[go: up one dir, main page]

JP2006108452A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2006108452A
JP2006108452A JP2004294207A JP2004294207A JP2006108452A JP 2006108452 A JP2006108452 A JP 2006108452A JP 2004294207 A JP2004294207 A JP 2004294207A JP 2004294207 A JP2004294207 A JP 2004294207A JP 2006108452 A JP2006108452 A JP 2006108452A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
forming
silicon substrate
contact hole
diffusion layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004294207A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Terada
隆司 寺田
Motoi Ashida
基 芦田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2004294207A priority Critical patent/JP2006108452A/en
Publication of JP2006108452A publication Critical patent/JP2006108452A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which is fine in structure, as well as superior in electrical properties. <P>SOLUTION: Contact holes 11 extending to diffusion layer regions 8 respectively are formed by dry-etching a stopper film 9 through an interlayer insulating film 10 as a mask. At this time, the bottoms of the contact holes 11 are recessed from the surface of a silicon substrate 1 through overetching of the stopper film 9. In succession, after the surface of the silicon substrate 1 has been cleaned, a polysilicon film 12 is formed on the interlayer insulating film 10 so as to cover the inner surfaces of the contact holes 11. The thickness of the polysilicon film 12 is set larger than the depth, by which the bottom of the contact hole 11 is recessed from the surface of the silicon substrate 1 and set smaller than that of silicon removed by turning it into a silicide. By this setup, silicon removed from the silicon substrate 1 due to overetching and the formation of silicide can be reduced in amount. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、拡散層領域に金属シリサイド層を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a metal silicide layer in a diffusion layer region.

近年、半導体装置の微細化とともに、ソース・ドレインとなる拡散層の接合深さは浅くなる傾向にある。しかし、拡散層が浅くなると拡散層抵抗が増大し、デバイス特性に与える寄生抵抗の影響が無視できなくなる。そこで、このような拡散層の極浅化に伴う抵抗の増大に対処するために、金属シリサイド層を形成することが行われている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。   In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the junction depths of diffusion layers serving as source / drain tend to be shallow. However, as the diffusion layer becomes shallower, the diffusion layer resistance increases, and the influence of parasitic resistance on device characteristics cannot be ignored. Therefore, in order to cope with such an increase in resistance due to the extremely shallow diffusion layer, a metal silicide layer is formed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

例えば、シリコン基板上に形成された層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、洗浄工程を経てから、Ti(チタン)などの金属をコンタクトホールの内部を含む全面に堆積する。次に、熱処理を行うと、シリコンと金属とが反応して金属シリサイド層が形成される。その後、バリアメタル膜を介して、コンタクトホールの内部にW(タングステン)などの導電層を充填することにより、コンタクトプラグを形成することができる。   For example, a contact hole is formed in an interlayer insulating film formed on a silicon substrate, and after a cleaning process, a metal such as Ti (titanium) is deposited on the entire surface including the inside of the contact hole. Next, when heat treatment is performed, the metal and the metal react to form a metal silicide layer. Thereafter, a contact plug can be formed by filling the inside of the contact hole with a conductive layer such as W (tungsten) through the barrier metal film.

特開平3−285330号公報JP-A-3-285330 特開平6−85083号公報JP-A-6-85083

しかしながら、さらなる微細化に伴ってソース・ドレインの浅接合化が進むと、次のような問題が生じる。   However, when the shallow junction of the source / drain advances with further miniaturization, the following problems occur.

第1に、シリコン基板の縦方向に接合リーク電流が増大するという問題がある。すなわち、コンタクトホールを形成する際のシリコン基板へのオーバーエッチングによって、コンタクトホールの底部は、シリコン基板の表面に対してリセスした(窪んだ)構造となる。このため、浅いソース・ドレインに対して、シリコン基板の深いところでコンタクトホールがシリコン基板と接合し、シリコン基板の縦方向に接合リークが起こる。   First, there is a problem that junction leakage current increases in the vertical direction of the silicon substrate. That is, due to over-etching of the silicon substrate when forming the contact hole, the bottom of the contact hole has a recessed (depressed) structure with respect to the surface of the silicon substrate. For this reason, the contact hole is bonded to the silicon substrate at a deep depth of the silicon substrate with respect to the shallow source / drain, and a junction leak occurs in the vertical direction of the silicon substrate.

第2に、導電層がシリコンと反応することによって、シリコン基板に欠陥が生じるという問題がある。すなわち、シリコン基板へのオーバーエッチングや、洗浄工程でのウェットエッチングによって、コンタクトホールの底部にはサイドエッチングが生じる。ここで、サイドエッチングが生じた部分には、バリアメタル膜が薄い膜厚でしか形成されないので、そのバリア性は不十分なものとなる。一方、タングステン膜を成膜する際には、原料ガスとしてWFが使用される。バリアメタル膜のバリア性が十分でないと、WF中のFとSiとの間で反応が起こる。生成したSiFは気化してしまうので、結果として、Siが消費されてシリコン基板に欠陥が発生する。 Secondly, there is a problem that defects occur in the silicon substrate when the conductive layer reacts with silicon. That is, side etching occurs at the bottom of the contact hole due to over-etching on the silicon substrate or wet etching in the cleaning process. Here, since the barrier metal film is formed only in a thin film thickness in the portion where the side etching occurs, the barrier property is insufficient. On the other hand, when the tungsten film is formed, WF 6 is used as a source gas. When the barrier properties of the barrier metal film is not sufficient, the reaction occurs between the F and Si in WF 6. Since the generated SiF 4 is vaporized, as a result, Si is consumed and defects occur in the silicon substrate.

第3に、シリコン基板の横方向にも接合リーク電流が増大するという問題がある。すなわち、シリサイド化反応は等方的に進行するために、シリコン基板のオーバーエッチングによりコンタクトホールがシリコン基板と接合して、シリコン基板の横方向に接合リークが起こる。   Third, there is a problem that the junction leakage current increases also in the lateral direction of the silicon substrate. That is, since the silicidation reaction proceeds isotropically, the contact hole is joined to the silicon substrate by overetching of the silicon substrate, and junction leakage occurs in the lateral direction of the silicon substrate.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、微細且つ電気的特性に優れた半導体装置の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that is fine and has excellent electrical characteristics.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本願の第1の発明は、シリコン基板に不純物をイオン注入して拡散層領域を形成する工程と、このシリコン基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、所定のマスクを用いて層間絶縁膜をドライエッチングし、拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、層間絶縁膜のオーバーエッチングによって、コンタクトホールの底面をシリコン基板の表面よりリセスする工程と、コンタクトホールの内面を覆うようにして層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、このポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、この金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、熱処理によって金属膜をシリサイド化して、拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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に関する。   A first invention of the present application includes a step of ion-implanting impurities into a silicon substrate to form a diffusion layer region, a step of forming an interlayer insulating film on the silicon substrate, and an interlayer insulating film using a predetermined mask The contact hole reaching the diffusion layer region is formed by dry etching, and the process of recessing the bottom surface of the contact hole from the surface of the silicon substrate by over-etching the interlayer insulating film and covering the inner surface of the contact hole with the interlayer The step of forming a polysilicon film on the insulating film, the step of forming a metal film on the polysilicon film, the step of forming a barrier metal film on the metal film, and silicide the metal film by heat treatment Forming a metal silicide layer on the diffusion layer region, and embedding a conductive layer inside the contact hole, The method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of forming a contact plug electrically connected to the.

