JPH1093080A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH1093080A JPH1093080A JP8240663A JP24066396A JPH1093080A JP H1093080 A JPH1093080 A JP H1093080A JP 8240663 A JP8240663 A JP 8240663A JP 24066396 A JP24066396 A JP 24066396A JP H1093080 A JPH1093080 A JP H1093080A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポリサイドゲート電極膜厚を薄くしても、ゲ
ート電極耐圧劣化やしきい値電圧VTHの変化がないポリ
サイドゲート電極構造のMOSトランジスタを含む半導
体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ゲート酸化膜13上に約50nmの第1
のa−Si膜31、約30nmのTiN膜32および約
50nmの第2のa−Si膜33を形成し、これらをパ
ターニングしてゲート電極部2を形成し、サイドウォー
ル酸化膜17やソース・ドレイン層19を形成した後、
Ti膜を堆積し、2段階の熱処理によりゲート電極部2
の第2のa−Si膜33を全てシリサイド化して低抵抗
のTiSi2 膜34を形成すると同時に、ソース・ドレ
イン層19表面にも低抵抗のTiSi2 膜35を形成す
る。
【効果】 高集積化した半導体装置の作製が可能にな
る。
[PROBLEMS] To provide a semiconductor device including a MOS transistor having a polycide gate electrode structure which does not cause deterioration in gate electrode breakdown voltage or change in threshold voltage V TH even if the thickness of the polycide gate electrode is reduced, and a semiconductor device including the same. A manufacturing method is provided. SOLUTION: A first film having a thickness of about 50 nm is formed on a gate oxide film 13.
A-Si film 31, a TiN film 32 of about 30 nm and a second a-Si film 33 of about 50 nm are formed, and these are patterned to form a gate electrode portion 2; After forming the drain layer 19,
A Ti film is deposited, and a gate electrode portion 2 is formed by a two-step heat treatment.
The second a-Si film 33 is entirely silicided to form a low-resistance TiSi 2 film 34 and, at the same time, a low-resistance TiSi 2 film 35 is also formed on the surface of the source / drain layer 19. [Effect] A highly integrated semiconductor device can be manufactured.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、さらに詳しくは、MOSトランジス
タのゲート電極構造に特徴を有する半導体装置およびそ
の製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device characterized by a gate electrode structure of a MOS transistor and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のMOS型半導体装置は、ゲート電
極材料としてリン等の不純物を拡散した多結晶シリコン
膜(ポリシリコン膜)が用いられてきた。しかしなが
ら、近年、MOS型半導体装置の高速化、高集積化に伴
い、上記ポリシリコン膜の抵抗が大きいため、信号の伝
搬速度が問題となり、MOS型半導体装置の高速化を達
成することが困難になってきている。また、MOS型半
導体装置の高集積化の要求により、微細化した、ショー
トチャネルのMOS型トランジスタのソース・ドレイン
拡散層は益々薄くなり、浅いPN接合構造が求められる
ため、ソース・ドレイン拡散層抵抗が大きくなり、これ
が高集積化、高速化を目指す半導体装置の阻害要件とな
ってきている。2. Description of the Related Art In a conventional MOS type semiconductor device, a polycrystalline silicon film (polysilicon film) in which an impurity such as phosphorus is diffused has been used as a gate electrode material. However, in recent years, with the increase in speed and integration of MOS-type semiconductor devices, the resistance of the polysilicon film is large, so that the signal propagation speed becomes a problem, and it is difficult to achieve high-speed MOS-type semiconductor devices. It has become to. In addition, due to the demand for higher integration of MOS type semiconductor devices, the source / drain diffusion layers of miniaturized, short channel MOS type transistors are becoming increasingly thinner, and a shallow PN junction structure is required. This has become an impeding requirement for semiconductor devices aiming for high integration and high speed.
【0003】上記のような問題を解決する手段の一つと
して、良好なSi−SiO2 界面状態を得る技術等が確
立しているポリシリコンゲート電極のポリシリコン膜
と、ゲート電極の低抵抗化を目的とした金属シリサイド
膜、通常は高融点金属シリサイド膜との複合膜を用いた
ポリサイドゲート膜をゲート電極とし、しかもソース・
ドレイン拡散層上にも高融点金属シリサイド層を形成し
たソース・ドレイン部構造のMOS型半導体装置が開発
された。この高融点金属シリサイドとしては、最も比抵
抗が小さなチタンシリサイド(TiSi2 )が最も有望
視されている。通常の膜厚によるポリシリコンゲート電
極のシート抵抗は30Ω/□程度であり、また、浅いP
N接合のソース・ドレイン拡散層のシート抵抗は100
Ω/□程度であるが、TiSi2 膜をゲート電極やソー
ス・ドレイン拡散層に形成することで、これらのシート
抵抗を2〜5Ω/□にすることができる。As one of means for solving the above problems, a polysilicon film of a polysilicon gate electrode, for which a technique for obtaining a good Si—SiO 2 interface state has been established, and a method of reducing the resistance of the gate electrode, have been proposed. The gate electrode is a metal silicide film intended for the purpose, usually a polycide gate film using a composite film with a high melting point metal silicide film.
A MOS type semiconductor device having a source / drain portion structure in which a refractory metal silicide layer is also formed on a drain diffusion layer has been developed. As the refractory metal silicide, titanium silicide (TiSi 2 ) having the smallest specific resistance is regarded as the most promising. The sheet resistance of the polysilicon gate electrode with a normal film thickness is about 30 Ω / □,
The sheet resistance of the source / drain diffusion layer of the N junction is 100
The sheet resistance is about Ω / □, but by forming a TiSi 2 film on the gate electrode and the source / drain diffusion layers, the sheet resistance can be made 2 to 5 Ω / □.
【0004】上記のようにTiSi2 膜を用いること
で、ゲート電極やソース・ドレイン拡散層のシート抵抗
の低抵抗化が可能となるが、下記のような問題がある。
TiSi2 膜を高融点金属シリサイド膜としたポリサイ
ドゲート電極形成は、ポリシリコン膜上にTi膜を堆積
し、熱処理を行うことでポリシリコン膜とTi膜との合
金反応を起こさせ、ポリシリコン膜の上部のみTiSi
2 膜にするのであるが、この合金反応時、多結晶である
ポリシリコン膜の多結晶内のTiの拡散より、結晶粒界
に沿ってのTiの拡散がより早く進み、ポリシリコン膜
の一部で、Tiがゲート酸化膜に達してゲート酸化膜中
にまで拡散し、ゲート電極耐圧劣化の問題が発生した
り、また、ポリサイドゲート電極下部のかなりの部分で
TiSi2 膜がゲート酸化膜と接する状態がおこると、
ドープしたポリシリコン膜とTiSi2 膜との仕事関数
φM の差異や、その他Si−SiO2 界面状態の変化等
でMOSトランジスタのしきい値電圧VTHを変化させる
という問題が発生したりする。The use of the TiSi 2 film as described above makes it possible to reduce the sheet resistance of the gate electrode and the source / drain diffusion layers, but has the following problems.
