JPH08274331A - MOS semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
MOS semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH08274331A JPH08274331A JP7163049A JP16304995A JPH08274331A JP H08274331 A JPH08274331 A JP H08274331A JP 7163049 A JP7163049 A JP 7163049A JP 16304995 A JP16304995 A JP 16304995A JP H08274331 A JPH08274331 A JP H08274331A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリサイド層の密着性、耐食性およびゲート
の低抵抗化を損なうことなく、シリサイドによるゲート
不純物の吸い出しを抑制する。
【構成】 ゲート電極を構成するポリシリコン層3と、
高融点金属シリサイド層5(WSix,TiSix,M
oSix等)の界面近傍におけるポリシリコン層3の粒
界4(ポリシリコン層表面の粒界部分)を酸化シリサイ
ド、窒化シリサイドまたは酸窒化シリサイドとする。こ
のような構造を得るには、ゲート電極を構成するポリシ
リコン層上に高融点金属シリサイド層を形成する前に、
ポリシリコン表面のウエットエッチ工程、極少量のシリ
サイド材料を蒸着する工程、酸化及び/又は窒化処理工
程、絶縁膜エッチバック工程の順に処理する。
(57) [Abstract] [Purpose] Suppression of gate impurity extraction by silicide without impairing the adhesion of the silicide layer, the corrosion resistance, and the low resistance of the gate. [Structure] A polysilicon layer 3 forming a gate electrode,
Refractory metal silicide layer 5 (WSix, TiSix, M
A grain boundary 4 (grain boundary portion on the surface of the polysilicon layer) of the polysilicon layer 3 in the vicinity of the interface (oSix, etc.) is oxide silicide, nitride silicide, or oxynitride silicide. To obtain such a structure, before forming the refractory metal silicide layer on the polysilicon layer forming the gate electrode,
A wet etching step of the surface of polysilicon, a step of depositing an extremely small amount of a silicide material, an oxidation and / or nitriding step, and an insulating film etch back step are performed in this order.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、MOS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 MOS semiconductor device and its manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、サブハーフミクロン以下のCMO
Sデバイスでは、短チャネル効果の抑制のため素子構造
をPch−Tr、Nch−Trのいずれも、表面型にす
る必要があり、Pch−TrのポリシリコンゲートにP
型の不純物を、Nch−TrのポリシリコンゲートにN
型の不純物を導入(注入)するデュアルゲートの採用が
考えられてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, CMO of sub-half micron or less
In the S device, both the Pch-Tr and the Nch-Tr need to be surface type in order to suppress the short channel effect.
Type impurities to the Nch-Tr polysilicon gate
It has been considered to adopt a dual gate that introduces (implants) a type impurity.
【0003】この場合、両ゲートをオーミック接合で連
結(閾値電圧シフト等の回避や高速化に必要)し、かつ
ゲート抵抗・コンタクト抵抗の低減(高速化に必要。P
型不純物である硼素(B)は固溶限が低く、また注入に
よる手法を用いることから従来のN+ ゲートに比べ抵抗
が高い)を図るため、ポリサイドやサリサイドといった
技術が必要不可欠になっている。In this case, both gates are connected by an ohmic junction (necessary for avoiding threshold voltage shift and for speeding up), and gate resistance / contact resistance is reduced (necessary for speeding up. P
Boron (B), which is a type impurity, has a low solid solubility limit and has a higher resistance than the conventional N + gate because it uses an implantation method. Therefore, techniques such as polycide and salicide are indispensable. .
【0004】ポリサイドゲートを形成する場合、その材
料としては耐熱性(高融点)、耐腐食性(密着性)が良
好なWSix、W等が有力である。しかし、このシリサ
イドは注入不純物に対する拡散係数が高く、ポリシリコ
ンゲート中から不純物(特にB)を吸い出してゲート空
乏化(閾値電圧の変動・シフト、酸化膜経時信頼性の低
下等の原因となる)を引き起こしたり、吸い出した不純
物を反対側(P型−ポリサイド−N型)のポリシリコン
層に拡散(シリサイドを経由する相互拡散)させ、やは
りゲート空乏化を引き起こしたりすることが知られてい
る。When forming the polycide gate, WSix, W and the like, which have good heat resistance (high melting point) and corrosion resistance (adhesion), are the most suitable materials. However, this silicide has a high diffusion coefficient with respect to implanted impurities, and impurities (particularly B) are sucked out from the polysilicon gate to deplete the gate (which causes fluctuations / shifts in threshold voltage, deterioration in reliability over time of oxide film, etc.). It is known that the gate depletion is caused also by causing the impurities to be diffused or diffusing the sucked-out impurities into the polysilicon layer on the opposite side (P type-polycide-N type) (interdiffusion via silicide).
