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JPH1154454A - Low temperature formation of low resistivity titanium silicide - Google Patents

Low temperature formation of low resistivity titanium silicide

Info

Publication number
JPH1154454A
JPH1154454A JP19988497A JP19988497A JPH1154454A JP H1154454 A JPH1154454 A JP H1154454A JP 19988497 A JP19988497 A JP 19988497A JP 19988497 A JP19988497 A JP 19988497A JP H1154454 A JPH1154454 A JP H1154454A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
titanium
silicon
refractory metal
titanium silicide
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
JP19988497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jr Cyril Cabral
シリル・カブラル,ジュニア
Alfred Clevenger Lawrence
ローレンス・アルフレッド・クレベンジャー
Maxdole Francois
フランソワ・マクスドーレ
James M E Harper
ジェームス・マッケル・エドウィン・ハーパー
Randy W Mann
ランディー・ウイリアム・マン
Lester Miles Glenn
グレン・レスター・マイルス
James S Nakos
ジェームス・スピロス・ナコス
Andrew Roy Ronen
ロネン・アンドリュー・ロイ
L Saenger Catherine
キャサリン・エル・サエンジャー
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.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines 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 International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Priority to JP19988497A priority Critical patent/JPH1154454A/en
Publication of JPH1154454A publication Critical patent/JPH1154454A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved method for forming a C54 phase titanium silicide without requiring a second high-temperature annealing. SOLUTION: A low resistivity titanium silicide and semiconductor devices incorporating the same are formed by a titanium alloy comprising titanium and 1-20 atom percent refractory metal deposited in a layer overlying a silicon substrate. The substrate is then heated to a temperature which is sufficient to practically form a C54 phase titanium silicide. The titanium alloy may further comprise silicon and the refractory metal may be Mo, W, Ta, Nb, V, or Cr, but more preferably be Ta or Nb. The heating step used to form the low resistivity titanium silicide is performed at a temperature less than 900 deg.C, and more preferably between about 600 to 700 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路素子に関
し、特に耐火金属を使用することにより相転移温度が低
下する集積回路素子のシリコン層の上にチタン・シリサ
イド層を形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated circuit device, and more particularly to a method for forming a titanium silicide layer on a silicon layer of an integrated circuit device whose phase transition temperature is reduced by using a refractory metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン・シリサイドは、低抵抗、自己整
合機能、及び比較的良好な熱安定性の特性の組み合わせ
を備えることから、VLSI産業で自己整合シリサイド
の用途に広く用いられるようになっている。TiSi2
には、他のシリサイドに比べて利点はあるが、多形物質
であることから使用に関して問題が加わる。具体的に
は、一般にTiSi2は、単位胞当たり12原子、抵抗
約60マイクロオームcm乃至90マイクロオームcm
の斜方晶底心相(C49相と呼ばれる)、または単位胞
当たり24原子、抵抗約12マイクロオームcm乃至2
0マイクロオームcmの、熱力学的に安定な斜方晶面心
相(C54相と呼ばれる)のいずれかの状態で存在す
る。チタン・シリサイドを形成する際、一般に許容され
ている処理条件では、あまり望ましくない高抵抗のC4
9相が最初に形成される。低抵抗C54相を得るために
は、第2の高温アニール処理が必要である。この第2処
理は、シリサイド及び他の集積回路素子に、特に線幅が
比較的狭い場合にマイナスの影響を与えるおそれがあ
る。例えば複数の素子で、2重ドープしたポリシリコン
・ゲート構造の使用を増加すると、第2アニール処理の
ため必要になる加熱サイクルに対する反応が増加する。
また窒化シリコンの剥離や亀裂は第2アニール処理に関
連している。
BACKGROUND OF THE INVENTION Titanium silicide has become widely used in the VLSI industry for self-aligned silicide applications because of its combination of low resistance, self-aligned features, and relatively good thermal stability characteristics. I have. TiSi 2
Although they have advantages over other silicides, they add to the problem of use because of their polymorphic nature. Specifically, TiSi 2 typically has 12 atoms per unit cell and a resistance of about 60 microohm cm to 90 microohm cm.
Orthorhombic bottom core phase (called C49 phase), or 24 atoms per unit cell, with a resistance of about 12 microohm cm to 2
It exists in any of the thermodynamically stable orthorhombic core phases (called C54 phase) of 0 microohm cm. When forming titanium silicide, under generally accepted processing conditions, less desirable high resistance C4
Nine phases are formed first. To obtain a low-resistance C54 phase, a second high-temperature annealing process is required. This second process can have a negative effect on silicide and other integrated circuit elements, especially when the line width is relatively narrow. For example, increasing the use of a double-doped polysilicon gate structure in multiple devices will increase the response to the heating cycle required for the second anneal.
In addition, peeling and cracking of silicon nitride are related to the second annealing treatment.

【0003】チタン・シリサイドを形成するために一般
に許容される処理条件群は、(1)プリクリーニング、
(2)チタン被着、(3)約700℃未満でのシリサイ
ド形成、(4)選択的エッチング、及び(5)約700
℃以上での相転移アニールである。優勢なC49相をC
54相に変換するのは相転移アニールである。初期形成
温度は、オーバ・スペーサ・ブリッジ(over-spacer br
idging)を最小にするために700℃未満に保たれる。
第2転移アニールは、反応していないチタンが選択的に
除去された後に行われ、一般には、シート抵抗を最適な
形で制御するため、C54相へ完全に転移するように、
形成温度より高い50℃乃至200℃で行われる。ただ
し素子の線幅とシリサイドの膜厚はスケールダウンが続
いているため、この第2アニール処理を排除すること
が、後述するように以前にもまして求められている。
A group of processing conditions generally accepted for forming titanium silicide includes (1) pre-cleaning,
(2) titanium deposition, (3) silicide formation below about 700 ° C., (4) selective etching, and (5) about 700
This is a phase transition annealing at a temperature of not less than ° C. C to dominant C49 phase
It is phase transition annealing that converts to 54 phases. Initial formation temperature is over-spacer br
It is kept below 700 ° C. to minimize idging).
The second transition anneal is performed after the unreacted titanium has been selectively removed, and is generally controlled to provide a complete transition to the C54 phase for optimal control of sheet resistance.
It is performed at a temperature of 50 ° C. to 200 ° C. higher than the forming temperature. However, since the line width of the element and the film thickness of the silicide continue to be reduced in scale, it is more required than before to eliminate the second annealing treatment as described later.

【0004】C49相が最初に形成されるのは、表面エ
ネルギーがC54相より低いためとされる。言い換える
と、C54相の表面エネルギーが高いため、その形成を
妨げるエネルギー・バリアが大きくなる。先の標準的な
プロセスで用いられる第2転移アニール処理では、新た
な表面の形成に伴う核生成バリアを克服するため、並び
に新たに形成されるC54相の結晶構造を成長させるた
めに必要な付加熱エネルギーが得られる。VLSI用途
の場合、相転移が抑制されるか、または均一に生じない
場合、回路性能の劣化が観測される。より高性能な回路
では、相転移の不良に伴うRC遅延は通常約5%乃至1
0%である。
[0004] The C49 phase is initially formed because the surface energy is lower than the C54 phase. In other words, the high surface energy of the C54 phase increases the energy barrier that prevents its formation. The second transition anneal, used in the previous standard process, is necessary to overcome the nucleation barriers associated with the formation of new surfaces and to grow the crystal structure of the newly formed C54 phase. Heating energy is obtained. In the case of VLSI applications, if the phase transition is suppressed or does not occur uniformly, degradation of circuit performance is observed. For higher performance circuits, the RC delay associated with poor phase transition is typically about 5% to 1%.
0%.

【0005】C49からC54への相転移で大きな制約
になるのは、アグロメレーションと呼ばれる現象であ
る。相転移を起こすため用いられる熱エネルギーが過剰
な場合、チタン・シリサイドの形態劣化が生じる。これ
が一般にはアグロメレーションと呼ばれる。線幅とシリ
サイドの膜厚が低下すると、C49からC54への相転
移に必要な熱エネルギーは増加するが、シリサイド膜が
アグロメレートする熱エネルギー・レベルは減少する。
従って、この相転移をもたらすための処理の余裕度は縮
小される一方である。
[0005] A major constraint on the phase transition from C49 to C54 is a phenomenon called agglomeration. If the thermal energy used to cause the phase transition is excessive, morphological deterioration of titanium silicide occurs. This is generally called agglomeration. As the line width and silicide thickness decrease, the thermal energy required for the C49 to C54 phase transition increases, but the thermal energy level at which the silicide film agglomerates decreases.
Therefore, the margin of processing for causing this phase transition is being reduced.

【0006】[0006]

【本発明が解決しようとする課題】従って、先に述べた
一般に許容されているプロセスのように、第2高温アニ
ール処理を必要とせず、C54相チタン・シリサイドを
形成する改良された方法が求められる。第2アニール処
理を排除すること、またはC49相のチタン・シリサイ
ドを所望のC54相チタン・シリサイドに転移させるの
に必要な温度を低くすることにより、高温処理に伴う問
題、及び相転移アニールの間にシリサイド膜のアグロメ
レーションにより生じる制限は少なくなる。
Accordingly, there is a need for an improved method of forming a C54 phase titanium silicide that does not require a second high temperature anneal as in the generally accepted process described above. Can be Eliminating the second anneal or lowering the temperature required to convert the C49 phase titanium silicide to the desired C54 phase titanium silicide reduces the problems associated with high temperature processing and during the phase transition anneal. In addition, restrictions caused by agglomeration of the silicide film are reduced.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】こうした必要性は、本発
明の原理に従って、半導体ウエハ上のシリコン層の上に
金属シリサイドを形成する方法により満足され、従来の
技術の制限が克服され、更に他の利点も実現される。こ
の方法では、半導体素子のシリコン基板上にチタン・シ
リサイド層が形成される。この方法は、(1)シリコン
基板上に、原子百分率1乃至20の耐火金属を含むチタ
ン合金層を被着するステップと、(2)実質的にC54
相チタン・シリサイドを形成するために、チタン合金を
充分な温度まで加熱するステップを含む。温度は約70
0℃未満である。
SUMMARY OF THE INVENTION This need is met, in accordance with the principles of the present invention, by a method of forming a metal silicide on a silicon layer on a semiconductor wafer, which overcomes the limitations of the prior art and further reduces the need. Is also realized. In this method, a titanium silicide layer is formed on a silicon substrate of a semiconductor device. The method includes the steps of (1) depositing a titanium alloy layer comprising a refractory metal at an atomic percentage of 1 to 20 on a silicon substrate; and (2) substantially depositing a C54 layer.
Heating the titanium alloy to a sufficient temperature to form a phase titanium silicide. The temperature is about 70
It is below 0 ° C.

【0008】上記の方法の1つの実施例では、チタン合
金は原子百分率1乃至15の耐火金属を含み、耐火金属
はTa、Nb、Mo、W、V、及びCrで構成される1
つ以上のグループを含むものである。チタン合金は、チ
タン、シリコン、及び金属を含むもの等、例えばTiS
2と耐火金属が考えられる。半導体基板は、単結晶シ
リコン、多結晶シリコン、アモルファス・シリコン、シ
リコン・ゲルマニウム合金、N型ドーパントを含むSO
I(silicon-on-insulator)、及びP型ドーパントを含
むSOIから選択することができる。チタン合金は、物
理気相成長または化学気相成長によりシリコン基板上に
堆積することができる。
In one embodiment of the above method, the titanium alloy comprises a refractory metal having an atomic percentage of 1 to 15, wherein the refractory metal comprises Ta, Nb, Mo, W, V, and Cr.
It contains one or more groups. Titanium alloys include those containing titanium, silicon, and metal, such as TiS
i 2 and the refractory metal is considered. The semiconductor substrate is made of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon-germanium alloy, SO containing N-type dopant.
It can be selected from I (silicon-on-insulator) and SOI containing a P-type dopant. Titanium alloys can be deposited on silicon substrates by physical or chemical vapor deposition.