The formation of a polycide gate electrode using a TiSi 2 film as a refractory metal silicide film is performed by depositing a Ti film on a polysilicon film and performing a heat treatment to cause an alloy reaction between the polysilicon film and the Ti film. TiSi only on top of film
In this alloy reaction, the diffusion of Ti along the crystal grain boundary proceeds faster than the diffusion of Ti in the polycrystal of the polycrystalline polysilicon film. In some portions, Ti reaches the gate oxide film and diffuses into the gate oxide film, causing a problem of deterioration of the gate electrode withstand voltage. Also, a TiSi 2 film is formed in a considerable portion under the polycide gate electrode by the gate oxide film. When the state of contact with
Differences and work function phi M and doped polysilicon film and TiSi 2 film, the problem of changing the threshold voltage V TH of the MOS transistor in the change of other Si-SiO 2 interface states or generated.
【0005】上述した結晶粒界に沿ってのTiの拡散に
より、ポリシリコン膜の一部でゲート酸化膜に達するT
iSi2 膜が形成された状態のポリサイドゲート電極を
持つMOSトランジスタのゲート電極部を示したのが、
図3である。通常のTiSi2 膜によるポリサイドゲー
ト電極では、ポリシリコン膜とTiSi2 膜との境界面
は、Tiの結晶粒界に沿った早い拡散の影響で多少の凹
凸はあるものの、概略平坦な境界面を持って形成される
が、図3に示すようなポリシリコン膜のかなり内部ま
で、又はゲート酸化膜に達するまでのTiSi2 膜の異
常成長部を持つポリサイドゲート電極のMOSトランジ
スタが、度々存在するのが一般であり、このようなMO
Sトランジスタは耐圧劣化を起こす。また一方、合金反
応時にポリシリコン膜中にドープされている不純物イオ
ン、例えばAs等がTiSi2 膜中に拡散して、シート
抵抗値が増加するという問題が起こる虞もある。[0005] Due to the diffusion of Ti along the above-mentioned crystal grain boundary, T reaches a gate oxide film in a part of the polysilicon film.
The gate electrode portion of a MOS transistor having a polycide gate electrode with an iSi 2 film formed thereon is shown in FIG.
FIG. The polycide gate electrode by conventional TiSi 2 film, the boundary surface between the polysilicon film and TiSi 2 film, although there are some irregularities to the influence of the early diffusion along the grain boundaries of Ti, schematic planar boundary surfaces However, MOS transistors having a polycide gate electrode having an abnormally grown portion of a TiSi 2 film up to the inside of the polysilicon film or reaching the gate oxide film as shown in FIG. It is common to do such an MO
The S transistor causes deterioration in breakdown voltage. On the other hand, at the time of alloying reaction, impurity ions doped in the polysilicon film, such as As, may diffuse into the TiSi 2 film and cause a problem that the sheet resistance increases.
【0006】上記のような問題の対策として、多結晶シ
リコン膜、拡散防止膜および高融点金属シリサイド膜に
て構成するポリサイド膜によるゲート電極構造のMOS
トランジスタを含む半導体装置およびその製造方法の従
来例を、図4および図5を参照して説明する。まず、図
4(a)に示すように、P型の半導体基板11ににフィ
ールド酸化膜としてのLOCOS(Local Oxi
dation of Silicon)膜12を選択的
に形成する。その後、熱酸化膜により、MOSトランジ
スタ部1にゲート酸化膜13を形成する。更にその後、
不純物をドープした第1のポリシリコン膜14を膜厚約
150nm程堆積する。As a countermeasure against the above problem, a MOS having a gate electrode structure using a polycide film composed of a polycrystalline silicon film, a diffusion prevention film and a refractory metal silicide film is used.
A conventional example of a semiconductor device including a transistor and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, a LOCOS (Local Oxi) as a field oxide film is formed on a P-type semiconductor substrate 11.
(Dation of Silicon) film 12 is selectively formed. Thereafter, a gate oxide film 13 is formed in the MOS transistor unit 1 by using a thermal oxide film. And then
A first polysilicon film 14 doped with impurities is deposited to a thickness of about 150 nm.
【0007】次に、熱処理によるSiO2 膜、又はCV
D法によるCVDSiO2 膜やSiN膜等による拡散防
止膜15を形成する。なお、これらの拡散防止膜15は
絶縁膜なので、第1のポリシリコン膜14と後述する第
2のポリシリコン膜16間の導電性を確保するために、
拡散防止膜15の膜厚を0.6nm〜3nm程度の薄膜
としてトンネル電流を用いる。次に、不純物をドープし
た第2のポリシリコン膜16を膜厚約150nm程堆積
する。Next, a SiO 2 film or a CV
A diffusion prevention film 15 made of a CVD SiO 2 film, a SiN film, or the like is formed by the D method. Since these diffusion prevention films 15 are insulating films, in order to secure conductivity between the first polysilicon film 14 and a second polysilicon film 16 described later,
A tunnel current is used as a thin film having a thickness of about 0.6 nm to 3 nm of the diffusion prevention film 15. Next, a second polysilicon film 16 doped with impurities is deposited to a thickness of about 150 nm.
【0008】次に、図4(b)に示すように、第2のポ
リシリコン膜16/拡散防止膜15/第1のポリシリコ
ン膜14/ゲート酸化膜13をフォトリソグラフィ技術
を用いてパターニングし、MOSトランジスタ部1にゲ
ート電極部2を形成する。その後、後述するLDD(L
ightly Doped Drain)層18を形成
するために、イオン注入法により、Asイオンを用い
た、低ドーズ量のイオン注入をソース・ドレイン部3に
行う。次に、CVD法によりCVD酸化膜を堆積し、続
いてRIE(Reactive Ion Etchin
g)等による異方性エッチング法を用いて、CVD酸化
膜をエッチバックし、ゲート電極部2の側壁にサイドウ
ォール酸化膜17を形成する。その後、後述するソース
・ドレイン層を形成するために、イオン注入法により、
Asイオンを用いた、高ドーズ量のイオン注入をソース
・ドレイン部3に行う。更にその後、ソース・ドレイン
部3にイオン注入したAsイオンの活性化と拡散を兼ね
た熱処理を行って、LDD層18を持つソース・ドレイ
ン層19を形成する。Next, as shown in FIG. 4B, the second polysilicon film 16 / diffusion prevention film 15 / first polysilicon film 14 / gate oxide film 13 are patterned by using a photolithography technique. Then, the gate electrode part 2 is formed in the MOS transistor part 1. Then, the LDD (L
In order to form an (lightly doped drain) layer 18, low-dose ion implantation using As ions is performed on the source / drain portion 3 by an ion implantation method. Next, a CVD oxide film is deposited by a CVD method, and subsequently, RIE (Reactive Ion Etchin).
g) Etch back the CVD oxide film using an anisotropic etching method as described above to form a sidewall oxide film 17 on the side wall of the gate electrode portion 2. Then, in order to form a source / drain layer described later,
A high dose ion implantation using As ions is performed in the source / drain portion 3. Further, thereafter, a heat treatment is performed for activating and diffusing As ions implanted into the source / drain portions 3 to form the source / drain layers 19 having the LDD layers 18.