また、本願の第2の発明は、シリコン基板に不純物をイオン注入して拡散層領域を形成する工程と、シリコン基板の上にストッパー膜を形成する工程と、このストッパー膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、所定のマスクを用いて層間絶縁膜をドライエッチングし、ストッパー膜に至る開口部を形成する工程と、層間絶縁膜をマスクとしたストッパー膜のドライエッチングによって、拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、ストッパー膜のオーバーエッチングによって、コンタクトホールの底面をシリコン基板の表面よりリセスする工程と、コンタクトホールの内面を覆うようにして層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、このポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、この金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、熱処理によって金属膜をシリサイド化して、拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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に関する。   The second invention of the present application includes a step of ion-implanting impurities into a silicon substrate to form a diffusion layer region, a step of forming a stopper film on the silicon substrate, and an interlayer insulating film on the stopper film. A step of forming the opening to the stopper film by dry etching the interlayer insulating film using a predetermined mask, and dry etching of the stopper film using the interlayer insulating film as a mask. In addition to forming a contact hole, the process of recessing the bottom surface of the contact hole from the surface of the silicon substrate by over-etching the stopper film and forming a polysilicon film on the interlayer insulating film so as to cover the inner surface of the contact hole A step of forming a metal film on the polysilicon film, and a barrier metal on the metal film. Forming a metal silicide layer on the diffusion layer region, and embedding a conductive layer inside the contact hole to electrically connect to the diffusion layer region And a step of forming a contact plug.

さらに、本願の第3の発明は、シリコン基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、このゲート電極をマスクとしてシリコン基板に不純物をイオン注入し、エクステンション領域を形成する工程と、ゲート電極の側壁部にサイドウォールを形成する工程と、このサイドウォールの形成されたゲート電極をマスクとしてシリコン基板に不純物をイオン注入し、拡散層領域を形成する工程と、シリコン基板と、サイドウォールの形成されたゲート電極との上にストッパー膜を形成する工程と、このストッパー膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、所定のマスクを用いて層間絶縁膜をドライエッチングし、ストッパー膜に至る開口部を形成する工程と、層間絶縁膜をマスクとしたストッパー膜のドライエッチングによって、拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、ストッパー膜のオーバーエッチングによって、コンタクトホールの底面をシリコン基板の表面よりリセスする工程と、コンタクトホールを形成した後のシリコン基板の表面を洗浄する工程と、洗浄後のコンタクトホールの内面を覆うようにして層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、このポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、この金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、熱処理によって金属膜をシリサイド化して、拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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に関する。   Further, the third invention of the present application includes a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and an impurity in the silicon substrate using the gate electrode as a mask. The step of forming an extension region by ion implantation, the step of forming a sidewall on the side wall portion of the gate electrode, and the ion implantation of impurities into the silicon substrate using the gate electrode formed with the sidewall as a mask to form a diffusion layer region Forming a stopper film on the silicon substrate and the gate electrode on which the sidewall is formed, forming an interlayer insulating film on the stopper film, and using a predetermined mask Dry etching the interlayer insulating film to form an opening reaching the stopper film, and a stopper using the interlayer insulating film as a mask The contact hole that reaches the diffusion layer region is formed by dry etching of the step, and the process of recessing the bottom surface of the contact hole from the surface of the silicon substrate by overetching the stopper film, and the surface of the silicon substrate after the contact hole is formed A step of forming a polysilicon film on the interlayer insulating film so as to cover the inner surface of the contact hole after the cleaning, a step of forming a metal film on the polysilicon film, and the metal A step of forming a barrier metal film on the film, a step of siliciding the metal film by heat treatment to form a metal silicide layer on the diffusion layer region, and a conductive layer embedded in the contact hole to form a diffusion layer Forming a contact plug electrically connected to the region A method of manufacture of the device.

以上述べたように、本願発明によれば、コンタクトホールの形成とその後の洗浄工程を終えた後にポリシリコン膜を形成するので、オーバーエッチングおよびシリサイド化によってシリコン基板から消失するシリコンの量を低減することができる。したがって、微細且つ電気的特性に優れた半導体装置を製造することが可能になる。   As described above, according to the present invention, since the polysilicon film is formed after the formation of the contact hole and the subsequent cleaning process, the amount of silicon disappeared from the silicon substrate by overetching and silicidation is reduced. be able to. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device that is fine and has excellent electrical characteristics.

実施の形態1.
図1〜図11を用いて、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。尚、これらの図において、同じ符号を用いた部分は同じものであることを示している。
Embodiment 1 FIG.
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In these drawings, parts using the same reference numerals are the same.

まず、半導体基板として、シリコン基板1を準備する。次に、シリコン基板1の表面に絶縁膜を埋め込んで素子分離領域2を形成した後、n型またはp型の不純物を注入して拡散層3を形成する。その後、ゲート絶縁膜4をシリコン基板1の上に形成して、図1の構造とする。ゲート絶縁膜4としては、例えば、熱酸化法により形成したシリコン酸化膜(SiO膜)を用いることができる。 First, a silicon substrate 1 is prepared as a semiconductor substrate. Next, after an element isolation region 2 is formed by embedding an insulating film on the surface of the silicon substrate 1, an n-type or p-type impurity is implanted to form a diffusion layer 3. Thereafter, a gate insulating film 4 is formed on the silicon substrate 1 to obtain the structure shown in FIG. As the gate insulating film 4, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by a thermal oxidation method can be used.

次に、ゲート絶縁膜4の上に、ゲート電極5となるポリシリコン膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、ポリシリコン膜およびゲート絶縁膜4を加工し、図2に示す構造とする。   Next, a polysilicon film to be the gate electrode 5 is formed on the gate insulating film 4. Next, the polysilicon film and the gate insulating film 4 are processed using a photolithography method to obtain the structure shown in FIG.

次に、イオン注入法を用いてエクステンション領域6を形成する。例えば、p型拡散層に対しては、ゲート電極5をマスクとしてAs(ヒ素)を注入する。次いで、サイドウォール7となるシリコン窒化膜(SiN膜)を全面に形成した後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極5の側壁部を除いてシリコン窒化膜を除去する。続いて、イオン注入法を用いて拡散層領域8を形成する。例えば、サイドウォール7の形成されたゲート電極5をマスクとして、選択的にp型拡散層の領域にAsをイオン注入する。その後、熱処理による活性化を行うことによって、n型の拡散層領域を形成することができる。例えば、注入エネルギーが10keVである場合、接合の深さは30nm〜40nm程度になる。以上の工程によって、図3に示す構造が得られる。   Next, the extension region 6 is formed using an ion implantation method. For example, for the p-type diffusion layer, As (arsenic) is implanted using the gate electrode 5 as a mask. Next, after forming a silicon nitride film (SiN film) to be the sidewall 7 on the entire surface, the silicon nitride film is removed by reactive ion etching except for the side wall portion of the gate electrode 5. Subsequently, the diffusion layer region 8 is formed using an ion implantation method. For example, As is selectively ion-implanted into the region of the p-type diffusion layer using the gate electrode 5 on which the sidewall 7 is formed as a mask. Thereafter, activation by heat treatment can be performed to form an n-type diffusion layer region. For example, when the implantation energy is 10 keV, the junction depth is about 30 nm to 40 nm. Through the above steps, the structure shown in FIG. 3 is obtained.

