KR970004817B1 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 반도체장치의 주요부의 구성을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of main parts of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
제2도는 상기 제1실시예에 의한 주용부의 제조를 설명하기 위한 공정단면도.2 is a cross-sectional view for explaining the manufacture of the main part according to the first embodiment.
제3도는 본 발명의 제2의 실시예에 의한 반도체장치의 주용부의 구성을 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing the configuration of a main part of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 반도체 장치의 단면도.4 is a cross-sectional view of a semiconductor device showing still another embodiment of the present invention.
제5도는 제4도에 도시된 실시예를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도.5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the embodiment shown in FIG.
제6도는 반도체기판에 접촉하는 폴리사이드배선의 깊이에 따른 붕소농도분포의 변화를 도시한 특성도.6 is a characteristic diagram showing the change in the boron concentration distribution according to the depth of the polyside wiring in contact with the semiconductor substrate.
제7도는 어닐링시간의 경과에 따른 p형 콘택트저항의 변화를 도시한 특성도.7 is a characteristic diagram showing the change of the p-type contact resistance with the passage of the annealing time.
제8도는 가로방향의 확산을 평가하기 위한 샘플을 도시한 평면도.8 is a plan view showing a sample for evaluating lateral diffusion.
제9도는 제8도의 샘플의 간격 D와 p형 콘택트저항과의 관계를 표시한 특성도.9 is a characteristic diagram showing the relationship between the interval D and the p-type contact resistance of the sample of FIG.
제10도는 폴리사이드배선의 깊이에 따른 붕소농도분포의 변화를 표시한 특성도.10 is a characteristic diagram showing the change in the boron concentration distribution according to the depth of the polyside wiring.
제11도는 폴리사이드배선의 깊이에 따른 비소농도분포의 변화를 표시한 특성도.11 is a characteristic diagram showing a change in the arsenic concentration distribution according to the depth of the polyside wiring.
제12도는 어닐링시간의 경과에 따른 n형 콘택트저항의 변화를 도시한 특성도.12 is a characteristic diagram showing a change in an n-type contact resistance as the annealing time elapses.
제13도는 3층 폴리사이드배선의 깊이 따른 불순물농도분포의 변화를 도시한 특성도.13 is a characteristic diagram showing the change of impurity concentration distribution according to the depth of the three-layer polyside wiring.
제14도(a)는 메탈배선과 듀얼폴리사이드배선을 사용한 2단 CMOS인버터의 배치도.14A is a layout view of a two-stage CMOS inverter using metal wiring and dual polyside wiring.
제14도(b)는 메탈배선을 사용한 2단 CMOS인버터의 배치도.14B is a layout view of a two-stage CMOS inverter using metal wiring.
제15도(a)는 제14도(a)의 2단 CMOS인버터의 단면도.FIG. 15A is a cross-sectional view of the two-stage CMOS inverter of FIG. 14A.
제15도(b)는 제14도(b)의 2단 CMOS인버터의 단면도.FIG. 15B is a cross-sectional view of the two-stage CMOS inverter of FIG. 14B.
제16도는 실리콘산화막/텅스텐실리사이드막/폴리실리콘막/실리콘산화막의 4층막내에 있어서의 열처리후의 붕소농도의 분포를 표시한 도면.Fig. 16 shows the distribution of boron concentration after heat treatment in a four-layer film of silicon oxide film / tungsten silicide film / polysilicon film / silicon oxide film.
제17도는 종래의 2층 폴리사이드배선내에서의 불순물확산 및 웅집을 개략적으로 표시한 도면.FIG. 17 is a view schematically showing impurity diffusion and congestion in a conventional two-layer polyside interconnection. FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 실리콘기판 2 : 소자분리막(소자분리영역)1: silicon substrate 2: device isolation film (device isolation region)
3 : 소스 및 드레인(p+확산층영역) 4 : 게이트산화막3: source and drain (p + diffusion layer region) 4: gate oxide film
5,13 : 제1의 p+폴리실리콘막(제1다결정실리콘막)5,13: first p + polysilicon film (first polycrystalline silicon film)
6,14 : 텅스텐실리사이드막6,14: tungsten silicide film
7,15 : 제2의 p+폴리실리콘막(제2 다결정실리콘막)7,15: second p + polysilicon film (second polycrystalline silicon film)
8,9,16 : 실리콘산화막 10 : BPSG막8,9,16 silicon oxide film 10 BPSG film
11 : 층간절연막 12 : 콘택트홀11 interlayer insulating film 12 contact hole
60 : 게이트전극 61,65 : 폴리사이드배선.60 gate electrode 61,65 polyside wiring.
본 발명은 반도체장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 제조공정중의 열처리에 의한 콘택트저항의 열화를 방지하는 반도체장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which prevent deterioration of contact resistance due to heat treatment during the manufacturing process.
p+형 다결정실리콘게이트전극을 가진 p채널형 MOS트랜지스터는, n+형 다결정실리콘게이트전극을 가진 p채널형 MOS트랜지스터와 비교해서, 쇼트채널효과가 한층 더 억제되고, 또, MOS트랜지스터의 임계치전압(Vth)이 보다 한층 더 낮게 설정될 수 있다. 이에 대해서는, 예를 들면 IEEE, IEDM, Technical Digest P418-422(1984)에 개시되어 있다.threshold voltage of the p + type polycrystalline p-channel MOS transistor having a polysilicon gate electrode, as compared to the p-channel MOS transistor having a polysilicon gate electrode n + type, the short channel effect is further suppressed, and also, the MOS transistor ( Vth) can be set even lower. This is disclosed, for example, in IEEE, IEDM, Technical Digest P418-422 (1984).
또, 반도체기판내에 형성된 p+형 불순물확산영역과 다결정실리콘배선을 전기적으로 접속하기 위해서는, 다결정실리콘배선으로서, p+형 다결정실리콘막이 사용되고 있다. p+형 다결정실리콘막은, 일반적인 금속의 비저항에 비해서 높은 비정항을 가지고 있다. 배선 및 전극은, 비저항이 낮은 재료로 형성되는 것이 바람직하기 때문에, p+형 다결정실리콘막위에 고융점금속실리사이드막을 적층한 p+폴리사이드막으로부터 배선 및 전극이 형성될 수 있다.In addition, in order to electrically connect the p + type impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate with the polycrystalline silicon wiring, a p + type polycrystalline silicon film is used as the polycrystalline silicon wiring. The p + type polycrystalline silicon film has a higher specificity than that of a general metal. Wiring and electrode, can be resistivity of the wiring and electrodes formed from, because preferably formed of a low material, a refractory metal silicide, a p + polycide film laminated film on the p + type polycrystalline silicon film.
p+폴리사이드막은, 900℃ 이상의 온도로 열처리하여도 열화하지 않는 고융점재료로 구성되어 있다. 이때문에, p+폴리사이드막으로부터 배선 및 전극을 형성하는 공정후에, BPSG막을 층간절연막으로서 형성하고, 이와 같이 형성된 BPSG막을 열처리에 의해 평탄화하는 공정을 행할 수 있다. 이와 같이 제조된 반도체장치가 일본국 특개소 57-192070호 공보에 기재되어 있다.The p + polyside film is composed of a high melting point material which does not deteriorate even after heat treatment at a temperature of 900 ° C or higher. Therefore, after the step of forming the wiring and the electrode from the p + polyside film, the BPSG film is formed as an interlayer insulating film, and the step of planarizing the thus formed BPSG film by heat treatment can be performed. The semiconductor device thus manufactured is described in Japanese Patent Laid-Open No. 57-192070.
층간절연막으로서 BPSG막이 사용되지 않을 때에도, p+형 불순물을 활성화하기 위하여, p+폴리사이드막의 형성후에 열처리를 행하여야 한다. 이 열처리시에, 붕소의 바깥쪽확산(out-diffusion)에 의해 붕소농도가 저하될 수 있다. 이 붕소농도의 저하를 방지하기 위해서는, 열처리전에, p+폴리사이드막위에 절연막을 퇴적하여야 한다. 이에 대해서는, 예를 들면, Journal of Vacuum Science and Technology B, Vol. 5 p1674-1688 1987에 개시되어 있다.Even when a BPSG film is not used as the interlayer insulating film, in order to activate the p + -type impurity, heat treatment must be performed after the formation of the p + polyside film. In this heat treatment, the boron concentration may be lowered by out-diffusion of boron. In order to prevent this decrease in boron concentration, an insulating film must be deposited on the p + polyside film before the heat treatment. See, for example, Journal of Vacuum Science and Technology B, Vol. 5 p1674-1688 is disclosed in 1987.
그러나, 상기한 종래기술에는 이하에 설명하는 문제가 있다.However, the above-described prior art has a problem described below.
p+폴리사이드막을 열처리하면, p+폴리사이드막과 그것을 덮는 절연막과의 계면에 붕소가 웅집함으로써, p+폴리사이드막내의 붕소농도가 저하하는 현상이 알려져 있다. 이 현상은, 예를 들면 IEEE, IEDM, Technical Digest p407-410(1985)에 기재되어 있다.When heat-treated p + polycide film by a p + poly ungjip boron at the interface between the film and the insulating film which covers the side of it, there is a phenomenon in which a boron concentration of the p + polycide N degradation is known. This phenomenon is described, for example, in IEEE, IEDM, Technical Digest p407-410 (1985).
붕소농도의 저하는, 구체적으로는, 다음과 같은 문제를 야기한다. ① p+폴리사이드막이 MOS트랜지스터의 게이트전극으로서 사용되고 있는 경우, 붕소농도의 저하에 따라서 MOS트랜지스터의 임계치전압이 변동된다. ② p+폴리사이드막을 p형 불순물확산영역에 콘택트하는 배선으로서 사용하고 있는 경우, 붕소농도의 저하에 따라서 콘택트저항이 증가된다.The lowering of the boron concentration causes specifically the following problems. When the p + polyside film is used as the gate electrode of the MOS transistor, the threshold voltage of the MOS transistor fluctuates in accordance with the decrease in boron concentration. (2) When the p + polyside film is used as the wiring for contacting the p-type impurity diffusion region, the contact resistance increases as the boron concentration decreases.