【0009】次に、図4(c)に示すように、スパッタ
リング法によりTi膜を堆積し、その後、RTA(Ra
pid Thermal Annealing)法によ
り、窒素雰囲気中で、温度650°C程度の第1の熱処
理を行い、Ti膜がシリコンと接触しているゲート電極
部2の第2のポリシリコン膜16表面およびソース・ド
レイン部3のソース・ドレイン層19表面にTiSi2
膜20、21を形成する。次に、このRTAにて形成さ
れた、絶縁膜上等のTi膜表面のTiN膜および内部の
未反応のTi膜等を、硫酸と過酸化水素水の混合液によ
り除去する。その後、TiSi2 膜20、21の低抵抗
化を目的とした、温度800°C程度の第2の熱処理を
行う。この2度の熱処理により、ゲート電極部2および
ソース・ドレイン部3に、自己整合的にシリサイド化さ
せた、所謂サリサイド(Self−Aligned S
ilicide)化させた、低抵抗のTiSi2 膜2
0、21を形成する。なおここで、温度650°C程度
の第1の熱処理で形成されるTiSi2 膜20、21
は、低温安定相で高抵抗のC49相と言われるTiSi
2 結晶で、温度800°C程度の第2の熱処理で形成さ
れるTiSi2 膜20、21は、高温安定相で低抵抗の
C54相と言われるTiSi2 結晶である。Next, as shown in FIG. 4C, a Ti film is deposited by a sputtering method, and thereafter, an RTA (Ra
A first heat treatment at a temperature of about 650 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere by a pid thermal annealing method, and the surface of the second polysilicon film 16 of the gate electrode portion 2 where the Ti film is in contact with silicon and the source TiSi 2 is deposited on the surface of the source / drain layer 19 of the drain portion 3.
The films 20 and 21 are formed. Next, the TiN film on the surface of the Ti film on the insulating film and the like, and the unreacted Ti film and the like formed by the RTA are removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Thereafter, a second heat treatment at a temperature of about 800 ° C. is performed for the purpose of lowering the resistance of the TiSi 2 films 20 and 21. The heat treatment of this twice, the gate electrode 2 and the source and drain portions 3, a self was aligned manner is silicided, so-called salicide (S elf- Ali gned S
ili cide) was of a low resistance TiSi 2 film 2
0 and 21 are formed. Here, the TiSi 2 films 20 and 21 formed by the first heat treatment at a temperature of about 650 ° C.
Is TiSi, which is said to be a low-temperature stable phase and a high-resistance C49 phase.
The two- crystal TiSi 2 films 20 and 21 formed by the second heat treatment at a temperature of about 800 ° C. are TiSi 2 crystals called a C54 phase having a high-temperature stable phase and a low resistance.
【0010】次に、図5に示すように、BPSG(Bo
ro−Phospho Silicate Glas
s)等による層間絶縁膜22を堆積し、この層間絶縁膜
22表面をリフロー法、又はCMP(Chemical
Mechanical Polishing)等によ
り平坦化し、その後層間絶縁膜22をパターニングし
て、MOSトランジスタ部1のソース・ドレイン部3等
にコンタクトホールの開口23を形成する。Next, as shown in FIG. 5, BPSG (Bo
ro-Phospho Silicate Glass
s) and the like, and the surface of the interlayer insulating film 22 is deposited by a reflow method or a CMP (Chemical) method.
The surface is flattened by Mechanical Polishing or the like, and then the interlayer insulating film 22 is patterned to form an opening 23 of a contact hole in the source / drain portion 3 of the MOS transistor portion 1 or the like.
【0011】次に、スパッタリング法等によりバリア膜
24としてのTi膜とTiN膜を堆積し、続いてCVD
法によりブランケットW膜25を堆積し、その後エッチ
バックを行って、コンタクトホールの開口23に埋め込
みプラグとしてのタングステンプラグ26を形成する。
次に、TiN膜27とSiを含むAl合金膜28を堆積
し、その後パターニングしてタングステンプラグ26等
に接続する配線29を形成する。この後は、図示は省略
するが、パッシベーション膜形成、パッド窓開け等を行
って、半導体装置を作製する。Next, a Ti film and a TiN film as a barrier film 24 are deposited by a sputtering method or the like.
A blanket W film 25 is deposited by the method, and thereafter, etch back is performed to form a tungsten plug 26 as a buried plug in the opening 23 of the contact hole.
Next, a TiN film 27 and an Al alloy film 28 containing Si are deposited and then patterned to form a wiring 29 connected to the tungsten plug 26 and the like. Thereafter, although not shown, a semiconductor device is manufactured by forming a passivation film, opening a pad window, and the like.
【0012】しかしながら、上述した半導体装置および
その製造方法は、ゲート電極の第1のポリシリコン膜1
4と第2のポリシリコン膜16間に入れる拡散防止膜1
5を、トンネル電流が流れる程度の、膜厚が0.6〜3
nm程度の薄膜としなければならず、この様な薄膜で拡
散防止効果を確実に期待できるほど均質性のある膜を形
成することは、極めて難しい。従って、第1のポリシリ
コン膜14や第2のポリシリコン膜16の膜厚を、この
従来例のように、各々約150nmと厚くし、第2のポ
リシリコン膜16の表面部のみをTiSi2 膜20と
し、TiSi2 膜20形成時のTiSi2 の異常形成部
(図3参照)と拡散防止膜15の不均質部とが重なる確
率を低くし、異常形成部のTiSi2 膜20がゲート酸
化膜13に到達しないようにして、ゲート電極耐圧劣化
の防止効果を向上させている。上述した理由で、ゲート
電極膜が厚くなり、半導体装置の高集積化による素子微
細化に伴う半導体基板表面垂直方向の寸法縮小の要求を
満たすことが難しくなり、従って半導体装置の更なる高
集積化を難しくしているという問題がある。However, the above-described semiconductor device and the method of manufacturing the same have the following disadvantages.
Anti-diffusion film 1 inserted between the fourth polysilicon film 16 and the second polysilicon film 16
5 is a thickness of 0.6 to 3 such that a tunnel current flows.
It is extremely difficult to form a thin film having such a thin film that it is so homogeneous that a diffusion preventing effect can be reliably expected. Therefore, the thickness of the first polysilicon film 14 and the second polysilicon film 16 are each increased to about 150 nm as in this conventional example, and only the surface of the second polysilicon film 16 is made of TiSi 2. and film 20, to lower the probability of abnormal formation of the TiSi 2 when TiSi 2 film 20 is formed and the heterogeneity of (see FIG. 3) and the diffusion preventing film 15 overlap, the abnormal formation of the TiSi 2 film 20 is the gate oxide By preventing the film 13 from reaching the film 13, the effect of preventing the gate electrode breakdown voltage from deteriorating is improved. For the above-mentioned reasons, the thickness of the gate electrode film becomes thick, and it becomes difficult to satisfy the demand for the size reduction in the vertical direction of the semiconductor substrate surface accompanying the miniaturization of elements due to the high integration of the semiconductor device. There is a problem that makes it difficult.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した半
導体装置およびその製造方法における問題点を解決する
ことをその目的とする。即ち本発明の課題は、多結晶シ
リコン膜、拡散防止膜および金属シリサイド膜にて構成
するポリサイド膜による、ポリサイドゲート電極膜厚を
薄くしても、ゲート電極耐圧劣化やしきい値電圧VTHの
変化がないポリサイドゲート電極構造のMOSトランジ
スタを含む半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the semiconductor device and the method for manufacturing the same. That object of the present invention, a polycrystalline silicon film, by a polycide film composed of a diffusion preventing film and the metal silicide film, even by reducing the polycide gate electrode thickness, the gate electrode breakdown voltage and the threshold voltage V TH It is an object of the present invention to provide a semiconductor device including a MOS transistor having a polycide gate electrode structure having no change in the resistance and a method of manufacturing the same.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置およ
びその製造方法は、上述の課題を解決するために提案す
るものであり、本発明の半導体装置は、多結晶シリコン
膜、拡散防止膜および金属シリサイド膜で構成させたゲ
ート電極構造のMOSトランジスタを含む半導体装置に
おいて、拡散防止膜が高融点金属窒化膜であることを特
徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention are proposed to solve the above-mentioned problems. The semiconductor device according to the present invention comprises a polycrystalline silicon film, a diffusion prevention film and In a semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure formed of a metal silicide film, the diffusion prevention film is a refractory metal nitride film.
