JPH0824112B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH0824112B2
JPH0824112B2 JP5027062A JP2706293A JPH0824112B2 JP H0824112 B2 JPH0824112 B2 JP H0824112B2 JP 5027062 A JP5027062 A JP 5027062A JP 2706293 A JP2706293 A JP 2706293A JP H0824112 B2 JPH0824112 B2 JP H0824112B2
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silicide
film
titanium
titanium silicide
layer
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直治 西尾
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高速かつ高密度に形成さ
れた半導体装置およびその製造方法に係わり、とくにS
i基板上に形成された金属シリサイド層を有する半導体
装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device formed at high speed and high density and a method for manufacturing the same, and more particularly to S
The present invention relates to a semiconductor device having a metal silicide layer formed on an i substrate and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタンシリサイドは高融点金属シリサイ
ドの中でも比抵抗が小さいことが知られている。このた
めチタンシリサイドは半導体デバイスに標準的に使用さ
れる。しかし、チタンシリサイド形成時、あるいは形成
後の800度以上の熱処理によって凝集を生じて膜状で
あったものが部分的に塊状となり、これによりチタンシ
リサイド層が高抵抗化する欠点が知られている。このた
め、半導体デバイスを形成する過程での適用可能な種々
の条件範囲が狭くなっていた。この欠点は、金属シリサ
イドを半導体に適用する場合には共通のものである。こ
の欠点を克服するための手段としての従来技術を図面を
使って説明する。
2. Description of the Related Art Titanium silicide is known to have a small specific resistance among refractory metal silicides. For this reason, titanium silicide is typically used in semiconductor devices. However, it is known that when a titanium silicide is formed or by a heat treatment at 800 ° C. or more after the formation, the film-like ones are agglomerated and partially become agglomerates, whereby the titanium silicide layer has a high resistance. . Therefore, various applicable condition ranges have been narrowed in the process of forming a semiconductor device. This drawback is common when applying metal silicide to semiconductors. A conventional technique as a means for overcoming this drawback will be described with reference to the drawings.

【0003】図5は従来技術の一例を示す工程断面図で
ある。選択酸化法により所定の位置に形成されたフィー
ルド酸化膜6を有したシリコン基板1に熱酸化法により
ゲート酸化膜2を形成する。つぎに減圧CVD法により
ポリシリコンを堆積し、POCl3 中で熱処理を行い、
導電性ポリシリコン4を形成する。次にスパッタ法によ
りチタンシリサイド5を形成する。さらにフォトリソグ
ラフィー、ドライエッチング法によりパターンニングを
施して導電性ポリシリコン4とチタンシリサイド5の複
合構造のチタンシリサイド配線を形成する。次にトラン
ジスタのソース、ドレインを形成した後、層間絶縁膜9
を堆積する。次に水素を構成元素として持つガスとして
水素、酸素の混合雰囲気である、いわゆるパイロ雰囲気
で熱処理を施し、ゲート配線の低抵抗化とソース・ドレ
インの活性化を行う。
FIG. 5 is a process sectional view showing an example of a conventional technique. A gate oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1 having a field oxide film 6 formed at a predetermined position by a selective oxidation method by a thermal oxidation method. Next, polysilicon is deposited by the low pressure CVD method, and heat treatment is performed in POCl 3 ,
Conductive polysilicon 4 is formed. Next, titanium silicide 5 is formed by the sputtering method. Further, patterning is performed by photolithography and dry etching to form a titanium silicide wiring having a composite structure of conductive polysilicon 4 and titanium silicide 5. Next, after forming the source and drain of the transistor, the interlayer insulating film 9
Is deposited. Next, as a gas having hydrogen as a constituent element, heat treatment is performed in a so-called pyro atmosphere, which is a mixed atmosphere of hydrogen and oxygen, to lower the resistance of the gate wiring and activate the source / drain.

【0004】このように、水素を成分元素としてもつガ
ス雰囲気中で熱処理を施すことにより高融点金属シリサ
イドの凝集を抑えようとするものでこの技術は特開平2
−290018号公報に開示されている。しかし、この
方法ではシリサイド層の設計ルールが1μm以下に微細
化した場合には充分な効果を得ることができない。
As described above, the heat treatment is carried out in a gas atmosphere containing hydrogen as a component element to suppress the aggregation of the refractory metal silicide.
It is disclosed in Japanese Patent No. 290018. However, this method cannot obtain a sufficient effect when the design rule of the silicide layer is reduced to 1 μm or less.