본 발명의 목적은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 열처리에 의해서 붕소농도가 저하하지 않는 폴리사이드 배선을 구비한 반도체장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a polyside wiring in which boron concentration does not decrease by heat treatment in order to solve the above problems, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체기억장치는, 반도체기판과, 이 반도체기판내에 형성된 p형 불순물확산영역과, 이 p형 불순물확산영역에 전기적으로 접속된 폴리사이드배선을 구비한 반도체장치에 있어서, 상기 폴리사이드배선은, 제1다결정실리콘막과, 이 제1다결정실리콘막위에 형성된 고융점금속실린사이드막과, 이 고융점금속실리사이드막위에 형성된 제2다결정실리콘막을 가진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor device having a semiconductor substrate, a p-type impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate, and a polyside wiring electrically connected to the p-type impurity diffusion region. The polyside wiring comprises a first polycrystalline silicon film, a high melting point metal silicide film formed on the first polycrystalline silicon film, and a second polycrystalline silicon film formed on the high melting point metal silicide film. .
상기 반도체기판에 형성된 p채널형 MOS트랜지스터를 부가하여 구비하여, 상기 p형 불순물확산영역은 상기 p채널형 MOS트랜지스터의 소스와 드레인중 어느 하나이다. 상기 불순물확산영역의 상기 제1다결정 실리콘막은 p형 불순물이 확산된 부분과 n형 불순물이 확산된 부분의 양쪽을 가진다. 바람직한 실시예에서는, 상기 폴리사이드배선의 상기 제2다결정실리콘막에는, p형 불순물이 횡방향으로 대략 균일하게 확산되어 있다.A p-channel MOS transistor formed on the semiconductor substrate is additionally provided so that the p-type impurity diffusion region is any one of a source and a drain of the p-channel MOS transistor. The first polycrystalline silicon film of the impurity diffusion region has both a portion where p-type impurities are diffused and a portion where n-type impurities are diffused. In a preferred embodiment, p-type impurities are diffused substantially uniformly in the lateral direction in the second polycrystalline silicon film of the polyside wiring.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 폴리사이드배선은, 제1다결정실리콘막과, 이 제1다결정실리콘막 위에 형성된 고융점금속실리사이드막과, 이 고융점금속실리사이드막위에 형성된 제2다결정실리콘막을 가지고, 상기 제1다결정실리콘막은, p형 불순물이 확산된 부분과 n형 불순물이 확산된 부분의 양쪽을 가지고, 상기 제2다결정실리콘막에는 상기 p형 불순물이 횡방향으로 대략 균일하게 확산되어 있다.In order to achieve the above object, the polyside wiring of the present invention comprises a first polycrystalline silicon film, a high melting point metal silicide film formed on the first polycrystalline silicon film, and a second polycrystalline silicon film formed on the high melting point metal silicide film. The first polysilicon film has both a portion where a p-type impurity is diffused and a portion where an n-type impurity is diffused, and the p-type impurity is diffused substantially uniformly in the lateral direction in the second polycrystalline silicon film. .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 반도체장치는, 반도체기판과 이 반도체기판에 형성된 n채널 MOS트랜지스터와, p채널 MOS트랜지스터를 가진 CMOS반도체장치에 있어서, 상기 n채널 MOS트랜지스터는, 상기 반도체기판에 형성된 n형 불순물확산영역으로 이루어진 n형 소스 및 n형 드레인을 가지고, 상기 p채널 MOS트랜지스터는, 상기 반도체기판에 형성된 p형 불순물확산영역으로 이루어진 p형 소스 및 p형 드레인을 가지고, 상기 반도체장치는, 제1다결정실리콘막과, 이 제1다결정실리콘막위에 형성된 고융점 금속실리사이드막과, 이 고융점금속실리사이드막위에 형성된 제2다결정실리콘막을 가진 폴리사이드배선을 구비하고, 상기 제1다결정실리콘막은, 상기 n형 소스 또는 상기 n형 드레인에 접속되어 있는 n형 불순물확산부분과, 상기 p형 소스 또는 사익 p형 드레인에 접속되어 있는 p형 불순물확산부분을 가진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, another semiconductor device of the present invention is a CMOS semiconductor device having a semiconductor substrate, an n-channel MOS transistor formed on the semiconductor substrate, and a p-channel MOS transistor, wherein the n-channel MOS transistor is the semiconductor. An n-type source and an n-type drain formed of an n-type impurity diffusion region formed in a substrate, and the p-channel MOS transistor has a p-type source and a p-type drain composed of p-type impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate, The semiconductor device includes a polyside wiring having a first polycrystalline silicon film, a high melting point metal silicide film formed on the first polycrystalline silicon film, and a second polycrystalline silicon film formed on the high melting point metal silicide film, The polysilicon film includes an n-type impurity diffusion portion connected to the n-type source or the n-type drain, the p-type source and Characterized in that with the p-type impurity diffusion portion, which is connected to the p-type drain Sykes.
본 발명의 반도체장치의 제조방법은, 반도체기판내에 p형 불순물확산영역을 형성하는 공정과, 이 p형 불순물확산영역에 접속되는 폴리사이드배선을 형성하는 공정을 포함하는 반도체장치의 제조방법에 있어서, 상기 폴리사이드배선을 형성하는 공정은, 상기 p형 불순물확산영역에 접속되는 제1다결정실리콘막을 형성하는 공정과, 이 제1다결정실리콘막위에 고융점금속실리사이드막을 형성하는 공정과, 이 고융점금속실리사이드막위에 제2다결정실리콘막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a p-type impurity diffusion region in a semiconductor substrate and forming a polyside wiring connected to the p-type impurity diffusion region. The step of forming the polyside wiring includes the steps of forming a first polycrystalline silicon film connected to the p-type impurity diffusion region, forming a high melting point metal silicide film on the first polycrystalline silicon film, and the high melting point. And forming a second polycrystalline silicon film on the metal silicide film.
본 발명의 반도체장치에 의하면, 폴리사이드배선내의 붕소의 웅집이 방지되기 때문에, 폴리사이드배선내의 불소농도가 열처리에 의해서 저하하지 않는다. 그 결과, 이와 같은 폴리사이드배선을 게이트전극으로서 가진 MOS트랜지스터의 임계치는 변동하기 어렵다. 또, 폴리사이드배선과 p형 불순물확산영역 사이의 콘택트저항이 열처리에 의해서 증가하지 않으므로, 안정된 콘택트특성이 얻어진다.According to the semiconductor device of the present invention, since bores of boron in the polyside wiring are prevented, the fluorine concentration in the polyside wiring does not decrease by heat treatment. As a result, the threshold value of the MOS transistor having such a polyside wiring as the gate electrode is difficult to change. In addition, since the contact resistance between the polyside wiring and the p-type impurity diffusion region does not increase by heat treatment, stable contact characteristics are obtained.
본 발명에 의하면, 듀얼폴리사이드배선에서 불순물이 횡방향으로 확산되는 것을 방지함으로써, 콘택트특성의 열화가 억제된 CMOS반도체장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a CMOS semiconductor device in which deterioration of contact characteristics is suppressed by preventing impurities from spreading laterally in the dual polyside wiring.
(실시예 1)(Example 1)
이하 본 발명의 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하면서 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
제1도는, 본 발명의 반도체장치의 일부단면을 도시하고 있다. 간단하게 하기 위해서, 제1도에서는, 단일의 MOS트랜지스터가 도시되어 있으나, 본 발명의 반도체장치는, 복수의 MOS트랜지스터가 동일 반도체기판에 형성된 장치이다. 이 반도체장치는, 실리콘기판(1)과, 실리콘기판(1)의 표면의 소자분리영역에 형성된 소자분리막(2)와 실리콘기판(1)의 표면에 복수의 소자영역의 각각에 형성된 MOS트랜지스터와, MOS트랜지스터를 덮는 실리콘산화막(9) 및 BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)막으로 이루어진 층간절연막(10)을 구비하고 있다.1 shows a partial cross section of a semiconductor device of the present invention. For simplicity, a single MOS transistor is shown in FIG. 1, but the semiconductor device of the present invention is a device in which a plurality of MOS transistors are formed on the same semiconductor substrate. The semiconductor device comprises a silicon substrate 1, an MOS transistor formed in each of the element isolation film 2 formed in the element isolation region on the surface of the silicon substrate 1 and the plurality of element regions on the surface of the silicon substrate 1; And an interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film 9 covering a MOS transistor and a Boro-Phospho Silicate Glass (BPSG) film.
각 MOS트랜지스터는, 실리콘기판(1)내에 형성된 소스 및 드레인영역(실리콘기판(1)의 표면으로부터 내부로 연장된 p+형 불순물확산영역)(3)과, 실리콘기판(1)위에 형성된 게이트산화막(두께 : 10nm)(4)와, 게이트산화막(4)위에 형성된 게이트전극(60)과, 게이트전극(60)위에 형성된 실리콘산화막(8)(두께 : 200nm)을 구비하고 있다. 실리콘기판(1)의 제1도에 도시되어 있는 영역은, p형의 실리콘기판(1)에 형성된 n형 웰영역이다. MOS트랜지스터는, n형 실리콘기판에 형성되어도 된다.Each MOS transistor includes a source and a drain region (p + type impurity diffusion region extending from the surface of the silicon substrate 1) 3 formed in the silicon substrate 1 and a gate oxide film formed on the silicon substrate 1. (Thickness: 10 nm) 4, a gate electrode 60 formed on the gate oxide film 4, and a silicon oxide film 8 (thickness: 200 nm) formed on the gate electrode 60 are provided. The region shown in FIG. 1 of the silicon substrate 1 is an n-type well region formed in the p-type silicon substrate 1. The MOS transistor may be formed on the n-type silicon substrate.
소스 및 드레인영역(3)은, 상호간에 일정한 거리(예를 들면 500nm)를 두고, 제1도의 횡방향으로 떨어져 있고, 소스 및 드레인영역(3) 사이의 영역은, MOS트랜지스터의 채널영역을 형성하고 있다. 게이트전극(60)은, 게이트산화막(4)를 개재해서, 채널영역을 덮고 있다. 게이트전극(60)의 전위에 따라서, 소스 및 드레인영역(3)을 전기적으로 접속하기 위한 도전채널이 채널영역에 형성된다.The source and drain regions 3 are spaced apart from each other at a predetermined distance (for example, 500 nm) in the lateral direction of FIG. 1, and the region between the source and drain regions 3 forms a channel region of the MOS transistor. Doing. The gate electrode 60 covers the channel region via the gate oxide film 4. In accordance with the potential of the gate electrode 60, a conductive channel for electrically connecting the source and drain regions 3 is formed in the channel region.