【0015】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
多結晶シリコン膜、拡散防止膜および金属シリサイド膜
で構成させたゲート電極構造のMOSトランジスタを含
む半導体装置の製造方法において、ゲート酸化膜上に、
第1のシリコン膜を形成する工程と、第1のシリコン膜
上に、拡散防止膜としての高融点金属窒化膜を形成する
工程と、高融点金属窒化膜上に、第2のシリコン膜を形
成する工程と、第2のシリコン膜/高融点金属窒化膜/
第1のシリコン膜/ゲート酸化膜をパターニングして、
ゲート電極部を形成する工程と、高融点金属膜を堆積す
る工程と、熱処理により、ゲート電極部の第2のシリコ
ン膜と高融点金属膜を合金反応させて、シリサイド膜を
形成する工程とを有することを特徴とするものである。Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
In a method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure composed of a polycrystalline silicon film, a diffusion prevention film, and a metal silicide film,
Forming a first silicon film, forming a refractory metal nitride film as a diffusion preventing film on the first silicon film, and forming a second silicon film on the refractory metal nitride film And a second silicon film / a high melting point metal nitride film /
Patterning the first silicon film / gate oxide film,
A step of forming a gate electrode portion, a step of depositing a high melting point metal film, and a step of forming a silicide film by causing an alloying reaction between the second silicon film and the high melting point metal film of the gate electrode portion by heat treatment. It is characterized by having.
【0016】更にまた、本発明の半導体装置の製造方法
は、多結晶シリコン膜、拡散防止膜および金属シリサイ
ド膜で構成させたゲート電極構造のMOSトランジスタ
を含む半導体装置の製造方法において、ゲート酸化膜上
に、第1のシリコン膜を形成する工程と、第1のシリコ
ン膜上に、拡散防止膜としての高融点金属窒化膜を堆積
する工程と、高融点金属窒化膜上に、第2のシリコン膜
を形成する工程と、第2のシリコン膜/高融点金属窒化
膜/第1のシリコン膜/ゲート酸化膜をパターニングし
て、ゲート電極部を形成する工程と、高融点金属膜を堆
積する工程と、熱処理により、ゲート電極部の第2のシ
リコン膜と高融点金属膜を合金反応させ、第2のシリコ
ン膜を全てシリサイド化して、シリサイド膜を形成する
工程とを有することを特徴とするものである。Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure constituted by a polycrystalline silicon film, a diffusion preventing film and a metal silicide film. Forming a first silicon film on the first silicon film, depositing a high melting point metal nitride film as a diffusion preventing film on the first silicon film, and forming a second silicon film on the high melting point metal nitride film. Forming a film, patterning the second silicon film / high melting point metal nitride film / first silicon film / gate oxide film to form a gate electrode portion, and depositing a high melting point metal film Forming a silicide film by heat-treating the second silicon film of the gate electrode portion and the high-melting-point metal film in an alloying reaction, and silicidizing the entire second silicon film. The one in which the features.
【0017】本発明によれば、多結晶シリコン膜、拡散
防止膜および金属シリサイド膜で構成させたゲート電極
構造のMOSトランジスタにおいて、拡散防止膜を高融
点金属膜窒化膜とすることで、拡散防止膜の導電性確保
にトンネル電流を利用しないため、拡散防止膜の膜厚を
厚くでき、従ってシリサイド化の合金反応時に高融点金
属の拡散をほぼ確実に阻止することができる。このため
に、ポリサイドゲート電極耐圧劣化やしきい値電圧VTH
の変化がないポリサイドゲート電極構造のMOSトラン
ジスタの作製ができる。また、高融点金属膜窒化膜によ
る拡散防止膜は、高融点金属の拡散をほぼ確実に阻止で
きるために、第1、第2のシリコン膜の膜厚を薄くする
ことができるので、ポリサイドゲート電極の膜厚全体が
薄くでき、半導体装置の高集積化による素子微細化に伴
う半導体基板表面垂直方向の寸法縮小の要求を満たすた
めに、より高集積化した半導体装置の作製が可能とな
る。According to the present invention, in a MOS transistor having a gate electrode structure composed of a polycrystalline silicon film, a diffusion prevention film, and a metal silicide film, the diffusion prevention film is made of a refractory metal film nitride film to prevent diffusion. Since the tunnel current is not used to secure the conductivity of the film, the thickness of the diffusion prevention film can be increased, and therefore, the diffusion of the refractory metal can be almost certainly prevented during the silicidation alloying reaction. For this reason, polycide gate electrode breakdown voltage degradation and threshold voltage V TH
A MOS transistor having a polycide gate electrode structure with no change in the thickness can be manufactured. In addition, since the diffusion preventing film made of the refractory metal film nitride film can almost certainly prevent the refractory metal from diffusing, the thickness of the first and second silicon films can be reduced. The entire thickness of the electrode can be reduced, and a highly integrated semiconductor device can be manufactured in order to satisfy the demand for size reduction in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate accompanying the miniaturization of elements due to the high integration of the semiconductor device.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。なお従来技術の説明で参照した
図4、図5中の構成部分と同様の構成部分には、同一の
参照符号を付すものとする。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same components as those in FIGS. 4 and 5 referred to in the description of the related art are denoted by the same reference numerals.
【0019】本実施例は半導体装置およびその製造方法
に本発明を適用した例であり、これを図1および図2を
参照して説明する。まず、図1(a)に示すように、P
型の半導体基板11にフィールド酸化膜としてのLOC
OS膜12を選択的に形成する。その後、熱酸化膜によ
り、MOSトランジスタ部1に膜厚約20nm程度のゲ
ート酸化膜13を形成する。次に、第1のシリコン膜、
例えばPをドープした第1のアモルファスシリコン膜3
1(以下、第1のa−Si膜31と記す)を、縦型LP
CVD装置等を用いたCVD法により、膜厚約50nm
程堆積する。この第1のa−Si膜31のCVD条件
は、例えば下記のようなものである。 〔第1のa−Si膜31のCVD条件〕 SiH4 ガス流量 : 500 sccm PH3 ガス流量 : 0.35 sccm ガス圧力 : 133 Pa 温度 : 530 °CThe present embodiment is an example in which the present invention is applied to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
LOC as a field oxide film on the semiconductor substrate 11
The OS film 12 is selectively formed. Thereafter, a gate oxide film 13 having a thickness of about 20 nm is formed in the MOS transistor portion 1 by using a thermal oxide film. Next, a first silicon film,
For example, a first amorphous silicon film 3 doped with P
1 (hereinafter referred to as a first a-Si film 31) is a vertical LP
A film thickness of about 50 nm by a CVD method using a CVD apparatus or the like.