【0005】図6は従来技術の他の例を示す工程断面図
である。フィールド酸化膜6に囲まれたシリコン基板1
の活性領域にソース,ドレインとなる拡散層5、ゲート
酸化膜2上にゲート多結晶シリコン3、その側面にLD
Dサイドウォール4を形成し、全面上にチタンを堆積さ
せて、所定厚さのチタン膜を形成した後に、真空中ある
いは酸化反応を生じない雰囲気中において熱処理を行い
チタンシリサイド膜8を形成する。その後、酸素雰囲気
中において、600℃以上1000℃以下の温度で所定
時間熱処理を行い、チタンシリサイド膜8の表面にチタ
ン酸化膜11を形成することによりチタンシリサイドの
凝集を抑えようとするもので、この技術は特開平3−4
6323号公報に開示されている。しかし、この方法で
は、半導体装置の微細化により拡散層が浅くなり、チタ
ンシリサイド層が薄くする必要が生じた場合に、酸化処
理の条件がきびしくなるという問題点を有する。
FIG. 6 is a process sectional view showing another example of the prior art. Silicon substrate 1 surrounded by field oxide film 6
Source / drain diffusion layer 5 in the active region, gate polycrystalline silicon 3 on the gate oxide film 2, and LD on the side surface thereof.
After forming the D sidewall 4 and depositing titanium on the entire surface to form a titanium film having a predetermined thickness, heat treatment is performed in a vacuum or in an atmosphere in which an oxidation reaction does not occur to form a titanium silicide film 8. After that, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for a predetermined time to form a titanium oxide film 11 on the surface of the titanium silicide film 8 so as to suppress aggregation of titanium silicide. This technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-4
It is disclosed in Japanese Patent No. 6323. However, this method has a problem in that, when the diffusion layer becomes shallow due to the miniaturization of the semiconductor device and the titanium silicide layer needs to be thinned, the condition of the oxidation treatment becomes severe.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように高融点金
属シリサイドの凝集を防止する従来技術の方法は、設計
ルールが微細化した場合に十分の効果が得られなかった
り、高融点金属シリサイドの膜厚が薄くなった場合にそ
の処理条件がきびしくなるという欠点を有する。
As described above, the prior art method for preventing the agglomeration of refractory metal silicide cannot obtain sufficient effect when the design rule is miniaturized, There is a drawback that the processing conditions become severe when the film thickness becomes thin.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、Si単
結晶基板上に形成されたチタンシリサイドの粒界・積層
欠陥にZrもしくはHfが偏析されている半導体装置に
ある。
A feature of the present invention is that grain boundaries and lamination of titanium silicide formed on a Si single crystal substrate.
This is in a semiconductor device in which Zr or Hf is segregated in the defects .

【0008】本発明の他の特徴は、シリコン結晶体表面
主材料としてのTiと含有材料としてのZrもしくは
Hfとをこれら金属のターゲットからのスパッタで被着
する工程と、前記ZrもしくはHfを含む前記Tiを
リサイド化する工程と、形成されたチタンシリサイド
粒界・積層欠陥へ前記ZrもしくはHfを偏析させる工
程とを含む半導体装置の製造方法にある。
Another feature of the present invention is that Ti as the main material and Zr as the containing material on the surface of the silicon crystal or
The steps of depositing Hf and Hf by sputtering from a target of these metals , the step of siliciding the Ti containing the Zr or Hf, and the grain boundary / stacking fault of the formed titanium silicide are described above. And a step of segregating Zr or Hf.

【0009】高温での高融点金属シリサイドの凝集は表
面自由エネルギーによって説明される。このため、結晶
粒が増大している場合には特に凝集を生じ易くなる。本
発明はこの結晶粒の増大を抑制することにより凝集を抑
制するものであり、本発明によれば高融点金属シリサイ
ド中に導入された全率固溶体を形成する金属により、高
融点金属シリサイド形成時の結晶粒径の増大を防ぐこと
ができる。
Aggregation of refractory metal silicides at high temperatures is explained by surface free energy. For this reason, agglomeration is particularly likely to occur when the crystal grains are increasing. The present invention suppresses the aggregation by suppressing the increase of the crystal grains. According to the present invention, when the refractory metal silicide is formed by the metal forming the total solid solution introduced in the refractory metal silicide. It is possible to prevent an increase in the crystal grain size of.