이 반도체장치의 게이트전극(60)은, p+형 제1다결정실리콘막(두께 : 100nm)(5)와, p+형 다결정실리콘막(5)위에 형성된 텅스텐실리사이드막(두께 : 200nm)(6)과, 텅스텐실리사이드막위에 형성된 p+형 제2다결정실리콘막(두께 : 100nm)(7)로 이루어진 샌드위치형 3층 폴리사이드구조를 가지고 있다. 복수의 MOS트랜지스터를 구비한 반도체집적회로장치에 있어서는, 폴리사이드배선이, 한 그룹의 트랜지스터의 각각의 게이트전극부분과, 각 게이트전극을 접속하기 위한 복수의 배선부분을 가지고 있다. 본 발명에서는, 폴리사이드구조를 가진 전극 및 배선을 총칭해서, 폴리사이드배선이라 칭한다. 본 실시예의 폴리사이드배선의 폭은, 전형적으로, 500nm에서부터 100nm 정도이다. 미세화를 위하여, 이 폭보다 좁게하여도 된다.The gate electrode 60 of this semiconductor device includes a p + type first polycrystalline silicon film (thickness: 100 nm) (5) and a tungsten silicide film (thickness: 200 nm) formed on the p + type polycrystalline silicon film 5 (6). has a sandwich-type three-layer polycide structure consisting of 100nm) (7):) and, p + type second polycrystalline silicon film (having a thickness formed on the tungsten silicide film. In a semiconductor integrated circuit device having a plurality of MOS transistors, the polyside wiring has each gate electrode portion of a group of transistors and a plurality of wiring portions for connecting each gate electrode. In the present invention, electrodes and wirings having a polyside structure are collectively referred to as polyside wiring. The width of the polyside wiring of this embodiment is typically about 500 nm to 100 nm. In order to refine, you may make it narrower than this width.
또한, 사익 폴리사이드배선을 구성하는 각 막의 두께는, 설계에 따라서 적절한 임의의 값으로 설정된다. 또, 제1 및 제2다결정실리콘막에 개재하는 고융점금속실리사이드막으로서는, 텅스텐실리사이드이외의 다른 고융점금속실리사이드로 이루어지는 막, 또는, 다른 종류의 고융점금속실리사이드막을 포함하는 다층막이어도 된다. 중요한 점은, 고융점금속실리사이드막이 윗면에 집적적으로 절연막이 형성되어 있지 않는 점이다.In addition, the thickness of each film | membrane which comprises a saik polyside wiring is set to arbitrary arbitrary values according to a design. The high melting point metal silicide film interposed between the first and second polycrystalline silicon films may be a film made of a high melting point metal silicide other than tungsten silicide, or a multilayer film including another kind of high melting point metal silicide film. An important point is that the high melting point metal silicide film is not integrally formed on the upper surface.
실리콘산화막(9)는, BPSG막(10)으로부터 불순물(붕소 및 인)이 실리콘기판(1)에 확산하는 것을 방지한다. 확산방지의 효과가 있는 막, 예를들면 실리콘질화막을 실리콘산화막(9) 대신에 사용하여도 된다.The silicon oxide film 9 prevents the diffusion of impurities (boron and phosphorus) from the BPSG film 10 into the silicon substrate 1. A film having an effect of preventing diffusion, for example, a silicon nitride film, may be used in place of the silicon oxide film 9.
상기한 MOS트랜지스터는 p채널형 MOS트랜지스터이다. 실리콘기판(1), 소스 및 드레인영역(3)의 불순물 도전형을 반전시킴으로써, n채널형 MOS트랜지스터가 얻어진다. 상기 폴리사이드배선은, CMOS(상보형 MOS)반도체장치에 적용될 수 있다. CMOS반도체장치는, p채널 MOS트랜지스터 및 n채널 MOS트랜지스터를 동일 반도체기판에 가진 반도체장치이다. 보다 상세히 설명하면, CMOS반도체장치는, 예를들면, p형 실리콘기판과 그 속에 형성된 n형 웰을 가지고, p형 실리콘기판에 형성된 n채널 MOS트랜지스터와, n형 웰에 형성된 p채널 MOS트랜지스터를 구비하고 있다.The MOS transistor is a p-channel MOS transistor. By inverting the impurity conduction type of the silicon substrate 1, the source and drain regions 3, an n-channel MOS transistor is obtained. The polyside wiring can be applied to a CMOS (complementary MOS) semiconductor device. A CMOS semiconductor device is a semiconductor device having a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor on the same semiconductor substrate. In more detail, a CMOS semiconductor device may include, for example, an n-channel MOS transistor formed on a p-type silicon substrate and a p-channel MOS transistor formed on an n-type well having a p-type silicon substrate and an n-type well formed therein. Equipped.
제1도의 반도체장치는, 텅스텐실리사이드막(6)과 실리콘산화막(8) 사이에 p+형 제2다결정실리콘막을 가지고 있기 때문에, 텅스텐실리사이드막(6)의 윗면과 실리콘산화막(8)이 직접으로 접촉하고 있지 않는 점에 주요한 특징이 있다. 제16도는, 실리콘산화막, 다결정실리콘막, 텅스텐실리사이드막 및 실리콘산화막으로 이루어진 다층구조에 있어서의 붕소농도분포를 표시하고 있다. 다시말하면, 실리콘산화막에 샌드위치된 통상의 2층 폴리사이드구조로서, 폴리사이드구조가 다결정실리콘막과 다결정실리콘막위의 텅스텐실리사이드막으로 이루어진 구조에 대한 붕소농도분포가 표시되어 있다. 제16도에 표시되는 바와 같이, 붕소농도분포는, 실리콘산화막과 텅스텐실리사이드막과의 계면의 피크를 가지고 있다. 이것은, 상기 계면에서 붕소가 웅집하고 있는 것을 표시하고 있다. 붕소의 웅집은, 텅스텐실리사이드막 및 다결정실리콘막내의 붕소농도의 감소를 초래한다. 즉, 텅스텐실리사이드막과 다결정실리콘막과의 계면은, 폴리사이드배선내의 붕소를 취해서, 붕소를 흡수하는 싱크로서 기능한다.The semiconductor device in FIG. 1 has a p + type second polysilicon film between the tungsten silicide film 6 and the silicon oxide film 8, so that the top surface of the tungsten silicide film 6 and the silicon oxide film 8 are directly The main feature is that they are not in contact. FIG. 16 shows the boron concentration distribution in a multilayer structure composed of a silicon oxide film, a polycrystalline silicon film, a tungsten silicide film and a silicon oxide film. In other words, a boron concentration distribution is shown for a conventional two-layer polyside structure sandwiched on a silicon oxide film, in which the polyside structure consists of a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film on the polycrystalline silicon film. As shown in FIG. 16, the boron concentration distribution has a peak at the interface between the silicon oxide film and the tungsten silicide film. This indicates that boron is packed at the interface. Boring of boron causes a decrease in the boron concentration in the tungsten silicide film and the polycrystalline silicon film. In other words, the interface between the tungsten silicide film and the polycrystalline silicon film takes on boron in the polyside wiring and functions as a sink for absorbing boron.
한편, 텅스텐실리사이드막과 다결정실리콘막 사이의 계면에 있어서는, 붕소의 웅집은 발생하고 있지 않다. 이것은, 열처리에 의해서 텅스텐실리사이드막의 결정입자가 성장할때에, 텅스텐실리사이드막과 실리콘 산화막 사이에는 부정합이 발생하나, 텅스텐실리사이드막과 다결정실리콘막 사이에서는 이와 같은 부정합이 거의 발생하지 않기 때문이라고 생각된다.On the other hand, at the interface between the tungsten silicide film and the polysilicon film, bores of boron do not occur. This is considered to be due to a mismatch between the tungsten silicide film and the silicon oxide film when the crystal grains of the tungsten silicide film are grown by heat treatment, but such mismatching hardly occurs between the tungsten silicide film and the polycrystalline silicon film.
제16도에 표시되어 있는 농도분포는, 상기 구조를 가진 샘플에 대해서, 2차이온질량분석(SIMS)를 행함으로써 얻게 되었다. 상기 샘플은, 다음과 같이 제작되었다. 먼저, 실리콘기판위에 실리콘산화막, 다결정실리콘막을 차례로 형성한 후에, 다결정실리콘막내에 붕소이온을 주입하였다. 다결정실리콘막위에 텅스텐실리사이드막 및 실리콘산화막을 차례로 형성한 후에, 900℃에서 30분간 열처리를 하였다. 이 열처리에 의해서, 다결정실리콘막내의 붕소는, 텅스텐실리사이드막과 산화실리콘막 사이의 계면까지 확산하고 있다.The concentration distribution shown in FIG. 16 was obtained by performing secondary ion mass spectrometry (SIMS) on the sample having the above structure. The sample was produced as follows. First, a silicon oxide film and a polysilicon film were sequentially formed on the silicon substrate, and then boron ions were implanted into the polycrystalline silicon film. A tungsten silicide film and a silicon oxide film were sequentially formed on the polysilicon film, and then heat treated at 900 占 폚 for 30 minutes. By this heat treatment, boron in the polysilicon film is diffused to the interface between the tungsten silicide film and the silicon oxide film.