【0005】上記の不純物吸い出しや、シリサイドを介
しての相互拡散を抑制する方法として、下記のような手
法が提案されている。 TiNなど、低抵抗の拡散防止膜(WSiに比べて不
純物の拡散係数が小さい)をポリシリコン層とシリサイ
ド(ポリサイド)層の中間層として設けるもの。具体例
としては、特開平1−265542号公報、特開平2−
183565号公報および特開平2−192161号公
報にそれぞれ記載されたものが挙げられる。この技術
は、極めて有効であると考えられるが、TiはWに比べ
て耐熱性・耐食性に欠ける(これが、ポリサイドの材料
としてWSiが一般に用いられる理由である)ため、膜
剥がれ等の心配がある。The following method has been proposed as a method for suppressing the above-mentioned impurity extraction and mutual diffusion through silicide. A low resistance diffusion preventing film (having a smaller diffusion coefficient of impurities than WSi) such as TiN is provided as an intermediate layer between the polysilicon layer and the silicide (polycide) layer. As specific examples, JP-A-1-265542 and JP-A-2-26542.
Examples thereof include those described in Japanese Patent Laid-Open No. 183565 and Japanese Patent Laid-Open No. 2-192161. This technique is considered to be extremely effective, but Ti lacks heat resistance and corrosion resistance as compared with W (this is the reason why WSi is generally used as a material for polycide), so there is concern about film peeling or the like. .
【0006】上記技術において、中間層として低融点
金属を用いたもの。具体例としては、特開平2−542
2号公報に開示されたものがある。この方法は、シリサ
イドの膜ストレスによる膜剥がれの防止に有効とされて
いる。但し、上記のものより一層、耐熱性・耐食性に
欠ける問題がある。In the above technique, a low melting point metal is used as the intermediate layer. As a specific example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-542
There is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2. This method is effective in preventing film peeling due to film stress of silicide. However, there is a problem that the heat resistance and the corrosion resistance are further lower than those mentioned above.
【0007】窒化膜を中間層として設けるもの。具体
例としては、特開昭64−25475号公報に記載され
たものがある。この技術は、シリサイド金属がポリシリ
コン層に深く侵入して耐圧不良を招くのを防ぐものであ
り、上層のシリサイド層と下層のポリシリコン層の電気
的連結は、サイドウォールにポリシリコンを用いて行
う。上記特開昭64−25475号公報には、不純物拡
散防止に関する記載はないが、窒化膜は上記,と同
様な効果があり、特にBの拡散バリアとして有効であ
る。しかし、サイドウォールから、あるいはサイドウォ
ールを介しての不純物拡散が同様な問題となる。また、
サイドウォールが絶縁体であるか否かでトランジスタ特
性も異なってくる。さらに、窒化層は酸化層と同様にシ
リサイドとの密着性が低く、そのため膜剥がれの危険が
ある。A nitride film is provided as an intermediate layer. Specific examples include those described in Japanese Patent Laid-Open No. 64-25475. This technique prevents the silicide metal from penetrating deep into the polysilicon layer and causing a breakdown voltage failure, and the upper silicide layer and the lower polysilicon layer are electrically connected by using polysilicon for the sidewalls. To do. The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 64-25475 does not describe the prevention of impurity diffusion, but the nitride film has the same effect as above, and is particularly effective as a B diffusion barrier. However, the diffusion of impurities from the sidewalls or through the sidewalls poses a similar problem. Also,
The transistor characteristics also differ depending on whether or not the sidewall is an insulator. Further, the nitrided layer has low adhesion to the silicide as well as the oxide layer, so that there is a risk of film peeling.
【0008】シリサイド中に所定濃度以上のB原子を
濃度勾配なしに導入するもの。この技術は、濃度勾配が
ないため拡散が起きないという原理に基づいている。具
体例としては、特開平5−183117号公報に記載の
ものがある。A method in which B atoms having a predetermined concentration or higher are introduced into a silicide without a concentration gradient. This technique is based on the principle that diffusion does not occur because there is no concentration gradient. As a specific example, there is one described in JP-A-5-183117.