次に、ストッパー膜9としてシリコン窒化膜を形成した後、ストッパー膜9の上に層間絶縁膜10を形成する(図4)。ストッパー膜9を形成することによって、後述するオーバーエッチングによって、高精度にシリコン基板のリセス量を制御することができる。層間絶縁膜10としては、例えば、シリコン酸化膜などを用いることができる。層間絶縁膜10を形成した後は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって表面を平坦化する。尚、ストッパー膜9としてはシリコン窒化膜以外のものを用いることもできるが、層間絶縁膜10とのエッチング選択比の大きい材料からなる膜を使用する。   Next, after forming a silicon nitride film as the stopper film 9, an interlayer insulating film 10 is formed on the stopper film 9 (FIG. 4). By forming the stopper film 9, the recess amount of the silicon substrate can be controlled with high accuracy by over-etching described later. For example, a silicon oxide film or the like can be used as the interlayer insulating film 10. After the interlayer insulating film 10 is formed, the surface is flattened by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. As the stopper film 9, a film other than a silicon nitride film can be used, but a film made of a material having a high etching selection ratio with the interlayer insulating film 10 is used.

次に、拡散層領域と電気的に接続するコンタクトプラグを形成するために、層間絶縁膜10にコンタクトホール11を設ける(図5)。   Next, in order to form a contact plug that is electrically connected to the diffusion layer region, a contact hole 11 is provided in the interlayer insulating film 10 (FIG. 5).

具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて、所定のパターンを有するレジスト膜(図示せず)を層間絶縁膜10の上に形成した後、このレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜10をドライエッチングし、ストッパー膜9に至る開口部を設ける。次に、レジスト膜を除去した後、層間絶縁膜10をマスクとしてストッパー膜9をドライエッチングし、シリコン基板1に至るコンタクトホール11を形成する。この際、ストッパー膜9が残存することのないようにオーバーエッチングを行い、シリコン基板1が表面に完全に露出するようにする。   Specifically, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film 10 using a photolithography method, and then the interlayer insulating film 10 is dry-etched using the resist film as a mask. An opening reaching the stopper film 9 is provided. Next, after removing the resist film, the stopper film 9 is dry-etched using the interlayer insulating film 10 as a mask to form a contact hole 11 reaching the silicon substrate 1. At this time, over-etching is performed so that the stopper film 9 does not remain so that the silicon substrate 1 is completely exposed on the surface.

ストッパー膜9のオーバーエッチングによって、図5に示すように、コンタクトホール11の底面は、シリコン基板1の表面から数nm〜数十nm程度リセスする。   By over-etching the stopper film 9, the bottom surface of the contact hole 11 is recessed from the surface of the silicon substrate 1 by several nm to several tens nm as shown in FIG. 5.

コンタクトホール11の形成を終えた後は、エッチング残渣などを除去するための洗浄を行う。具体的には、バッファードフッ酸などの薬液を用いて表面をウェットエッチングする。すると、ストッパー膜9のオーバーエッチングと、洗浄工程での等方的なウェットエッチングとによって、コンタクトホール11の底部には、図6に示すようにサイドエッチングが入る。   After the formation of the contact hole 11, cleaning for removing etching residues and the like is performed. Specifically, the surface is wet-etched using a chemical solution such as buffered hydrofluoric acid. Then, side etching is performed at the bottom of the contact hole 11 as shown in FIG. 6 due to over-etching of the stopper film 9 and isotropic wet etching in the cleaning process.

本実施の形態においては、図6のコンタクトホール11の内面および層間絶縁膜10の上に、ポリシリコン膜12を堆積することを特徴としている。ここで、ポリシリコン膜12の膜厚は、コンタクトホール11の底面がシリコン基板1の表面に対してリセスした深さより大きくなるようにする。例えば、リセスした深さをストッパー膜9の膜厚と同程度(50Å〜200Å)とすると、ポリシリコン膜12の膜厚はストッパー膜9の膜厚より大きくなるようにする。このようにすることによって、図7に示すように、シリコン基板1のオーバーエッチングにより消失した部分をポリシリコン膜12で完全に補充することができる。   In the present embodiment, a polysilicon film 12 is deposited on the inner surface of the contact hole 11 and the interlayer insulating film 10 in FIG. Here, the thickness of the polysilicon film 12 is set to be larger than the depth at which the bottom surface of the contact hole 11 is recessed with respect to the surface of the silicon substrate 1. For example, if the recess depth is about the same as the film thickness of the stopper film 9 (50 to 200 mm), the film thickness of the polysilicon film 12 is made larger than the film thickness of the stopper film 9. In this way, as shown in FIG. 7, the portion disappeared by overetching of the silicon substrate 1 can be completely replenished with the polysilicon film 12.

また、ポリシリコン膜12の膜厚は、後工程で行うシリサイド化によって消費されるシリコンの厚さより小さくなるようにする。これによって、シリサイド化の後に、未反応のポリシリコン膜12が残存しなくなる。   The thickness of the polysilicon film 12 is made smaller than the thickness of silicon consumed by silicidation performed in a later process. As a result, the unreacted polysilicon film 12 does not remain after silicidation.

例えば、TiSiを形成する際に消費されるSiの量は、Tiを1とすると2.27程度である。したがって、膜厚300Å程度のチタン膜を成膜すると、シリサイド化で消費されるシリコンの膜厚は600Å以上になる。また、CoSiを形成する際に消費されるSiの量は、Coを1とすると3.64程度である。したがって、膜厚300Å程度のコバルト膜を成膜すると、シリサイド化で消費されるシリコンの量は950Å以上になる。 For example, the amount of Si consumed when forming TiSi 2 is about 2.27 when Ti is 1. Therefore, when a titanium film having a thickness of about 300 mm is formed, the film thickness of silicon consumed for silicidation becomes 600 mm or more. Further, the amount of Si consumed when forming CoSi 2 is about 3.64 when Co is 1. Therefore, when a cobalt film having a thickness of about 300 mm is formed, the amount of silicon consumed for silicidation becomes 950 mm or more.

シリサイド化で消費されるシリコンの厚さは、一般に、コンタクトホール11の底面がリセスした深さよりも大きい。したがって、シリサイド化の後に未反応のポリシリコン膜12が残存することのないように、ポリシリコン膜12の膜厚をシリサイド化で消費されるシリコンの厚さより小さいものとした上で、このシリコンの厚さに略等しい膜厚のポリシリコン膜を成膜すれば、図6でオーバーエッチングされた部分のシリコン基板を補完できるとともに、シリサイド化によって消費されるシリコン基板1の一部にポリシリコン膜12を充てることができる。換言すると、シリサイド化で消費されるシリコン基板1の厚さを、ポリシリコン膜12を設けない場合に消費されるシリコン基板1の一部に留めることが可能となる。   The thickness of silicon consumed by silicidation is generally larger than the depth at which the bottom surface of the contact hole 11 is recessed. Therefore, in order to prevent unreacted polysilicon film 12 from remaining after silicidation, the thickness of polysilicon film 12 is made smaller than the thickness of silicon consumed by silicidation. When a polysilicon film having a thickness substantially equal to the thickness is formed, the silicon substrate in the over-etched portion in FIG. Can be used. In other words, the thickness of the silicon substrate 1 consumed by silicidation can be limited to a part of the silicon substrate 1 consumed when the polysilicon film 12 is not provided.