제1도에 도시된 본 발명의 실시예에 의하면, 텅스텐실리사이드막(6)과 실리콘산화막(9) 사이의 계면의 면적(텅스텐실리사이드막(6)의 측면의 면적)은, 종래의 반도체장치에 있어서의 텅스텐실리사이드막(6)과 실리콘산화막(8)과의 계면의 면적과 비교해서, 실질적으로 무시할 수 있는 정도로 작다. 본 실시예에서는, 붕소가 웅집하기 쉬운 계면(실리사이드와 절연막 사이의 계면)의 면적이 현저하게 축소되어 있으므로, p+형 제1다결정실리콘막(7) 및 텅스텐실리사이드막(8)내의 붕소가 상기 계면에 웅집되는 것을 방지한다. 이 때문에, 붕소의 웅집에 의해 배선내의 붕소농도가 감소되는 것을 방지한다.According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the area of the interface between the tungsten silicide film 6 and the silicon oxide film 9 (the area of the side surface of the tungsten silicide film 6) is not limited to the conventional semiconductor device. Compared with the area of the interface between the tungsten silicide film 6 and the silicon oxide film 8 in this case, the thickness is substantially negligible. In this embodiment, since the area of the interface (interface between the silicide and the insulating film) where boron tends to shrink is significantly reduced, boron in the p + type first polysilicon film 7 and the tungsten silicide film 8 is the interface. To avoid being punished. For this reason, the boron concentration in a wiring is prevented from decreasing by the boron constriction.
다른 바람직한 실시예로서, 텅스텐실리사이드막(6)의 윗면 뿐만 아니라, 그 측면도 p형 제2다결정실리콘막(6)으로 덮어도 된다. 이와 같은 실시예에서는, 텅스텐실리사이드막(6)이 다결정실리콘막에 의해 완전히 덮어지기 때문에, 텅스텐실리사이드막과 실리콘산화막 사이의 계면이 존재하지 않는다. 그 결과, 이와 같은 계면에 의한 붕소의 웅집이 발생하지 않고, 웅집에 기인하는 배선내부의 붕소농도저하가 방지된다.As another preferred embodiment, not only the top surface of the tungsten silicide film 6 but also its side surface may be covered with the p-type second polycrystalline silicon film 6. In this embodiment, since the tungsten silicide film 6 is completely covered by the polysilicon film, there is no interface between the tungsten silicide film and the silicon oxide film. As a result, bores of boron due to such an interface do not occur, and the decrease in boron concentration inside the wiring due to the pores is prevented.
제2도(a)에서부터 (c)를 참조하면서 상기 반도체장치의 제조방법에 대하여 이하 설명한다. 먼저, 공지된 국소산화(LOCOS)법에 의해서, 실리콘기판(1)의 표면의 소자분리영역에 소자분리막(2)를 형성한다. LOCOS법이외의 방법에 의해서, 소자분리막을 형성하여도 된다. 이 소자분리막(2)가 형성되어 있지 않는 영역이 소자영역이다. 실리콘기판(1)의 각 소자영역의 표면을 산화함으로써, 각 소자영역위에 게이트산화막(4)를 형성한다.A method of manufacturing the semiconductor device will be described below with reference to FIGS. 2A to 2C. First, the element isolation film 2 is formed in the element isolation region on the surface of the silicon substrate 1 by a known local oxidation (LOCOS) method. The device isolation film may be formed by a method other than the LOCOS method. An element region is a region where the element isolation film 2 is not formed. By oxidizing the surface of each element region of the silicon substrate 1, a gate oxide film 4 is formed on each element region.
감압화학기상성장(LPCVD)법에 의해서, 게이트산화막(4)를 덮도록 다결정실리콘막을 퇴적한 후, 제2도(a)에 표시되는 바와 같이, 다결정실리콘막에 대해서, p형 불순물인 붕소의 이온을 가속에너지 20KeV와 도즈량 6×1015cm-2으로 주입한다. 이렇게 해서, p+형 제1다결정실리콘막(5)를 형성한다.After the polycrystalline silicon film was deposited to cover the gate oxide film 4 by the reduced pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method, boron as a p-type impurity was formed in the polycrystalline silicon film as shown in FIG. Ions are implanted with an acceleration energy of 20 KeV and a dose of 6 x 10 15 cm -2 . In this way, the p + type first polycrystalline silicon film 5 is formed.
다음에, 제2도(b)에 표시되는 바와 같이, p+형 다결정실리콘막(5)위에 텅스텐실리사이드막(6)을 퇴적한 후, 다른 다결정실리콘막을 퇴적한다. 상기 다결정실리콘막에 대해서 붕소이온을 가속에너지 20KeV와 도즈량 6×1015cm-2으로 주입한다. 이렇게 해서, 텅스텐실리사이드막(6)위에 p+형 제2다결정실리콘막(7)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2 (b), after depositing the tungsten silicide film 6 on the p + type polysilicon film 5, another polysilicon film is deposited. Boron ions are implanted into the polycrystalline silicon film at an acceleration energy of 20 KeV and a dose of 6 × 10 15 cm −2 . In this way, the p + type second polysilicon film 7 is formed on the tungsten silicide film 6.
다음에, p+형 제2다결정실리콘막(7)위에, 실리콘산화막(8)을 퇴적한다 제1다결정실리콘막(5), 텅스텐실리사이드막(6), 제2다결정실리콘막(7) 및 실리콘산화막(8)로 이루어진 다층막을, 공지의 석판인쇄 및 에칭기술을 사용해서 소망하는 배선형상으로 패터닝한다. 이렇게 해서, 제2도(c)에 표시되는 바와 같이, 제1다결정실리콘막(5), 텅스텐실리사이드막(6) 및 제2다결정실리콘막(7)의 3층으로 이루어진 폴리사이드배선(게이트전극(60))을 얻게 된다.Next, a silicon oxide film 8 is deposited on the p + type second polycrystalline silicon film 7. The first polycrystalline silicon film 5, the tungsten silicide film 6, the second polycrystalline silicon film 7 and silicon are deposited. The multilayer film made of the oxide film 8 is patterned into a desired wiring shape using known lithography and etching techniques. Thus, as shown in FIG. 2C, a polyside wiring (gate electrode) consisting of three layers of the first polycrystalline silicon film 5, the tungsten silicide film 6, and the second polycrystalline silicon film 7 (60)).
다음에, 소자분리막(2) 및 게이트전극(6)을 마스크로 해서, 붕소를 가속에너지 10KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로, 실리콘기판(1)의 소자영역에 주입한다. 붕소가 주입된 영역은, 다음의 어닐링공정에 의해서, MOS트랜지스터의 소스 및 드레인영역(3)으로 된다. MOS트랜지스터의 채널로 되는 영역에 게이트전극(60)으로 덮여져 있기 때문에, 그 영역에 붕소는 주입되지 않는다. 이렇게 해서, 채널영역과 소스 및 드레인영역(3)은, 게이트전극(60)에 대해서, 자기정합적으로 형성된다. 또한, 실리콘산화막(8)은, 제2다결정실리콘막(7)등을 에칭할때에 에칭마스크로서 기능을 다할 수 있으나, 본 발명에서는 반드시 불가결한 요소는 아니다.Next, using the element isolation film 2 and the gate electrode 6 as a mask, boron is implanted into the element region of the silicon substrate 1 at an acceleration energy of 10 KeV and a dose of 6 x 10 15 cm -2 . The boron-infused region becomes the source and drain region 3 of the MOS transistor by the following annealing process. Since the region serving as the channel of the MOS transistor is covered with the gate electrode 60, boron is not implanted into the region. In this way, the channel region, the source and the drain region 3 are formed in self-alignment with respect to the gate electrode 60. In addition, the silicon oxide film 8 can function as an etching mask when etching the second polysilicon film 7 or the like, but is not necessarily an essential element in the present invention.
또한, 소스 및 드레인영역(3)을 형성하기 위한 상기 이온주입을 하기전에, 사이드월스페이서를 게이트전극(60)의 측면에 형성하여도 된다. 사이드월스페이서를 형성하기 전에, LDD영역을 형성하기 위한 이온주입을 행하여도 된다. LDD영역을 형성함으로써, 쇼트채널효과를 억제할 수 있으므로, MOS트랜지스터를 한층 더 소형화할 수 있다. MOS트랜지스터의 소형화는, 트랜지스터의 동작속도를 상승시키고 또한 이와 같은 트랜지스터를 다수 구비한 반도체장치의 집적도향상에 도움이 된다.In addition, a sidewall spacer may be formed on the side surface of the gate electrode 60 before the ion implantation for forming the source and drain regions 3. Before forming the sidewall spacers, ion implantation for forming the LDD region may be performed. By forming the LDD region, the short channel effect can be suppressed, so that the MOS transistor can be further miniaturized. Miniaturization of the MOS transistors increases the operating speed of the transistors and helps to improve the integration degree of a semiconductor device including a large number of such transistors.
다음에, 트랜지스터를 덮도록, 실리콘산화막(9)를 퇴적한 후, 실리콘산화막(9)위에, BPSG막(10)을 퇴적한다. BPSG막(10)의 표면을 평탄화하고, 동시에, 불순물을 활성화하기 위하여, 질소분위기에서 900℃의 어닐링을 30분간 행한다. 이 어닐링의 조건은, 적절하게 임의로 설정될 수 있다. BPSG막(10)의 소정개소에 콘택트홀(도시생략)을 형성한 후, 폴리사이드배선과 소스 및 드레인영역(3)에 접속되는 배선을 BPSG막(10)위에 형성한다.Next, after the silicon oxide film 9 is deposited to cover the transistors, the BPSG film 10 is deposited on the silicon oxide film 9. In order to planarize the surface of the BPSG film 10 and simultaneously activate the impurities, annealing at 900 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere for 30 minutes. The conditions of this annealing can be arbitrarily set suitably. After forming a contact hole (not shown) in a predetermined portion of the BPSG film 10, a polyside wiring and wirings connected to the source and drain regions 3 are formed on the BPSG film 10. As shown in FIG.
본 실시예에 의하면, 열처리에 의한 폴리사이드배선(게이트전극(60)) 내부의 붕소농도저하가 방지되기 때문에, MOS트랜지스터의 임계치가 변동하지 않는다. 본 실시예에 의한 MOS트랜지스터는, DRAM등의 반도체기억장치를 가진 메모리셀 내부의 스위칭트랜지스터로서 사용될 수 있다. 다시말하면, 상기한 3층구조를 가진 폴리사이드배선은 DRAM의 워드라인으로 사용될 수 있다.According to this embodiment, since the boron concentration decreases inside the polyside wiring (gate electrode 60) by heat treatment, the threshold value of the MOS transistor does not change. The MOS transistor according to the present embodiment can be used as a switching transistor inside a memory cell having a semiconductor memory device such as a DRAM. In other words, the polyside interconnection having the above three-layer structure can be used as a word line of DRAM.