【0009】シリサイド及び/又はポリシリコン中に
窒素原子やインジウム原子をイオン注入等により導入す
るもの。この方法による不純物拡散抑制のメカニズムの
詳細は不明であるが、窒素原子あるいは窒化物がゲート
不純物、とくにBの拡散を抑制するためであると言われ
ている。Nitrogen atoms or indium atoms are introduced into the silicide and / or polysilicon by ion implantation or the like. Although details of the mechanism of suppressing the impurity diffusion by this method are unknown, it is said that nitrogen atoms or nitrides suppress the diffusion of gate impurities, especially B.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みなされたもので、シリサイド(ポリサ
イド)層の密着性、耐食性およびゲートの低抵抗化を損
なうことなく、シリサイドによるゲート不純物の吸い出
しを抑制(同時に相互拡散も抑制)しようとするもので
ある。すなわち、本発明の目的は、ゲート電極を構成す
るポリシリコン層と高融点金属シリサイド層の界面近傍
におけるポリシリコン層の粒界のみを酸化及び/又は窒
化処理(以下、粒界処理と略記することがある)するこ
とにより、低抵抗化やポリシリコン層−高融点金属シリ
サイド層間の密着性を損なわずに、ポリシリコン層から
のゲート不純物(特にB)の吸い出しを抑制して、ゲー
ト空乏化(ゲート不純物の吸い出し及び/又は相互拡
散)の防止を図ることにある。さらに本発明は、少量の
シリサイド材料を加えて、粒界処理の促進および、シリ
サイドの密着性向上を達成することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the gate formed by silicide does not impair the adhesion of the silicide (polycide) layer, the corrosion resistance, and the low resistance of the gate. It is intended to suppress the sucking out of impurities (and simultaneously suppress mutual diffusion). That is, the object of the present invention is to oxidize and / or nitride only the grain boundaries of the polysilicon layer in the vicinity of the interface between the polysilicon layer forming the gate electrode and the refractory metal silicide layer (hereinafter abbreviated as grain boundary treatment). The gate depletion (particularly B) is suppressed by suppressing the draining of the gate impurities (particularly B) from the polysilicon layer without lowering the resistance and impairing the adhesion between the polysilicon layer and the refractory metal silicide layer. It is intended to prevent the gate impurities from being sucked out and / or interdiffused. A further object of the present invention is to add a small amount of a silicide material to promote grain boundary treatment and improve the adhesion of the silicide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の、ポリ
サイドゲートを有するMOS半導体装置は、図1に示す
ように、ゲート電極を構成するポリシリコン層3と、高
融点金属シリサイド層5(WSix,TiSix,Mo
Six等)の界面近傍におけるポリシリコン層3の粒界
4(ポリシリコン層表面の粒界部分)が酸化、窒化また
は酸化窒化処理されている(例えば酸窒化物として存在
する)ことを特徴とする。なお、図1において、1はシ
リコン基板、2はゲート酸化膜である。A MOS semiconductor device having a polycide gate according to claim 1 has a polysilicon layer 3 forming a gate electrode and a refractory metal silicide layer 5 as shown in FIG. (WSix, TiSix, Mo
A grain boundary 4 of the polysilicon layer 3 (grain boundary portion of the polysilicon layer surface) near the interface of (Six, etc.) is oxidized, nitrided or oxynitrided (for example, exists as an oxynitride). . In FIG. 1, 1 is a silicon substrate and 2 is a gate oxide film.
【0012】請求項2に記載のポリサイドゲートMOS
半導体装置は、図2に示すように、ゲート電極を構成す
るポリシリコン層3と高融点金属シリサイド層5の界面
近傍におけるポリシリコン層3の粒界4が、酸化シリサ
イド、窒化シリサイドまたは酸窒化シリサイドとなって
いることを特徴とする。なお、図2において粒界4は、
酸窒化シリサイドまたは、酸窒化シリサイドとシリサイ
ドの積層になっている。A polycide gate MOS according to claim 2.
In the semiconductor device, as shown in FIG. 2, the grain boundary 4 of the polysilicon layer 3 in the vicinity of the interface between the polysilicon layer 3 forming the gate electrode and the refractory metal silicide layer 5 is oxide silicide, nitride silicide or oxynitride silicide. It is characterized in that. In addition, the grain boundary 4 in FIG.
It is an oxynitride silicide or a stack of oxynitride silicide and silicide.
【0013】請求項3に記載の半導体装置の製造方法
は、請求項1に記載のMOS半導体装置を製造するため
のものであって、ゲート電極を構成するポリシリコン層
3上に、高融点金属のシリサイド層5(WSix,Ti
Six,MoSix等)を積層する前に、図3に示すよ
うに、ポリシリコン層3表面のウエットエッチング工
程、酸化及び/又は窒化処理工程、絶縁膜エッチバック
工程の順に処理することを特徴とする。すなわち、図3
において(a)に示すように、ポリシリコン層3表面を
ウエットエッチし(2点鎖線は、エッチング前の状態を
示す)、(b)のようにポリシリコン層3表面を例えば
酸化窒化して酸窒化シリコン膜31を形成し、さらに
(c)のように酸窒化シリコン膜31の一部をエッチバ
ックし、その後にシリサイド層5を積層する。A method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect is for manufacturing the MOS semiconductor device according to the first aspect, wherein a refractory metal is formed on the polysilicon layer 3 forming the gate electrode. Silicide layer 5 (WSix, Ti
Before laminating (Six, MoSix, etc.), as shown in FIG. 3, a wet etching step of the surface of the polysilicon layer 3, an oxidation and / or nitriding step, and an insulating film etchback step are performed in this order. . That is, FIG.
6A, the surface of the polysilicon layer 3 is wet-etched (the two-dot chain line shows the state before etching), and the surface of the polysilicon layer 3 is oxidized and oxidized as shown in FIG. A silicon nitride film 31 is formed, a part of the silicon oxynitride film 31 is etched back as shown in (c), and then a silicide layer 5 is laminated.
