatment temperature.
そこで、この発明は、このような課題を解決するために
、酸化膜を除去するための工程を付加することなく、ポ
リシリコン膜とメタルシリサイド膜との界面で自然酸化
膜の発生を防止し、両者の接着力を向上したポリサイド
素子の形成方法を提供することを目的とするものである
。Therefore, in order to solve this problem, the present invention prevents the formation of a natural oxide film at the interface between the polysilicon film and the metal silicide film without adding a process for removing the oxide film, and It is an object of the present invention to provide a method for forming a polycide element with improved adhesive strength between the two.
（課題を解決するための手段〕
この目的を達成するために本発明は、ポリシリコン膜を
形成する工程と、シリサイド膜を形成する工程とを有し
、前記ポリシリコン膜と前記シリサイド膜との多層構造
を有するポリサイド素子の形成方法において、前記ポリ
シリコン膜及び／又は前記シリサイド膜に希土類元素を
導入する工程を有するポリサイド素子の形成方法である
ことを特徴とするものである。(Means for Solving the Problem) In order to achieve this object, the present invention includes a step of forming a polysilicon film and a step of forming a silicide film, and includes a step of forming a polysilicon film and a silicide film. A method for forming a polycide element having a multilayer structure is characterized in that the method includes a step of introducing a rare earth element into the polysilicon film and/or the silicide film.
この発明に係わるポリサイド素子の形成方法によれば、
ポリシリコン膜及び／又は前記ポリシリコン膜上に形成
したシリサイド膜に希土類元素を導入することで、当該
ポリシリコン膜とシリサイド膜との界面に発生する自然
酸化膜を還元することができる。即ち、希土類元素は酸
素との親和力が非常に強いため、自然酸化膜（ＳｉＯ□
）の酸素元素と結合して前記ポリシリコン膜及び／又は
シリサイド膜中を拡散し、希土類金属酸化物となる。こ
の結果、前記ポリシリコン膜とシリサイド膜との界面の
自然酸化膜を直ちに還元して界面の密着性を向上するこ
とができ、両者の剥がれを防止することができる。According to the method for forming a polycide element according to the present invention,
By introducing a rare earth element into a polysilicon film and/or a silicide film formed on the polysilicon film, a natural oxide film generated at the interface between the polysilicon film and the silicide film can be reduced. In other words, rare earth elements have a very strong affinity with oxygen, so they form a natural oxide film (SiO□
) and diffuses into the polysilicon film and/or silicide film to become a rare earth metal oxide. As a result, the natural oxide film at the interface between the polysilicon film and the silicide film can be immediately reduced, the adhesion of the interface can be improved, and peeling of both can be prevented.
次に本発明の一実施例について、図面に基づいて説明す
る。Next, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
第１図は、ポリサイドゲート電極の製造工程を示す工程
断面図である。FIG. 1 is a process sectional view showing the manufacturing process of a polycide gate electrode.
第１図（１）の工程では、ウェハ１上にＣＶＤ法により
ゲート酸化膜２を形成する。その後、Ｓ Ｉ Ｈ４を用
いてＣＶＤ法（６２０°Ｃ）で多結晶シリコン膜３を２
０００人の厚さに成膜する。In the step shown in FIG. 1(1), a gate oxide film 2 is formed on a wafer 1 by the CVD method. Thereafter, the polycrystalline silicon film 3 is formed by CVD (620°C) using S I H4.
The film is deposited to a thickness of 1,000 people.
次に第１図（２）の工程では、第１図（１）の工程で得
た多結晶シリコン膜３の全面に不純物としてＰをドーピ
ングして低抵抗化した多結晶シリコン膜３を形成する。Next, in the step shown in FIG. 1 (2), the entire surface of the polycrystalline silicon film 3 obtained in the step shown in FIG. 1 (1) is doped with P as an impurity to form a polycrystalline silicon film 3 with a lower resistance. .
次いで、第１図（３）の工程では、第１図（２）の工程
で得たＰがドープされた多結晶シリコン膜３上に希土類
元素であるＣｅを０．０１重量％含むＷＳｉ膜４をスパ
ッタリング法で２０００人の厚さに成膜する。その後、
８００℃で２０分間熱処理を行う。この熱処理を利用し
て、第１図（３）の工程で成膜したＷＳｉ膜４を低抵抗
化する。Next, in the step of FIG. 1(3), a WSi film 4 containing 0.01% by weight of Ce, a rare earth element, is formed on the P-doped polycrystalline silicon film 3 obtained in the step of FIG. 1(2). A film with a thickness of 2000 mm is formed using a sputtering method. after that,
Heat treatment is performed at 800° C. for 20 minutes. Using this heat treatment, the resistance of the WSi film 4 formed in the process shown in FIG. 1 (3) is reduced.