이상과 같이, p채널형 MOS트랜지스터의 게이트전극은 p+폴리실리콘인 폴리사이드를 사용한 본 반도체 장치에 있어서 텅스텐실리사이드막(6)이 제1의 p+폴리실리콘막(5) 및 제2의 p+폴리실리콘막(7) 사이에 존재하기 때문에, 텅스텐실리사이드막(6)이 실리콘산화막(8) 또는 실리콘산화막(10)과 접촉하는 일이 없다. 즉, 다량의 붕소가 웅집하는 고융점금속실리사이드막과 절연막의 계면이 존재하지 않는다. 또 이 구조로 하면, 고융점슴속실리사이드막(6)과 p+폴리실리콘막(5),(7)과의 계면 및 p+폴리실리콘(7)과 절연막(8)과의 계면이 형성되나, 실험결과, 제4도에 표시한 바와 같이, 이들 계면에서의 웅집은 대단히 적은 것이 판명되었다.As described above, the tungsten silicide film 6 is the first p + polysilicon film 5 and the second p in the semiconductor device using a polyside whose gate electrode is a p + polysilicon. Since the polysilicon film 7 is present, the tungsten silicide film 6 does not come into contact with the silicon oxide film 8 or the silicon oxide film 10. That is, there is no interface between the high melting point metal silicide film and the insulating film in which a large amount of boron is packed. In this structure, the interface between the high melting point silicide film 6 and the p + polysilicon films 5 and 7 and the interface between the p + polysilicon 7 and the insulating film 8 are formed. As a result of the experiment, as shown in FIG. 4, it was found that there were very few holes at these interfaces.
이상과 같이, 상기한 구성으로 함으로써, 후공정의 열처리에 의한 실리콘사화막과 텅스텐실리사이드막 계면에서 붕소의 웅집이 발생하지 않고, p+폴리사이드막내의 붕소농도는 저하하지 않는다. 이 때문에 p채널형 MOS트랜지스터 및 n채널형 MOS트랜지스터는 모두 임계치전압(vt)의 변동이 일어나지 않는다. 또, 900℃의 열처리를 행할 수 있으므로, BPSG막을 사용한 평탄화가 가능하게 된다.As described above, by using the above-described configuration, bores of boron do not occur at the interface between the silicon tetraoxide film and the tungsten silicide film by the heat treatment in the subsequent step, and the boron concentration in the p + polyside film does not decrease. For this reason, neither the p-channel MOS transistor nor the n-channel MOS transistor has a change in threshold voltage (vt). Moreover, since 900 degreeC heat processing can be performed, planarization using a BPSG film | membrane is attained.
(실시예 2)(Example 2)
제3도는, 본 발명의 다른 실시예의 일부 단면을 표시하고 있다. 제1도에 표시되어 있는 반도체장치에 있어서는, 3층구조의 폴리사이드배선이 MOS트랜지스터의 게이트전극 및 이들을 접속하기 위한 배선으로서 사용되고 있으나, 본 실시예의 반도체장치에 있어서는, 상기 3층구조의 폴리사이드배선이 반도체기판내의 p형 불순물확산영역에 접촉하는 배선으로서 사용되고 있다. 제3도에 표시되어 있는 폴리사이드배선은, 예를들면, DRAM의 비트라인으로서 사용될 수 있다.3 shows a partial cross section of another embodiment of the present invention. In the semiconductor device shown in FIG. 1, the polyside wiring of the three-layer structure is used as the gate electrode of the MOS transistor and the wiring for connecting them. In the semiconductor device of this embodiment, the polyside of the three-layer structure is used. The wiring is used as the wiring for contacting the p-type impurity diffusion region in the semiconductor substrate. The polyside wiring shown in FIG. 3 can be used, for example, as a bit line of a DRAM.
본 반도체장치는, 실리콘기판(n형 불순물이 확산되어 있음)(1)과, 실리콘기판(1)의 표면의 소자리분리영역에 형성된 소자리분리막(2)와, 실리콘기판(1)의 표면의 복수의 소자영역의 각각에 형성된 p형 불순물확산영역(3)과, 실리콘기판(1)위에 형성된 층간절연막(11)과, 충간절연막(11)내에 형성된 콘택트홀(12)와, 층간절연막(11)위에 형성되고, 콘택트홀(12)를 개재해서 p형 불순물확산영역(3)에 접촉하는 폴리사이드배선(61)을 구비하고 있다.The semiconductor device includes a silicon substrate (an n-type impurity diffused therein) 1, an element isolation film 2 formed in an element isolation region on the surface of the silicon substrate 1, and a surface of the silicon substrate 1. The p-type impurity diffusion region 3 formed in each of the plurality of device regions of the substrate, the interlayer insulating film 11 formed on the silicon substrate 1, the contact hole 12 formed in the interlayer insulating film 11, and the interlayer insulating film ( And a polyside wiring 61 formed over the contact hole 12 and in contact with the p-type impurity diffusion region 3.
본 실시예의 폴리사이드배선(61)은, p+형 제1다결정실리콘막(두께 : 100nm)(13)과, p+형 다결정실리콘막(13)위에 형성된 텅스텐실리사이드막(두께 : 200nm)(14)와, 텅스텐실리사이드막(14)위에 형성된 p+형 제2다결정실리콘막(두께 : 200nm)(15)를 가지고 있다.The polyside wiring 61 of the present embodiment includes a p + type first polycrystalline silicon film (thickness: 100 nm) 13 and a tungsten silicide film (thickness: 200 nm) formed on the p + type polycrystalline silicon film 13 (14). ) And a p + type second polycrystalline silicon film (thickness: 200 nm) 15 formed on the tungsten silicide film 14.
이 반도체장치는, 또, 폴리사이드배선(61)을 덮도록 층간절연막(11)위에 형성된 실리콘산화막(16)과, 실리콘산화막(16)위에 형성된 BPSG막(17)을 구비하고 있다.The semiconductor device further includes a silicon oxide film 16 formed on the interlayer insulating film 11 so as to cover the polyside wiring 61 and a BPSG film 17 formed on the silicon oxide film 16.
본 실시예에 의하면, 폴리사이드배선(61)이, 텅스텐실리사이드막(14)와 실리콘산화막(16)과의 계면을 실질적으로 가지고 있지 않기 때문에, 열처리후에도 폴리사이드배선(61)내의 붕소농도가 저하하지 않는다. 그결과, 실리콘기판(1)내의 p형 불순물확산영역(3)으로부터 붕소가 폴리사이드배선(61)에 확산하는 것이 억제된다. 이렇게 해서, 실리사이드기판(1)내의 p형 불순물확산영역(3) 및 다결정실리콘막(13)내의 붕소농도저하가 방지된다. 이와 같이 p형 불순물확산영역(3) 및 다결정실리콘막(13)내의 붕소농도가 저하하지 않으므로, 폴리사이드배선과 p형 불순물확산영역(3) 사이의 콘택트저항이 낮게 유지된다.According to the present embodiment, since the polyside wiring 61 does not substantially have an interface between the tungsten silicide film 14 and the silicon oxide film 16, the boron concentration in the polyside wiring 61 is reduced even after the heat treatment. I never do that. As a result, the diffusion of boron into the polyside wiring 61 from the p-type impurity diffusion region 3 in the silicon substrate 1 is suppressed. In this way, the boron concentration decrease in the p-type impurity diffusion region 3 and the polysilicon film 13 in the silicide substrate 1 is prevented. As described above, since the boron concentration in the p-type impurity diffusion region 3 and the polycrystalline silicon film 13 does not decrease, the contact resistance between the polyside wiring and the p-type impurity diffusion region 3 is kept low.
또한 게이트산화막(4)는, 예를들면 질화산화막(ONO)막을 사용하여도 된다. 또, p+ 폴리실리콘은 이온주입법을 사용해서 형성하였으나, 열확산법을 사용하여도 된다. 또 실리사이드로서 텅스텐실리사이드를 사용 하였으나, 티탄실리사이드등의 고융점금속실리사이드막이어도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 실시예의 MOS트랜지스터의 구조는, SD(싱글드레인)로 하였으나, LDD등의 구조이어도 본 발명의 효과는 마찬가지로 얻을 수 있다.As the gate oxide film 4, for example, a nitride oxide film (ONO) film may be used. In addition, although p + polysilicon was formed using the ion implantation method, you may use the thermal diffusion method. Although tungsten silicide is used as the silicide, the same effect can be obtained even with a high melting point metal silicide film such as titanium silicide. In addition, although the structure of the MOS transistor of the embodiment was set to SD (single drain), even if it is a structure such as LDD, the effect of the present invention can be obtained similarly.
이하에, 본 반도체장치의 제조방법을 설명한다. 먼저, 실리콘기판(1)의 표면의 소자분리영역에 소자분리막(2)를 형성한다. 이 소자분리막(2)가 형성되어 있지 않는 영역이 소장영역이다. 이후에, 소자분리막(2)를 마스크로 해서, 붕소를 가속에너지 10KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로 실리콘기판(1)의 소자영역에 주입한다. 붕소가 주입된 영역은, 다음의 어닐링공정에 의해서, p형 불순물확산영역(3)으로 된다.The manufacturing method of the present semiconductor device will be described below. First, an element isolation film 2 is formed in the element isolation region on the surface of the silicon substrate 1. The region where the device isolation film 2 is not formed is the small region. Thereafter, using the element isolation film 2 as a mask, boron is implanted into the element region of the silicon substrate 1 at an acceleration energy of 10 KeV and a dose of 6 x 10 15 cm -2 . The boron-implanted region becomes the p-type impurity diffusion region 3 by the following annealing process.