【0010】高融点金属シリサイドのうちタングステン
シリサイドは熱凝集性を有さないが、もともとの固有抵
抗が高くSiとの相互拡散が激しいという問題点を有し
ている。
Of the refractory metal silicides, tungsten silicide does not have thermal cohesiveness, but has a problem that it has a high inherent resistance and a strong mutual diffusion with Si.

【0011】固有抵抗が低く、Siとの相互拡散が激し
くなく、熱凝集のみを防止すれば良好なシリサイドとな
る本発明が好ましい対象とする高融点金属シリサイドと
してはチタンシリサイドが挙げられる。
Titanium silicide is a refractory metal silicide to which the present invention is preferably applied, which has a low specific resistance, is not so strongly inter-diffused with Si, and is a good silicide if only thermal coagulation is prevented.

【0012】また高融点金属シリサイド中に、全率固溶
体を形成する金属を入れることにより、一部組成の異な
る相が生成して層抵抗が増大することを防止できる。全
率固溶する金属としてZr,Hfなどが好ましい。
Further, it is possible to prevent an increase in layer resistance due to formation of a phase having a partially different composition by incorporating a metal forming a solid solution into the refractory metal silicide. Zr, Hf, etc. are preferable as the metal that forms a solid solution.

【0013】チタンシリサイド中にZrを含有した場
合、TiSi2 の生成温度は600℃,ZrSi2 の生
成温度は700℃程度であり、室温から温度を上げ60
0℃程度の熱処理を行うとTiSi2 が先に生成されZ
rがTiSi2 の粒径増大を抑止することができこれに
よりTiSi2 の凝集を防止することができる。
When Zr is contained in titanium silicide, the TiSi 2 formation temperature is 600 ° C. and the ZrSi 2 formation temperature is about 700 ° C.
When heat treatment is performed at about 0 ° C, TiSi 2 is first produced and Z
r can be prevented aggregation of TiSi 2 This can suppress grain diameter increment sized TiSi2.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1および図2は本発明の第1の実施例を
示す断面図であり、図1(A)〜図1(D)は高融点金
属としてTiを用いたサリサイドトランジスタの製造工
程に適用した各工程を示し、図2(a)〜図2(d)は
シリサイド化された拡散層の各形成工程での状態を示
す。
1 and 2 are sectional views showing a first embodiment of the present invention. FIGS. 1 (A) to 1 (D) show a process for manufacturing a salicide transistor using Ti as a refractory metal. The applied steps are shown, and FIGS. 2A to 2D show a state in each step of forming the silicided diffusion layer.

【0016】まず図1(A)に示すように、通常のMO
S型LDD構造トランジスタを形成する。フィールド酸
化膜6を設けたシリコン基板1上にゲート絶縁膜2を介
して多結晶シリコンのゲート電極3を形成する。ゲート
電極3の側面には絶縁膜のサイドウォール4が設けら
れ、その直下の外側の半導体基板1表面上にはソース/
ドレイン領域をなす拡散層5が形成される。また各素子
形成領域は素子分離領域6によって分離される。
First, as shown in FIG.
An S-type LDD structure transistor is formed. A gate electrode 3 of polycrystalline silicon is formed on a silicon substrate 1 provided with a field oxide film 6 via a gate insulating film 2. The side wall 4 of the insulating film is provided on the side surface of the gate electrode 3, and the source / side wall 4 is provided on the outer surface of the semiconductor substrate 1 immediately below the side wall 4.
Diffusion layer 5 forming the drain region is formed. Further, each element formation region is separated by the element separation region 6.

【0017】次に、形成されたMOS型LDD構造の表
面全面にスパッタリングなどにより所定の膜厚のTi−
Zr膜19を形成する(図1(B))。スパッタによる
薄膜形成条件は8mmTorrのAr雰囲気中でRFパ
ワー1KWである。スパッタターゲットにはZrを0.
5ATOM%程度混入したTiターゲットを用いる。こ
の時、拡散層の表面は図2(a)に示すように、Ti7
とZr17が混合した状態となっている。
Then, a Ti-- film having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the formed MOS type LDD structure by sputtering or the like.
The Zr film 19 is formed (FIG. 1 (B)). The thin film formation condition by sputtering is RF power of 1 KW in an Ar atmosphere of 8 mmTorr. Zr is 0.
A Ti target mixed with about 5 ATOM% is used. At this time, the surface of the diffusion layer is Ti7 as shown in FIG.
And Zr17 are in a mixed state.