Deposits. The CVD conditions for the first a-Si film 31 are, for example, as follows. [CVD conditions of first a-Si film 31] SiH 4 gas flow rate: 500 sccm PH 3 gas flow rate: 0.35 sccm Gas pressure: 133 Pa Temperature: 530 ° C.
【0020】次に、拡散防止膜としての高融点金属窒化
膜、例えばTiN膜32をスパッタリング法により、膜
厚約30nm程堆積する。このTiN膜32の堆積は、
例えばマグネトロンスパッタリング装置を用い、下記の
反応性スパッタリング条件にて行う。 〔TiN膜32の反応性スパッタリング条件〕 N2 ガス流量 : 100 sccm ガス圧力 : 1 Pa 基板温度 : 200 ℃ 供給電力 : 6 kWNext, a refractory metal nitride film as a diffusion preventing film, for example, a TiN film 32 is deposited to a thickness of about 30 nm by a sputtering method. This TiN film 32 is deposited
For example, using a magnetron sputtering apparatus, it is performed under the following reactive sputtering conditions. [Reactive sputtering conditions for TiN film 32] N 2 gas flow rate: 100 sccm Gas pressure: 1 Pa Substrate temperature: 200 ° C. Supply power: 6 kW
【0021】次に、第2のシリコン膜、例えばPをドー
プした第2のアモルファスシリコン膜33(以下、第2
のa−Si膜33と記す)を、縦型LPCVD装置等を
用いたCVD法により、膜厚約50nm程堆積する。こ
の第2のa−Si膜33のCVD装置およびCVD条件
は、例えば第1のa−Si膜31堆積時と同じものとす
る。Next, a second silicon film, for example, a second amorphous silicon film 33 doped with P (hereinafter referred to as a second amorphous silicon film 33).
A-Si film 33) is deposited to a thickness of about 50 nm by a CVD method using a vertical LPCVD apparatus or the like. The CVD apparatus and the CVD conditions for the second a-Si film 33 are, for example, the same as those for depositing the first a-Si film 31.
【0022】次に、図1(b)に示すように、第2のa
−Si膜33/TiN膜32/第1のa−Si膜31/
ゲート酸化膜13を、フォトリソグラフィ技術を用いて
パターニングし、MOSトランジスタ部1のゲート電極
部2を形成する。このゲート電極部2形成時のエッチン
グは、ECRプラズマエッチング装置を用い、エッチン
グ条件としては、例えば下記のような条件とする。 〔ゲート電極部2形成時のエッチング条件〕 Cl2 ガス流量 : 100 sccm O2 ガス流量 : 100 sccm ガス圧力 : 0.4 Pa 基板温度 : 20 ℃ 第1ステップのRFパワー : 80 W 第2ステップのRFパワー : 30 WNext, as shown in FIG.
-Si film 33 / TiN film 32 / first a-Si film 31 /
The gate oxide film 13 is patterned by using the photolithography technique to form the gate electrode 2 of the MOS transistor 1. The etching at the time of forming the gate electrode portion 2 uses an ECR plasma etching apparatus, and the etching conditions are, for example, as follows. [Etching conditions at the time of forming the gate electrode portion 2] Cl 2 gas flow rate: 100 sccm O 2 gas flow rate: 100 sccm Gas pressure: 0.4 Pa Substrate temperature: 20 ° C. RF power in the first step: 80 W RF power: 30 W
【0023】次に、後述するLDD(Lightly
Doped Drain)層を形成するために、イオン
注入法により、例えばAsイオンを用い、打ち込みエネ
ルギー約25keV、ドーズ量約5E13/cm2 で、
ソース・ドレイン部3にイオン注入を行う。Next, an LDD (Lightly) described later will be described.
In order to form a doped drain (Drain) layer, for example, As ions are used by ion implantation at an implantation energy of about 25 keV and a dose of about 5E13 / cm 2 .
Ion implantation is performed on the source / drain portion 3.
【0024】次に、CVD法により、膜厚約300nm
のCVD酸化膜を堆積し、続いてRIE等による異方性
プラズマエッチング法を用いて、CVD酸化膜をエッチ
バックし、ゲート電極部2の側壁にサイドウォール酸化
膜17を形成する。その後、熱酸化膜(図示省略)をソ
ース・ドレイン部3表面やゲート電極部3の第2のa−
Si膜33表面に膜厚約10nm程度形成した後、イオ
ン注入法により、MOSトランジスタ部1のソース・ド
レイン部3に、後述するソース・ドレイン層を形成する
ためのイオン注入を行う。このイオン注入は、例えばA
sイオンを用い、打ち込みエネルギー約20keV、ド
ーズ量約2E15/cm2 で行う。なお、この打ち込み
エネルギー値は、投影飛程RP が第2のa−Si膜33
中央部より表面側になるようにすることが望ましい。Next, a film thickness of about 300 nm is formed by CVD.
Then, the CVD oxide film is etched back using an anisotropic plasma etching method such as RIE to form a sidewall oxide film 17 on the side wall of the gate electrode portion 2. Thereafter, a thermal oxide film (not shown) is formed on the surface of the source / drain portion 3 or the second a-
After a film thickness of about 10 nm is formed on the surface of the Si film 33, ion implantation for forming a source / drain layer described later is performed on the source / drain section 3 of the MOS transistor section 1 by an ion implantation method. This ion implantation is performed by, for example, A
Using s ions, the implantation energy is about 20 keV, and the dose is about 2E15 / cm 2 . Incidentally, the implantation energy value, the projection range R P is a second a-Si film 33
It is desirable to be on the surface side from the center.
【0025】次に、注入したイオンの活性化および拡散
を兼ねた熱処理、例えばRTA (Rapid The
rmal Annealing)法による約1000°
Cで30秒程度の熱処理を行い、LDD層18を持つソ
ース・ドレイン層19を形成する。その後、ゲート電極
部2の第2のa−Si膜33表面やソース・ドレイン部
3のソース・ドレイン層19表面の熱酸化膜を希フッ酸
液で除去する。なお、上述した熱酸化膜や活性化等の熱
処理工程を経ると、第1、第2のa−Si膜31、33
は多結晶化が起こり、この段階では、ポリシリコン膜に
変化している。Next, a heat treatment combining activation and diffusion of the implanted ions, for example, RTA (Rapid The
rmal Annealing) about 1000 °
A heat treatment is performed for about 30 seconds at C to form a source / drain layer 19 having an LDD layer 18. After that, the thermal oxide film on the surface of the second a-Si film 33 of the gate electrode portion 2 and the surface of the source / drain layer 19 of the source / drain portion 3 is removed with a diluted hydrofluoric acid solution. It should be noted that the first and second a-Si films 31, 33 are subjected to a heat treatment step such as the above-described thermal oxide film or activation.