例えば、シリサイド化によって消費されるシリコンの厚さをaとし、コンタクトホールの底面がシリコン基板の表面に対してリセスした深さをbとすると、これらの間にはa>bの関係がある。従来法によれば、シリサイド化で消費されるシリコンはシリコン基板のみから供給されていたので、シリサイド化後に消失するシリコン基板の厚さは(a+b)であった。一方、本実施の形態によれば、膜厚c(但し、a>c>b)のポリシリコン膜を設けることによって、オーバーエッチングにより消失したシリコン基板をポリシリコン膜で完全に補うことができるとともに、シリサイド化で消費されるシリコン基板の厚さを(a−c)に留めることが可能となる。ここで、(a−c)は300Å以下となるようにすることが好ましい。これにより、拡散層領域の接合がより浅くなった場合であっても電気的特性に優れた半導体装置を製造することが可能になる。   For example, if the thickness of silicon consumed by silicidation is a and the depth at which the bottom surface of the contact hole is recessed with respect to the surface of the silicon substrate is b, there is a relationship of a> b. According to the conventional method, since silicon consumed for silicidation is supplied only from the silicon substrate, the thickness of the silicon substrate that disappears after silicidation is (a + b). On the other hand, according to the present embodiment, by providing a polysilicon film having a film thickness c (where a> c> b), the silicon substrate that has disappeared due to overetching can be completely supplemented with the polysilicon film. The thickness of the silicon substrate consumed by silicidation can be kept at (ac). Here, (ac) is preferably set to be 300 mm or less. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device having excellent electrical characteristics even when the junction in the diffusion layer region becomes shallower.

ポリシリコン膜12を形成した後は、接続する拡散層領域8と同じ極性を持つイオン種をポリシリコン膜12およびシリコン基板1にイオン注入する(図8)。その後、注入したイオン種を活性化するための熱処理を行う。これにより、コンタクト抵抗および接合リーク電流を低減することが可能となる。   After the polysilicon film 12 is formed, ion species having the same polarity as the diffusion layer region 8 to be connected are ion-implanted into the polysilicon film 12 and the silicon substrate 1 (FIG. 8). Thereafter, heat treatment is performed to activate the implanted ion species. As a result, the contact resistance and the junction leakage current can be reduced.

但し、ポリシリコン膜12として、コンタクトホール11が接合する拡散層領域8と同じ極性のイオン種がドープされたものを使用する場合には、上記のイオン注入工程は不要である。この場合、ポリシリコン膜12を形成した後に熱処理を行い、ドープされているイオン種をシリコン基板1に拡散させることによって、同様にコンタクト抵抗および接合リーク電流を低減することが可能となる。   However, if the polysilicon film 12 is doped with an ion species having the same polarity as that of the diffusion layer region 8 to which the contact hole 11 is bonded, the above ion implantation step is not necessary. In this case, the contact resistance and the junction leakage current can be similarly reduced by performing a heat treatment after forming the polysilicon film 12 and diffusing the doped ionic species into the silicon substrate 1.

尚、本実施の形態においては、シリサイド化反応によってポリシリコン膜12は全て消費されるので、成膜後のポリシリコン膜12はドープおよびアンドープのいずれであってもよい。   In this embodiment, since the polysilicon film 12 is entirely consumed by the silicidation reaction, the polysilicon film 12 after film formation may be either doped or undoped.

次に、金属シリサイド膜を形成するために、Tiなどの金属膜13と、TiNなどのバリアメタル膜14とをこの順にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成する(図9)。本実施の形態によれば、ポリシリコン膜12によってオーバーエッチングされた部分を被覆しているので、バリアメタル膜14を均一な膜厚で成膜することができる。   Next, in order to form a metal silicide film, a metal film 13 such as Ti and a barrier metal film 14 such as TiN are formed in this order by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (FIG. 9). According to the present embodiment, since the overetched portion is covered with the polysilicon film 12, the barrier metal film 14 can be formed with a uniform film thickness.

次に、数百度程度の温度で熱処理を行い、金属膜13をポリシリコン膜12およびシリコン基板1と反応させて、図10に示す金属シリサイド層15を形成する。金属膜13としてTi膜を形成した場合には、金属シリサイド層15としてTiSi層が形成される。また、金属膜13としてCo(コバルト)膜を形成した場合には、金属シリサイド層15としてCoSi層が形成される。本実施の形態によれば、シリコン基板1の消費を従来より少なくすることができるので、シリコン基板1の浅いところでコンタクトホール11とシリコン基板1とを接合することが可能になる。 Next, heat treatment is performed at a temperature of about several hundred degrees to cause the metal film 13 to react with the polysilicon film 12 and the silicon substrate 1 to form a metal silicide layer 15 shown in FIG. When a Ti film is formed as the metal film 13, a TiSi 2 layer is formed as the metal silicide layer 15. When a Co (cobalt) film is formed as the metal film 13, a CoSi 2 layer is formed as the metal silicide layer 15. According to the present embodiment, since the consumption of the silicon substrate 1 can be reduced as compared with the conventional case, the contact hole 11 and the silicon substrate 1 can be joined at a shallow depth of the silicon substrate 1.

尚、図10(a)では、コンタクトホール11の側壁部に、金属シリサイド層15とバリアメタル膜14が形成されている。一方、金属膜13およびバリアメタル膜14をスパッタ法で形成した場合には、これらは側壁部に薄い膜厚で成膜されるので、未反応のポリシリコン膜12が側壁部に残存して図10(b)のようになる。本実施の形態においてはいずれの構造であってもよいが、スパッタ法ではバリアメタル膜14が側壁部で局所的に薄くなるおそれがあるので、CVD法による方が好ましい。   In FIG. 10A, a metal silicide layer 15 and a barrier metal film 14 are formed on the side wall portion of the contact hole 11. On the other hand, when the metal film 13 and the barrier metal film 14 are formed by sputtering, they are formed with a thin film thickness on the side wall, so that the unreacted polysilicon film 12 remains on the side wall. 10 (b). Although any structure may be used in the present embodiment, the CVD method is preferable because the barrier metal film 14 may be locally thinned at the side wall in the sputtering method.

シリサイド化反応を終えた後は、コンタクトホール11の内部を埋め込むようにして、Wなどの導電層16を形成する。その後、CMP法を用いて、不要の導電層16およびバリアメタル膜14などを除去してコンタクトプラグを形成する。続いて、アルミニウムなどの金属配線17を形成することによって、図11の構造を得ることができる。   After the silicidation reaction is completed, a conductive layer 16 such as W is formed so as to fill the inside of the contact hole 11. Thereafter, by using the CMP method, the unnecessary conductive layer 16 and the barrier metal film 14 are removed to form a contact plug. Subsequently, by forming a metal wiring 17 such as aluminum, the structure of FIG. 11 can be obtained.