【0018】この後、窒素雰囲気中で600度30秒ほ
どのRapid ThermalAnnealing
(RTN)を行いTi−Zr膜をシリサイド化してチタ
ンシリサイド8を形成する。図2(b)に示すこの段階
で形成されるチタンシリサイド8aは準安定層のC49
イプの結晶構造をもち、安定層のC54タイプの結晶構造
を持ったものよりも層抵抗が大きいことが知られてい
る。Zr17が含まれていることにより、この段階で形
成されるシリサイド8aの結晶粒径の増大が抑えられ
る。同図にチタンシリサイド8aの粒界にZr17が偏
析な状態を示す。又、拡散層の表面には熱処理によって
窒化チタン12が形成される。
Thereafter, Rapid Thermal Annealing at 600 ° C. for about 30 seconds in a nitrogen atmosphere.
(RTN) is performed to silicidize the Ti—Zr film to form titanium silicide 8. The titanium silicide 8a formed at this stage shown in FIG. 2B has a C 49 type crystal structure of a metastable layer and has a larger layer resistance than that of a stable layer having a C 54 type crystal structure. It has been known. The inclusion of Zr17 suppresses an increase in the crystal grain size of the silicide 8a formed at this stage. The figure shows a state in which Zr17 is segregated at the grain boundaries of the titanium silicide 8a. Further, titanium nitride 12 is formed on the surface of the diffusion layer by heat treatment.

【0019】続いてシリサイド表面に形成された窒化チ
タン膜12をリアクティブイオンエッチングにより除去
する(図1(c))。このときの拡散層の状態は図2
(c)のようになっている。
Subsequently, the titanium nitride film 12 formed on the surface of the silicide is removed by reactive ion etching (FIG. 1 (c)). The state of the diffusion layer at this time is shown in FIG.
It looks like (c).

【0020】つぎに、C49タイプ8aの結晶構造をC54
タイプ8bに変化させ低抵抗シリサイド形成を形成する
ため850度2秒のRTN処理を行う。この処理により
シリサイドの結晶構造がC49タイプ8aからC54タイプ
8bに変化し、低抵抗シリサイド層8bが形成され、T
iSi2 結晶粒中の結晶欠陥18にZr17が偏析する
(図2(d))。
Next, the crystal structure of C 49 type 8a is changed to C 54
Type 8b is changed to perform RTN treatment at 850 ° C. for 2 seconds in order to form a low resistance silicide. By this treatment, the crystal structure of the silicide is changed from C 49 type 8a to C 54 type 8b, the low resistance silicide layer 8b is formed, and T
Zr17 segregates at the crystal defect 18 in the iSi 2 crystal grain (FIG. 2 (d)).

【0021】つぎに、層間絶縁膜9をCVD法によって
堆積し、低抵抗シリサイド層8(8b)の面に被着して
形成され、続いて800℃以上1000℃以下の温度で
アニールを行う。このアニールは、層間絶縁膜9にドー
プしたリンや臭素などを熱拡散させてその膜質を向上さ
せるとともに、リフローによってその平坦化を図るため
に行うものである。
Next, the interlayer insulating film 9 is deposited by the CVD method and deposited on the surface of the low resistance silicide layer 8 (8b), and then annealed at a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. This annealing is performed in order to improve the film quality by thermally diffusing phosphorus, bromine or the like doped in the interlayer insulating film 9 and to planarize the film by reflow.

【0022】従来の製造方法では、このアニールの際に
チタンシリサイド膜8に凝集が生じるという問題があっ
た。しかし本実施例においては、アニール後もチタンシ
リサイド膜8の凝集が生じることなく、均一な膜厚が保
たれる。
The conventional manufacturing method has a problem that the titanium silicide film 8 is agglomerated during the annealing. However, in this embodiment, the titanium silicide film 8 does not aggregate even after annealing, and the uniform film thickness is maintained.

【0023】層間絶縁膜9のアニールを行った後、コン
タクトホールを形成し、さらに金属配線10を形成する
ことによって、サリサイドトランジスタが完成する(図
1(D))。
After annealing the interlayer insulating film 9, a contact hole is formed and a metal wiring 10 is further formed to complete the salicide transistor (FIG. 1D).