【0014】請求項4に記載の半導体装置の製造方法
は、請求項2に記載のMOS半導体装置を製造するため
のものであって、ゲート電極を構成するポリシリコン層
上に高融点金属シリサイド層5(WSix,TiSi
x,MoSix等)を積層する前に、ポリシリコン表面
のウエットエッチ工程(図示せず)、図4(a)に示す
ように極少量のシリサイド材料41(シリサイドまたは
シリサイド用金属)を蒸着する工程、図4(b)に示す
ような酸化及び/又は窒化処理工程、図4(c)に示す
ような絶縁膜エッチバック工程の順に処理することを特
徴とするものである。なお、図4において42は酸窒化
シリサイド、43は酸化窒化膜である。A method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect is for manufacturing the MOS semiconductor device according to the second aspect, wherein a refractory metal silicide layer is formed on the polysilicon layer forming the gate electrode. 5 (WSix, TiSi
x, MoSix, etc.), a wet etching step (not shown) of the polysilicon surface, and a step of depositing a very small amount of silicide material 41 (silicide or metal for silicide) as shown in FIG. 4A. The oxidation and / or nitridation process step as shown in FIG. 4B and the insulating film etchback step as shown in FIG. 4C are performed in this order. In FIG. 4, 42 is an oxynitride silicide and 43 is an oxynitride film.
【0015】請求項5に記載の半導体装置の製造方法
は、請求項4に記載のMOS半導体装置を製造するに際
し、酸化及び/又は窒化処理工程前に蒸着する微量のシ
リサイド材料として、耐熱性の高い高融点金属または高
融点金属シリサイドを用いることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein, when the MOS semiconductor device according to the fourth aspect is manufactured, a small amount of a silicide material deposited before an oxidation and / or nitriding treatment step is heat resistant. It is characterized in that a high melting point metal or a high melting point metal silicide is used.
【0016】[0016]
【作用】請求項1のポリサイドゲートMOS半導体装置
において、ポリシリコン層3内にイオン注入等の方法で
導入されたゲート不純物は、その後の熱処理工程によっ
てポリシリコン層3内で拡散・活性化するが、ゲート不
純物の大部分は、ポリシリコン層3の粒界を拡散すると
考えられる。従って、上層のシリサイド層5への不純物
の拡散(シリサイド層5による不純物の吸い出し)を抑
制するには、この粒界制御が重要となる。シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸化窒化膜は、シリ
コンに比べゲート導入不純物に対する拡散係数が低いた
め、拡散バリアになり得る。しかし、ポリシリコン表面
全体にこのような絶縁膜を形成すると、シリサイド層5
との電気的連結ができないだけでなく、密着性が低下す
るため膜剥がれが発生する心配がある。そこで、シリサ
イドの密着性を損なわないでポリシリコン層3からの不
純物の拡散(シリサイド層5による不純物吸い出し)を
抑制するため、本発明ではシリサイド層5とポリシリコ
ン層3の界面近傍のポリシリコン粒界4を制御する(上
記酸化処理及び/又は窒化処理)により解決したもので
ある。In the polycide gate MOS semiconductor device according to claim 1, the gate impurities introduced into the polysilicon layer 3 by a method such as ion implantation are diffused and activated in the polysilicon layer 3 by a subsequent heat treatment step. However, it is considered that most of the gate impurities diffuse in the grain boundaries of the polysilicon layer 3. Therefore, in order to suppress diffusion of impurities into the upper silicide layer 5 (sucking of impurities by the silicide layer 5), this grain boundary control is important. A silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film has a lower diffusion coefficient for impurities introduced into a gate than silicon, and thus can serve as a diffusion barrier. However, if such an insulating film is formed on the entire polysilicon surface, the silicide layer 5
In addition to being unable to be electrically connected with, there is a concern that film peeling may occur due to a decrease in adhesion. Therefore, in order to suppress the diffusion of impurities from the polysilicon layer 3 (impurity absorption by the silicide layer 5) without impairing the adhesion of the silicide, in the present invention, the polysilicon particles near the interface between the silicide layer 5 and the polysilicon layer 3 are suppressed. This is solved by controlling the field 4 (the above-mentioned oxidation treatment and / or nitriding treatment).
【0017】なお、一般にポリシリコン層の表面上に堆
積された高融点金属シリサイド層と下層のポリシリコン
層との密着性は、その後の熱処理工程におけるポリシリ
コンとの反応によってシリサイドのシリサイド化を高め
ることで向上させることができる。但し、高融点金属シ
リサイドの代わりに高融点金属を用いた場合、熱処理工
程においてシリサイド化反応が激しくなりすぎて応力等
のストレスやスパイク等が発生し、ポリシリコン層やゲ
ート酸化膜に損傷を与える恐れがある。MOS構造の信
頼性を考慮すれば、高融点金属シリサイドを使用する方
が有利といえる。Generally, the adhesion between the refractory metal silicide layer deposited on the surface of the polysilicon layer and the underlying polysilicon layer enhances the silicidation of the silicide due to the reaction with the polysilicon in the subsequent heat treatment step. It can be improved. However, when a refractory metal is used instead of refractory metal silicide, the silicidation reaction becomes too vigorous in the heat treatment process, and stress such as stress and spikes are generated, which damages the polysilicon layer and the gate oxide film. There is a fear. Considering the reliability of the MOS structure, it can be said that it is advantageous to use the refractory metal silicide.