本実施の形態によれば、コンタクトホールの形成とその後の洗浄工程を終えた後に、ポリシリコン膜を形成するので、オーバーエッチングおよびシリサイド化によってシリコン基板から消失するシリコンの量を低減することができる。したがって、シリコン基板の浅いところでコンタクトホールがシリコン基板と接合できるので、コンタクトの接触抵抗を低く保てるとともに、シリコン基板の縦方向における接合リークを抑制することが可能になる。また、シリコン基板へのオーバーエッチングや、洗浄工程でのウェットエッチングによってサイドエッチングが生じた部分をポリシリコン膜で被覆するので、バリアメタル膜が局所的に薄くなることがなく、所望の膜厚で形成することができる。したがって、WF中のFとSiとの反応を抑制してシリコン基板に欠陥が発生するのを防ぐことが可能になる。さらに、サイドエッチングが生じた部分をポリシリコン膜で被覆するので、シリコン基板の横方向に接合リークが起こるのを防ぐこともできる。 According to the present embodiment, since the polysilicon film is formed after the formation of the contact hole and the subsequent cleaning process, the amount of silicon disappearing from the silicon substrate by overetching and silicidation can be reduced. . Therefore, since the contact hole can be bonded to the silicon substrate at a shallow depth of the silicon substrate, the contact resistance of the contact can be kept low, and junction leakage in the vertical direction of the silicon substrate can be suppressed. In addition, since the portion where side etching occurs due to overetching on the silicon substrate or wet etching in the cleaning process is covered with a polysilicon film, the barrier metal film is not locally thinned, and a desired film thickness can be obtained. Can be formed. Therefore, it becomes possible to prevent a defect from occurring in the silicon substrate by suppressing the reaction between F and Si in WF 6 . Furthermore, since the portion where the side etching occurs is covered with the polysilicon film, it is possible to prevent junction leakage from occurring in the lateral direction of the silicon substrate.

実施の形態2.
図12〜図22を用いて、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。尚、これらの図において、同じ符号を用いた部分は同じものであることを示している。
Embodiment 2. FIG.
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In these drawings, parts using the same reference numerals are the same.

半導体基板として、シリコン基板21を準備する。次に、シリコン基板21の表面に絶縁膜を埋め込んで素子分離領域22を形成した後、n型またはp型の不純物を注入して拡散層23を形成する。その後、ゲート絶縁膜24をシリコン基板21の上に形成して、図12の構造とする。ゲート絶縁膜24としては、例えば、熱酸化法により形成したシリコン酸化膜(SiO膜)を用いることができる。 A silicon substrate 21 is prepared as a semiconductor substrate. Next, after an element isolation region 22 is formed by embedding an insulating film on the surface of the silicon substrate 21, an n-type or p-type impurity is implanted to form a diffusion layer 23. Thereafter, a gate insulating film 24 is formed on the silicon substrate 21 to obtain the structure shown in FIG. As the gate insulating film 24, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by a thermal oxidation method can be used.

次に、ゲート絶縁膜24の上に、ゲート電極25となるポリシリコン膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、ポリシリコン膜およびゲート絶縁膜24を加工し、図13に示す構造とする。   Next, a polysilicon film to be the gate electrode 25 is formed on the gate insulating film 24. Next, the polysilicon film and the gate insulating film 24 are processed using a photolithography method to obtain the structure shown in FIG.

次に、イオン注入法を用いてエクステンション領域26を形成する。例えば、p型拡散層に対しては、ゲート電極25をマスクとしてAs(ヒ素)を注入する。次いで、サイドウォール27となるシリコン窒化膜(SiON膜)を全面に形成した後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極25の側壁部を除いてシリコン窒化膜を除去する。続いて、イオン注入法を用いて拡散層領域28を形成する。例えば、サイドウォール27の形成されたゲート電極25をマスクとして、選択的にp型拡散層の領域にAsをイオン注入する。その後、熱処理による活性化を行うことによって、n型の拡散層領域を形成することができる。例えば、注入エネルギーが10keVである場合、接合の深さは30nm〜40nm程度になる。以上の工程によって、図14に示す構造が得られる。   Next, the extension region 26 is formed using an ion implantation method. For example, for the p-type diffusion layer, As (arsenic) is implanted using the gate electrode 25 as a mask. Next, after forming a silicon nitride film (SiON film) to be the sidewall 27 on the entire surface, the silicon nitride film is removed by reactive ion etching except for the side wall portion of the gate electrode 25. Subsequently, the diffusion layer region 28 is formed by ion implantation. For example, As is selectively ion-implanted into the region of the p-type diffusion layer using the gate electrode 25 formed with the sidewall 27 as a mask. Thereafter, activation by heat treatment can be performed to form an n-type diffusion layer region. For example, when the implantation energy is 10 keV, the junction depth is about 30 nm to 40 nm. Through the above steps, the structure shown in FIG. 14 is obtained.

次に、ストッパー膜29としてシリコン窒化膜を形成した後、ストッパー膜29の上に層間絶縁膜30を形成する(図15)。層間絶縁膜30としては、例えば、シリコン酸化膜などを用いることができる。層間絶縁膜30を形成した後は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって表面を平坦化する。尚、ストッパー膜29としてはシリコン窒化膜以外のものを用いることもできるが、層間絶縁膜30とのエッチング選択比の大きい材料からなる膜を使用する。   Next, after forming a silicon nitride film as the stopper film 29, an interlayer insulating film 30 is formed on the stopper film 29 (FIG. 15). As the interlayer insulating film 30, for example, a silicon oxide film or the like can be used. After the interlayer insulating film 30 is formed, the surface is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. As the stopper film 29, a film other than a silicon nitride film can be used, but a film made of a material having a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 30 is used.

次に、拡散層領域28と電気的に接続するコンタクトプラグを形成するために、層間絶縁膜30にコンタクトホールを設ける。   Next, a contact hole is provided in the interlayer insulating film 30 in order to form a contact plug electrically connected to the diffusion layer region 28.

具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて、所定のパターンを有するレジスト膜(図示せず)を層間絶縁膜30の上に形成した後、このレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜30をドライエッチングし、ストッパー膜29に至る開口部を設ける。次に、レジスト膜を除去した後、層間絶縁膜30をマスクとしてストッパー膜29をドライエッチングし、シリコン基板21に至るコンタクトホール31を形成する(図16)。この際、ストッパー膜29が残存することのないようにオーバーエッチングを行い、シリコン基板21が完全に表面に露出するようにする。   Specifically, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film 30 using a photolithography method, and then the interlayer insulating film 30 is dry-etched using the resist film as a mask. An opening reaching the stopper film 29 is provided. Next, after removing the resist film, the stopper film 29 is dry-etched using the interlayer insulating film 30 as a mask to form a contact hole 31 reaching the silicon substrate 21 (FIG. 16). At this time, over-etching is performed so that the stopper film 29 does not remain so that the silicon substrate 21 is completely exposed on the surface.

ストッパー膜29のオーバーエッチングによって、図16に示すように、コンタクトホール31の底面は、シリコン基板21の表面から数nm〜数十nm程度リセスする。   By over-etching the stopper film 29, the bottom surface of the contact hole 31 is recessed from the surface of the silicon substrate 21 by several nm to several tens of nm as shown in FIG.

コンタクトホール31の形成を終えた後は、エッチング残渣などを除去するための洗浄を行う。具体的には、バッファードフッ酸などの薬液を用いて表面をウェットエッチングする。これにより、ストッパー膜29のオーバーエッチングと、洗浄工程での等方的なウェットエッチングとによって、コンタクトホール31の底部には、図17に示すようにサイドエッチングが入る。   After the formation of the contact hole 31, cleaning for removing etching residues and the like is performed. Specifically, the surface is wet-etched using a chemical solution such as buffered hydrofluoric acid. Thus, side etching is performed at the bottom of the contact hole 31 as shown in FIG. 17 due to over-etching of the stopper film 29 and isotropic wet etching in the cleaning process.