다음에, 소장영역을 덮도록 층간절연막(11)을 퇴적한 후, 통상적인 석판인쇄 및 에칭기술을 사용해서, 층간절연막(11)내에 콘택트홀(12)를 형성한다. 불산을 함유하는 수용액을 사용한 딥에칭에 의해서, 콘택트홀(12)의 바닥면에 존재하는 자연산화막을 제거한 후, 제1도의 반도체장치의 폴리사이드배선을 형성하는 방법과 마찬가지의 방법에 의해서, 폴리사이드배선(61)을 형성한다.Next, after the interlayer insulating film 11 is deposited to cover the small region, the contact hole 12 is formed in the interlayer insulating film 11 by using a conventional lithography and etching technique. By deep etching using an aqueous solution containing hydrofluoric acid, after removal of the natural oxide film present on the bottom surface of the contact hole 12, polysilicon wiring of the semiconductor device of FIG. The side wiring 61 is formed.
실리콘산화막(16) 및 BPSG막(17)을 퇴적한 후, BPSG막(17)이 평탄화와 불순물의 활성화를 위하여, 질소 분위기속에서 900℃의 어닐링을 30분간 행한다. 다음에, BPSG막(17) 및 실리콘산화막(16)내에 폴리사이드 배선(61)에 도달하는 콘택트홀(도시생략)을 형성한 후, 이 콘택트홀을 개재해서 폴리사이드배선(61)에 접속되는 배선(도시생략)을 BPSG막(17)위에 형성한다.After the silicon oxide film 16 and the BPSG film 17 are deposited, the BPSG film 17 is annealed at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere for 30 minutes in order to planarize and activate impurities. Next, a contact hole (not shown) reaching the polyside wiring 61 is formed in the BPSG film 17 and the silicon oxide film 16, and then connected to the polyside wiring 61 via the contact hole. Wiring (not shown) is formed on the BPSG film 17.
층간절연막(11)을 형성하기 전에, 제1도의 MOS트랜지스터를 소장영역에 형성하여도 된다. 이 경우, 제1도의 MOS트랜지스터의 소스 및 드레인영역(3)중 어느 한쪽이, 제3도에 표시되어 있는 p형 불순물확산영역(3)에 대응한다. 제1도의 MOS트랜지스터와 제3도의 폴리사이드배선을 가진 반도체장치를 DRAM에 적용할때, DRAM의 워드라인 및 비트라인의 어느것이나, 3층구조의 폴리사이드배선에 의해 형성되어 있어도 된다. 다른 적용예로서, 워드라인은 종래의 구조를 가진 워드라인이며, 비트라인만이 제3도에 표시되는 폴리사이드배선(61)인 것과 같은 DRAM이 있다.Before forming the interlayer insulating film 11, the MOS transistor of FIG. 1 may be formed in the small region. In this case, either of the source and drain regions 3 of the MOS transistor of FIG. 1 corresponds to the p-type impurity diffusion region 3 shown in FIG. When the semiconductor device having the MOS transistor of FIG. 1 and the polyside wiring of FIG. 3 is applied to a DRAM, either the word line or the bit line of the DRAM may be formed by a polyside wiring of a three-layer structure. As another application, there is a DRAM such that the word line is a word line having a conventional structure, and only the bit line is the polyside wiring 61 shown in FIG.
(실시예 3)(Example 3)
제4도는, 본 발명의 다른 실시예의 일부단면을 표시하고 있다. 본 실시예의 반도장치에 있어서는, 3층 구조의 폴리사이드배선(61)이 실리콘기판(1)내의 p형 불순물확산영역(33a) 및 n형 불순물확산영역(33b)에 접촉하는 배선으로서 사용되고 있다. 실리콘기판(1)내의 p형 불순물확산영역(33a) 및 n형 불순물확산영역(33b)의 양쪽에 접촉하는 폴리사이드배선을 듀얼폴리사이드배선이라 호칭한다. 제4도에 표시되어 있는 듀얼폴리사이드배선은 바람직하게는 CMOS반도체장치의 배선으로서 사용될 수 있다.4 shows a partial cross section of another embodiment of the present invention. In the semiconductor device of this embodiment, a polyside wiring 61 having a three-layer structure is used as the wiring for contacting the p-type impurity diffusion region 33a and the n-type impurity diffusion region 33b in the silicon substrate 1. The polyside wiring in contact with both the p-type impurity diffusion region 33a and the n-type impurity diffusion region 33b in the silicon substrate 1 is called a dual polyside wiring. The dual polyside wiring shown in FIG. 4 can be preferably used as wiring of a CMOS semiconductor device.
본 실시예의 반도체장치는, 실리콘기판(1)과, 실리콘기판(1)내에 형성된 n형 웰(100) 및 p형 웰(200)과, 실리콘기판(1)의 표면의 소자분리영역에 형성된 소자분리막(2)와, n형 웰(100) 내부에 형성된 p형 불순물확산 영역(33a)와, p형 웰 내부(200)에 형성된 n형 불순물확산영역(33b)와, 실리콘기판(1)위에 형성된 층간절연막(11)와, 층간절연막(11)내에 형성된 콘택트홀(12)와, 층간절연막(11)위에 형성되고, 콘택트홀(12)를 개재해서 p형 불순물확산영역(33a) 및 n형 불순물확산영역(33b)에 접촉하는 폴리사이드배선(61)을 구비하고 있다.The semiconductor device of this embodiment includes a silicon substrate 1, n-type wells and p-type wells 200 formed in the silicon substrate 1, and elements formed in the element isolation regions on the surface of the silicon substrate 1; On the separator 2, the p-type impurity diffusion region 33a formed in the n-type well 100, the n-type impurity diffusion region 33b formed in the p-type well 200, and the silicon substrate 1 It is formed on the interlayer insulating film 11, the contact hole 12 formed in the interlayer insulating film 11, and the interlayer insulating film 11, and the p-type impurity diffusion region 33a and the n-type through the contact hole 12. A polyside wiring 61 is provided in contact with the impurity diffusion region 33b.
본 실시예의 폴리사이드배선(61)은, p+형 제1다결정실리콘막(두께 : 100nm)(13)과 p+형 다결정실리콘막(13)위에 형성된 텅스텐실리사이드막(두께 : 200nm)(14)와, 텅스텐실리사이드막(14)위에 형성된 p+형 제2다결정실리콘막(두께 : 200nm)(15)를 가지고 있다.The polyside interconnection 61 of this embodiment is a tungsten silicide film (thickness: 200 nm) formed on the p + type first polycrystalline silicon film (thickness: 100 nm) 13 and the p + type polycrystalline silicon film 13 (14). And a p + type second polysilicon film (thickness: 200 nm) 15 formed on the tungsten silicide film 14.
제4도는, 폴리사이드배선(61)이 연장되는 방향에 따르는 면에 평행인 단면도이므로, 폴리사이드배선(61)은 층간절연막(11)의 전체면을 완전히 덮고 있는 것같이 보이나, 실제로는, 배선형상의 폴리사이드배선(61)이 층간절연막(11)의 소정영역위에 존재한다. 이 반도체장치는, 또, 폴리사이드배선(61)을 덮도록 층간절연막(11)위에 형성된 다른 층간절연막(20)을 구비하고 있다. 이 층간절연막(20)은 BPSG막등을 포함하는 적층막이어도 된다.4 is a cross-sectional view parallel to the plane along the direction in which the polyside wire 61 extends, so that the polyside wire 61 appears to completely cover the entire surface of the interlayer insulating film 11, but in reality, the wiring A polyside interconnection 61 having a shape is present on a predetermined region of the interlayer insulating film 11. This semiconductor device further includes another interlayer insulating film 20 formed on the interlayer insulating film 11 so as to cover the polyside wiring 61. The interlayer insulating film 20 may be a laminated film including a BPSG film or the like.
제5도(a) 내지 제5도(d)를 참조하면서 상기 반도체장치의 제조방법에 대하여 이하에 설명한다. 먼저, p형 웰(200) 및 n형 웰(100)이 공지의 방법에 의해 형성된 반도체기판(1)의 표면의 소자분리영역에, LOCOS법에 의해 소자분리막(2)를 형성한다 제5도(a)에 도시한 바와 같이, 각 웰(100) 및 (200)내에 pn접합을 형성하기 위하여, p형 웰(200)에 대해서 비소이온(n형 불순물)을 주입하고, n형 웰(100)에 대해서 BF2이온(p형 불순물)을 주입한다. 비소이온 및 BF2이온은, 각각, 가속에너지 40KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로 주입한다.A method of manufacturing the semiconductor device will be described below with reference to FIGS. 5A to 5D. First, the device isolation film 2 is formed by the LOCOS method in the device isolation region of the surface of the semiconductor substrate 1 on which the p-type well 200 and the n-type well 100 are formed by a known method. As shown in (a), in order to form a pn junction in each of the wells 100 and 200, arsenic ions (n-type impurities) are implanted into the p-type well 200, and the n-type well 100 BF2 ion (p-type impurity) is injected into the. Arsenic ion and BF2 ion are inject | poured with acceleration energy 40KeV and dose amount 6 * 10 <15> cm <-2> , respectively.
비소이온이 주입된 영역은, n형 불순물확산영역(33b)로 되고, BF2이온이 주입된 영역은, p형 불순물확산영역(33a)로 된다.The region implanted with arsenic ions becomes the n-type impurity diffusion region 33b, and the region implanted with BF 2 ions becomes the p-type impurity diffusion region 33a.
다음에, 제5도(b)에 표시되는 바와 같이, LPCVD법을 사용해서 실리콘산화막으로 이루어진 층간절연막(두께 : 300nm)(11)을 반도체기판(1)위에 퇴적한다. 각 웰(100) 및 (200) 내부에 형성된 n형 불순물확산영역(33b) 및 p형 불순물확산영역(33a)에 도달하는 콘택트홀(12)를, 통상의 석판인쇄공정 및 에칭공정을 사용해서, 층간절연막(11)내에 형성한다. 콘택트홀(12)는, 예를들면, 직경 600nm의 크기를 가진다.Next, as shown in FIG. 5B, an interlayer insulating film (thickness: 300 nm) 11 made of a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 using the LPCVD method. The contact holes 12 reaching the n-type impurity diffusion region 33b and the p-type impurity diffusion region 33a formed in each of the wells 100 and 200 are subjected to a conventional lithography process and an etching process. Is formed in the interlayer insulating film 11. The contact hole 12 has, for example, a size of 600 nm in diameter.