【0009】本発明のもう1つの態様は、C54相チタ
ン・シリサイド層を有する半導体素子である。これは
(1)シリコン層、(2)上記シリコン層上のチタン・
シリサイド層を含み、該チタン・シリサイド層は、実質
的にC54相チタン・シリサイドと原子百分率1乃至2
0の耐火金属を含む。本発明の半導体素子の他の態様
は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファス・
シリコン、シリコン・ゲルマニウム合金、N型ドーパン
トを有するSOI、及びP型ドーパントを有するSOI
のグループから選択されるシリコン層である。本発明の
半導体素子は、原子百分率1乃至15の耐火金属を含
み、厚み10nm乃至200nmのチタン・シリサイド
層を付加することができる。
[0009] Another embodiment of the present invention is a semiconductor device having a C54 phase titanium silicide layer. This consists of (1) a silicon layer, and (2) a titanium layer on the silicon layer.
A silicide layer, wherein the titanium silicide layer substantially comprises a C54 phase titanium silicide and an atomic percentage of 1-2.
Contains 0 refractory metals. Other aspects of the semiconductor device of the present invention include monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
Silicon, silicon-germanium alloy, SOI with N-type dopant, and SOI with P-type dopant
Is a silicon layer selected from the group of. The semiconductor element of the present invention can contain a refractory metal with an atomic percentage of 1 to 15 and can have a titanium silicide layer with a thickness of 10 to 200 nm.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の1つの実施例に従って、
シリコン層の表面に近接して耐火金属が被着され、耐火
金属の上にチタン金属層(後でチタン・シリサイドを形
成するために使用される)が堆積され、チタン・シリサ
イドを形成するのに充分な温度までウエハが加熱され
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to one embodiment of the present invention,
A refractory metal is deposited in close proximity to the surface of the silicon layer, and a layer of titanium metal (to be used later to form titanium silicide) is deposited over the refractory metal to form a titanium silicide. The wafer is heated to a sufficient temperature.

【0011】第2実施例では、チタン金属層に、例えば
従来のポリサイド・プロセスのようにシリコンを導入す
ることもできる。チタン金属層にシリコンを導入する場
合、最終的なチタン・シリサイドは、Tiシリコン合金
(場合によっては化学式どおり)の被着に続いて所望の
固相を得るために充分な温度までウエハを加熱すること
によって得られる。Siに加えて、前駆金属層に、B、
C、N、O、Al、P、S、Zn、Ga、Ge、As、
Se、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Tl、P
b、及びBiを含む周期律表の族、IIB、IIIA、
IVA、VA、及びVIAから他の元素を加えることも
できる。
In a second embodiment, silicon can be introduced into the titanium metal layer, for example, as in a conventional polycide process. When introducing silicon into the titanium metal layer, the final titanium silicide heats the wafer to a temperature sufficient to obtain the desired solid phase following the deposition of a Ti silicon alloy (possibly in a chemical formula). Obtained by: In addition to Si, B,
C, N, O, Al, P, S, Zn, Ga, Ge, As,
Se, Cd, In, Sn, Sb, Te, Hg, Tl, P
b, and a group of the periodic table including Bi, IIB, IIIA,
Other elements can be added from IVA, VA, and VIA.

【0012】耐火金属は、好適には金属シリサイドを形
成できる金属であり、シリコン層の表面での耐火金属の
濃度は、好適には約1017原子/cm3を超える。耐火
金属は、Mo、W、Ta、Nb、V、Cr等である。シ
リコン層は、単結晶または多結晶であるが、好適には多
結晶である。シリサイドを形成する加熱ステップは、約
700℃未満、好適には約600℃乃至700℃で行わ
れる。
The refractory metal is preferably a metal capable of forming a metal silicide, and the concentration of the refractory metal at the surface of the silicon layer is preferably greater than about 10 17 atoms / cm 3 . The refractory metal is Mo, W, Ta, Nb, V, Cr, or the like. The silicon layer is monocrystalline or polycrystalline, but is preferably polycrystalline. The heating step to form the silicide is performed at less than about 700C, preferably between about 600C and 700C.

【0013】使用できる耐火金属の処理方法はいくつか
ある。一般にこうした処理方法は、耐火金属原子を数オ
ングストロームの表面、例えば約2オングストローム以
内の表面に付加する。耐火金属を処理する第1の方法
は、約1012原子/cm2乃至5×1014原子/cm2
より好適には約1013原子/cm2乃至104原子/cm
2のイオン注入である。好適な注入エネルギーは約15
KeV乃至90KeVである。もう1つの方法では、耐
火金属は例えば金属ペレットの蒸着によりシリコン層の
表面に堆積される。更に、耐火金属がスパッタリングに
より、またはシリコン層の表面を耐火金属のイオンを含
む溶液に浸すことによって、シリコン層の表面に堆積さ
れる。例えば溶液は、HClまたは硝酸を含む希薄酸性
溶液等である。注入を除き、これら処理方法のすべて
で、シリコン表面に堆積された耐火金属層の厚みは、好
適には約2.0nm未満、より好適には約0.01nm
乃至1.5nmである。
There are several methods of treating refractory metals that can be used. Generally, such treatment methods add refractory metal atoms to surfaces of a few Angstroms, for example surfaces within about 2 Angstroms. A first method for treating refractory metals is from about 10 12 atoms / cm 2 to 5 × 10 14 atoms / cm 2 ,
More preferably, about 10 13 atoms / cm 2 to 10 4 atoms / cm
2 is ion implantation. A preferred implantation energy is about 15
KeV to 90 KeV. In another method, the refractory metal is deposited on the surface of the silicon layer, for example, by vapor deposition of metal pellets. Further, the refractory metal is deposited on the surface of the silicon layer by sputtering or by immersing the surface of the silicon layer in a solution containing ions of the refractory metal. For example, the solution is a dilute acidic solution containing HCl or nitric acid. Except for implantation, in all of these treatment methods, the thickness of the refractory metal layer deposited on the silicon surface is preferably less than about 2.0 nm, more preferably about 0.01 nm.
To 1.5 nm.

【0014】また任意に、耐火金属の処理ステップに続
いて、また前駆金属層を処理するステップの前に、ウエ
ハがアニール処理される。このアニール処理は、好適に
は少なくとも約900℃、より好適には約900℃乃至
1000℃のウエハ温度で行われる。ある方法の場合、
このアニール処理は少なくとも約5秒間、急速熱アニー
ル(RTA)により行われる。また炉で少なくとも約1
0分間アニール処理を行うこともできる。
[0014] Optionally, the wafer is annealed following the step of processing the refractory metal and before the step of processing the precursor metal layer. This anneal is preferably performed at a wafer temperature of at least about 900 ° C, more preferably between about 900 ° C and 1000 ° C. In one way,
This anneal is performed by rapid thermal anneal (RTA) for at least about 5 seconds. In the furnace at least about 1
Annealing treatment can be performed for 0 minutes.

【0015】本発明の他の方法では、半導体ウエハ上の
シリコン層の上にチタン・シリサイド層が形成される。
この方法によれば、耐火金属はシリコン層の表面付近に
被着され、耐火金属の上にチタン層が堆積され、ウエハ
がチタン・シリサイド層を、少なくとも一部はチタン層
から形成するのに充分な温度まで加熱される。この加熱
ステップの間に形成されるチタン・シリサイド層は、好
適には、実質的にTiSi2のC54相を示す。チタン
層は、好適には約25nm乃至57.5nmの厚みまで
堆積され、TiSi2層は、約700℃未満、より好適
には約600℃乃至700℃で形成される。また耐火金
属は、好適にはMo、W、Ta、Nb、V、またはWで
あり、好適にはイオン注入か金属蒸着により被着され
る。Mo、Ta、及びNbでは、Wに比べても最適な結
果が得られることがわかっている。イオン注入は、好適
には注入量約1013原子/cm2乃至1014原子/cm2
で行われる。好適には先に述べた任意のアニール処理が
行われる。
In another method of the present invention, a titanium silicide layer is formed on a silicon layer on a semiconductor wafer.
According to this method, a refractory metal is deposited near the surface of the silicon layer, a titanium layer is deposited on the refractory metal, and the wafer is sufficient to form a titanium silicide layer, at least in part, from the titanium layer. Heated to a suitable temperature. Titanium silicide layer formed during this heating step is preferably shows a C54 phase substantially TiSi 2. The titanium layer is preferably deposited to a thickness of about 25 nm to 57.5 nm, and the TiSi 2 layer is formed at less than about 700 ° C, more preferably at about 600 ° C to 700 ° C. The refractory metal is preferably Mo, W, Ta, Nb, V, or W, and is preferably deposited by ion implantation or metal deposition. For Mo, Ta, and Nb, it has been found that an optimum result is obtained even when compared to W. The ion implantation is preferably performed at a dose of about 10 13 atoms / cm 2 to 10 14 atoms / cm 2.
Done in Preferably, any of the above-described annealing treatments is performed.

【0016】本発明に従った他の実施例では、半導体ウ
エハ上のシリコン層の上の層に、少量の耐火金属を含む
チタン層を被着するステップと、チタン・シリサイドを
形成するのに充分な温度までウエハを加熱するステップ
を含む方法により、金属シリサイドが形成される。チタ
ン・シリサイドのC49からC54への相転移温度は、
上記耐火金属が上記シリコン層の表面に存在することに
より低下する。チタン及び耐火金属は、好適には同じプ
ロセスで被着され、ソースの耐火金属層の原子百分率は
約20未満、好適には1乃至15である。
In another embodiment according to the invention, a step of depositing a layer of titanium containing a small amount of refractory metal on a layer above the silicon layer on the semiconductor wafer and sufficient to form titanium silicide. A metal silicide is formed by a method including a step of heating a wafer to an appropriate temperature. The phase transition temperature of titanium silicide from C49 to C54 is
It is reduced by the presence of the refractory metal on the surface of the silicon layer. Titanium and the refractory metal are preferably deposited in the same process, with the atomic percentage of the source refractory metal layer being less than about 20, preferably 1 to 15.

【0017】他の実施例に従った好適な方法の場合、チ
タン層は、これも少量の耐火金属を含むチタンのソース
から被着される。次に実質的にC54相チタン・シリサ
イドを形成するのに充分な温度までウエハが加熱され
る。温度は、好適には約700℃未満、及び耐火金属の
原子百分率は約20未満である。
In a preferred method according to another embodiment, the titanium layer is deposited from a source of titanium, which also contains a small amount of refractory metal. The wafer is then heated to a temperature sufficient to form substantially C54 phase titanium silicide. The temperature is preferably less than about 700 ° C and the atomic percentage of the refractory metal is less than about 20.

【0018】本発明の利点は相転移アニール処理が排除
されることである。例えばチタン・シリサイドに関し
て、所望のC54相は、実質的にチタン・シリサイド形
成ステップの間に直接形成される。TiSi2をC49
からC54相に転移させるのに第2相転移アニールは必
要ない。またチタン・シリサイド膜の処理温度は低いの
で、アグロメレーションは実質的になくなる。本発明の
他の利点として、最終的なC54相のシリサイド膜の微
細構造の制御性が向上し、C54相の小さい粒子サイズ
は、作製される素子の限界寸法より小さい。
An advantage of the present invention is that the phase transition anneal is eliminated. For example, with respect to titanium silicide, the desired C54 phase is formed substantially directly during the titanium silicide formation step. TiSi 2 to C49
A second phase transition anneal is not required to transform from to the C54 phase. Since the processing temperature of the titanium silicide film is low, agglomeration is substantially eliminated. Another advantage of the present invention is that the controllability of the microstructure of the final C54 phase silicide film is improved, and the small particle size of the C54 phase is smaller than the critical dimensions of the device to be fabricated.