【0018】請求項2のポリサイドゲートMOS半導体
装置では、請求項1の半導体装置に比べて粒界4の酸化
及び/又は窒化されている部分が大きいため、不純物拡
散の防止作用が増大するので、閾値電圧のシフトを小さ
くする(空乏化抑制作用の向上)ことができる。In the polycide gate MOS semiconductor device of the second aspect, since the oxidized and / or nitrided portion of the grain boundary 4 is larger than that of the semiconductor device of the first aspect, the effect of preventing impurity diffusion is increased. The shift of the threshold voltage can be reduced (the depletion suppression effect can be improved).
【0019】請求項3に記載の半導体装置の製造方法に
おいては、酸化及び/又は窒化処理工程でポリシリコン
層3表面は酸化及び/又は窒化されるが、結晶粒よりも
粒界4の方が前記反応の速度が速い。従って、その後に
エッチバック(通常はドライエッチング)で絶縁膜を除
去するのであるが、エッチング速度を制御してオーバー
エッチングを防止することにより、ポリシリコン層3表
面の粒界4部分に選択的に酸化及び/又は窒化された部
分を残留させることができる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, the surface of the polysilicon layer 3 is oxidized and / or nitrided in the oxidation and / or nitriding treatment step, but the grain boundary 4 is larger than the crystal grain. The reaction is fast. Therefore, after that, the insulating film is removed by etching back (usually dry etching). However, by controlling the etching rate to prevent overetching, the grain boundaries 4 on the surface of the polysilicon layer 3 are selectively removed. The oxidized and / or nitrided portion can be left behind.
【0020】ポリシリコン層への不純物の導入は、イオ
ン注入その他、公知の技術を用いて行うが、この不純物
導入およびその拡散はシリサイド層形成前(すなわち、
ポリシリコン層形成後、ウエットエッチング前)に行う
方がよい。その理由は、不純物がポリシリコン層表面近
傍に集中するのを防ぐためであり、吸い出しによるゲー
ト空乏化を回避しやすくなる利点がある。Impurities are introduced into the polysilicon layer by ion implantation or other known techniques. This impurity introduction and diffusion are performed before the formation of the silicide layer (that is,
It is better to perform after the formation of the polysilicon layer and before the wet etching). The reason is to prevent impurities from concentrating in the vicinity of the surface of the polysilicon layer, and there is an advantage that it is easy to avoid gate depletion due to sucking.
【0021】前記ウエットエッチング工程では、ポリシ
リコン層3表面のエッチングを行うが、結晶粒に比べて
粒界4の方がエッチング速度が速いため粒界部分の溝
を、より顕著化することができ、エッチバック後におい
て粒界部分に選択的に酸化及び/又は窒化された部分を
残留させることが、より容易となる〔図3、特に(c)
を参照〕。上記粒界4のウエットエッチングはSecc
oエッチングとも呼ばれ、エッチング用の薬液として、
フッ酸とK2 Cr2 O7 水溶液の混合液等が使用され
る。酸化及び/又は窒化工程では、ポリシリコン層表面
を酸化及び/又は窒化するが、粒界部分は、結晶粒に比
べて緻密でないため、これら酸化及び/又は窒化の速度
は結晶粒よりも速い。酸化膜も不純物拡散バリアとして
作用するが、窒化膜または窒化された酸化膜の方が、よ
り不純物(特にB)の吸い出し抑制には効果が高い。ス
トイキオメトリ(化学量論的組成)のとれた窒化膜は酸
化膜に比べて形成しにくいが、酸化膜の軽い窒化は比較
的容易であり、B吸い出しの抑制には、窒化の度合いが
数atom%程度あれば十分である。また、酸化膜の窒
化では、窒素は酸化膜中を拡散して酸化膜とポリシリコ
ン層の界面に最も偏析しやすいため、エッチバック後に
粒界の窒化部分を残留させることは極めて容易である。
上記のように、酸化膜及び/又は窒化膜(特に窒化膜)
は、粒界の深い部分にまで形成されるため、絶縁膜のエ
ッチバック後において粒界にこれを残留させることが可
能となる。In the wet etching step, the surface of the polysilicon layer 3 is etched. Since the etching speed of the grain boundary 4 is higher than that of the crystal grain, the groove at the grain boundary portion can be made more prominent. After etching back, it becomes easier to selectively leave the oxidized and / or nitrided portion at the grain boundary portion [FIG. 3, particularly (c)]
]. The wet etching of the grain boundary 4 is Secc.
Also called o etching, as a chemical for etching,
A mixed solution of hydrofluoric acid and an aqueous K 2 Cr 2 O 7 solution or the like is used. In the oxidation and / or nitridation step, the surface of the polysilicon layer is oxidized and / or nitrided, but since the grain boundary portion is not denser than the crystal grains, the speed of these oxidation and / or nitridation is higher than that of the crystal grains. The oxide film also acts as an impurity diffusion barrier, but the nitride film or the nitrided oxide film is more effective in suppressing the extraction of impurities (particularly B). A stoichiometric (stoichiometric composition) nitride film is more difficult to form than an oxide film, but light nitriding of an oxide film is relatively easy. About atom% is sufficient. Further, in the nitridation of the oxide film, nitrogen diffuses in the oxide film and is most likely to be segregated at the interface between the oxide film and the polysilicon layer, and therefore it is extremely easy to leave the nitrided portion of the grain boundary after the etch back.