【0024】本実施例において、チタンシリサイド中に
Zrを混入させることによる作用は次のように考えられ
る。チタンシリサイドの凝集は結晶粒の表面自由エネル
ギーが小さくなる方向へ結晶粒が変形する為である。こ
のためシリサイド層を薄膜化した場合には、結晶粒が大
きな場合、結晶粒の形状が扁平になるため、凝集が発生
し易くなる。これに対し準安定層C49相での結晶粒のサ
イズが小さくなっている場合、この後の熱処理で結晶構
造をC54相に変化させた場合に結晶粒が巨大化すること
を防止できる。またTiSi2 内の積層欠陥や結晶粒界
にZrを偏析させこれらの動きを抑制することで結晶粒
の変形を抑止する効果も考えられる。
In the present embodiment, the effect of mixing Zr into titanium silicide is considered as follows. The aggregation of titanium silicide is because the crystal grains are deformed in the direction in which the surface free energy of the crystal grains becomes smaller. For this reason, when the silicide layer is thinned, if the crystal grains are large, the shape of the crystal grains becomes flat, so that aggregation easily occurs. On the other hand, when the size of the crystal grains in the C 49 phase of the metastable layer is small, it is possible to prevent the crystal grains from becoming huge when the crystal structure is changed to the C 54 phase by the subsequent heat treatment. Further, it is considered that the effect of suppressing the deformation of the crystal grains by segregating Zr in the stacking faults and crystal grain boundaries in TiSi2 and suppressing the movement thereof is possible.

【0025】チタンシリサイド中に混入させる元素とし
ては、次の条件を満たすものであれば良い。全率固溶体
を形成し、又、シリサイド形成時の層抵抗が数十Ω/c
2程度であること。このような元素としてはZrのほ
かにHfがある。
The element to be mixed into titanium silicide may be one that satisfies the following conditions. A solid solution is formed at all rates, and the layer resistance when forming silicide is several tens Ω / c.
Must be about m 2 . As such an element, there is Hf in addition to Zr.

【0026】図3は本発明の第2の実施例としてのダイ
ナミックメモリセルを示す断面図である。尚、図3にお
いて図1と同一もしくは類似の機能の個所は同じ符号で
示している。シリコン基板1の主面上に拡散形成された
不純物拡散層5に接して形成された下部電極14と、電
荷蓄積用絶縁膜15を介して形成された上部電極16の
間に電荷が蓄積される。このように構成されたキャパシ
タ部は、素子分離領域6で分離されるとともに層間絶縁
膜9a、9bで覆われている。キャパシタ部は複数個配
列されており、素子上でゲート電極となるワード線3と
ビット線13により相互に配線されている。ビット線の
形成には通常ポリシリコンやタングステンシリサイド等
の高耐熱シリサイドが用いられているが、高集積化に伴
って比抵抗の小さいチタンシリサイド適用の要請も強
い。チタンシリサイドでビット線を形成する場合には、
まず層間絶縁膜9aで覆われた素子の表面上の、ビット
線13を形成すべき領域にCVD法などによって多結晶
シリコン膜を形成する。次に、この多結晶シリコン膜上
にスパッタリング等によって所定の膜厚のZrを0.5
%程度含有したチタン膜を堆積させ、さらに600℃の
窒素雰囲気中で熱処理しチタンシリサイド膜8を形成す
る。その後、850℃で熱処理をおこなうことによりチ
タンシリサイドを低抵抗化する。このときSi基板1と
接触していない領域には窒化チタン膜12が形成され
る。ここでW(タングステン)を全面成長させたのちエ
ッチバックすることでコタクトをWで埋め込む。さらに
WSi配線をスパッタしたのちリソグラフィーによりビ
ット線13を形成する。次に層間絶縁膜9bを形成す
る。このあと層間絶縁膜9a,9bに容量コンタクトホ
ールを開けたのちポリシリコン電極を形成し電荷蓄積用
絶縁膜を形成したのち上部電極を形成する。このときポ
リシリコンの低抵抗化のため800℃程度での熱処理を
おこなう。この場合にも従来のチタンシリサイドでは凝
集が起こりデバイス特性が劣化する場合があるが、本発
明を利用すれば凝集発生が抑制される。これにより本発
明により安定したデバイス量産が可能になる。
FIG. 3 is a sectional view showing a dynamic memory cell according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, parts having the same or similar functions as in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals. Electric charges are accumulated between the lower electrode 14 formed in contact with the impurity diffusion layer 5 formed by diffusion on the main surface of the silicon substrate 1 and the upper electrode 16 formed via the charge storage insulating film 15. . The capacitor portion thus configured is separated by the element isolation region 6 and covered with the interlayer insulating films 9a and 9b. A plurality of capacitor portions are arranged and are interconnected by a word line 3 and a bit line 13 which are gate electrodes on the element. Highly heat-resistant silicide such as polysilicon or tungsten silicide is usually used for forming the bit line, but there is a strong demand to use titanium silicide having a low specific resistance as the integration becomes higher. When forming the bit line with titanium silicide,
First, a polycrystalline silicon film is formed on the surface of the element covered with the interlayer insulating film 9a in the region where the bit line 13 is to be formed by the CVD method or the like. Next, a Zr film having a predetermined thickness of 0.5 is formed on the polycrystalline silicon film by sputtering or the like.
% Titanium film is deposited and further heat-treated in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. to form a titanium silicide film 8. Then, heat treatment is performed at 850 ° C. to reduce the resistance of titanium silicide. At this time, the titanium nitride film 12 is formed in the region not in contact with the Si substrate 1. Here, W (tungsten) is entirely grown and then etched back to fill the contact with W. Further, the WSi wiring is sputtered and then the bit line 13 is formed by lithography. Next, the interlayer insulating film 9b is formed. After that, a capacitance contact hole is opened in the interlayer insulating films 9a and 9b, a polysilicon electrode is formed, an electric charge storage insulating film is formed, and then an upper electrode is formed. At this time, heat treatment is performed at about 800 ° C. to reduce the resistance of the polysilicon. In this case as well, in the conventional titanium silicide, agglomeration may occur and device characteristics may be deteriorated. However, the use of the present invention suppresses agglomeration. Thus, the present invention enables stable mass production of devices.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の効果を、高融点金属としてTi
を用いた場合を例として説明する。
The effect of the present invention is that Ti is used as a refractory metal.
Will be described as an example.