【0019】耐火金属の1つの実施例は、シリコン層の
表面付近に被着され、チタン層は耐火金属とシリコン表
面の上に堆積される。次にウエハが、約600℃乃至7
00℃の温度まで、C54相チタン・シリサイドを形成
するのに充分な時間、加熱される。
One embodiment of the refractory metal is deposited near the surface of the silicon layer, and a titanium layer is deposited on the refractory metal and the silicon surface. Next, the wafer is heated at about 600 ° C. to
Heat to a temperature of 00 ° C. for a time sufficient to form C54 phase titanium silicide.

【0020】具体的には、図1を参照すると、単結晶シ
リコン・ウエハ(100)または多結晶シリコンである
シリコン層10が用意される。シリコン層10は、例え
ば多結晶N型またはP型の線、若しくは単結晶N型また
はP型の領域である。耐火金属は、部分的には処理方法
に応じて、シリコン層10の上面12上またはその付近
に被着される。耐火金属は、C54相TiSi2を形成
するため、表面エネルギー・バリアを小さくするよう働
くと考えられ、従って、耐火金属が表面または表面付近
に存在することはC54相の形成を促進する。また耐火
金属とシリコンの合金は、上面12付近で形成されると
考えられる。これが金属とシリコンの複合物質か金属と
シリコンの化合物かについて確かなことはわかっていな
い。一般には、被着された耐火金属のいくらかは、上面
12またはその数オングストロームの範囲内にあるはず
である。もちろん耐火金属原子の正確な配置は被着の方
法による。ただし、この用途の目的から、ここで述べて
いる被着方法はそれぞれ、耐火金属原子をシリコン表面
付近に処理するものとみなされる。
Referring specifically to FIG. 1, a silicon layer 10 is provided which is a single crystal silicon wafer (100) or polycrystalline silicon. The silicon layer 10 is, for example, a polycrystalline N-type or P-type line, or a single-crystal N-type or P-type region. The refractory metal is deposited on or near the upper surface 12 of the silicon layer 10, depending in part on the processing method. It is believed that the refractory metal acts to reduce the surface energy barrier because it forms C54 phase TiSi 2 , and therefore the presence of the refractory metal on or near the surface promotes the formation of the C54 phase. It is considered that the alloy of the refractory metal and silicon is formed near the upper surface 12. It is not known for sure whether this is a metal-silicon composite or a metal-silicon compound. In general, some of the deposited refractory metal will be within the upper surface 12 or several Angstroms thereof. Of course, the exact placement of the refractory metal atoms depends on the method of deposition. However, for the purposes of this application, each of the deposition methods described herein is considered to treat refractory metal atoms near the silicon surface.

【0021】ここで図2を参照する。耐火金属14はシ
リコン層10の表面付近に示されている。まず、図2は
説明の便宜上示しているだけであり、耐火金属14は必
ずしも上面12全体を覆っていないことを理解された
い。第2に、耐火金属14の分布は被着の方法にも依存
することに注意されたい。例えば耐火金属14がイオン
注入により被着された場合、金属の大半は上面12の下
になる。一方、金属が蒸着により被着された場合、ほと
んどの金属は、上面12の下ではなく上に堆積される。
イオン注入でも蒸着でも、C54相の表面エネルギー・
バリアを小さくするのは、上面12付近の耐火金属の濃
度と考えられる。耐火金属14が被着された後、チタン
層16が耐火金属14の上に、例えばスパッタリングや
蒸着により堆積される。厚みは例えば25nm乃至5
7.5nmであるが、当業者には理解されるように、そ
の上下の値の厚みも可能である。上面12は、用いられ
る耐火金属の被着方法によりその位置が変化するので、
図2では明示していない。
Referring now to FIG. The refractory metal 14 is shown near the surface of the silicon layer 10. First, it should be understood that FIG. 2 is shown only for convenience of explanation, and that the refractory metal 14 does not necessarily cover the entire top surface 12. Second, it should be noted that the distribution of the refractory metal 14 also depends on the method of deposition. For example, if the refractory metal 14 is deposited by ion implantation, most of the metal will be below the top surface 12. On the other hand, if the metal is deposited by evaporation, most of the metal will be deposited on top 12 rather than below.
For both ion implantation and vapor deposition, the surface energy of C54 phase
It is considered that the barrier is reduced by the concentration of the refractory metal near the upper surface 12. After the refractory metal 14 has been deposited, a titanium layer 16 is deposited on the refractory metal 14, for example by sputtering or vapor deposition. The thickness is, for example, 25 nm to 5
It is 7.5 nm, but thicknesses above and below it are also possible, as will be appreciated by those skilled in the art. Since the position of the upper surface 12 changes depending on the method of depositing the refractory metal used,
It is not explicitly shown in FIG.

【0022】チタン層16は、スパッタリングや蒸着の
他に、化学気相成長により耐火金属14の上に被着する
こともできる。またこれらの方法の1つで被着されたと
き、実質的にチタン層の代わりに、TiとSiの合金を
含む層を被着することもできる。この合金はストイキオ
メトリックTiSi2でよいが、必要条件ではなく、T
iとSiの合金は、シリコン成分が多いか少ないかいず
れかである。TiSiの合金が被着されるとき、本発明
に従った方法は、ここに述べている方法と実質的に同様
である。どのような変形が必要かは当業者には理解され
よう。また、チタン層の被着は、ここで呼んでいるよう
にチタン・シリコン合金層の被着と呼ぶこともある。
The titanium layer 16 can be deposited on the refractory metal 14 by chemical vapor deposition in addition to sputtering and vapor deposition. Also, when deposited by one of these methods, a layer comprising an alloy of Ti and Si may be deposited substantially in place of the titanium layer. The alloy may be stoichiometric TiSi 2 , but is not a requirement,
The alloy of i and Si has either a high or low silicon content. When an alloy of TiSi is deposited, the method according to the invention is substantially similar to the method described herein. Those skilled in the art will understand what modifications are required. Also, the deposition of a titanium layer, as referred to herein, may be referred to as the deposition of a titanium-silicon alloy layer.

【0023】図3を参照する。TiSi2膜18が、約
600℃乃至700℃まで、C54相のTiSi2が形
成されるのに充分な時間、シリコン層10を加熱するこ
とによってシリコン層10の上に形成されている。この
時間は一般にはRTAの約20秒から、従来の炉でのア
ニールの約20分までである。本発明の方法に従ってT
iSi2膜を形成することは、実質的にC49相を経る
ことにはならず、基本的には表面エネルギー・バリアが
減少するため直接C54相に達すると考えられる。
Referring to FIG. A TiSi 2 film 18 is formed on the silicon layer 10 by heating the silicon layer 10 from about 600 ° C. to 700 ° C. for a time sufficient to form C54 phase TiSi 2 . This time is typically from about 20 seconds for RTA to about 20 minutes for annealing in a conventional furnace. According to the method of the present invention, T
It is considered that forming the iSi 2 film does not substantially pass through the C49 phase, but basically reaches the C54 phase directly because the surface energy barrier is reduced.

【0024】任意のアニール処理は、C54相のTiS
2の形成を更に促進する上で有益なことがわかってい
る。これは特に、例えば約650℃の低温でシリサイド
を形成するときに有益である。この任意のアニール処理
は、耐火金属14が堆積された後、Ti層16が被着さ
れる前に行われる。一般にこのアニールは、少なくとも
約900℃、より好適には900℃乃至1000℃のウ
エハ温度で、RTAを使用するときは少なくとも約5
秒、従来の水晶炉を使用するときは一般には約10分乃
至30分行われる。好適なアニールは、約900℃で約
10分、N2雰囲気の炉で行われる。この任意のアニー
ルは、耐火金属とシリコンの合金の形成をシリコン層の
表面で更に促進し得ると考えられるが、定かではない。
An optional annealing treatment is performed by using TiS of C54 phase.
Furthermore the formation of i 2 has been found to be beneficial in promoting. This is particularly beneficial when forming silicides at low temperatures, for example, around 650 ° C. This optional anneal is performed after the refractory metal 14 is deposited and before the Ti layer 16 is deposited. Generally, this anneal is performed at a wafer temperature of at least about 900 ° C, more preferably 900 ° C to 1000 ° C, and at least about 5
Seconds, typically about 10 to 30 minutes when using a conventional quartz furnace. A preferred anneal is performed in a furnace at about 900 ° C. for about 10 minutes in a N 2 atmosphere. It is believed that this optional anneal may further promote the formation of an alloy of refractory metal and silicon at the surface of the silicon layer, but is not certain.

【0025】一般的に、本発明の方法に従った耐火金属
は、金属シリサイドを形成可能な任意の金属でよい。"
耐火金属"とは、ここでの目的からは、Mo、V、W、
Ta、Nb、またはCrの好適な金属を含むものと定義
される。TaとNbが最も効果的である。これらの金属
は、一般にはここで開示している被着方法のいずれにも
対応すると考えられるが、Mo、Ta、あるいはまたN
bのイオン注入及び蒸着が好適である。
In general, the refractory metal according to the method of the present invention can be any metal capable of forming a metal silicide. "
"Refractory metal" means, for the purposes herein, Mo, V, W,
It is defined to include a suitable metal of Ta, Nb, or Cr. Ta and Nb are the most effective. These metals are generally considered to correspond to any of the deposition methods disclosed herein, but may include Mo, Ta, or N 2.
The ion implantation and deposition of b are preferred.

【0026】上記のシリサイド化プロセスをここで詳し
く述べる。使用可能な耐火金属を被着する方法はいくつ
かある。一般的にこれらの被着方法は、耐火金属原子を
上面12の上、または数オングストロームの範囲内に置
く。シリコン界面に最も近い耐火金属原子が最も活性が
高いと考えられるが、他の、より離れた原子も、ここで
言う"近い"の意味から除外されるわけではない。例えば
表面の約2オングストローム(つまり約0.2nm)以
内の原子の活性が最大であろう。耐火金属を被着する最
初の方法は、約1012原子/cm2乃至5×1014原子
/cm2、より好適には約1013原子/cm2乃至1014
原子/cm2のイオン注入である。その場合、好適な注
入エネルギーは約15KeV乃至90KeVである。
The above silicidation process will now be described in detail. There are several methods of depositing a refractory metal that can be used. Generally, these deposition methods place the refractory metal atoms on top surface 12 or within a few Angstroms. The refractory metal atom closest to the silicon interface is considered to be the most active, but other, more distant atoms are not excluded from the meaning of "close" here. For example, the activity of atoms within about 2 angstroms (ie, about 0.2 nm) of the surface will be greatest. The first method of depositing a refractory metal is from about 10 12 atoms / cm 2 to 5 × 10 14 atoms / cm 2 , more preferably from about 10 13 atoms / cm 2 to 10 14.
This is ion implantation of atoms / cm 2 . In that case, the preferred implantation energy is between about 15 KeV and 90 KeV.

【0027】耐火金属を注入する方法の1つでは、一般
に入手できるイオン注入装置のアーク・チャンバが用い
られる。アーク・チャンバは通常、耐火金属(モリブデ
ン、ニオブ、タンタル、タングステン等)から作られる
か、他の場合は耐火金属でライニングされるので、これ
らの金属を注入する1つの方法は、注入される金属のソ
ースとしてアーク・チャンバを使用することによって実
現される。注入される金属種は、アーク・チャンバの物
質を適宜に変え、磁気アナライザを調整して、所望の種
の既知の同位元素をもとに、金属種の所望の原子質量単
位(AMU)を選択することによって選択される。例え
ば、適切な設定はMoで98AMU、Wで184であ
る。Wはまた、注入装置のイオン源フィラメントで通常
のフィラメント材でもあるので、アナライザ磁石を、1
価イオンWでは184AMUに、2価イオンWでは92
AMUに調整することにより、Wを代わりに注入するこ
ともできる。ある金属種に選択される注入量とエネルギ
ーは、イオン注入装置の能力と、注入に費やされる時間
に制限される。
One method of implanting a refractory metal uses an arc chamber of a commonly available ion implanter. Since arc chambers are typically made of refractory metals (molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, etc.) or otherwise lined with refractory metals, one method of injecting these metals is By using an arc chamber as the source of The metal species to be implanted is changed appropriately in the arc chamber material and the magnetic analyzer is adjusted to select the desired atomic mass unit (AMU) of the metal species based on the known isotope of the desired species. Selected by you. For example, suitable settings are 98 AMU for Mo and 184 for W. W is also the source filament of the implanter, which is also a normal filament material, so that the analyzer magnet is
184 AMU for charged ion W and 92 for divalent ion W
By adjusting to the AMU, W can be implanted instead. The implant dose and energy chosen for a given metal species is limited by the capabilities of the ion implanter and the time spent in the implant.