다음에, 제1다결정실리콘막(두께 : 500nm)(13)을 층간절연막(11)위에 LPLCVD법에 의해서 퇴적한다. 이후에, 상기 제1다결정실리콘막(13)의 일부에 대해서 선택적으로, 붕소이온을 주입한다. 붕소이온은, 가속에너지 15KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로 주입된다. 또, 제1다결정실리콘막(13)의 다른 부분에 대해서 선택적으로 비소이온을 주입한다. 비소이온은, 가속에너지 80KeV, 도즈량 1×1015cm-2으로 주입된다. 붕소이온의 주입과 비소이온의 주입순서는, 본 실시예에서 행하여진 순서의 반대이어도 된다. 제1다결정실리콘막(13)에서, 붕소이온이 주입된 부부은, n형 웰(100)내의 p형 불순물확산영역(33a)에 접촉하고, 또 비소이온이 주입된 부분은, p형 웰(200) 내부의 n형 불순물확산영역(33b)에 접촉한다.Next, a first polycrystalline silicon film (thickness: 500 nm) 13 is deposited on the interlayer insulating film 11 by the LPLCVD method. Thereafter, boron ions are selectively implanted into a portion of the first polycrystalline silicon film 13. Boron ions are implanted at an acceleration energy of 15 KeV and a dose of 6 × 10 15 cm −2 . In addition, arsenic ions are selectively implanted into other portions of the first polysilicon film 13. Arsenic ions are implanted at an acceleration energy of 80 KeV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . The order of implantation of boron ions and the implantation of arsenic ions may be the reverse of the order performed in this embodiment. In the first polysilicon film 13, the couple implanted with boron ions contact the p-type impurity diffusion region 33a in the n-type well 100, and the portion where the arsenic ion is implanted is the p-type well 200. ) Inside the n-type impurity diffusion region 33b.
다음에, 제5도(c)에 표시되는 바와 같이, 텅스텐실리사이드막(두께 : 100nm)(14)를 제1다결정실리콘막(13)위에 스퍼터법에 의해 퇴적한 후, 제2다결정실리콘막(두께 : 50nm)(15)를 텅스텐실리사이드막(14)위에 LPCVD법에 의해 퇴적한다. 이후, 가속에너지 30KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로, 붕소이온을 제2다결정실리콘막(15)의 전체면에 대해서 주입한다.Next, as shown in FIG. 5C, after the tungsten silicide film (thickness: 100 nm) 14 is deposited on the first polycrystalline silicon film 13 by the sputtering method, the second polysilicon film ( Thickness: 50 nm) 15 was deposited on the tungsten silicide film 14 by LPCVD. Thereafter, boron ions are implanted into the entire surface of the second polycrystalline silicon film 15 at an acceleration energy of 30 KeV and a dose of 6 × 10 15 cm −2 .
제5도(d)에 표시되는 바와 같이, 통상의 석판인쇄공정 및 에칭공정에 의해서, 제2다결정실리콘막(5), 텅스텐실리사이드막(14) 및 제1다결정실리콘막(13)으로 이루어진 3층막을 배선형상으로 패터닝하고, 3층듀얼폴리사이드배선(61)을 형성한다. 상압기상화학적 기상성장(APCVD)법을 사용해서, 듀얼폴리사이드밴선(61)을 덮도록, 산화실리콘막으로 이루어진 층간절연막(20)을 층간절연막(11)위에 퇴적한다. 이후, 질소분위기속에서, 900℃의 어닐링을 10분 내지 90분간 행한다. 이렇게 하여, 제4도에 도시한 반도체장치를 얻게 된다.As shown in FIG. 5 (d), by the usual lithography process and etching process, 3 composed of the second polycrystalline silicon film 5, the tungsten silicide film 14, and the first polycrystalline silicon film 13 The layer film is patterned into a wiring shape, and the three-layer dual polyside wiring 61 is formed. Using an atmospheric vapor phase chemical vapor deposition (APCVD) method, an interlayer insulating film 20 made of a silicon oxide film is deposited on the interlayer insulating film 11 so as to cover the dual polyside band 61. Thereafter, in an atmosphere of nitrogen, annealing at 900 ° C. is performed for 10 to 90 minutes. In this way, the semiconductor device shown in FIG. 4 is obtained.
제6도는, 제1다결정실리콘(Poly-Si)막, 텅스텐실리사이드(WSi2)막 및 제2다결정실리콘(Poly-Si)막으로 이루어진 샌드위치형 3층폴리사이드구조의 깊이에 따른 붕소농도(cm-3)의 분포변화를 도시한다. 이 폴리사이구조는, 실리콘기판(Si-Sub)위에 형성되고, 실리콘산화막(SiO2)에 의해 덮어져 있다. 제6도의 불순물농도분포는, 2차이온질량분석(SIMS)에 의해 얻어진 것이다. 비교하기 위하여, 다결정실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막으로 이루어진 통상의 2층폴리사이드구조의 깊이에 따른 불순물농도의 분포변화를 도시한다. 상기 각 폴리사이드구조의 단면구성은, 각각, 제6도의 그래프에 모식적으로 표시되어 있다. 각 폴리사이드구조의 최하층에 위치하는 다결정실리콘에 대해서, 가속에너지 15KeV, 도즈량 6×1015cm-2으로 붕소이온을 주입한 후, 어닐링(900℃, 60분간)공정을 행하였다. 제6도에 있어서, 어닐링공정전(주입직후)의 붕소농도분포는, 2점 쇄선으로 표시되어 있다.6 shows the boron concentration (cm−) depending on the depth of the sandwich type three-layer polyside structure including a first polycrystalline silicon (Poly-Si) film, a tungsten silicide (WSi2) film, and a second polycrystalline silicon (Poly-Si) film. 3 shows the change of distribution. This polycylindrical structure is formed on a silicon substrate (Si-Sub) and covered by a silicon oxide film (SiO2). The impurity concentration distribution of FIG. 6 is obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS). For comparison, the distribution of impurity concentrations according to the depth of a conventional two-layer polyside structure composed of a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film is shown. The cross-sectional structure of each said polycide structure is typically shown by the graph of FIG. The boron ion was injected to the polycrystalline silicon positioned at the lowest layer of each polycide structure at an acceleration energy of 15 KeV and a dose of 6 × 10 15 cm −2 , followed by annealing (900 ° C. for 60 minutes). In Fig. 6, the boron concentration distribution before the annealing step (just after the injection) is indicated by a dashed two-dot chain line.
제6도에서 알 수 있는 바와 같이, 샌드위치형 3층폴리사이드구조중의 제1다결정실리콘막내의 붕소농도는, 통상의 폴리사이드구조중의 다결정실리콘막내의 붕소농도는 비교해서, 한자리수 높은 값을 가지고 있다. 이것은, 샌드위치형 3층폴리사이드구조가 텅스텐실리사이드막과 실리콘산화막과의 계면을 실질적으로 가지고 있지 않기 때문이다. 즉, 이와 같은 계면에서 붕소가 웅집하기 않아, 이와 같은 계면에 붕소가 흡수되지 않기 때문이다.As can be seen from FIG. 6, the boron concentration in the first polycrystalline silicon film in the sandwich-type three-layer polyside structure is compared with the boron concentration in the polycrystalline silicon film in the conventional polyside structure, and is higher by one digit. Have. This is because the sandwich type three-layer polyside structure does not substantially have an interface between the tungsten silicide film and the silicon oxide film. That is, boron does not condense at such an interface, and boron is not absorbed at such an interface.
한편, 종래의 2층폴리사이드구조에서는, 다결정실리콘막과 실리콘산화막 사이의 계면이 존재한다. 이 계면에서의 붕소농도는 10×1021cm-3을 초과하고 있다. 이것은, 붕소가 상기 계면에서 웅집하고 있는 것을 표시하고 있다. 이와 같은 붕소의 웅집은, 2층폴리사이드구조내의 붕소농도의 감소를 초래하고 있다.On the other hand, in the conventional two-layer polyside structure, the interface between the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film exists. The boron concentration at this interface exceeds 10x10 21 cm -3 . This indicates that boron is packed at the interface. This boron package causes a decrease in the boron concentration in the two-layer polyside structure.
제17도는, 이와 같은 종래의 2층구조를 가진 듀얼폴리사이드배선을 모식적으로 표시하고 있다. 이 듀얼폴리사이드배선은, 다결정실리콘막(13) 및 텅스텐실리사이드막(14)로 이루어진다. 상기 폴리사이드배선은, 실리콘기판(1)을 덮는 층간절연막(11)위에 형성되고, 층간절연막(11)에 형성된 콘택트홀을 개재해서, 실리콘기판(1)의 n+불순물확산영역 및 p+불순물확산영역에 접촉하고 있다. 또, 상기 폴리사이드배선은 실리콘산화막(20)에 의해 덮혀 있다.FIG. 17 schematically shows such a dual polyside wiring having a conventional two-layer structure. This dual polyside wiring is composed of a polycrystalline silicon film 13 and a tungsten silicide film 14. The polyside wiring is formed on the interlayer insulating film 11 covering the silicon substrate 1 and is interposed with a contact hole formed in the interlayer insulating film 11, where n + impurity diffusion region and p + impurity of the silicon substrate 1 are formed. It is in contact with the diffusion region. In addition, the polyside wiring is covered by the silicon oxide film 20.
이와 같은, 폴리사이드배선에서는, 실리콘산화막(20)과 텅스텐실리사이드막(14) 사이에서 붕소의 웅집이 발생한다. 또, 붕소 및 비소의 횡방향확산에 의해서, 폴리사이드배선과 불순물확산영역 사이에 콘택트저항이 증가하거나 변동한다.In such polyside wiring, bores of boron are generated between the silicon oxide film 20 and the tungsten silicide film 14. In addition, due to the lateral diffusion of boron and arsenic, the contact resistance increases or varies between the polyside wiring and the impurity diffusion region.