【0028】本発明によれば、チタンシリサイド中にZ
rを混入させることにより、その後の熱処理工程におけ
るチタンシリサイドの凝集が抑制される。従って、チタ
ンシリサイド膜の抵抗増大を抑制するとともに、半導体
デバイス形成時の適用可能な条件範囲を大きくする。こ
の効果が得られる理由は次のように考えられる。すなわ
ち、チタンシリサイドの凝集は結晶粒の表面自由エネル
ギーが小さくなる方向へ結晶粒が変形する為である。
According to the present invention, Z is formed in titanium silicide.
By mixing r, aggregation of titanium silicide in the subsequent heat treatment step is suppressed. Therefore, the resistance increase of the titanium silicide film is suppressed, and the applicable condition range at the time of forming the semiconductor device is increased. The reason why this effect is obtained is considered as follows. That is, the agglomeration of titanium silicide causes the crystal grains to deform so that the surface free energy of the crystal grains becomes smaller.

【0029】このため図4に示すように、シリサイド層
を薄膜化した場合には、チタン(Ti)のみのシリサイ
ド層の場合は、結晶粒が大きな場合に結晶粒の形状が扁
平になるため、×印に示すように凝集が発生し総抵抗値
Raが増大する。これに対して、チタン(Ti)に0.
5%のジルコニウム(Zn)を添加した本発明の場合
は、準安定層C49相での結晶粒のサイズが小さくなり、
これによりこの後の熱処理で結晶構造をC54相に変化さ
せた場合に結晶粒が巨大化することを防止でき、これに
より○印で示すように膜厚を薄くしても層抵抗Raはほ
とんど増加しない。またTiSi2 内の積層欠陥や結晶
粒界Zrを偏析させこれらの動きを抑制することで結晶
粒の変形を抑止する効果も考えられる。また、シリサイ
ド表面を酸化する必要がないから、本発明を用いること
により拡散層深さが浅くなった場合にも安定したデバイ
ス量産が可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the silicide layer is thinned, in the case of a silicide layer of only titanium (Ti), the shape of the crystal grain becomes flat when the crystal grain is large. As shown by the mark X, aggregation occurs and the total resistance value Ra increases. On the other hand, if titanium (Ti) is 0.
In the case of the present invention in which 5% zirconium (Zn) is added, the size of the crystal grains in the C 49 phase of the metastable layer becomes small,
As a result, it is possible to prevent the crystal grains from becoming large when the crystal structure is changed to the C 54 phase in the subsequent heat treatment, and as a result, even if the film thickness is made thin, the layer resistance Ra is almost the same. Does not increase. In addition, the effect of suppressing the deformation of crystal grains by segregating stacking faults and crystal grain boundaries Zr in TiSi 2 and suppressing these movements can be considered. Further, since it is not necessary to oxidize the surface of the silicide, use of the present invention enables stable device mass production even when the depth of the diffusion layer becomes shallow.