【0028】具体的にMoを注入する場合は、注入装置
にMoアーク・チャンバが設置され、アーク・チャンバ
内に三フッ化ホウ素ソース・ガス(BF3)が導入され
る。イオン化BF3は、アーク・チャンバからモリブデ
ムを揮発化するよう働き、約200mAの適切なMoイ
オン(98Mo+)・ビーム電流と少なくとも約45K
eVの注入エネルギーを提供すると考えられる。アーク
・チャンバは、他の従来の用途で用いられるときに他の
物質で被覆されることが多いので、好適にはクリーン
な、または新たなソース・チャンバにより、Moイオン
・ビーム電流が得られる。
In the case of specifically injecting Mo, a Mo arc chamber is installed in the injection device, and a boron trifluoride source gas (BF 3 ) is introduced into the arc chamber. The ionized BF 3 serves to volatilize the molybdenum from the arc chamber and provides a suitable Mo ion (98Mo +) beam current of about 200 mA and at least about 45K.
It is believed to provide an implant energy of eV. Since the arc chamber is often coated with other materials when used in other conventional applications, preferably a clean or new source chamber provides Mo ion beam current.

【0029】上記条件(つまりエネルギー45KeV)
下でMo原子を注入するときは、シリコン層の約30n
mの深さでMo原子濃度が最大になることが確認されて
いる。これはピークMo濃度で約1019原子/cm2
相当する。ただし先に述べたように、ここで最大の問題
となるMo原子濃度は、表面でのそれである。先の任意
のアニール処理の場合、SIMSデータを見ると、表面
でのMo原子濃度は約5×1018原子/cm2である。
シリコン界面での耐火金属の表面濃度は、約1017原子
/cm2が望ましいと思われる。
The above conditions (ie, energy of 45 KeV)
When implanting Mo atoms underneath, about 30n of the silicon layer
It has been confirmed that the Mo atom concentration becomes maximum at a depth of m. This corresponds to a peak Mo concentration of about 10 19 atoms / cm 2 . However, as described above, the Mo atom concentration, which is the biggest problem here, is that at the surface. In the case of the above-mentioned arbitrary annealing treatment, when looking at the SIMS data, the Mo atom concentration on the surface is about 5 × 10 18 atoms / cm 2 .
A surface concentration of the refractory metal at the silicon interface of about 10 17 atoms / cm 2 would be desirable.

【0030】他の方法では、耐火金属は例えば金属ペレ
ットの蒸着によりシリコン層の表面に堆積される。これ
は例えば電子ビーム蒸着か、抵抗加熱(大きな電流で加
熱されるるつぼにペレットを置く等)による。蒸着によ
る場合は、耐火金属を厚くしすぎないことが重要であ
る。例えばシリコン層上に堆積されるMo層の厚みは、
好適には約2.0nm未満である。これは最大絶対厚み
ではなく、Mo層の厚みが約2.0nmより増えるとき
は、シリサイド膜の剥離が観測されている。より好適に
は、Moの厚みは約0.01nm乃至1.5nmであ
る。他の金属の所望の厚みは多少とも変化し得る。
In another method, the refractory metal is deposited on the surface of the silicon layer, for example, by vapor deposition of metal pellets. This may be by, for example, electron beam evaporation or resistance heating (eg, placing the pellet in a crucible heated by a large current). In the case of vapor deposition, it is important not to make the refractory metal too thick. For example, the thickness of the Mo layer deposited on the silicon layer is:
Preferably it is less than about 2.0 nm. This is not the maximum absolute thickness, and when the thickness of the Mo layer is larger than about 2.0 nm, peeling of the silicide film has been observed. More preferably, the thickness of Mo is between about 0.01 nm and 1.5 nm. The desired thickness of other metals may vary somewhat.

【0031】このような薄い耐火金属をシリコン層に対
して蒸着するときは、蒸着速度の制御がしばしば容易で
はない。そのため、ある蒸着方法では、蒸着金属源のチ
ャンバ上にシャッタが置かれ、シリコン層に被着する準
備が整うまで耐火金属が保持される。それからシャッタ
の開け閉めがかなり高速に行われ(いわゆる"フラッシ
ュ"蒸着)、薄い耐火金属層がシリコン層上に形成され
る。他の蒸着法も、蒸着速度の制御性をよくするため用
いられる。
When depositing such a thin refractory metal on a silicon layer, it is often not easy to control the deposition rate. Thus, in some deposition methods, a shutter is placed over the chamber of the deposition metal source to hold the refractory metal until it is ready for deposition on the silicon layer. The opening and closing of the shutter is then performed very quickly (so-called "flash" deposition), and a thin refractory metal layer is formed on the silicon layer. Other vapor deposition methods are also used to improve control of the vapor deposition rate.

【0032】耐火金属の他の蒸着法として、耐火金属
は、先に蒸着について述べたものと同様のシリコン層上
に、ある厚みまでスパッタリングにより被着することも
できる。スパッタリング方法での変形例は当業者には理
解されよう。
As another method of depositing the refractory metal, the refractory metal can be deposited to a certain thickness by sputtering on a silicon layer similar to that described above for deposition. Variations on the sputtering method will be understood by those skilled in the art.

【0033】上記の他に、耐火金属は、耐火金属のイオ
ンを含む溶液にシリコン層の表面を浸すことによってシ
リコン層に被着することもできる。好適な方法では、溶
液は水性で、HCl、または硝酸等の希酸を含有する。
In addition to the above, the refractory metal can be applied to the silicon layer by immersing the surface of the silicon layer in a solution containing ions of the refractory metal. In a preferred method, the solution is aqueous and contains a dilute acid such as HCl or nitric acid.

【0034】上記のTiSi2方法に関しては、耐火金
属を処理するステップの後、チタン層を被着するステッ
プの前に、ウエハが任意にアニールされる。このアニー
ル処理は、好適にはウエハ温度が少なくとも900℃、
より好適には約900℃乃至1000℃で行われる。
With respect to the TiSi 2 method described above, the wafer is optionally annealed after the step of treating the refractory metal and before the step of depositing the titanium layer. This annealing treatment is preferably performed at a wafer temperature of at least 900 ° C.
More preferably, it is performed at about 900 ° C. to 1000 ° C.

【0035】図4乃至図9に、本発明に従って形成され
た複数のTiSi2膜の実験データを示す。図4は、複
数のプロセス例で、本発明に従って耐火金属を使用した
場合と使用しない場合のチタン・シリサイド層のシート
抵抗と、スパッタされたチタン厚みの図である。標準膜
と示されたデータは、耐火金属を使用せず、第2相転移
アニールも行わずに形成された。Wのデータ点に対応す
るTiSi2膜、及びMoのデータは、本発明に従っ
て、(100)単結晶シリコン上、窒素下で600℃、
30分のアニールにより形成された。耐火金属(WとM
o両方に使用)の注入後、1000℃、5秒の任意のR
TAアニールが行われた。任意のアニールは、TiSi
2膜が約600℃で形成されるとき必要であるが、形成
温度が約700℃のときは必要ない。各膜のシート抵抗
は図のデータ点で示した。
FIGS. 4 to 9 show experimental data of a plurality of TiSi 2 films formed according to the present invention. FIG. 4 is a diagram of the sheet resistance of the titanium silicide layer and the sputtered titanium thickness with and without the use of a refractory metal according to the present invention in a number of process examples. The data indicated as a standard film was formed without the use of a refractory metal and without a second phase transition anneal. According to the present invention, the TiSi 2 film corresponding to the data point of W, and the data of Mo were formed on (100) single crystal silicon at 600 ° C.
It was formed by annealing for 30 minutes. Refractory metals (W and M
o used for both) at 1000 ° C for 5 seconds
TA annealing was performed. Optional annealing is performed on TiSi
2 Necessary when the film is formed at about 600 ° C., but not when the formation temperature is about 700 ° C. The sheet resistance of each film is shown by the data points in the figure.

【0036】図5乃至図7は、その場で走査した抵抗の
図であり、複数のプロセス例で、本発明に従って蒸着し
た耐火金属を使用した場合と使用しない場合について、
形成されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す。
測定は、TiSi2膜の形成中、4点プローブを炉内に
連続してセットすることによって行われた。図5乃至図
7の耐火金属は、用いられた場合は、先に述べた"フラ
ッシュ"蒸着により被着された。図8は、TiSi2膜に
ついて、その場で走査した抵抗の図である。ここでは蒸
着ではなく注入された耐火金属が用いられた。図5乃至
図8の共通条件には、先に約300nmのポリシリコン
層上に被着された約57.5nm厚のTi層からのシリ
サイド膜の形成が含まれる。シリサイド膜はそれぞれ、
温度を毎分約15℃で徐々に上げることで形成された。
FIGS. 5 through 7 are in-situ scanned resistance diagrams for a plurality of process examples, with and without the use of a refractory metal deposited in accordance with the present invention.
4 shows the sheet resistance of the formed titanium silicide layer.
The measurement was performed by setting the four-point probe continuously in the furnace during the formation of the TiSi 2 film. The refractory metals of FIGS. 5-7, when used, were deposited by the "flash" deposition described above. FIG. 8 is a diagram of the resistance of the TiSi 2 film scanned in place. Here, an injected refractory metal was used instead of vapor deposition. 5 to 8 include the formation of a silicide film from an approximately 57.5 nm thick Ti layer previously deposited on an approximately 300 nm polysilicon layer. Each of the silicide films is
It was formed by gradually increasing the temperature at about 15 ° C. per minute.

【0037】図5を参照する。曲線30は、耐火金属を
使用せずに形成されたチタン・シリサイド膜についてシ
ート抵抗の挙動を示す。曲線30からわかるのは、既知
の、予測される抵抗の増加である。これはおよそ点32
での混合による。曲線30は約500℃で抵抗のピーク
をなす。約500℃を超えると、抵抗は矢印34が示す
ように減少する。温度が約500℃から約700℃にな
ると、形成されるTiSi2膜は実質的にC49相にな
る。約700℃で曲線30は平坦になり、点36でいわ
ゆる"ニー(膝)"になる。ここで抵抗は、温度の上昇に
対して実質的に一定になる。この"ニー"は、シリサイド
膜が、より高温に達するまではC49相からC54相に
転移しないことによる。曲線30とは対照的に、曲線4
0は、約0.015nmのMoが本発明に従って被着さ
れた後に形成されたシリサイド膜の抵抗を示す。挙動は
同様であるが、曲線30について観測された"ニー"は、
曲線40では事実上存在しない(点42参照)。このニ
ーがないことは、シリサイド化の間に、C49相を経過
せずに、C54相のTiSi2がかなりの程度まで直接
形成されたことを示すと考えられる。
Referring to FIG. Curve 30 shows the sheet resistance behavior for a titanium silicide film formed without using a refractory metal. It can be seen from curve 30 that there is a known and expected increase in resistance. This is about point 32
By mixing at Curve 30 peaks at about 500 ° C. Above about 500 ° C., the resistance decreases as indicated by arrow 34. When the temperature rises from about 500 ° C. to about 700 ° C., the formed TiSi 2 film becomes substantially C49 phase. At about 700 ° C., the curve 30 flattens and at point 36 becomes a so-called “knee”. Here, the resistance becomes substantially constant with increasing temperature. This "knee" is due to the silicide film not transitioning from the C49 phase to the C54 phase until a higher temperature is reached. In contrast to curve 30, curve 4
0 indicates the resistance of the silicide film formed after approximately 0.015 nm of Mo has been deposited according to the present invention. The behavior is similar, but the "knee" observed for curve 30 is
It is virtually absent in curve 40 (see point 42). The absence of this knee is believed to indicate that during the silicidation, the C54 phase of TiSi 2 was formed directly to a significant extent without passing through the C49 phase.