As described above, oxide film and / or nitride film (particularly nitride film)
Is formed even in a deep part of the grain boundary, so that it can be left at the grain boundary after the insulating film is etched back.
【0022】請求項4に記載の半導体装置の製造方法に
おいては、酸化及び/又は窒化処理工程の前に蒸着する
シリサイド材料は、平均膜厚10〜20Å程度以下でよ
い。このような場合、蒸着された材料は層状形態ではな
く島状になっており、その性質は固相というより、むし
ろ液相に近い。蒸着時あるいは蒸着後に適度な熱処理
(シリサイド化が起こらない温度、例えば高融点金属材
料であれば300℃程度)を施すことにより、ポリシリ
コン層3表面をマイグレートすれば、蒸着された材料
は、先に述べた粒界部分の溝により多く停留することに
なる。この熱処理は蒸着時の基板加熱処理を利用して、
あるいは、酸化及び/又は窒化工程での熱処理(昇温時
の熱処理)を利用して行うこともできる。また、上記蒸
着は抵抗加熱法やスパッタリング法など、公知の方法で
行うことができる。上記の状態で酸化及び/又は窒化処
理を行うと、シリサイド材料の停留部分においてシリサ
イド化が起こり、それと同時に酸化及び/又は窒化が促
進される。従って、粒界部分は他の部分のそれよりも酸
化及び/又は窒化が促進され、その領域は請求項3の製
造方法によるものと比べて広くなる。次の絶縁膜エッチ
バック工程で、表面の酸化膜、窒化膜、シリサイドが除
去され、所望のポリシリコン表面が得られる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, the silicide material deposited before the oxidation and / or nitriding process may have an average film thickness of about 10 to 20Å or less. In such cases, the deposited material is in the form of islands rather than layered morphology, which is more like a liquid phase than a solid phase. If the surface of the polysilicon layer 3 is migrated by performing an appropriate heat treatment (a temperature at which silicidation does not occur, for example, about 300 ° C. for a refractory metal material) during or after vapor deposition, the deposited material is A larger number of grains will be retained in the grain boundary groove described above. This heat treatment utilizes the substrate heat treatment during vapor deposition,
Alternatively, heat treatment in the oxidation and / or nitriding step (heat treatment at the time of temperature rise) can be used. The vapor deposition can be performed by a known method such as a resistance heating method or a sputtering method. When the oxidation and / or nitriding treatment is performed in the above-mentioned state, silicidation occurs in the retention portion of the silicide material, and at the same time, the oxidation and / or nitriding is promoted. Therefore, oxidation and / or nitridation is promoted in the grain boundary portion more than that in the other portion, and the area becomes wider than that in the manufacturing method according to claim 3. In the next insulating film etch back step, the oxide film, nitride film and silicide on the surface are removed to obtain a desired polysilicon surface.
【0023】[0023]
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。 実施例1 ウエル形成、素子分離、基板チャネルドープ、ゲート酸
化膜形成等、MOS半導体素子およびCMOS半導体素
子、ならびにその集積回路の作製に必要な前工程がなさ
れたMOS半導体素子形成領域上に、まずポリシリコン
膜を2000Å成膜した。次に、公知の写真製版技術に
よる工程をはさんで、イオン注入法によりPMOS形成
部分にB注入(4E15/cm2 )、NMOS形成部分
にAs注入(4E15/cm2 )を行い、その後850
℃・20分程度の熱処理を行った。この時点でポリシリ
コン内の不純物分布をSIMS分析したところ、投影飛
程の部分で若干濃度が高いものの、ほぼ均一に不純物が
拡散していることが確認された。また、注入時のポリシ
リコン膜のダメージもほぼ回復し、再結晶化(ポリシリ
コン化)していることがRHEEDパターンにより観察
された。Next, embodiments of the present invention will be described. Example 1 First, a MOS semiconductor element formation region in which pre-processes necessary for producing wells, element isolation, substrate channel doping, gate oxide film formation, and the like of MOS semiconductor elements and CMOS semiconductor elements, and integrated circuits thereof were performed. A 2000 Å polysilicon film was formed. Next, B implantation (4E15 / cm 2 ) is performed on the PMOS formation portion and As implantation (4E15 / cm 2 ) is performed on the NMOS formation portion by an ion implantation method, and the process is performed at 850
A heat treatment was performed at ℃ for about 20 minutes. At this point, SIMS analysis of the impurity distribution in the polysilicon confirmed that the impurities were diffused almost uniformly, although the concentration was slightly higher in the projected range. Further, it was observed from the RHEED pattern that the damage of the polysilicon film at the time of implantation was almost recovered and that the polysilicon film was recrystallized (polysilicon).