【0030】また実施例にはチタンシリサイドを用いた
場合について記述したが、この他に高融点シリサイドと
してのコバルトシリサイドに対して、全率固溶体金属と
してニッケルを混入させても同様の効果が得られる。
Although the case where titanium silicide is used is described in the embodiment, the same effect can be obtained by mixing nickel as a solid solution metal with cobalt silicide as a high melting point silicide. .

【0031】さらに、実施例ではTi−Zr混合ターゲ
ットを用いたスパッタ法でTi中にZrを混入したが、
TiをスパッタしたあとZrをスパッタするなどの方法
で2層構造となるようにスパッタを行なっても、同様の
効果を得ることができる。
Furthermore, in the embodiment, Zr is mixed in Ti by the sputtering method using a Ti-Zr mixed target.
The same effect can be obtained by performing sputtering to form a two-layer structure by a method of sputtering Ti and then Zr.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例におけるシリサイド化された拡散
層の製造工程における状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in a manufacturing process of a silicided diffusion layer in the first embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明を適用しシリサイド層を薄膜化した場合
の層抵抗変化を、本発明を適用しない場合と従来技術と
を比較して示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in layer resistance when the present invention is applied and a silicide layer is thinned, in comparison with a case where the present invention is not applied and a conventional technique.

【図5】従来技術の1例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional technique.

【図6】従来技術の他の例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ゲート多結晶シリコン 4 LDDサイドウォール 5 拡散層 6 素子分離 7 チタン 8 チタンシリサイド 8a チタンシリサイド(C49) 8b チタンシリサイド(C54) 9 層間酸化膜 9a 層間酸化膜 9b 層間酸化膜 10 メタル配線 11 チタン酸化物 12 窒化チタン 13 ビット線 14 下部電極 15 電荷蓄積用絶縁膜 16 上部電極 17 ジルコニウム 18 ジルコニウムが偏析した結晶欠陥 19 Ti−Zr膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate oxide film 3 Gate polycrystalline silicon 4 LDD sidewall 5 Diffusion layer 6 Element isolation 7 Titanium 8 Titanium silicide 8a Titanium silicide (C 49 ) 8b Titanium silicide (C 54 ) 9 Interlayer oxide film 9a Interlayer oxide film 9b Interlayer oxide film 10 Metal wiring 11 Titanium oxide 12 Titanium nitride 13 Bit line 14 Lower electrode 15 Charge storage insulating film 16 Upper electrode 17 Zirconium 18 Crystal defect with zirconium segregated 19 Ti-Zr film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si単結晶基板上に形成されたチタンシ
リサイドの粒界・積層欠陥にZrもしくはHfが偏析さ
れていることを特徴とする半導体装置。
1. A formed on the Si single crystal substrate Chitanshi
Zr or Hf is segregated at the grain boundaries and stacking faults of the silicide.
Wherein a being.
【請求項2】 シリコン結晶体表面に主材料としてのT
iと含有材料としてのZrもしくはHfとをこれら金属
のターゲットからのスパッタで被着する工程と、前記Z
rもしくはHfを含む前記Tiをシリサイド化する工程
と、形成されたチタンシリサイドの粒界・積層欠陥へ前
記ZrもしくはHfを偏析させる工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
2. T as a main material on the surface of a silicon crystal body
i and Zr or Hf as a containing material
A step of depositing of sputter from the target, the Z
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of siliciding the Ti containing r or Hf; and a step of segregating the Zr or Hf to a grain boundary / stacking fault of the formed titanium silicide .
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JP2841386B2 (en) * 1988-10-03 1998-12-24 松下電器産業株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof

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