【0038】図6の曲線50は、シリサイド膜を形成す
るシート抵抗の挙動を示す。ここでは本発明に従って、
0.015nmのTa層がフラッシュ蒸着により処理さ
れた。図5の曲線40に関しては、C54相のTiSi
2が形成されるときに顕著なニーは観測されない。図7
の曲線60は、本発明に従って、約0.015nmのW
を使用して形成されたTiSi2膜のシート抵抗と温度
を示す。曲線30及び40は曲線60との比較のため示
している。ここでも、曲線60の場合に顕著なニーはな
く、C54相は、実質的に約700℃未満の温度で形成
される。
The curve 50 in FIG. 6 shows the behavior of the sheet resistance for forming the silicide film. Here, according to the invention,
A 0.015 nm Ta layer was processed by flash evaporation. Referring to curve 40 in FIG.
No noticeable knee is observed when 2 is formed. FIG.
Curve 60, according to the present invention, has a W of about 0.015 nm.
4 shows the sheet resistance and temperature of a TiSi 2 film formed using the method shown in FIG. Curves 30 and 40 are shown for comparison with curve 60. Again, there is no significant knee in the case of curve 60, and the C54 phase is formed at temperatures substantially below about 700 ° C.

【0039】図8は、その場で走査した抵抗の図であ
り、本発明に従って注入された耐火金属を使用して形成
されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す。曲線
70は、比較のために、耐火金属を使用せずに形成され
た制御シリサイド膜で、曲線80はTiSi2の成膜で
あるが、ここでMoはTiの被着前に注入されている
(1014原子/cm2、注入エネルギー45KeV)。
Moの注入後、これもTiの被着前に900℃、10分
でアニール処理が行われた。従来の曲線30と同様、曲
線70は点72でニーが現れているが、曲線80には現
われていない。曲線80でニーがないことは、C54相
のTiSi2が、実質的に約700℃未満の温度で形成
されることを示す。
FIG. 8 is an in-situ scanned resistance diagram showing the sheet resistance of a titanium silicide layer formed using a refractory metal implanted in accordance with the present invention. Curve 70 is, for comparison, a control silicide film formed without using a refractory metal, and curve 80 is a film of TiSi 2 , where Mo is implanted before Ti deposition. (10 14 atoms / cm 2 , implantation energy 45 KeV).
After the implantation of Mo, an annealing process was also performed at 900 ° C. for 10 minutes before the deposition of Ti. Similar to conventional curve 30, curve 70 has a knee at point 72, but does not appear in curve 80. The absence of a knee in curve 80 indicates that C54 phase TiSi 2 is formed at a temperature substantially below about 700 ° C.

【0040】図9は、本発明に従ってMoイオンを注入
した場合と注入しない場合について測定されたチタン・
シリサイド線の抵抗のヒストグラムである。
FIG. 9 is a graph showing titanium ions measured with and without Mo ion implantation according to the present invention.
It is a histogram of resistance of a silicide line.

【0041】先に図4乃至図9に示したデータの他に、
本発明によるシリサイド化でC49相が実質的にバイパ
スされることを更に裏書きするものがある。本発明に従
って形成されたC54相チタン・シリサイド層の光学顕
微鏡写真をみると、粒子サイズが、耐火金属を使用しな
い従来の例よりかなり小さいことがわかる。これは、C
54相の核生成エネルギー・バリアが、本発明の方法に
より大きく低下することを裏書きする。これがVLSI
回路で最も重要な事となるのは、線幅が、従来の方法に
よって形成されるC54相の粒子サイズより小さい場合
である。
In addition to the data previously shown in FIGS. 4 to 9,
Some further endorse that the silicidation according to the present invention substantially bypasses the C49 phase. Optical micrographs of the C54 phase titanium silicide layer formed according to the present invention show that the particle size is much smaller than in the prior art without refractory metal. This is C
Endorses that the 54 phase nucleation energy barrier is greatly reduced by the method of the present invention. This is VLSI
Most importantly in circuits, the line width is smaller than the particle size of the C54 phase formed by conventional methods.

【0042】ここで述べた本発明に従った方法は、かな
り安定していると考えられるが、その使用についていく
つか注意すべき点がある。第1に、シリサイドの不安定
性の問題を避けるため本発明を採用するときには、70
0℃を超える長い熱サイクルは避けるべきである。第2
に、耐火金属層の厚みがあり過ぎる場合は、シリサイド
の剥離が生じ得る。
Although the method according to the invention described here is considered to be fairly stable, there are some caveats to its use. First, when employing the present invention to avoid the problem of silicide instability,
Long thermal cycling above 0 ° C should be avoided. Second
If the thickness of the refractory metal layer is too large, the silicide may peel off.

【0043】本発明の他の利点は、シリコン層の上面に
アモルファス・シリコン層を作らないことである。具体
的には、イオン注入方法により耐火金属を被着すると
き、任意のアニール処理では、存在するアモルファス・
シリコンは除去される。任意のアニールは、アモルファ
ス・シリコンを避けるために他の処理方法では必要な
い。アモルファス・シリコンの存在を避けることが望ま
しいのは、これが接合漏れ損失に関係しているからであ
る。
Another advantage of the present invention is that no amorphous silicon layer is formed on top of the silicon layer. Specifically, when depositing a refractory metal by an ion implantation method, any annealing
The silicon is removed. An optional anneal is not required with other processing methods to avoid amorphous silicon. It is desirable to avoid the presence of amorphous silicon because this is related to junction leakage losses.

【0044】本発明の他の実施例では、半導体ウエハ
上、シリコン層上の層に耐火金属を含むチタン合金の層
を被着するステップと、チタン合金層から実質的にC5
4相チタン・シリサイドを形成するのに充分な温度まで
ウエハを加熱するステップを含む方法により、金属シリ
サイドを形成することができる。ここでチタン合金の相
転移温度は、耐火金属の存在により低下する。C54相
を形成する温度は、好適には約700℃未満である。
In another embodiment of the present invention, a step of depositing a layer of a titanium alloy containing a refractory metal on a layer on a silicon layer on a semiconductor wafer and substantially removing C5 from the titanium alloy layer.
Metal silicide can be formed by a method that includes heating the wafer to a temperature sufficient to form four-phase titanium silicide. Here, the phase transition temperature of the titanium alloy decreases due to the presence of the refractory metal. The temperature at which the C54 phase is formed is preferably below about 700 ° C.

【0045】図1及び図10を参照する。チタン合金層
30はシリコン基板10の表面に堆積できる。シリコン
基板10自体は、他の電子素子の上にあっても、または
それ自体が他の電子素子の一部をなしてもよいが、半導
体素子のこのような側面は、本発明の側面を明確に示し
説明するためにあえて示していない。"電子素子"という
用語は、ここで用いているとおり、能動的電子素子と受
動的電子素子の両方を意味する。チタン合金層は、チタ
ンと、原子百分率が最大20の耐火金属、例えばTa、
Nb、Mo、W、V、Cr、またはその組み合わせであ
る。好適な耐火金属はTaとNbである。耐火金属の他
に、チタン合金層にはSiも加えることができる。シリ
コンがチタン合金層に追加される実施例では、自己整合
型シリサイドの処理方法が採用できない可能性のあるこ
とは、当業者には理解されよう。耐火金属の他に、周期
律表の族、IIIA、IVA、VA、及びVIAから、
B、C、N、O、Al、P、In、Sb、及びAs等、
他の元素をチタン合金層に加えることもできる。F等の
VIIA族は避けるべきであるが、存在する場合は、耐
火金属の原子百分率より充分に低いレベルとするべきで
ある。
Referring to FIG. 1 and FIG. The titanium alloy layer 30 can be deposited on the surface of the silicon substrate 10. Although the silicon substrate 10 itself may be on top of, or form part of, another electronic device, such aspects of a semiconductor device will clarify aspects of the present invention. Not shown for illustrative purposes. The term "electronic device", as used herein, refers to both active and passive electronic devices. The titanium alloy layer comprises titanium and a refractory metal having an atomic percentage of up to 20 such as Ta,
Nb, Mo, W, V, Cr, or a combination thereof. Preferred refractory metals are Ta and Nb. In addition to the refractory metal, Si can be added to the titanium alloy layer. Those skilled in the art will appreciate that embodiments in which silicon is added to the titanium alloy layer may not be able to employ a self-aligned silicide treatment method. In addition to refractory metals, from the groups of the periodic table, IIIA, IVA, VA, and VIA,
B, C, N, O, Al, P, In, Sb, As, etc.
Other elements can be added to the titanium alloy layer. Group VIIA, such as F, should be avoided but, if present, should be at levels well below the atomic percentage of the refractory metal.

【0046】チタン合金層は、従来の複数の手法のうち
いずれによっても被着できる。チタン及び耐火金属は、
異なるソースまたは、これも少量の耐火金属を含むチタ
ンのソースから堆積できる。これにより耐火金属層の原
子百分率は、得られた層で20未満、好適には1乃至1
5とする。チタン合金は、シリコン基板上に、スパッタ
リングの物理気相成長(PVD)プロセスにより堆積で
きる。例えばシリコン基板上に成膜されたときに耐火金
属が所望の原子百分率になるように、適切なチタン合金
のスパッタリング・ターゲットを用意する。また蒸着の
PVDプロセスにより、チタン合金を被着することもで
きる。その場合チタン及び耐火金属は、2つの異なるソ
ースから、所望の原子百分率の耐火金属を得るために適
した速度で被着される。上記いずれのプロセスも、また
チタン・シリサイドまたは金属シリサイドを被着する従
来の他のプロセスでも、シリコン基板上にチタン合金の
層を堆積することができる。チタン合金層は、厚み10
nm乃至200nm、好適には10nm乃至60nmの
層まで堆積できる。
The titanium alloy layer can be applied by any of a number of conventional techniques. Titanium and refractory metals
It can be deposited from a different source or from a source of titanium which also contains a small amount of refractory metal. Thereby, the atomic percentage of the refractory metal layer in the obtained layer is less than 20, preferably 1 to 1
5 is assumed. Titanium alloys can be deposited on silicon substrates by a physical vapor deposition (PVD) process of sputtering. For example, a sputtering target of an appropriate titanium alloy is prepared so that the refractory metal has a desired atomic percentage when formed on a silicon substrate. A titanium alloy can also be applied by a PVD process of vapor deposition. The titanium and the refractory metal are then deposited from two different sources at a rate suitable to obtain the desired atomic percentage of the refractory metal. Either of the above processes, as well as other conventional processes for depositing titanium silicide or metal silicide, can deposit a layer of titanium alloy on a silicon substrate. The titanium alloy layer has a thickness of 10
Layers of up to 200 nm, preferably 10 nm to 60 nm, can be deposited.