Has been polycrystallized, and at this stage, has been changed to a polysilicon film.
【0026】次に、図1(c)に示すように、高融点金
属、例えばTi膜をスパッタリング法により膜厚約40
nm程堆積する。その後、RTA法による窒素ガス雰囲
気中での第1の熱処理を約650°Cで約30秒間程行
う。この熱処理により、ゲート電極部2の第2のa−S
i膜33やソース・ドレイン部3のシリコンがTi膜と
合金反応を起こし、Ti膜はTi膜厚の約2.3倍のシ
リコン層のシリコンと反応して、Ti膜厚の約2.5倍
のTiSi2 膜を形成する。従って、本実施例のTi膜
が約40nmの場合、ソース・ドレイン部3では、約1
00nmのTiSi2 膜35が形成され、ゲート電極部
2では、拡散防止膜であるTiN膜32が設けられてい
るために、ポリシリコン膜となった第2のa−Si膜3
3のみのシリコンがTi膜と反応し、約54nmのTi
Si2膜34が形成される。この際、ゲート電極部2の
Ti膜は、第2のa−Si膜33側の約22nmの膜厚
のTi膜のみがTiSi2 膜34の形成に使われ、残り
のTi膜は未反応Ti膜として残る。なお、ここで形成
されたTiSi2 膜34、35は、低温安定相で高抵抗
のC49相といわれるTiSi2 結晶である。Next, as shown in FIG. 1C, a refractory metal, for example, a Ti film is formed by sputtering to a thickness of about 40 nm.
Deposit about nm. Thereafter, a first heat treatment in a nitrogen gas atmosphere by an RTA method is performed at about 650 ° C. for about 30 seconds. By this heat treatment, the second a-S
The i film 33 and the silicon of the source / drain portion 3 cause an alloy reaction with the Ti film, and the Ti film reacts with the silicon of the silicon layer having a thickness of about 2.3 times the Ti film thickness, and has a thickness of about 2.5 times the Ti film thickness. A double TiSi 2 film is formed. Therefore, when the Ti film of this embodiment has a thickness of about 40 nm, the source / drain portion 3 has a thickness of about 1 nm.
Since a TiSi 2 film 35 having a thickness of 00 nm is formed and a TiN film 32 serving as a diffusion preventing film is provided in the gate electrode portion 2, the second a-Si film 3 which has become a polysilicon film is formed.
Only 3 silicon reacts with the Ti film and about 54 nm of Ti
An Si 2 film 34 is formed. At this time, as the Ti film of the gate electrode portion 2, only the Ti film having a thickness of about 22 nm on the side of the second a-Si film 33 is used for forming the TiSi 2 film 34, and the remaining Ti film is unreacted Ti film. Remains as a film. The TiSi 2 films 34 and 35 formed here are TiSi 2 crystals called a C49 phase having a low-temperature stable phase and a high resistance.
【0027】次に、上述したゲート電極部2の未反応T
i膜およびこの未反応Ti膜表面に形成されたTiN膜
や、サイドウォール酸化膜17やLOCOS膜12等の
絶縁膜上の未反応Ti膜およびこの未反応Ti膜表面に
形成されたTiN膜等を、硫酸と過酸化水素水を3:1
の比で混合した選択エッチング液で除去する。その後、
RTA法による窒素ガス雰囲気中での第2の熱処理を約
800°Cで約30秒間程行う。この熱処理により、低
温安定相で高抵抗のC49相と言われるTiSi2 結晶
であるTiSi2 膜34、35は、高温安定相で低抵抗
のC54相と言われるTiSi2 結晶であるTiSi2
膜34、35に相転移する。この様にして、ゲート電極
部2やソース・ドレイン部3に自己整合的に形成されシ
リサイド膜、所謂サリサイド膜としての、低抵抗のTi
Si2 膜34、35が形成される。Next, the unreacted T of the gate electrode 2
i film and a TiN film formed on the surface of the unreacted Ti film, an unreacted Ti film on an insulating film such as the sidewall oxide film 17 and the LOCOS film 12, and a TiN film formed on the surface of the unreacted Ti film And sulfuric acid and aqueous hydrogen peroxide in a ratio of 3: 1
And removed with a selective etchant mixed at a ratio of afterwards,
A second heat treatment in a nitrogen gas atmosphere by the RTA method is performed at about 800 ° C. for about 30 seconds. By this heat treatment, TiSi 2 TiSi 2 films 34 and 35 is a TiSi 2 crystals called C49 phase of high resistance at low temperature stable phase is a TiSi 2 crystals called C54 phase of low resistance at a high temperature stable phase
The phase changes to the films 34 and 35. In this manner, a low-resistance Ti is formed in the gate electrode portion 2 and the source / drain portion 3 in a self-aligned manner as a silicide film, a so-called salicide film.
Si 2 films 34 and 35 are formed.
【0028】次に、図2に示すように、BPSG等によ
る層間絶縁膜22を堆積し、この層間絶縁膜22表面を
リフロー法、又はCMP等により平坦化し、その後層間
絶縁膜22をパターニングして、MOSトランジスタ部
1のソース・ドレイン部3等にコンタクトホールの開口
23を形成する。Next, as shown in FIG. 2, an interlayer insulating film 22 is deposited by BPSG or the like, the surface of the interlayer insulating film 22 is flattened by a reflow method, CMP or the like, and then the interlayer insulating film 22 is patterned. Then, an opening 23 of a contact hole is formed in the source / drain portion 3 of the MOS transistor portion 1 and the like.
【0029】次に、スパッタリング法等によりバリア膜
24としてのTi膜とTiN膜を堆積し、続いてCVD
法によりブランケットW膜25を堆積し、その後エッチ
バックを行って、コンタクトホールの開口23に埋め込
みプラグとしてのタングステンプラグ26を形成する。
次に、TiN膜27とSiを含むAl合金膜28を堆積
し、その後パターニングしてタングステンプラグ26等
に接続する配線29を形成する。この後は、図示は省略
するが、パッシベーション膜形成、パッド窓開け等を行
って、半導体装置を作製する。Next, a Ti film and a TiN film as the barrier film 24 are deposited by a sputtering method or the like.
A blanket W film 25 is deposited by the method, and thereafter, etch back is performed to form a tungsten plug 26 as a buried plug in the opening 23 of the contact hole.
Next, a TiN film 27 and an Al alloy film 28 containing Si are deposited and then patterned to form a wiring 29 connected to the tungsten plug 26 and the like. Thereafter, although not shown, a semiconductor device is manufactured by forming a passivation film, opening a pad window, and the like.