次に、図17のコンタクトホール31の内面および層間絶縁膜30の上に、ポリシリコン膜32を堆積する。本実施の形態においては、ポリシリコン膜32の膜厚を、後工程で行うシリサイド化によって消費されるシリコンの厚さより大きくなるようにすることを特徴としている。このようにすることによって、図18に示すように、オーバーエッチングされた部分をポリシリコン膜32で完全に被覆することができる。   Next, a polysilicon film 32 is deposited on the inner surface of the contact hole 31 and the interlayer insulating film 30 in FIG. The present embodiment is characterized in that the thickness of the polysilicon film 32 is made larger than the thickness of silicon consumed by silicidation performed in a later process. By doing so, the over-etched portion can be completely covered with the polysilicon film 32 as shown in FIG.

本実施の形態においては、ポリシリコン膜32がシリサイド化後も残存するので、後工程で形成する導電層36はポリシリコン膜32と接合する。したがって、実施の形態1と異なり、ポリシリコン膜32に不純物がドープされていることを必要とする。具体的には、ポリシリコン膜32としてアンドープトポリシリコンを用いる場合には、ポリシリコン膜32の形成後に、接続する拡散層領域28と同じ極性のイオン種をポリシリコン膜32およびシリコン基板21にイオン注入する(図19)。その後、ドープされたイオン種を活性化するための熱処理を行う。これにより、コンタクト抵抗および接合リーク電流を低減することが可能となる。   In the present embodiment, since the polysilicon film 32 remains after silicidation, the conductive layer 36 formed in a later process is bonded to the polysilicon film 32. Therefore, unlike the first embodiment, the polysilicon film 32 needs to be doped with impurities. Specifically, when undoped polysilicon is used as the polysilicon film 32, ion species having the same polarity as the diffusion layer region 28 to be connected are formed in the polysilicon film 32 and the silicon substrate 21 after the polysilicon film 32 is formed. Ions are implanted (FIG. 19). Thereafter, heat treatment is performed to activate the doped ionic species. As a result, the contact resistance and the junction leakage current can be reduced.

尚、ポリシリコン膜32として、コンタクトホール31が接合する拡散層領域28と同じ極性のイオン種がドープされたものを使用する場合には、上記のイオン注入工程は不要である。この場合、ポリシリコン膜32を形成した後に熱処理を行い、ドープされているイオン種をシリコン基板21に拡散させることによって、同様にコンタクト抵抗および接合リーク電流を低減することが可能となる。   When the polysilicon film 32 is doped with an ion species having the same polarity as that of the diffusion layer region 28 to which the contact hole 31 is bonded, the above ion implantation process is not necessary. In this case, heat treatment is performed after the polysilicon film 32 is formed, and the doped ion species are diffused into the silicon substrate 21, whereby the contact resistance and the junction leakage current can be similarly reduced.

次に、金属シリサイド膜を形成するために、Tiなどの金属膜33と、TiNなどのバリアメタル膜34とをこの順にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成する(図20)。本実施の形態によれば、ポリシリコン膜32によってサイドエッチングが生じた部分を被覆しているので、バリアメタル膜34を均一な膜厚で成膜することができる。   Next, in order to form a metal silicide film, a metal film 33 such as Ti and a barrier metal film 34 such as TiN are formed in this order by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (FIG. 20). According to this embodiment, since the polysilicon film 32 covers the portion where the side etching has occurred, the barrier metal film 34 can be formed with a uniform film thickness.

次に、数百度程度の温度で熱処理を行い、金属膜33をポリシリコン膜32と反応させて、図21に示す金属シリサイド層35を形成する。金属膜33としてTi膜を形成した場合には、金属シリサイド層35としてTiSi層が形成される。また、金属膜33としてCo(コバルト)膜を形成した場合には、金属シリサイド層35としてCoSi層が形成される。本実施の形態においては、ポリシリコン膜32の膜厚が、シリサイド化によって消費されるシリコンの厚さより大きくなるようにしているので、金属シリサイド層35の下に未反応のポリシリコン膜32が残存する。 Next, heat treatment is performed at a temperature of about several hundred degrees to cause the metal film 33 to react with the polysilicon film 32 to form a metal silicide layer 35 shown in FIG. When a Ti film is formed as the metal film 33, a TiSi 2 layer is formed as the metal silicide layer 35. When a Co (cobalt) film is formed as the metal film 33, a CoSi 2 layer is formed as the metal silicide layer 35. In this embodiment, since the thickness of the polysilicon film 32 is larger than the thickness of silicon consumed by silicidation, the unreacted polysilicon film 32 remains under the metal silicide layer 35. To do.

尚、図21では、コンタクトホール31の側壁部に、ポリシリコン膜32、金属シリサイド層35およびバリアメタル膜34が形成されている。一方、金属膜33およびバリアメタル膜34をスパッタ法で形成した場合には、これらは側壁部に薄い膜厚で成膜されるので、図21の例より多くの未反応のポリシリコン膜32が側壁部に残存する。本実施の形態においてはいずれの構造であってもよいが、スパッタ法ではバリアメタル膜34が側壁部で局所的に薄くなるおそれがあるので、CVD法による方が好ましい。   In FIG. 21, a polysilicon film 32, a metal silicide layer 35, and a barrier metal film 34 are formed on the side wall portion of the contact hole 31. On the other hand, when the metal film 33 and the barrier metal film 34 are formed by the sputtering method, they are formed with a thin film thickness on the side wall, so that more unreacted polysilicon films 32 than in the example of FIG. It remains on the side wall. Although any structure may be used in the present embodiment, the CVD method is preferable because the barrier metal film 34 may be locally thinned at the side wall in the sputtering method.

シリサイド化反応を終えた後は、コンタクトホール31の内部を埋め込むようにして、Wなどの導電層36を形成する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、不要の導電層36およびバリアメタル膜34などを除去してコンタクトプラグを形成する。続いて、アルミニウムなどの金属配線37を形成することによって、図22の構造を得ることができる。   After the silicidation reaction is completed, a conductive layer 36 of W or the like is formed so as to fill the inside of the contact hole 31. Thereafter, by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, the unnecessary conductive layer 36 and the barrier metal film 34 are removed to form a contact plug. Subsequently, by forming a metal wiring 37 such as aluminum, the structure of FIG. 22 can be obtained.

本実施の形態によれば、シリサイド化によって消費されるシリコンの厚さ以上の膜厚でポリシリコン膜を形成するので、シリコン基板のオーバーエッチングされた部分を補完できるとともに、シリサイド化によって消費されるシリコンの全てをポリシリコン膜によって賄うことができる。また、コンタクトホールは、残存したポリシリコン膜と接合することになるので、シリコン基板の縦方向における接合リークを抑制することが可能になる。また、シリコン基板へのオーバーエッチングや、洗浄工程でのウェットエッチングによってサイドエッチングが生じた部分をポリシリコン膜で被覆するので、バリアメタル膜を所望の膜厚で形成することができる。したがって、WF中のFとSiとの反応を抑制してシリコン基板に欠陥が発生するのを防ぐことが可能になる。さらに、サイドエッチングが生じた部分をポリシリコン膜で被覆するので、シリコン基板の横方向に接合リークが起こるのを防ぐこともできる。 According to the present embodiment, since the polysilicon film is formed with a film thickness equal to or larger than that of silicon consumed by silicidation, the over-etched portion of the silicon substrate can be complemented and consumed by silicidation. All of the silicon can be covered by the polysilicon film. Further, since the contact hole is bonded to the remaining polysilicon film, it is possible to suppress the junction leak in the vertical direction of the silicon substrate. In addition, since the portion where side etching occurs due to over-etching on the silicon substrate or wet etching in the cleaning step is covered with the polysilicon film, the barrier metal film can be formed with a desired film thickness. Therefore, it becomes possible to prevent a defect from occurring in the silicon substrate by suppressing the reaction between F and Si in WF 6 . Furthermore, since the portion where the side etching occurs is covered with the polysilicon film, it is possible to prevent junction leakage from occurring in the lateral direction of the silicon substrate.