【0047】図10及び図11を参照する。チタン合金
層30は次に、実質的にC54相チタン・シリサイドの
層32を形成するのに充分な温度まで加熱することがで
きる。"実質的にC54相"とは、ここで用いているとお
り、抵抗特性がC54相に支配され、少なくとも重量比
50%のC54相を含むチタン・シリサイド層を意味す
る。詳しくは後述するが、本発明の利点は、C54相が
事実上チタン・シリサイドの形成ステップで直接形成で
きるので、第2の相"変換アニール"の必要がなくなり、
相転移アニール処理を排除することができる点である。
更にチタン・シリサイド内に耐火金属が存在するため、
熱劣化温度、つまりアグロメレーション等の不要な転移
が生じる温度が実質的に上昇する。熱劣化温度が上がる
ことには、処理の余裕度が大きくなるという利点があ
る。
Referring to FIG. 10 and FIG. The titanium alloy layer 30 can then be heated to a temperature sufficient to form a layer 32 of substantially C54 phase titanium silicide. As used herein, "substantially C54 phase" means a titanium silicide layer whose resistance characteristics are dominated by the C54 phase and which includes at least 50% by weight of the C54 phase. As will be described in greater detail below, an advantage of the present invention is that the C54 phase can be formed directly in effect in the titanium silicide formation step, eliminating the need for a second phase "conversion anneal",
The point is that the phase transition annealing treatment can be eliminated.
In addition, because refractory metal exists in titanium silicide,
The thermal degradation temperature, ie, the temperature at which unwanted transitions such as agglomeration occur, substantially increase. Increasing the thermal degradation temperature has the advantage of increasing the margin of processing.

【0048】図12に示すとおり、その場で走査した抵
抗のプロットは、純粋なチタン・シリサイドを形成する
温度に対して、耐火金属を含有するチタン・シリサイド
を形成する温度の低下を示している。この図はまた、耐
火金属を使用したときに熱安定性が向上することも示し
ている。図12に示してあるチタン層は、それぞれHe
雰囲気中、1050℃(15℃/分)の温度までアニー
ル処理された。
As shown in FIG. 12, the in-situ scanned resistance plot shows the decrease in temperature for forming titanium silicide containing refractory metal versus the temperature for forming pure titanium silicide. . This figure also shows that thermal stability is improved when refractory metals are used. The titanium layers shown in FIG.
Annealing was performed in an atmosphere to a temperature of 1050 ° C. (15 ° C./min).

【0049】図13は、チタン・シリサイドを形成する
ため用いられるチタン合金内に存在する耐火金属の原子
百分率の関数として抵抗を示している。チタン合金はH
e雰囲気中、900℃(15℃/分)でアニール処理さ
れた。"C49TiSi2"及び"C54TiSi2"として
破線で囲んだ図の領域は、純粋なTiSi2から形成さ
れたC49相とC54相のTiSi2標準抵抗範囲を示
している。この図は、本発明の、耐火金属が原子百分率
1乃至20のアニール処理されたチタン合金で、抵抗が
C49相のTiSi2をかなり下回ることを示してい
る。しかし、Moで形成されたチタン合金は、濃度が約
5原子百分率のところで抵抗の減少を示している。また
図14も同様に、チタン・シリサイドを形成するために
用いられるチタン合金内に存在する耐火金属の原子百分
率の関数として抵抗を示す。ただし図14では、N2
囲気中、700℃(35℃/sを60秒維持)で30n
m乃至50nmのチタン合金層上、アニール処理が行わ
れた。図13及び図14は、それぞれの抵抗がC49相
のチタン・シリサイドを大きく下回るTa、Nb、M
o、W、及びVを含有したチタン合金から形成されたチ
タン・シリサイドを示す。図15は更に、チタン合金に
添加された耐火金属の原子百分率の関数としてC54の
形成温度を示す。図14及び図15は両方とも、アニー
ル処理された本発明のチタン合金の抵抗が、純粋なTi
Si2から形成されたC54相のTiSi2に匹敵するこ
と、並びにこのような低抵抗が、温度のかなり低いアニ
ール処理で達成されることを示している。
FIG. 13 shows the resistance as a function of the atomic percentage of the refractory metal present in the titanium alloy used to form the titanium silicide. Titanium alloy is H
Annealing was performed at 900 ° C. (15 ° C./min) in an e atmosphere. Region of FIG surrounded by a broken line as a "C49 TiSi 2" and "C54 TiSi 2" shows a C49 phase and TiSi 2 standard resistance range of C54 phase formed from pure TiSi 2. This figure shows that the refractory metal of the present invention is an annealed titanium alloy with an atomic percentage of 1 to 20 and the resistance is much lower than that of C49 phase TiSi 2 . However, the titanium alloy formed with Mo shows a decrease in resistance at a concentration of about 5 atomic percent. FIG. 14 also shows resistance as a function of the atomic percentage of the refractory metal present in the titanium alloy used to form the titanium silicide. However, in FIG. 14, 30 n at 700 ° C. (35 ° C./s is maintained for 60 seconds) in an N 2 atmosphere.
Annealing treatment was performed on the titanium alloy layer of m to 50 nm. FIGS. 13 and 14 show Ta, Nb, and M, respectively, whose resistances are much lower than titanium silicide in the C49 phase.
1 shows a titanium silicide formed from a titanium alloy containing o, W, and V. FIG. 15 further shows the formation temperature of C54 as a function of the atomic percentage of refractory metal added to the titanium alloy. FIGS. 14 and 15 both show that the resistance of the annealed titanium alloy of the present invention is pure Ti
It is comparable to TiSi 2 of the C54 phase formed from Si 2, as well as such a low-resistance, indicating that it is accomplished at a much lower annealing temperature.

【0050】本発明のプロセスは、純粋なチタンから形
成されたチタン・シリサイドを採用した半導体製造方法
に容易に取り入れることができる。例えば図16を参照
すると、図のCMOSトランジスタには、本発明のチタ
ン・シリサイド層50が、ソース52、ドレイン54、
及びゲート・コンタクト56として、N−MOSFE
T、P−MOSFETの両素子に用いられる。ただし本
発明のチタン・シリサイドは、他の多数の電子素子の製
造方法と共に使用できる。
The process of the present invention can be easily incorporated into semiconductor manufacturing methods employing titanium silicide formed from pure titanium. For example, referring to FIG. 16, in the CMOS transistor shown in the figure, a titanium silicide layer 50 of the present invention includes a source 52, a drain 54,
And N-MOSFE as the gate contact 56
Used for both T and P-MOSFET devices. However, the titanium silicide of the present invention can be used with many other electronic device manufacturing methods.

【0051】チタン及び耐火金属を含むチタン合金は、
ポリシリコン層58を含む素子の上に、また高ドープの
シリコンのソース52及びドレイン54の各領域上に、
自己整合型シリサイド用途での純粋なチタンのように被
着することができる。チタン合金は、被着後に、最初
に"形成アニール"で低温加熱してチタン・シリサイドを
形成することができる。C54相チタン・シリサイド
は、他のシリサイドよりかなり低い温度でチタン合金か
ら形成できるので、形成アニールにより、実質的にC5
4相のチタン・シリサイド層を形成することができる。
従って、多くの場合、チタン合金を使用する際に実質的
にC54相チタン・シリサイドを第1低温アニールによ
り形成できるので、変換アニールの必要性は完全になく
すことができる。ただし形成アニール温度及び素子の形
状によるが、用途によっては変換アニールもなお必要と
思われる。
The titanium alloy containing titanium and the refractory metal is as follows:
On the device including the polysilicon layer 58, and on the regions 52 and 54 of the highly doped silicon,
It can be deposited like pure titanium in self-aligned silicide applications. After deposition, the titanium alloy can be first heated to a low temperature in a "formation anneal" to form titanium silicide. Because the C54 phase titanium silicide can be formed from a titanium alloy at a much lower temperature than other silicides, the formation anneal substantially reduces the C5
A four-phase titanium silicide layer can be formed.
Thus, in many cases, the use of a titanium alloy can substantially form the C54 phase titanium silicide by the first low temperature anneal, thus completely eliminating the need for conversion anneal. However, depending on the formation annealing temperature and the shape of the element, conversion annealing may still be necessary depending on the application.

【0052】C49相、C54相、またはその混合で
も、チタン・シリサイドは次に本発明の処理方法に従っ
て選択的にエッチングでき、反応しなかったチタン合金
層の部分が取り除かれる。このプロセスは一般に"サリ
サイド"または自己整合シリサイドのプロセスと呼ばれ
る。シリコン基板上に位置していないチタン合金の領域
は、反応してシリサイドを形成することがなく、シリサ
イドに対して金属を選択的にエッチングする処理によ
り"自己整合"可能だからである。エッチングの後、C4
9相のチタン・シリサイド、またはC49とC54の層
の混合物を有するチタン・シリサイドを、第2アニール
つまり"変換アニール"にかけることができる。ここでは
シリサイドが所望の実質的にC54相チタン・シリサイ
ドに転移する。しかし変換アニールが必要または望まし
いこうした例であっても、変換アニールはかなり低い温
度で行うことができ、従って利用可能な熱を節約するこ
とができる。本発明の低抵抗のチタン・シリサイド層が
形成された後、電子素子及び所望の相互接続部を、従来
の半導体製造方法により画成することができる。
[0052] The titanium silicide, whether in the C49 phase, the C54 phase, or a mixture thereof, can then be selectively etched according to the processing method of the present invention, removing the unreacted portions of the titanium alloy layer. This process is commonly referred to as a "salicide" or self-aligned silicide process. This is because the region of the titanium alloy not located on the silicon substrate does not react to form silicide, and can be "self-aligned" by a process of selectively etching a metal with respect to silicide. After etching, C4
Nine-phase titanium silicide, or titanium silicide with a mixture of C49 and C54 layers, can be subjected to a second anneal or "conversion anneal." Here, the silicide transforms into the desired substantially C54 phase titanium silicide. However, even in such instances where a conversion anneal is necessary or desirable, the conversion anneal can be performed at a much lower temperature, thus saving available heat. After the low resistance titanium silicide layer of the present invention is formed, electronic components and desired interconnects can be defined by conventional semiconductor manufacturing methods.

【0053】純粋なチタン・シリサイドがあるとき、形
成アニールによりC49相チタン・シリサイドが形成さ
れる。形成アニールは必ず低温で完了するが(低温では
純粋なTiSi2からC54相は形成されない)、これ
は素子の不要な領域の上にシリサイドが形成されるのを
防ぐためである。この問題は一般にブリッジと呼ばれ
る。例えば図16の素子は、純粋なチタンからC54相
チタン・シリサイドを形成するのに必要な温度にさらさ
れた後、チタン層の不要な部分が選択的にエッチングさ
れるが、その場合、酸化物スペーサ62の上にシリサイ
ドが形成されることがある。スペーサ62上にシリサイ
ドが形成されると、ゲート59及びソース52またはド
レイン54の領域が電気的に接続し、よって素子の短絡
が起こる。従って、既存のシリサイド処理方法は、第2
高温アニール、つまり変換アニールにより、無反応のチ
タン部分を除去した後に、C49相チタン・シリサイド
を所望の低抵抗のC54相に変換しなければならない。
従って、実質的にC54相である低抵抗チタン・シリサ
イドの層を、チタン合金と共に、1回の形成アニール、
または温度が900℃よりかなり低い変換アニールで、
素子を加熱することによって形成できることは、特に重
要である。先に示したように、C54相をチタン合金か
ら形成することには、個々の電子素子の予め定義された
ドープ処理領域58及び60を構成するドーパント物質
のマイグレーションが少ないという利点がある。
When pure titanium silicide is present, the formation anneal forms a C49 phase titanium silicide. The formation anneal is always completed at low temperatures (at low temperatures no C54 phase is formed from pure TiSi 2 ) to prevent silicide from forming over unnecessary areas of the device. This problem is commonly called a bridge. For example, the device of FIG. 16 selectively etches unwanted portions of the titanium layer after exposure to the temperature required to form a C54 phase titanium silicide from pure titanium, in which case the oxide Silicide may be formed on the spacer 62. When silicide is formed on the spacer 62, the gate 59 and the region of the source 52 or the drain 54 are electrically connected to each other, thereby causing a short circuit of the device. Therefore, the existing silicide processing method is the second method.
After removing the unreacted titanium portions by high temperature annealing, ie, conversion annealing, the C49 phase titanium silicide must be converted to the desired low resistance C54 phase.
Thus, a layer of low resistance titanium silicide, substantially in the C54 phase, is deposited with the titanium alloy in a single forming anneal,
Or with a conversion anneal whose temperature is significantly lower than 900 ° C.
What can be formed by heating the element is particularly important. As indicated above, forming the C54 phase from a titanium alloy has the advantage of less migration of the dopant material that makes up the predefined doped regions 58 and 60 of the individual electronic devices.