この熱処理の際、前記Ｃｅは酸素との親和力が非常に強
いので、Ｐドープ多結晶シリコン膜３とＷＳｉ膜４との
界面に存在する自然酸化Ｗ（Ｓｉ０２）を還元する。還
元で生じた酸素は、ＷＳｉＳｉ中に拡散し希土類金属酸
化物となる。この結果、Ｐドープ多結晶シリコン膜３と
ＷＳｉ膜４との密着性を向上することができる。During this heat treatment, since Ce has a very strong affinity for oxygen, it reduces naturally oxidized W (Si02) present at the interface between the P-doped polycrystalline silicon film 3 and the WSi film 4. Oxygen generated by reduction diffuses into WSiSi and becomes a rare earth metal oxide. As a result, the adhesion between the P-doped polycrystalline silicon film 3 and the WSi film 4 can be improved.
次に、第１図（４）の工程では、第１図（３）の工程で
得たウェハ１を選択的にバターニングし、パターニング
領域以外をエツチング除去して、所望の形状のゲート電
極を得た。Next, in the step shown in FIG. 1 (4), the wafer 1 obtained in the step shown in FIG. Obtained.
その後、ソース・ドレインを形成することで、ＭＯＳＦ
ＥＴを製造することができる。After that, by forming the source and drain, the MOSF
ET can be manufactured.
以上のように、界面に生じた酸化膜を除去する工程を経
なくても、多結晶シリコン膜とメタルシリサイド膜との
界面での剥がれが非常に少ない良好なポリサイドゲート
電極を得た。As described above, a good polycide gate electrode with very little peeling at the interface between the polycrystalline silicon film and the metal silicide film was obtained without going through the step of removing the oxide film formed at the interface.
次に、本発明に係るポリサイドゲート電極（発明品）及
び従来の製造方法（希土類元素を導入しない以外は第１
図と同じ条件）で得たポリサイドゲート電極（従来品）
について、多結晶シリコン膜とメタルシリサイド膜との
界面での剥がれの状態を顕微鏡を用いて観察した。この
結果を第１表に示す。Next, we will discuss the polycide gate electrode according to the present invention (invention product) and the conventional manufacturing method (first method except that rare earth elements are not introduced).
Polycide gate electrode (conventional product) obtained under the same conditions as in the figure)
The state of peeling at the interface between the polycrystalline silicon film and the metal silicide film was observed using a microscope. The results are shown in Table 1.
第１表
発明品は従来品に比べ、剥がれ発生率が大幅に低下して
いた。The invention products shown in Table 1 had a significantly lower rate of peeling than the conventional products.
本実施例では、ポリサイドゲート電極の形成方法につい
て説明したが、ポリサイド配線等の形成方法に用いても
同様の効果が得られる。In this embodiment, a method for forming a polycide gate electrode has been described, but similar effects can be obtained by using a method for forming a polycide wiring or the like.
なお、本実施例では、第１図（１）の工程で、多結晶シ
リコン膜３を成膜したが１．この代わりにアモルファス
構造のシリコン膜を成膜しても良い。このアモルファス
構造のシリコン膜を成膜することで、第１図（３）の工
程で行う熱処理の際、アモルファス構造のシリコン膜が
多結晶化し、体積収縮を起こす。このため、ＷＳｉ膜の
体積収縮を相殺し、多結晶シリコン膜とＷＳｉ膜との界
面に歪みが生じることを防ぎ、両者の接着をより強化す
ることができる。In this example, the polycrystalline silicon film 3 was formed in the step shown in FIG. 1 (1). Instead, a silicon film having an amorphous structure may be formed. By forming a silicon film having this amorphous structure, the silicon film having an amorphous structure becomes polycrystalline during the heat treatment performed in the step (3) of FIG. 1, causing volumetric contraction. Therefore, the volumetric shrinkage of the WSi film can be offset, distortion can be prevented from occurring at the interface between the polycrystalline silicon film and the WSi film, and the adhesion between the two can be further strengthened.
また、本実施例では、ポリシリコン膜及び／又はメタル
シリサイド膜への希土類元素の導入方法として、予めメ
タルシリサイド膜にＣｅを含有させたが、ポリシリコン
膜の方に予めＣｅを含有させても良い。また、ポリシリ
コン膜及びメタルシリサイド膜の両方にＣｅを含有させ
ても良い。Furthermore, in this example, as a method of introducing rare earth elements into the polysilicon film and/or the metal silicide film, the metal silicide film was made to contain Ce in advance, but it is also possible to make the polysilicon film contain Ce in advance. good. Furthermore, both the polysilicon film and the metal silicide film may contain Ce.
そして、本実施例では、第１図（３）の工程で、Ｃｅを
０．０１重量％含ませたＷＳｉ膜４を成膜したが、Ｃｅ
の含有量は、メタルシリサイド膜に対して０゜００２〜
０．０５重量％の範囲内で変更することができる。In this example, the WSi film 4 containing 0.01% by weight of Ce was formed in the process shown in FIG. 1 (3).
The content of is from 0°002 to the metal silicide film.