【0030】上述した本発明の実施例では、ポリサイド
ゲート電極のN型のMOSトランジスタにより説明した
が、ポリサイドゲート電極のP型のMOSトランジスタ
でも同様にして作製できる。またポリサイドゲート電極
のN型のMOSトランジスタ形成工程と、ポリサイドゲ
ート電極のP型のMOSトランジスタ形成工程を組み合
わせることで、ポリサイドゲート電極のCMOS構成の
半導体装置の作製も可能である。また、上述した実施例
では、第2のシリコン膜に不純物をドープした第2のa
−Si膜33を用いたが、上述した実施例のように第2
のa−Si膜33を全てTiSi2 膜34に変えるよう
な厚いTi膜を用いる時は、不純物をドープしない第2
のa−Si膜33であってもよい。更に、上述した実施
例では、不純物をドープした第2のa−Si膜33を全
てTiSi2 膜34に変える構造のポリサイドゲート電
極としたが、Ti膜の膜厚の2.3倍以上の膜厚で第2
のa−Si膜33を形成し、従来例と同様に、TiSi
2 膜34の下方に第2のa−Si膜33が残る構成にし
てもよい。In the above-described embodiment of the present invention, the description has been made of the N-type MOS transistor having the polycide gate electrode. However, a P-type MOS transistor having the polycide gate electrode can be similarly manufactured. In addition, by combining the process of forming an N-type MOS transistor of a polycide gate electrode and the process of forming a P-type MOS transistor of a polycide gate electrode, a CMOS semiconductor device having a polycide gate electrode can be manufactured. Further, in the above-described embodiment, the second a
Although the Si film 33 is used, the second
When using a thick Ti film such that the entire a-Si film 33 is changed to the TiSi 2 film 34, the second
A-Si film 33 may be used. Further, in the above-described embodiment, the polycide gate electrode has a structure in which the entirety of the second a-Si film 33 doped with impurities is changed to a TiSi 2 film 34. However, the polycide gate electrode is 2.3 times or more the thickness of the Ti film. Second in film thickness
A-Si film 33 is formed, and TiSi
The second a-Si film 33 may be left below the second film 34.
【0031】上述の半導体装置は、拡散防止膜をTiN
膜32としたポリサイドゲート電極のMOSトランジス
タで構成し、このTiN膜32の膜厚は約30nmもあ
り、従来の拡散防止膜15より1桁以上厚い膜厚となっ
ているので、拡散防止膜全面でTiの第1のa−Si膜
31への拡散防止効果が大きく、第1、第2のa−Si
膜31、33が薄くても、ゲート電極耐圧劣化やしきい
値電圧VTHの変化がない半導体装置の作製が可能とな
る。従って、MOSトランジスタのポリサイドゲート電
極の膜厚が従来のポリサイドゲート電極の膜厚より大幅
に薄くでき、より高集積化した半導体装置の作製が可能
になる。In the above-described semiconductor device, the diffusion preventing film is made of TiN
The TiN film 32 is formed of a MOS transistor having a polycide gate electrode as the film 32. The thickness of the TiN film 32 is about 30 nm, which is at least one digit thicker than that of the conventional diffusion prevention film 15. The effect of preventing the diffusion of Ti into the first a-Si film 31 is large over the entire surface, and the first and second a-Si
Even if the films 31 and 33 are thin, it is possible to manufacture a semiconductor device without deterioration in gate electrode breakdown voltage or change in threshold voltage VTH . Accordingly, the thickness of the polycide gate electrode of the MOS transistor can be made significantly smaller than that of the conventional polycide gate electrode, and a highly integrated semiconductor device can be manufactured.
【0032】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。例
えば、本実施例では拡散防止膜にTiN膜を用いて説明
したが、WN膜やMoN膜等の高融点金属窒化膜でもよ
い。また、第1、第2のシリコン膜として、不純物をド
ープしたアモルファスシリコン膜を用いて説明したが、
不純物をドープしたポリシリコン膜でもよい。その他、
本発明の技術的思想の範囲内で、プロセス装置やプロセ
ス条件は適宜変更が可能である。The present invention has been described with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to this embodiment. For example, in this embodiment, a TiN film is used as the diffusion prevention film, but a refractory metal nitride film such as a WN film or a MoN film may be used. Also, although the first and second silicon films have been described using amorphous silicon films doped with impurities,
A polysilicon film doped with impurities may be used. Others
Within the scope of the technical concept of the present invention, the process equipment and process conditions can be changed as appropriate.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置およびその製造方法は、拡散防止膜にTi
N膜を用いることで、薄いポリサイドゲート電極であっ
ても、ゲート電極耐圧劣化やしきい値電圧VTHの変化が
ないポリサイドゲート電極のMOSトランジスタが作製
でき、従って、より高集積化した半導体装置の作製が可
能になる。As is apparent from the above description, the semiconductor device of the present invention and the method of manufacturing the same are characterized in that the diffusion preventing film is made of Ti.
By using the N film, even with a thin polycide gate electrode, a MOS transistor having a polycide gate electrode without deterioration of the gate electrode withstand voltage and a change in the threshold voltage VTH can be manufactured, and therefore, higher integration can be achieved. A semiconductor device can be manufactured.
【図1】本発明を適用した実施例の工程の前半を工程順
に説明する、半導体装置の概略断面図で、(a)は半導
体基板上にゲート酸化膜、第1のa−Si膜、TiN膜
および第2のa−Si膜を形成した状態、(b)はゲー
ト電極部を形成し、サイドウォール酸化膜を形成し、L
DD層を持つソース・ドレイン層を形成した状態、
(c)はゲート電極部およびソース・ドレイン部にTi
Si2 膜を形成した状態である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the first half of the steps of an embodiment to which the present invention is applied in the order of steps. FIG. 1 (a) shows a gate oxide film, a first a-Si film, and TiN on a semiconductor substrate. (B) shows a state in which a film and a second a-Si film are formed, (b) forms a gate electrode portion, forms a side wall oxide film,
A state in which a source / drain layer having a DD layer is formed,
(C) shows Ti in the gate electrode part and the source / drain part.
This is a state in which a Si 2 film has been formed.
【図2】本発明を適用した実施例の工程の後半を工程順
に説明する、半導体装置の概略断面図で、層間絶縁膜を
形成し、タングステンプラグを形成した後、配線を形成
した状態である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the latter half of the steps of an embodiment to which the present invention is applied in the order of steps, in which an interlayer insulating film is formed, a tungsten plug is formed, and wiring is formed. .
【図3】拡散防止膜のない、従来のポリサイドゲート電
極のMOSトランジスタにおけるゲート電極耐圧劣化現
象を説明するための、MOSトランジスタ部の一部の概
略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a part of a MOS transistor portion for explaining a gate electrode breakdown voltage deterioration phenomenon in a conventional MOS transistor having a polycide gate electrode without a diffusion preventing film.
【図4】従来の半導体装置の製造方法の工程の前半を工
程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、(a)は
半導体基板上にゲート酸化膜、第1のポリシリコン膜、
拡散防止膜および第2のポリシリコン膜を形成した状
態、(b)はゲート電極部を形成し、サイドウォール酸
化膜を形成し、LDD層を持つソース・ドレイン層を形
成した状態、(c)はゲート電極部およびソース・ドレ
イン部にTiSi2膜を形成した状態である。4A and 4B are schematic cross-sectional views of a semiconductor device, illustrating the first half of the steps of a conventional method of manufacturing a semiconductor device in the order of steps; FIG. 4A shows a gate oxide film, a first polysilicon film on a semiconductor substrate,
A state in which a diffusion prevention film and a second polysilicon film are formed, (b) a state in which a gate electrode portion is formed, a sidewall oxide film is formed, and a source / drain layer having an LDD layer is formed, (c). Is a state in which a TiSi 2 film is formed on the gate electrode portion and the source / drain portions.