【0054】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
In summary, the following items are disclosed regarding the configuration of the present invention.

【0055】(1)半導体素子のシリコン基板上にチタ
ン・シリサイド層を形成する方法であって、上記シリコ
ン基板上に、原子百分率1乃至20の耐火金属を含むチ
タン合金層を堆積するステップと、上記チタン合金を、
実質的にC54相チタン・シリサイドを形成するのに充
分な温度まで加熱するステップと、を含む方法。 (2)上記温度は約700℃未満である、上記(1)記
載の方法。 (3)上記基板は、上記チタン合金層をC54相チタン
・シリサイドに完全に転移させるのに充分な温度まで加
熱される、上記(1)記載の方法。 (4)上記耐火金属はTa、Nb、W、V、及びCrで
構成されるグループの元素を含む、上記(1)記載の方
法。 (5)上記チタン合金は原子百分率1乃至15の耐火金
属を含む、上記(2)記載の方法。 (6)上記耐火金属はTa及びNbで構成されるグルー
プから選択された耐火金属を含む、上記(5)記載の方
法。 (7)上記チタン合金は、チタン、シリコン、及び耐火
金属を含む、上記(2)記載の方法。 (8)上記チタン合金層は、上記シリコン基板上に10
nm乃至60nmの厚みに堆積される、上記(1)記載
の方法。 (9)上記シリコン基板は、単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、アモルファス・シリコン、及びシリコン・ゲル
マニウム合金で構成されたグループから選択される、上
記(1)記載の方法。 (10)上記シリコン基板は、N型ドーパントを含むS
OI(silicon-on-insulator)及びP型ドーパントを含
むSOIのグループから選択される、上記(1)記載の
方法。 (11)上記チタン合金は、物理気相成長により上記シ
リコン基板上に堆積される、上記(1)記載の方法。 (12)上記チタン合金は、化学気相成長により上記シ
リコン基板上に堆積される、上記(1)記載の方法。 (13)上記チタン合金は、原子百分率約1乃至約5の
Moを含む、上記(1)記載の方法。 (14)半導体素子にチタン・シリサイド層を形成する
方法であって、原子百分率1乃至15の耐火金属を含む
10nm乃至200nmのチタン合金層を、シリコン表
面が露出した複数の電子素子を組み込んだ上記半導体素
子上に堆積するステップと、上記シリコン表面上のチタ
ン合金層に実質的にC54相チタン・シリサイドを形成
するのに充分な約700℃未満の温度まで上記チタン合
金層を加熱するステップと、上記チタン合金層の無反応
部分をエッチングするステップと、を含む、方法。 (15)半導体素子にチタン・シリサイド層を形成する
方法であって、原子百分率1乃至15の耐火金属を含む
10nm乃至200nmのチタン合金層を、シリコン表
面が露出した複数の電子素子を組み込んだ上記半導体素
子上に堆積するステップと、上記シリコン表面上のチタ
ン合金層にチタン・シリサイドを形成するのに充分な温
度まで上記チタン合金層を加熱するステップと、上記チ
タン合金層の無反応部分をエッチングするステップと、
実質的にC54相チタン・シリサイドを形成するのに充
分な約700℃未満の温度まで上記チタン・シリサイド
を加熱するステップと、を含む、方法。 (16)シリコン層と、上記シリコン層上の、実質的に
C54相チタン・シリサイド及び原子百分率1乃至20
の耐火金属を含むチタン・シリサイドの層と、を含む、
チタン・シリサイド層を有する半導体素子。 (17)上記シリコン層は、単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、アモルファス・シリコン、シリコン・ゲルマニ
ウム合金、N型ドーパントを有するSOI(silicon-on
-insulator)及びP型ドーパントを有するSOIのグル
ープから選択される、上記(16)記載の半導体素子。 (18)上記耐火金属は、Ta、Nb、W、V、及びC
rの少なくとも1つのグループから選択される、上記
(16)記載の半導体素子。 (19)上記チタン・シリサイド層は、原子百分率1乃
至15の耐火金属を含む、上記(16)記載の半導体素
子。 (20)上記耐火金属は、Ta及びNbのグループから
選択される、上記(17)記載の半導体素子。 (21)上記チタン・シリサイド層は、原子百分率1乃
至5のMoを含む、上記(16)記載の半導体素子。 (22)上記チタン・シリサイド層は、10nm乃至2
00nmの厚みを有する、上記(16)記載の半導体素
子。
(1) A method for forming a titanium silicide layer on a silicon substrate of a semiconductor device, comprising: depositing a titanium alloy layer containing an atomic percentage of 1 to 20 on a silicon substrate on the silicon substrate; The above titanium alloy,
Heating to a temperature sufficient to form substantially C54 phase titanium silicide. (2) The method according to (1), wherein the temperature is less than about 700 ° C. (3) The method according to (1), wherein the substrate is heated to a temperature sufficient to completely transform the titanium alloy layer to C54 phase titanium silicide. (4) The method according to the above (1), wherein the refractory metal contains an element of the group consisting of Ta, Nb, W, V, and Cr. (5) The method according to (2), wherein the titanium alloy contains a refractory metal having an atomic percentage of 1 to 15. (6) The method according to (5), wherein the refractory metal includes a refractory metal selected from the group consisting of Ta and Nb. (7) The method according to (2), wherein the titanium alloy includes titanium, silicon, and a refractory metal. (8) The titanium alloy layer has a thickness of 10 on the silicon substrate.
The method according to (1) above, wherein the method is deposited to a thickness of 60 nm to 60 nm. (9) The method according to (1), wherein the silicon substrate is selected from the group consisting of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and silicon-germanium alloy. (10) The silicon substrate is made of S containing an N-type dopant.
The method according to (1) above, wherein the method is selected from the group of silicon-on-insulator (OI) and SOI containing P-type dopant. (11) The method according to (1), wherein the titanium alloy is deposited on the silicon substrate by physical vapor deposition. (12) The method according to (1), wherein the titanium alloy is deposited on the silicon substrate by chemical vapor deposition. (13) The method according to (1), wherein the titanium alloy contains about 1 to about 5 atomic percent of Mo. (14) A method of forming a titanium silicide layer on a semiconductor element, comprising: incorporating a 10 to 200 nm titanium alloy layer containing an atomic percentage of 1 to 15 refractory metal into a plurality of electronic elements with exposed silicon surfaces. Depositing on the semiconductor device and heating the titanium alloy layer to a temperature below about 700 ° C. sufficient to form substantially C54 phase titanium silicide on the titanium alloy layer on the silicon surface; Etching a non-reactive portion of the titanium alloy layer. (15) A method of forming a titanium silicide layer on a semiconductor device, comprising: incorporating a 10 to 200 nm titanium alloy layer containing an atomic percentage of 1 to 15 refractory metal into a plurality of electronic devices with exposed silicon surfaces. Depositing on the semiconductor element, heating the titanium alloy layer to a temperature sufficient to form titanium silicide on the titanium alloy layer on the silicon surface, and etching a non-reactive portion of the titanium alloy layer Steps to
Heating said titanium silicide to a temperature less than about 700 ° C. sufficient to form substantially C54 phase titanium silicide. (16) a silicon layer, and substantially C54 phase titanium silicide and an atomic percentage of 1 to 20 on the silicon layer;
A layer of titanium silicide comprising a refractory metal of
A semiconductor device having a titanium silicide layer. (17) The silicon layer is made of single crystal silicon, polycrystal silicon, amorphous silicon, silicon germanium alloy, SOI (silicon-on
-insulator) and the semiconductor device according to (16), selected from the group of SOIs having a P-type dopant. (18) The refractory metal is Ta, Nb, W, V, and C
The semiconductor device according to (16), wherein the semiconductor device is selected from at least one group of r. (19) The semiconductor device according to (16), wherein the titanium silicide layer contains a refractory metal having an atomic percentage of 1 to 15. (20) The semiconductor element according to (17), wherein the refractory metal is selected from the group consisting of Ta and Nb. (21) The semiconductor device according to (16), wherein the titanium silicide layer contains Mo in an atomic percentage of 1 to 5. (22) The titanium silicide layer has a thickness of 10 nm to 2 nm.
The semiconductor device according to (16), having a thickness of 00 nm.

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

【図1】本発明の1つの態様に従ったC54相チタン・
シリサイドの形成を示す断面図である。
FIG. 1 shows a C54 phase titanium according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating formation of silicide.

【図2】本発明の1つの態様に従ったC54相チタン・
シリサイドの形成を示す断面図である。
FIG. 2 shows a C54 phase titanium according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating formation of silicide.

【図3】本発明の1つの態様に従ったC54相チタン・
シリサイドの形成を示す断面図である。
FIG. 3 shows a C54 phase titanium according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating formation of silicide.

【図4】チタン・シリサイド層のシート抵抗と、スパッ
タされたチタンの厚みを、本発明に従って耐火金属を使
用した場合と使用しない場合の複数のプロセスについて
のグラフを示す図である。
FIG. 4 is a graph showing the sheet resistance of a titanium silicide layer and the thickness of sputtered titanium for multiple processes with and without the use of a refractory metal according to the present invention.

【図5】本発明に従って蒸着または注入した耐火金属を
使用した場合と使用しない場合の複数のプロセスにより
形成されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す、
その場で走査した抵抗のグラフを示す図である。
FIG. 5 illustrates the sheet resistance of titanium silicide layers formed by multiple processes with and without the use of refractory metal deposited or implanted in accordance with the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a graph of resistance scanned in place.

【図6】本発明に従って蒸着または注入した耐火金属を
使用した場合と使用しない場合の複数のプロセスにより
形成されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す、
その場で走査した抵抗のグラフを示す図である。
FIG. 6 shows the sheet resistance of titanium silicide layers formed by multiple processes with and without the use of refractory metal deposited or implanted according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a graph of resistance scanned in place.

【図7】本発明に従って蒸着または注入した耐火金属を
使用した場合と使用しない場合の複数のプロセスにより
形成されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す、
その場で走査した抵抗のグラフを示す図である。
FIG. 7 shows the sheet resistance of titanium silicide layers formed by multiple processes with and without the use of refractory metal deposited or implanted in accordance with the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a graph of resistance scanned in place.

【図8】本発明に従って蒸着または注入した耐火金属を
使用した場合と使用しない場合の複数のプロセスにより
形成されたチタン・シリサイド層のシート抵抗を示す、
その場で走査した抵抗の図である。
FIG. 8 shows the sheet resistance of titanium silicide layers formed by multiple processes with and without the use of refractory metal deposited or implanted in accordance with the present invention.
FIG. 4 is a diagram of a resistance scanned in place.

【図9】本発明に従ってMoイオンを注入した場合と注
入しない場合に測定されたチタン・シリサイド線の抵抗
のヒストグラムを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing histograms of resistance of a titanium silicide line measured when Mo ions are implanted and not implanted according to the present invention.

【図10】本発明に従ったC54相チタン・シリサイド
の形成を示す断面側面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional side view illustrating the formation of a C54 phase titanium silicide according to the present invention.

【図11】本発明に従ったC54相チタン・シリサイド
の形成を示す断面側面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional side view illustrating the formation of a C54 phase titanium silicide according to the present invention.

【図12】純粋なTi、Ti(タンタル)合金、及びT
i(ニオブ)合金を合金からチタン・シリサイドを形成
した場合の正規化したシート抵抗と温度のグラフを示す
図である。
FIG. 12: Pure Ti, Ti (tantalum) alloy, and T
It is a figure which shows the graph of normalized sheet resistance and temperature at the time of forming titanium silicide from an i (niobium) alloy.

【図13】900℃でアニールしたチタン・シリサイド
層の抵抗と耐火金属の原子百分率のグラフを示す図であ
る。
FIG. 13 is a graph showing the resistance of a titanium silicide layer annealed at 900 ° C. and the atomic percentage of refractory metal.