【0024】次に、フッ酸とK2 Cr2 O7 水溶液の混
合液を十分希釈して粒界エッチングを行った。次に、抵
抗加熱法によりTiを平均膜厚で15Å程度デポした
(レート×時間により算出)。また、比較のため、これ
をデポしない試料も用意した。次に、酸素雰囲気中で1
100℃・10sec程度のRTA(RTO)処理を施
した。この時点での表面酸化膜の膜厚は両者とも50Å
程度であり、顕著な差は見られなかった。但し、この膜
厚は平均的なものであり、粒界部分での酸化膜厚(酸化
深さ)を反映した値ではない。次に、アンモニア雰囲気
中で950℃・60sec以下程度のRTA(RTN)
処理を施した。この時点での表面酸化窒化膜のSIMS
分析を行ったところ、酸化膜とポリシリコンの界面での
窒素濃度はほぼ5atom%であり、酸化膜中の窒素濃
度は、その値の数分の1程度であった。Next, grain boundary etching was performed by sufficiently diluting a mixed solution of hydrofluoric acid and an aqueous K 2 Cr 2 O 7 solution. Next, Ti was deposited by an average film thickness of about 15 Å by the resistance heating method (calculated by rate × time). For comparison, a sample without depot was also prepared. Next, 1 in oxygen atmosphere
RTA (RTO) treatment was performed at 100 ° C. for about 10 seconds. The thickness of the surface oxide film at this point is 50Å for both
There was no significant difference. However, this film thickness is an average value and does not reflect the oxide film thickness (oxidation depth) at the grain boundary portion. Next, RTA (RTN) at 950 ° C for 60 seconds or less in an ammonia atmosphere
Treated. SIMS of surface oxynitride film at this point
As a result of analysis, the nitrogen concentration at the interface between the oxide film and the polysilicon was about 5 atom%, and the nitrogen concentration in the oxide film was about a fraction of the value.
【0025】次に、公知のドライエッチング技術によ
り、上記酸化窒化膜について、オーバーエッチングの少
ないエッチバック処理を行った。このエッチング処理条
件はエッチング時間以外の条件を固定して、一連の実験
(一連のMOS作製工程)を行って決定した。次に、シ
リサイドWSixを1000Å程度成膜した。次に、C
VD法を用いて酸化膜500〜1000Å程度を成膜し
た。この酸化膜は、次工程以降の熱処理でWSixが異
常酸化するのを防ぐためのものである(異常酸化は、初
期耐圧不良等を引き起こす)。WSix膜とポリシリコ
ン膜との密着性を確保するための熱処理は、後の工程で
のいくつかの熱工程(拡散層の活性化処理や、サイドウ
ォール用の高温酸化膜デポ時の熱履歴)で代用した。こ
のため、特別な処理は施さなかった。以下、ゲートパタ
ーンの形成、拡散層の形成等の処理を行った。Next, the above-described oxynitride film was subjected to an etch-back process with less over-etching by a known dry etching technique. The etching treatment conditions were determined by fixing a condition other than the etching time and performing a series of experiments (a series of MOS manufacturing steps). Next, a silicide WSix was formed into a film of about 1000 liters. Then C
An oxide film of about 500 to 1000 Å was formed by using the VD method. This oxide film is for preventing abnormal oxidation of WSix in the heat treatment in the subsequent steps (abnormal oxidation causes defective initial breakdown voltage, etc.). The heat treatment for ensuring the adhesion between the WSix film and the polysilicon film is performed in several thermal processes in later steps (diffusion layer activation processing and thermal history during high temperature oxide film deposition for sidewalls). I used it instead. Therefore, no special treatment was applied. Thereafter, processing such as gate pattern formation and diffusion layer formation was performed.
【0026】上記のようにして作製したNMOSとPM
OSの閾値電圧およびフラットバンド電圧を評価した結
果、それぞれの不純物拡散抑制効果を確認することがで
きた。本発明による処理条件を[表1]に、本発明およ
び従来法による処理結果を[表2]にそれぞれ示す。NMOS and PM manufactured as described above
As a result of evaluating the threshold voltage and the flat band voltage of OS, it was possible to confirm the respective impurity diffusion suppressing effects. The processing conditions according to the present invention are shown in [Table 1], and the processing results according to the present invention and the conventional method are shown in [Table 2].
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】[0028]
【表2】 〔註〕 (1)ΔVfb[V]:シリサイドなしの場合に対してのフラットバンド電圧の シフト量 (2)ΔVth[V]:シリサイドなしの場合に対しての閾値電圧のシフト量 (3)シリサイドなしの試料は、ゲート空乏化がないものに相当する (4)表中の数値は、ウエハ面内50点の平均値の差である[Table 2] [Note] (1) ΔVfb [V]: Shift amount of flat band voltage in the case without silicide (2) ΔVth [V]: Shift amount of threshold voltage in the case without silicide (3) Silicide The sample without is equivalent to one without gate depletion. (4) The numerical values in the table are the difference between the average values of 50 points in the wafer plane.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ポリシリコン層からシリサイド層への不純物拡
散(不純物の吸い出し)が抑制され、相互拡散も殆どな
くなり、ポリサイドゲート作製時に問題となるゲート空
乏化を回避することができる。このため、デバイスの設
計が容易になるうえ、高速動作に支障のないデバイスの
作製が可能になるという効果がある。As is apparent from the above description, according to the present invention, diffusion of impurities (suction of impurities) from a polysilicon layer to a silicide layer is suppressed, mutual diffusion is almost eliminated, and a polycide gate is manufactured. It is possible to avoid the problem of depletion of the gate. Therefore, there is an effect that the device can be easily designed and a device that does not hinder high-speed operation can be manufactured.