【図5】従来の半導体装置の製造方法の工程の後半を工
程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、層間絶縁
膜を形成し、タングステンプラグを形成した後、配線を
形成した状態である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device, illustrating the latter half of the process of the conventional method of manufacturing a semiconductor device in the order of steps, in which an interlayer insulating film is formed, a tungsten plug is formed, and a wiring is formed. .
【符号の説明】 1…MOSトランジスタ部、2…ゲート電極部、3…ソ
ース・ドレイン部、11…半導体基板、12…LOCO
S膜、13…ゲート酸化膜、14…第1のポリシリコン
膜、15…拡散防止膜、16…第2のポリシリコン膜、
17…サイドウォール酸化膜、18…LDD層、19…
ソース・ドレイン層、20、21…TiSi2 膜、22
…層間絶縁膜、23…開口、24…バリア膜、25…ブ
ランケットW膜、26…タングステンプラグ、27…T
iN膜、28…Al合金膜、29…配線、31…第1の
a−Si膜、32…TiN膜、33…第2のa−Si
膜、34、35…TiSi2 膜[Description of References] 1 ... MOS transistor section, 2 ... gate electrode section, 3 ... source / drain section, 11 ... semiconductor substrate, 12 ... LOCO
S film, 13 gate oxide film, 14 first polysilicon film, 15 diffusion prevention film, 16 second polysilicon film,
17 ... sidewall oxide film, 18 ... LDD layer, 19 ...
Source / drain layers, 20, 21,... TiSi 2 film, 22
... interlayer insulating film, 23 ... opening, 24 ... barrier film, 25 ... blanket W film, 26 ... tungsten plug, 27 ... T
iN film, 28 ... Al alloy film, 29 ... wiring, 31 ... first a-Si film, 32 ... TiN film, 33 ... second a-Si
Film, 34, 35 ... TiSi 2 film
Claims (10)
属シリサイド膜で構成させたゲート電極構造のMOSト
ランジスタを含む半導体装置において、 前記拡散防止膜が高融点金属窒化膜であることを特徴と
する半導体装置。1. A semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure composed of a polycrystalline silicon film, a diffusion prevention film and a metal silicide film, wherein the diffusion prevention film is a refractory metal nitride film. Semiconductor device.
ことを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said refractory metal nitride film is a TiN film.
属シリサイド膜で構成させたゲート電極構造のMOSト
ランジスタを含む半導体装置の製造方法において、 ゲート酸化膜上に、第1のシリコン膜を形成する工程
と、 前記第1のシリコン膜上に、前記拡散防止膜としての高
融点金属窒化膜を形成する工程と、 前記高融点金属窒化膜上に、第2のシリコン膜を形成す
る工程と、 前記第2のシリコン膜/前記高融点金属窒化膜/前記第
1のシリコン膜/前記ゲート酸化膜をパターニングし
て、ゲート電極部を形成する工程と、 高融点金属膜を堆積する工程と、 熱処理により、前記ゲート電極部の前記第2のシリコン
膜と前記高融点金属膜を合金反応させて、シリサイド膜
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。3. A method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure constituted by a polycrystalline silicon film, a diffusion preventing film and a metal silicide film, wherein a first silicon film is formed on a gate oxide film. Forming a high melting point metal nitride film as the diffusion preventing film on the first silicon film; forming a second silicon film on the high melting point metal nitride film; Patterning a second silicon film / the refractory metal nitride film / the first silicon film / the gate oxide film to form a gate electrode portion; depositing a refractory metal film; Forming a silicide film by performing an alloying reaction between the second silicon film of the gate electrode portion and the high melting point metal film.
属シリサイド膜で構成させたゲート電極構造のMOSト
ランジスタを含む半導体装置の製造方法において、 ゲート酸化膜上に、第1のシリコン膜を形成する工程
と、 前記第1のシリコン膜上に、前記拡散防止膜としての高
融点金属窒化膜を堆積する工程と、 前記高融点金属窒化膜上に、第2のシリコン膜を形成す
る工程と、 前記第2のシリコン膜/前記高融点金属窒化膜/前記第
1のシリコン膜/前記ゲート酸化膜をパターニングし
て、ゲート電極部を形成する工程と、 高融点金属膜を堆積する工程と、 熱処理により、前記ゲート電極部の前記第2のシリコン
膜と前記高融点金属膜を合金反応させ、前記第2のシリ
コン膜を全てシリサイド化して、シリサイド膜を形成す
る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。4. A method for manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having a gate electrode structure constituted by a polycrystalline silicon film, a diffusion preventing film and a metal silicide film, wherein a first silicon film is formed on a gate oxide film. A step of depositing a high melting point metal nitride film as the diffusion preventing film on the first silicon film; a step of forming a second silicon film on the high melting point metal nitride film; Patterning a second silicon film / the refractory metal nitride film / the first silicon film / the gate oxide film to form a gate electrode portion; depositing a refractory metal film; Forming a silicide film by causing an alloying reaction between the second silicon film of the gate electrode portion and the refractory metal film and silicidizing the second silicon film entirely. A method of manufacturing a semiconductor device.
プしたポリシリコン膜および不純物をドープしたアモル
ファスシリコン膜の内、いずれか一方であることを特徴
とする、請求項3または請求項4に記載の半導体装置の
製造方法。5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first silicon film is one of a polysilicon film doped with an impurity and an amorphous silicon film doped with an impurity. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
ることを特徴とする、請求項3または請求項4に記載の
半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 3, wherein the refractory metal nitride film is a TiN film.
プしたポリシリコン膜および不純物をドープしたアモル
ファスシリコン膜の内、いずれか一方であることを特徴
とする、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。7. The semiconductor device according to claim 3, wherein said second silicon film is one of a polysilicon film doped with an impurity and an amorphous silicon film doped with an impurity. Manufacturing method.
プしてないポリシリコン膜および不純物をドープしてな
いアモルファスシリコン膜の内、いずれか一方であるこ
とを特徴とする、請求項4に記載の半導体装置の製造方
法。8. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second silicon film is one of a polysilicon film not doped with impurities and an amorphous silicon film not doped with impurities. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
を特徴とする、請求項3または請求項4に記載の半導体
装置の製造方法。9. The method according to claim 3, wherein the refractory metal film is a Ti film.
際、前記第2のシリコン膜の膜厚は、前記Ti膜の膜厚
の2.3倍以下にして、熱処理による合金反応時に、前
記第2のシリコン膜を全て反応させてTiSi2 膜にす
ることを特徴とする、請求項4に記載の半導体装置の製
造方法。10. When a Ti film is used as the refractory metal film, the thickness of the second silicon film is set to 2.3 times or less of the thickness of the Ti film, and the thickness of the second silicon film is reduced during an alloy reaction by heat treatment. wherein the second silicon film by any reaction to TiSi 2 film, a manufacturing method of a semiconductor device according to claim 4.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7442596B2 (en) | 2005-02-24 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing fin type field effect transistors |
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- 1996-09-11 JP JP24066396A patent/JP3769832B2/en not_active Expired - Fee Related
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