【図14】700℃でアニールしたチタン・シリサイド
層の抵抗と耐火金属の原子百分率のグラフを示すを描い
た図である。
FIG. 14 is a diagram depicting a graph of the resistance of the titanium silicide layer annealed at 700 ° C. and the atomic percentage of the refractory metal.

【図15】C54チタン・シリサイドの形成温度と耐火
金属の原子百分率のグラフを示す図である。
FIG. 15 is a graph showing the formation temperature of C54 titanium silicide and the atomic percentage of refractory metal.

【図16】本発明の低抵抗チタン・シリサイドを取り入
れた半導体素子の一部の断面側面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional side view of a part of a semiconductor device incorporating the low-resistance titanium silicide of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン層 12 上面 14 耐火金属 16 チタン層 18 TiSi2膜 30 チタン合金層 32、50 チタン・シリサイド層 52 ソース 54 ドレイン 56 ゲート・コンタクト 58 ポリシリコン層 59 ゲート 60 ドープ処理領域 62 酸化物スペーサReference Signs List 10 silicon layer 12 top surface 14 refractory metal 16 titanium layer 18 TiSi 2 film 30 titanium alloy layer 32, 50 titanium silicide layer 52 source 54 drain 56 gate contact 58 polysilicon layer 59 gate 60 doping region 62 oxide spacer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス・アルフレッド・クレベンジャ ー アメリカ合衆国12540、ニューヨーク州 ラグランジビル、アンドリュースロード 377 (72)発明者 フランソワ・マクスドーレ アメリカ合衆国10562、ニューヨーク州 オッシニング、スプリングバレーロード (72)発明者 ジェームス・マッケル・エドウィン・ハー パー アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州 ヨークタウンハイツ、エリザベスロード 507 (72)発明者 ランディー・ウイリアム・マン アメリカ合衆国05465、バーモント州 ジ ェリコー、サニービュードライブ23 (72)発明者 グレン・レスター・マイルス アメリカ合衆国05452、バーモント州 エ セックスジャンクション、26ブリックヤー ドロード35 (72)発明者 ジェームス・スピロス・ナコス アメリカ合衆国05452、バーモント州 エ セックス、バターナッツコート3 (72)発明者 ロネン・アンドリュー・ロイ アメリカ合衆国15010、ニューヨーク州、 ブリアークリフ マノア、3E、ステート ロード332N (72)発明者 キャサリン・エル・サエンジャー アメリカ合衆国10562、ニューヨーク州 オッシニング、アンダーヒルロード115 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Lawrence Alfred Clevenger United States 12540, Andrews Road, Lagrangeville, NY 377 (72) Inventor François Maxdore United States 10562, Ossining, NY Spring Valley Road (72) Inventor James McKell Edwin Harper United States 10598, Yorktown Heights, NY, Elizabeth Road 507 (72) Inventor Randy William Man United States 05465, Jericho, Vermont, Sunnyview Drive 23 (72) Inventor Glen Leicester Miles, United States 05452, Essex, Vermont Junction, 26 Brickyard Road 35 (72) Inventor James Spiros Nacos United States 05452, Essex, Vermont, Butternut Court 3 (72) Inventor Ronen Andrew Roy United States 15010, New York, Briarcliff Manoa, 3E, State Road 332N (72) Inventor Katherine El Saenger United States 10562, Underhill Road 115, Ossining, NY

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子のシリコン基板上にチタン・シ
リサイド層を形成する方法であって、 上記シリコン基板上に、原子百分率1乃至20の耐火金
属を含むチタン合金層を堆積するステップと、 上記チタン合金を、実質的にC54相チタン・シリサイ
ドを形成するのに充分な温度まで加熱するステップと、 を含む方法。
1. A method for forming a titanium silicide layer on a silicon substrate of a semiconductor device, the method comprising: depositing a titanium alloy layer containing an atomic percentage of 1 to 20 refractory metal on the silicon substrate; Heating the titanium alloy to a temperature sufficient to form substantially C54 phase titanium silicide.
【請求項2】上記温度は約700℃未満である、請求項
1記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein said temperature is less than about 700.degree.
【請求項3】上記基板は、上記チタン合金層をC54相
チタン・シリサイドに完全に転移させるのに充分な温度
まで加熱される、請求項1記載の方法。
3. The method of claim 1 wherein said substrate is heated to a temperature sufficient to completely transform said titanium alloy layer to C54 phase titanium silicide.
【請求項4】上記耐火金属はTa、Nb、W、V、及び
Crで構成されるグループの元素を含む、請求項1記載
の方法。
4. The method of claim 1, wherein said refractory metal comprises an element of the group consisting of Ta, Nb, W, V, and Cr.
【請求項5】上記チタン合金は原子百分率1乃至15の
耐火金属を含む、請求項2記載の方法。
5. The method of claim 2 wherein said titanium alloy comprises 1 to 15 atomic percent of refractory metal.
【請求項6】上記耐火金属はTa及びNbで構成される
グループから選択された耐火金属を含む、請求項5記載
の方法。
6. The method of claim 5, wherein said refractory metal comprises a refractory metal selected from the group consisting of Ta and Nb.
【請求項7】上記チタン合金は、チタン、シリコン、及
び耐火金属を含む、請求項2記載の方法。
7. The method of claim 2, wherein said titanium alloy comprises titanium, silicon, and a refractory metal.
【請求項8】上記チタン合金層は、上記シリコン基板上
に10nm乃至60nmの厚みに堆積される、請求項1
記載の方法。
8. The method according to claim 1, wherein said titanium alloy layer is deposited on said silicon substrate to a thickness of 10 nm to 60 nm.
The described method.
【請求項9】上記シリコン基板は、単結晶シリコン、多
結晶シリコン、アモルファス・シリコン、及びシリコン
・ゲルマニウム合金で構成されたグループから選択され
る、請求項1記載の方法。
9. The method of claim 1, wherein said silicon substrate is selected from the group consisting of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and silicon-germanium alloy.
【請求項10】上記シリコン基板は、N型ドーパントを
含むSOI(silicon-on-insulator)及びP型ドーパン
トを含むSOIのグループから選択される、請求項1記
載の方法。
10. The method of claim 1, wherein said silicon substrate is selected from the group of a silicon-on-insulator (SOI) containing an N-type dopant and an SOI containing a P-type dopant.
【請求項11】上記チタン合金は、物理気相成長により
上記シリコン基板上に堆積される、請求項1記載の方
法。
11. The method of claim 1, wherein said titanium alloy is deposited on said silicon substrate by physical vapor deposition.
【請求項12】上記チタン合金は、化学気相成長により
上記シリコン基板上に堆積される、請求項1記載の方
法。
12. The method of claim 1, wherein said titanium alloy is deposited on said silicon substrate by chemical vapor deposition.
【請求項13】上記チタン合金は、原子百分率約1乃至
約5のMoを含む、請求項1記載の方法。
13. The method of claim 1, wherein said titanium alloy comprises about 1 to about 5 atomic percent of Mo.
【請求項14】半導体素子にチタン・シリサイド層を形
成する方法であって、 原子百分率1乃至15の耐火金属を含む10nm乃至2
00nmのチタン合金層を、シリコン表面が露出した複
数の電子素子を組み込んだ上記半導体素子上に堆積する
ステップと、 上記シリコン表面上のチタン合金層に実質的にC54相
チタン・シリサイドを形成するのに充分な約700℃未
満の温度まで上記チタン合金層を加熱するステップと、 上記チタン合金層の無反応部分をエッチングするステッ
プと、 を含む、方法。
14. A method for forming a titanium silicide layer on a semiconductor device, comprising: forming a titanium silicide layer on a semiconductor device, comprising:
Depositing a 00 nm titanium alloy layer on said semiconductor device incorporating a plurality of electronic devices with exposed silicon surface; and forming substantially C54 phase titanium silicide on said titanium alloy layer on said silicon surface. Heating the titanium alloy layer to a temperature less than about 700 ° C. sufficient to etch the non-reactive portion of the titanium alloy layer.
【請求項15】半導体素子にチタン・シリサイド層を形
成する方法であって、 原子百分率1乃至15の耐火金属を含む10nm乃至2
00nmのチタン合金層を、シリコン表面が露出した複
数の電子素子を組み込んだ上記半導体素子上に堆積する
ステップと、 上記シリコン表面上のチタン合金層にチタン・シリサイ
ドを形成するのに充分な温度まで上記チタン合金層を加
熱するステップと、 上記チタン合金層の無反応部分をエッチングするステッ
プと、 実質的にC54相チタン・シリサイドを形成するのに充
分な約700℃未満の温度まで上記チタン・シリサイド
を加熱するステップと、 を含む、方法。
15. A method for forming a titanium silicide layer on a semiconductor device, comprising: forming a titanium silicide layer on a semiconductor device, comprising:
Depositing a 00 nm titanium alloy layer on said semiconductor device incorporating a plurality of electronic devices with exposed silicon surface; and increasing the temperature to a temperature sufficient to form titanium silicide in the titanium alloy layer on said silicon surface. Heating the titanium alloy layer; etching a non-reactive portion of the titanium alloy layer; and forming the titanium silicide to a temperature below about 700 ° C. sufficient to substantially form a C54 phase titanium silicide. Heating the method.
【請求項16】シリコン層と、 上記シリコン層上の、実質的にC54相チタン・シリサ
イド及び原子百分率1乃至20の耐火金属を含むチタン
・シリサイドの層と、 を含む、チタン・シリサイド層を有する半導体素子。
16. A titanium silicide layer comprising: a silicon layer; and a layer of titanium silicide on the silicon layer, the layer comprising substantially C54 phase titanium silicide and a refractory metal having an atomic percentage of 1 to 20. Semiconductor element.
【請求項17】上記シリコン層は、単結晶シリコン、多
結晶シリコン、アモルファス・シリコン、シリコン・ゲ
ルマニウム合金、N型ドーパントを有するSOI(sili
con-on-insulator)及びP型ドーパントを有するSOI
のグループから選択される、請求項16記載の半導体素
子。
17. The SOI (silicon) having single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon-germanium alloy, and N-type dopant as the silicon layer.
SOI with con-on-insulator) and P-type dopant
17. The semiconductor device according to claim 16, which is selected from the group consisting of:
【請求項18】上記耐火金属は、Ta、Nb、W、V、
及びCrの少なくとも1つのグループから選択される、
請求項16記載の半導体素子。
18. The refractory metal is Ta, Nb, W, V,
And at least one group of Cr.
The semiconductor device according to claim 16.
【請求項19】上記チタン・シリサイド層は、原子百分
率1乃至15の耐火金属を含む、請求項16記載の半導
体素子。
19. The semiconductor device according to claim 16, wherein said titanium silicide layer contains a refractory metal having an atomic percentage of 1 to 15.
【請求項20】上記耐火金属は、Ta及びNbのグルー
プから選択される、請求項17記載の半導体素子。
20. The semiconductor device according to claim 17, wherein said refractory metal is selected from the group consisting of Ta and Nb.
【請求項21】上記チタン・シリサイド層は、原子百分
率1乃至5のMoを含む、請求項16記載の半導体素
子。
21. The semiconductor device according to claim 16, wherein said titanium silicide layer contains 1 to 5 atomic percent of Mo.
【請求項22】上記チタン・シリサイド層は、10nm
乃至200nmの厚みを有する、請求項16記載の半導
体素子。
22. The titanium silicide layer has a thickness of 10 nm.
17. The semiconductor device according to claim 16, having a thickness of from about 200 nm to about 200 nm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100313186B1 (en) * 1998-10-13 2001-11-07 포만 제프리 엘 Conductivity improvement in thin films of refractory metal

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KR100313186B1 (en) * 1998-10-13 2001-11-07 포만 제프리 엘 Conductivity improvement in thin films of refractory metal

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