【図1】請求項1に係る半導体装置の要部を示す断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to claim 1.
【図2】請求項2に係る半導体装置の要部を示す断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to claim 2.
【図3】請求項3に係る半導体装置の製造工程を示す説
明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to claim 3;
【図4】請求項4に係る半導体装置の製造工程を示す説
明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth aspect.
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ポリシリコン層 4 粒界(ポリシリコン層表面の粒界部分) 5 シリサイド層 31 酸窒化シリコン 41 シリサイド材料 42 酸窒化シリサイド 43 酸化窒化膜 1 Silicon Substrate 2 Gate Oxide Film 3 Polysilicon Layer 4 Grain Boundary (Grain Boundary Part of Polysilicon Layer Surface) 5 Silicide Layer 31 Silicon Oxynitride 41 Silicide Material 42 Oxynitride Silicide 43 Oxidation Nitride Film
Claims (5)
装置において、ゲート電極を構成するポリシリコン層と
高融点金属シリサイド層の界面近傍におけるポリシリコ
ン層の粒界が、酸化処理及び/又は窒化処理されている
ことを特徴とするポリサイドゲートMOS半導体装置。1. In a MOS semiconductor device having a polycide gate, a grain boundary of the polysilicon layer in the vicinity of the interface between the polysilicon layer forming the gate electrode and the refractory metal silicide layer is oxidized and / or nitrided. A polycide gate MOS semiconductor device characterized in that
装置において、ゲート電極を構成するポリシリコン層と
高融点金属シリサイド層の界面近傍におけるポリシリコ
ン層の粒界が、酸化シリサイド、窒化シリサイドまたは
酸窒化シリサイドとなっていることを特徴とするポリサ
イドゲートMOS半導体装置。2. In a MOS semiconductor device having a polycide gate, the grain boundary of the polysilicon layer near the interface between the polysilicon layer forming the gate electrode and the refractory metal silicide layer is oxide silicide, nitride silicide or oxynitride silicide. And a polycide gate MOS semiconductor device.
けるポリサイドゲートを形成するに際し、ゲート電極を
構成するポリシリコン層上に高融点金属シリサイド層を
形成する工程の前に、ポリシリコン表面のウエットエッ
チ工程、酸化及び/又は窒化処理工程、絶縁膜エッチバ
ック工程の順に処理することを特徴とする半導体装置の
製造方法。3. When forming a polycide gate in the MOS semiconductor device according to claim 1, before the step of forming the refractory metal silicide layer on the polysilicon layer forming the gate electrode, the polysilicon surface is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises sequentially performing a wet etch step, an oxidation and / or nitriding step, and an insulating film etch back step.
けるポリサイドゲートを形成するに際し、ゲート電極を
構成するポリシリコン層上に高融点金属シリサイド層を
形成する工程の前に、ポリシリコン表面のウエットエッ
チ工程、極少量のシリサイド材料を蒸着する工程、酸化
及び/又は窒化処理工程、絶縁膜エッチバック工程の順
に処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。4. When forming a polycide gate in the MOS semiconductor device according to claim 2, before the step of forming the refractory metal silicide layer on the polysilicon layer forming the gate electrode, the polysilicon surface is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises performing a wet etching step, a step of depositing an extremely small amount of a silicide material, an oxidation and / or nitriding step, and an insulating film etch back step in this order.
造するに際し、酸化及び/又は窒化処理工程前に蒸着す
るシリサイド材料として、高融点金属または高融点金属
シリサイドを用いることを特徴とする半導体装置の製造
方法。5. A semiconductor characterized by using refractory metal or refractory metal silicide as a silicide material to be deposited before an oxidation and / or nitriding process in manufacturing the MOS semiconductor device according to claim 4. Device manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16304995A JP3468616B2 (en) | 1995-02-02 | 1995-06-06 | MOS semiconductor device and method of manufacturing the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-38962 | 1995-02-02 | ||
| JP3896295 | 1995-02-02 | ||
| JP16304995A JP3468616B2 (en) | 1995-02-02 | 1995-06-06 | MOS semiconductor device and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH08274331A true JPH08274331A (en) | 1996-10-18 |
| JP3468616B2 JP3468616B2 (en) | 2003-11-17 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100388421C (en) * | 2003-12-12 | 2008-05-14 | 国际商业机器公司 | Structure and method of ultra-small particle size polysilicon |
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1995
- 1995-06-06 JP JP16304995A patent/JP3468616B2/en not_active Expired - Fee Related
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