It can be changed within a range of 0.05% by weight.
また、本実施例では、第１図（３）の工程でＣｅを含む
ＷＳｉ膜を形成したが、この代わりに希土類元素を含ま
ないＷＳｉ膜を本実施例と同じ方法でＰがドープされた
多結晶シリコン膜３上に成膜し、その後、Ｃｅを当該Ｗ
Ｓｉ膜及び／又はＰがドープされた多結晶シリコンＭ３
にイオン注入しても良い。In this example, a WSi film containing Ce was formed in the process shown in FIG. A film is formed on the crystalline silicon film 3, and then Ce is deposited on the W.
Si film and/or P-doped polycrystalline silicon M3
Ion implantation may also be performed.
なお、本実施例では、半導体としてシリコンを用いたが
、ゲルマニウム等の他の半導体を用いても良い。Note that although silicon is used as the semiconductor in this embodiment, other semiconductors such as germanium may also be used.
そして、メタルシリサイド膜としてＷＳｉを用いたが、
この他、ＭｏＳｉ、ＴｉＳｉ等を用いても良い。また、
金属膜を成膜しても良い。この金属としては、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｗ等を用いることができる。Although WSi was used as the metal silicide film,
In addition, MoSi, TiSi, etc. may be used. Also,
A metal film may also be formed. This metal includes Mo, T
i, W, etc. can be used.
また、希土類元素としてＣｅを用いたが、Ｌａ。In addition, although Ce was used as the rare earth element, La.
Ｎｄ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド（原子番号５７〜７
１）等を用いても良く、また、２種以上を同時に用いて
も良い。そして、ポリシリコン膜及び／又は前記シリサ
イド膜に導入する量は、０．００２〜０．０５重量％と
することが望ましい。Nd, Sc, Y, and lanthanoids (atomic numbers 57-7
1) etc. may be used, or two or more types may be used simultaneously. The amount introduced into the polysilicon film and/or the silicide film is preferably 0.002 to 0.05% by weight.
そして、多結晶シリコン膜に導入する不純物としてＰを
用いたがＢ、Ａｓ等、他のＮ型又はＰ型不純物を用いて
も良い。Although P was used as the impurity introduced into the polycrystalline silicon film, other N-type or P-type impurities such as B and As may be used.
以上説明したように本発明に係わるポリサイド素子の形
成方法によれば、ポリシリコン膜及び／又はシリサイド
膜に希土類元素を導入することで、前記希土類元素の還
元性により、当該ポリシリコン膜とシリサイド膜との界
面に存在する自然酸化膜を還元することができる。この
結果、界面に発生した酸化物を除去するための工程を経
なくても、前記ポリシリコン膜とシリサイド膜との密着
性が向上し、両者の界面での剥がれのないポリサイド素
子を簡単に擢供できる。従って、信顛性の高いポリサイ
ド素子の形成方法を焚供することができる。As explained above, according to the method for forming a polycide element according to the present invention, by introducing a rare earth element into a polysilicon film and/or a silicide film, the polysilicon film and the silicide film are It is possible to reduce the natural oxide film existing at the interface with. As a result, the adhesion between the polysilicon film and the silicide film is improved without going through a step to remove oxides generated at the interface, and a polycide element that does not peel off at the interface between the two can be easily used. I can provide it. Therefore, a highly reliable method for forming polycide elements can be provided.
第１図は、本発明の一実施例に係るポリサイドゲート電
極の製造工程の断面図を示す。
図中、３は多結晶シリコン膜及びＰドープ多結晶シリコ
ン膜、４はＣｅを含むＷＳｉ膜を示す。FIG. 1 shows a cross-sectional view of the manufacturing process of a polycide gate electrode according to an embodiment of the present invention. In the figure, 3 indicates a polycrystalline silicon film and a P-doped polycrystalline silicon film, and 4 indicates a WSi film containing Ce.
Claims (1)
を形成する工程とを有し、前記ポリシリコン膜と前記シ
リサイド膜との多層構造を有するポリサイド素子の形成
方法において、前記ポリシリコン膜及び／又は前記シリ
サイド膜に希土類元素を導入する工程を有することを特
徴とするポリサイド素子の形成方法。(1) A method for forming a polycide element having a multilayer structure of the polysilicon film and the silicide film, which includes a step of forming a polysilicon film and a step of forming a silicide film. Alternatively, a method for forming a polycide element, comprising the step of introducing a rare earth element into the silicide film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17113190A JPH0458526A (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Formation method of polycide element |
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| JPH0458526A true JPH0458526A (en) | 1992-02-25 |
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| JP17113190A Pending JPH0458526A (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Formation method of polycide element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0458526A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100342825B1 (en) * | 1995-08-22 | 2002-11-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Tungsten silicide layer formation method of semiconductor device |
| JP2007053279A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Elpida Memory Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP17113190A patent/JPH0458526A/en active Pending
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| JP2007053279A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Elpida Memory Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
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