尚、本実施の形態においては、金属シリサイド層の下にポリシリコン膜が残存するので、実施の形態1に比較して抵抗が大きくなる。しかしながら、コンタクトホールの側壁部に形成されるポリシリコン膜の膜厚は実施の形態1よりも大きくなるので、側壁に未反応のTiが残留することがない。また、仮にバリアメタル膜に膜厚の薄い部分があっても、WF中のFとTiとの反応によって起こり、ホール側壁部の体積膨張に起因するバリアメタル膜の剥がれを、より効果的に抑制することが可能となる。特に、バリアメタル膜をスパッタ法で形成した場合には、コンタクトホールの側壁部におけるバリアメタル膜の膜厚が、CVD法により形成した場合に比較して薄くなるものの、未反応のTiが残留するおそれはさらに低くなるので上記問題を抑制することが可能である。 In the present embodiment, since the polysilicon film remains under the metal silicide layer, the resistance becomes higher than that in the first embodiment. However, since the thickness of the polysilicon film formed on the side wall portion of the contact hole is larger than that of the first embodiment, unreacted Ti does not remain on the side wall. Moreover, even if the barrier metal film has a thin part, it is caused by the reaction between F and Ti in WF 6 , and the barrier metal film is more effectively peeled off due to the volume expansion of the hole side wall. It becomes possible to suppress. In particular, when the barrier metal film is formed by the sputtering method, the thickness of the barrier metal film on the side wall portion of the contact hole becomes thinner than that by the CVD method, but unreacted Ti remains. Since the fear is further reduced, the above problem can be suppressed.

実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図であり、(a)は金属膜およびバリアメタル膜をCVD法で形成した場合、(b)はこれらの膜をスパッタ法で形成した場合である。2A and 2B are diagrams illustrating a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, in which FIG. 1A shows a case where a metal film and a barrier metal film are formed by a CVD method, and FIG. 2B shows a case where these films are formed by a sputtering method. It is. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment;

符号の説明Explanation of symbols

1,21 シリコン基板
2,22 素子分離領域
3,23 拡散層
4,24 ゲート絶縁膜
5,25 ゲート電極
6,26 エクステンション領域
7,27 サイドウォール
8,28 拡散層領域
9,29 ストッパー膜
10,30 層間絶縁膜
11,31 コンタクトホール
12,32 ポリシリコン膜
13,33 金属膜
14,34 バリアメタル膜
15,35 金属シリサイド層
16,36 導電層
17,37 金属配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Silicon substrate 2,22 Element isolation region 3,23 Diffusion layer 4,24 Gate insulating film 5,25 Gate electrode 6,26 Extension region 7,27 Side wall 8,28 Diffusion layer region 9,29 Stopper film 10, 30 Interlayer insulating film 11, 31 Contact hole 12, 32 Polysilicon film 13, 33 Metal film 14, 34 Barrier metal film 15, 35 Metal silicide layer 16, 36 Conductive layer 17, 37 Metal wiring

Claims (9)

シリコン基板に不純物をイオン注入して拡散層領域を形成する工程と、
前記シリコン基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
所定のマスクを用いて前記層間絶縁膜をドライエッチングし、前記拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、前記層間絶縁膜のオーバーエッチングによって、該コンタクトホールの底面を前記シリコン基板の表面よりリセスする工程と、
前記コンタクトホールの内面を覆うようにして前記層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
熱処理によって前記金属膜をシリサイド化して、前記拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、前記拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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。
A step of ion-implanting impurities into the silicon substrate to form a diffusion layer region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate;
The interlayer insulating film is dry-etched using a predetermined mask to form a contact hole reaching the diffusion layer region, and the bottom surface of the contact hole is recessed from the surface of the silicon substrate by over-etching the interlayer insulating film. And a process of
Forming a polysilicon film on the interlayer insulating film so as to cover the inner surface of the contact hole;
Forming a metal film on the polysilicon film;
Forming a barrier metal film on the metal film;
Siliciding the metal film by heat treatment to form a metal silicide layer on the diffusion layer region;
And a step of forming a contact plug which is embedded in the contact hole and electrically connected to the diffusion layer region.
シリコン基板に不純物をイオン注入して拡散層領域を形成する工程と、
前記シリコン基板の上にストッパー膜を形成する工程と、
前記ストッパー膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
所定のマスクを用いて前記層間絶縁膜をドライエッチングし、前記ストッパー膜に至る開口部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をマスクとした前記ストッパー膜のドライエッチングによって、前記拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、前記ストッパー膜のオーバーエッチングによって、該コンタクトホールの底面を前記シリコン基板の表面よりリセスする工程と、
前記コンタクトホールの内面を覆うようにして前記層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
熱処理によって前記金属膜をシリサイド化して、前記拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、前記拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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。
A step of ion-implanting impurities into the silicon substrate to form a diffusion layer region;
Forming a stopper film on the silicon substrate;
Forming an interlayer insulating film on the stopper film;
Dry etching the interlayer insulating film using a predetermined mask to form an opening reaching the stopper film;
A contact hole reaching the diffusion layer region is formed by dry etching of the stopper film using the interlayer insulating film as a mask, and a bottom surface of the contact hole is recessed from the surface of the silicon substrate by overetching of the stopper film. And a process of
Forming a polysilicon film on the interlayer insulating film so as to cover the inner surface of the contact hole;
Forming a metal film on the polysilicon film;
Forming a barrier metal film on the metal film;
Siliciding the metal film by heat treatment to form a metal silicide layer on the diffusion layer region;
And a step of forming a contact plug which is embedded in the contact hole and electrically connected to the diffusion layer region.
シリコン基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記シリコン基板に不純物をイオン注入し、エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁部にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールの形成された前記ゲート電極をマスクとして前記シリコン基板に不純物をイオン注入し、拡散層領域を形成する工程と、
前記シリコン基板と、前記サイドウォールの形成された前記ゲート電極との上にストッパー膜を形成する工程と、
前記ストッパー膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
所定のマスクを用いて前記層間絶縁膜をドライエッチングし、前記ストッパー膜に至る開口部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をマスクとした前記ストッパー膜のドライエッチングによって、前記拡散層領域に至るコンタクトホールを形成するとともに、前記ストッパー膜のオーバーエッチングによって、該コンタクトホールの底面を前記シリコン基板の表面よりリセスする工程と、
前記コンタクトホールを形成した後の前記シリコン基板の表面を洗浄する工程と、
前記洗浄後の前記コンタクトホールの内面を覆うようにして前記層間絶縁膜の上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
熱処理によって前記金属膜をシリサイド化して、前記拡散層領域の上に金属シリサイド層を形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に導電層を埋め込んで、前記拡散層領域に電気的に接続するコンタクトプラグ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。
Forming a gate insulating film on the silicon substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Using the gate electrode as a mask, implanting impurities into the silicon substrate to form an extension region;
Forming a sidewall on the sidewall of the gate electrode;
Using the gate electrode with the sidewall formed as a mask, ion-implanting impurities into the silicon substrate to form a diffusion layer region;
Forming a stopper film on the silicon substrate and the gate electrode on which the sidewall is formed;
Forming an interlayer insulating film on the stopper film;
Dry etching the interlayer insulating film using a predetermined mask to form an opening reaching the stopper film;
A contact hole reaching the diffusion layer region is formed by dry etching of the stopper film using the interlayer insulating film as a mask, and a bottom surface of the contact hole is recessed from the surface of the silicon substrate by overetching of the stopper film. And a process of
Cleaning the surface of the silicon substrate after forming the contact holes;
Forming a polysilicon film on the interlayer insulating film so as to cover the inner surface of the contact hole after the cleaning;
Forming a metal film on the polysilicon film;
Forming a barrier metal film on the metal film;
Siliciding the metal film by heat treatment to form a metal silicide layer on the diffusion layer region;
And a step of forming a contact plug which is embedded in the contact hole and electrically connected to the diffusion layer region.
前記ポリシリコン膜を形成する工程は、ノンドープトポリシリコン膜を形成する工程であって、
該ノンドープトポリシリコン膜を形成する工程の後に、前記拡散層領域と同じ極性のイオン種を、前記ノンドープトポリシリコン膜および該ノンドープトポリシリコン膜の下にある前記シリコン基板とに注入する工程と、
注入した前記イオン種を熱処理によって活性化させる工程とをさらに有する請求項1〜3に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the polysilicon film is a step of forming a non-doped polysilicon film,
After the step of forming the non-doped polysilicon film, a step of implanting ion species having the same polarity as the diffusion layer region into the non-doped polysilicon film and the silicon substrate under the non-doped polysilicon film. When,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of activating the implanted ion species by heat treatment.
前記ポリシリコン膜を形成する工程は、前記拡散層領域と同じ極性のイオン種を含むドープトポリシリコン膜を形成する工程であって、
該ドープトポリシリコン膜を形成する工程の後に、熱処理によって、前記イオン種を前記ドープトポリシリコン膜の下にある前記シリコン基板に拡散させる工程をさらに有する請求項1〜3に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the polysilicon film is a step of forming a doped polysilicon film containing ion species having the same polarity as the diffusion layer region,
The semiconductor device according to claim 1, further comprising, after the step of forming the doped polysilicon film, a step of diffusing the ion species into the silicon substrate under the doped polysilicon film by a heat treatment. Manufacturing method.
前記ポリシリコン膜の膜厚は、前記コンタクトホールの底面が前記シリコン基板の表面に対してリセスした深さより大きい請求項1〜5に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the polysilicon film is larger than a depth at which a bottom surface of the contact hole is recessed with respect to a surface of the silicon substrate. 前記ポリシリコン膜の膜厚は、前記金属膜のシリサイド化で消費されるシリコンの厚さより小さく、
前記金属シリサイド層を形成する工程は、前記金属膜が前記ポリシリコン膜および前記シリコン基板と反応する工程である請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
The thickness of the polysilicon film is smaller than the thickness of silicon consumed by silicidation of the metal film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of forming the metal silicide layer is a step in which the metal film reacts with the polysilicon film and the silicon substrate.
前記金属膜と反応する前記シリコン基板の厚さは300Å以下である請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a thickness of the silicon substrate that reacts with the metal film is 300 mm or less. 前記ポリシリコン膜の膜厚は、前記金属膜のシリサイド化で消費されるシリコンの厚さより大きく、
前記金属シリサイド層を形成する工程は、前記金属膜が前記ポリシリコン膜の一部と反応する工程である請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
The thickness of the polysilicon film is larger than the thickness of silicon consumed by silicidation of the metal film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of forming the metal silicide layer is a step in which the metal film reacts with a part of the polysilicon film.
JP2004294207A 2004-10-06 2004-10-06 Method of manufacturing semiconductor device Pending JP2006108452A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004294207A JP2006108452A (en) 2004-10-06 2004-10-06 Method of manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004294207A JP2006108452A (en) 2004-10-06 2004-10-06 Method of manufacturing semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006108452A true JP2006108452A (en) 2006-04-20

Family

ID=36377805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004294207A Pending JP2006108452A (en) 2004-10-06 2004-10-06 Method of manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006108452A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7592249B2 (en) 2007-02-28 2009-09-22 Elpida Memory, Inc. Method for manufacturing a semiconductor device
DE102010064288A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One Ltd. Liability Company & Co. KG Semiconductor device having contact elements with silicided sidewall regions
CN112786439A (en) * 2021-01-19 2021-05-11 长鑫存储技术有限公司 Manufacturing method of semiconductor structure, transistor and memory
CN113539942A (en) * 2020-04-15 2021-10-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Method for forming semiconductor structure
JP7620121B2 (en) 2021-04-21 2025-01-22 チャンシン メモリー テクノロジーズ インコーポレイテッド Semiconductor structure and method of manufacturing the same - Patents.com

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7592249B2 (en) 2007-02-28 2009-09-22 Elpida Memory, Inc. Method for manufacturing a semiconductor device
DE102010064288A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One Ltd. Liability Company & Co. KG Semiconductor device having contact elements with silicided sidewall regions
DE102010064288B4 (en) * 2010-12-28 2012-12-06 GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One Ltd. Liability Company & Co. KG Semiconductor device having contact elements with silicided sidewall regions
US8536052B2 (en) 2010-12-28 2013-09-17 Globalfoundries Inc. Semiconductor device comprising contact elements with silicided sidewall regions
CN113539942A (en) * 2020-04-15 2021-10-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Method for forming semiconductor structure
CN112786439A (en) * 2021-01-19 2021-05-11 长鑫存储技术有限公司 Manufacturing method of semiconductor structure, transistor and memory
JP7620121B2 (en) 2021-04-21 2025-01-22 チャンシン メモリー テクノロジーズ インコーポレイテッド Semiconductor structure and method of manufacturing the same - Patents.com

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102148236B (en) Semiconductor element and its manufacturing method
US6406963B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
US8187962B2 (en) Self aligned silicided contacts
TW202118067A (en) Semiconductor device
JPH11233627A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2002198521A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2009152438A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100850068B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing silicide layer thereof
JP2003224263A (en) Method for forming transistor
JP2001237427A (en) Raised silicide source / drain MOS transistor with extended source / drain contact region and method
JP2006108452A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US6100142A (en) Method of fabricating sub-quarter-micron salicide polysilicon
KR100268965B1 (en) Semiconductor device and method of forming the same
US7326644B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US9805971B2 (en) Method of forming a via contact
JP2007142208A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN110648970A (en) Semiconductor device and method of forming the same
JP2001118919A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6583055B1 (en) Method of forming stepped contact trench for semiconductor devices
JP2005259945A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2007027348A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006093635A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH11354465A (en) Semiconductor device
JP2006100378A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009212364A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same