제7도는, p+형 폴리사이드배선과 반도체기판내의 p형 불순물확산영역 사이의 콘택트저항을 표시하고 있다. 통상의 폴리사이드배선의 콘택트저항(종래예)은, 흑색 4각에 의해 표시되고, 샌드위치형 3층폴리사이드 배선의 콘택트저항(실시예)은, 백색 4각에 의해 표시되어 있다. 이 샌드위치형 3층폴리사이드배선의 제2다결정실리콘에는, 붕소는 주입되어 있지 않다. 붕소가 제2다결정실리콘의 전체면에 주입된 샌드위치형 3층폴리사이드배선의 콘택트저항(다른 실시예)은, 흑색마름모꼴로 표시되어 있다.FIG. 7 shows the contact resistance between the p + type polyside wiring and the p type impurity diffusion region in the semiconductor substrate. The contact resistance (conventional example) of the normal polyside wiring is indicated by black squares, and the contact resistance (example) of the sandwich type three-layer polyside wiring is indicated by white squares. Boron is not injected into the second polycrystalline silicon of the sandwich type three-layer polyside wiring. The contact resistance (another embodiment) of the sandwich type three-layer polyside interconnection in which boron was implanted in the entire surface of the second polycrystalline silicon is indicated by a black diamond.
제7도에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 폴리사이드배선의 콘택트저항과 비교해서, 본 발명에 의한 샌드위치형 3층폴리사이드배선의 콘택트저항은, 절반 이하로 저하되어 있다. 일반적으로, p+형 폴리사이드배선과의 반도체기판내의 p+형 불순물확산영역 사이의 콘택트저항은, 폴리사이드배선내의 최하층의 다결정실리콘막 및 p+형 불순물확산영역내의 불순물농도에 강하게 의존하고 있다. 본 발명에 의한 폴리사이드배선에서는, 붕소의 웅집에 기인한 붕소농도의 저하가 방지되기 때문에, 제7도에 도시한 바와 같이, 낮은 콘택트 저항을 달성할 수 있다. 특히, 붕소가 제2다결정실리콘막의 전체면에 주입된 샌드위치형 3층폴리사이드배선은, 콘택트저항이 어닐링시간에 의존하지 않는다고 하는 이점을 가지고 있다. 이 이점은, 프로세스조건의 변동에 수반하는 콘택트저항의 변동을 억제한다.As can be seen from FIG. 7, the contact resistance of the sandwich type three-layer polyside wiring according to the present invention is lowered to less than half as compared with that of the conventional polyside wiring. In general, the contact resistance between the p + -type impurity diffusion region in the p + type poly-semiconductor substrate and the side wiring are strongly dependent on the impurity concentration in the lowest layer of the polycrystalline silicon film and the p + type diffusion region within, polycide wiring . In the polyside wiring according to the present invention, since the lowering of the boron concentration caused by the boron hole is prevented, as shown in FIG. 7, low contact resistance can be achieved. In particular, the sandwich type three-layer polyside wiring in which boron is injected into the entire surface of the second polycrystalline silicon film has an advantage that the contact resistance does not depend on the annealing time. This advantage suppresses fluctuations in contact resistance accompanying fluctuations in process conditions.
본 발명에 의한 샌드위치형 3층폴리사이드배선이 가지고 있는 특성은, 폴리사이드배선내에 존재하는 계면을 횡단하는 불순물이동(확산), 즉, 세로방향(깊이방향)의 불순물재분포에 관계되어 있다. 듀얼 폴리사이드배선의 특성을 평가하기 위해서는, 폴리사이드배선내의 계면에 따르는 방향의 불순물이동(확산), 즉, 가로방향의 불순물재분포를 관측할 필요가 있다. 제8도는, 가로방향의 불순물재분포를 평가하기 위한 샘플의 평면배치를 도시한다. 이 샘플은, 비소가 도프된 제1부분(65b)와 붕소가 도프된 제2부분(65a)를 가진 샌드위치형 3층폴리사이드배선(65)를 구비하고 있다. 이 폴리사이드배선(65)의 제2부분(65a)는, 반도체 기판내의 p+형 불순물확산영역(30)에 콘택트홀(12)를 개재해서 접촉하고 있다. 제1부분(65b)는, 제2부분(65a)과 비교해서, 충분히 큰 용적을 가지고 있다. 제2부분(65b)와 접촉부분과의 거리를 간격 D로 한다. 샘플로서, 여러가지의 간격 D를 가진 복수의 샘플이 제작되고, 각 샘플에 대해서, 900℃, 90분의 어닐링이 이루어졌다. 어닐링후에, 각 샘플에 대해서, 콘택트저항이 측정되었다.The characteristics of the sandwich-type three-layer polyside wiring according to the present invention are related to impurity movement (diffusion) crossing the interface existing in the polyside wiring, that is, impurity redistribution in the longitudinal direction (depth direction). In order to evaluate the characteristics of the dual polyside wiring, it is necessary to observe the impurity movement (diffusion) in the direction along the interface in the polyside wiring, that is, the impurity redistribution in the lateral direction. 8 shows a planar arrangement of samples for evaluating the impurity redistribution in the lateral direction. This sample is provided with the sandwich type three layer polyside wiring 65 which has the arsenic doped 1st part 65b and the boron doped 2nd part 65a. The second portion 65a of the polyside wiring 65 is in contact with the p + -type impurity diffusion region 30 in the semiconductor substrate via the contact hole 12. The first portion 65b has a sufficiently large volume as compared to the second portion 65a. The distance between the second portion 65b and the contact portion is set to the interval D. As the sample, a plurality of samples having various intervals D were produced, and annealing was performed at 900 ° C. for 90 minutes for each sample. After annealing, for each sample, the contact resistance was measured.
제9도는, 콘택트저항과 간격 D와의 관계를 표시한다. 붕소가 제2다결정실리콘막의 전체면에 주입된 샌드위치형 3층폴리사이드배선을 구비한 샘플이외의 샘플에 대해서는, 간격 D가 작을수록, 콘택트저항이 높다. 한편, 붕소가 제2다결정실리콘막의 전체면에 주입된 샌드위치형 3층폴리사이드배선을 구비한 샘플에 대해서, 콘택트저항은, 샘플간격 D에 의존하는 일이 없고 낮다. 이것은, 붕소가 제2다결정실리콘막의 전체면에 주입된 샌드위치형 3층폴리사이드배선에 있어서, 접촉부분으로부터 제2부분(65b)에 붕소가 가로방향으로 확산되는 것을 억제하는 것을 표시하고 있다. 제10도는, 1×1015, 3×1015, 6×1015cm-2의 각 도즈량의 비소가 제2다결정실리콘막에 주입된 샌드위치형 폴리사이드구조내에서 900℃로 30분동안 어닐링한 후에 붕소가 어떻게 재분포하는지를 표시하고 있다. 제11도는, 1×1015, 3×1015, 6×1015cm-2의 각 도즈량의 비소가 제1다결정실리콘막에 주입된 샌드위치형 폴리사이드구조내에서, 900℃로 30분동안 어닐링한 후에 비소가 어떻게 재분포하는지를 표시하고 있다.9 shows the relationship between the contact resistance and the interval D. FIG. For samples other than the sample having the sandwich type three-layer polyside wiring in which boron was injected into the entire surface of the second polycrystalline silicon film, the smaller the interval D, the higher the contact resistance. On the other hand, the contact resistance of the sample having the sandwich type three-layer polyside wiring in which boron was injected into the entire surface of the second polycrystalline silicon film is low without depending on the sample interval D. This indicates that in the sandwich type three-layer polyside wiring in which boron is injected into the entire surface of the second polycrystalline silicon film, the diffusion of boron from the contact portion to the second portion 65b in the transverse direction is suppressed. FIG. 10 shows annealing at 900 ° C. for 30 minutes in a sandwich-type polycide structure in which arsenic of each dose of 1 × 10 15 , 3 × 10 15 , and 6 × 10 15 cm −2 is injected into the second polycrystalline silicon film. It then shows how boron redistributes. FIG. 11 shows that the arsenic of each dose of 1 × 10 15 , 3 × 10 15 , and 6 × 10 15 cm −2 is injected into the first polycrystalline silicon film at 900 ° C. for 30 minutes at 900 ° C. It shows how arsenic redistributes after annealing.
제10도 및 제11도에서 알 수 있는 바와 같이, 붕소는, 제2다결정실리콘막보다 텅스텐실리사이드막에 많이 존재한다. 한편, 비소는, 텅스텐실리사이드막보다 제1다결정실리콘막에 많이 존재한다. 이에 의해, 다음 사실을 알 수 있다.As can be seen from FIGS. 10 and 11, boron is present in the tungsten silicide film more than the second polycrystalline silicon film. On the other hand, arsenic is present in the first polycrystalline silicon film more than the tungsten silicide film. By this, the following facts can be known.
① 듀얼폴리사이드배선의 n형 폴리사이드영역에서, 제2다결정실리콘막내에 주입된 붕소는, 제2다결정실리콘막내에 체류하기 쉽고, 텅스텐실리사이드막내에 이동하기 어렵다.(1) In the n-type polyside region of the dual polyside interconnection, boron implanted into the second polycrystalline silicon film is likely to remain in the second polycrystalline silicon film and hardly move in the tungsten silicide film.
② 따라서, 제2다결정실리콘막내에 주입된 붕소는, n형 폴리사이드부분과 n형 불분물영역의 콘택트특성에 대해서 악영향을 주지 않는다.(2) Therefore, boron implanted into the second polycrystalline silicon film does not adversely affect the contact characteristics of the n-type polyside portion and the n-type impurity region.
또, ① 붕소는 제2다결정실리콘막내의 전체면에 주입되어 있으므로, 제2다결정실리콘막내의 붕소 및 여기서부터 텅스텐실리사이드막내로 확산하는 붕소는, 가로방향으로 실질적으로 균일하게 분포한다. 이 때문에, 제2다결정실리콘막 및 텅스텐실리사이드막에서 붕소가 가로방향으로 확산하는 것은 억제한다.Since boron is injected into the entire surface of the second polycrystalline silicon film, boron in the second polycrystalline silicon film and boron diffused from there into the tungsten silicide film are distributed substantially uniformly in the transverse direction. For this reason, the diffusion of boron in the transverse direction is suppressed in the second polycrystalline silicon film and the tungsten silicide film.
② p형 폴리사이드영역과 p형 불순물확산영역의 접촉부분의 붕소가, 제2다결정실리콘막의 p형 폴리사이드영역으로부터, 텅스텐실리사이드막을 개재하여 n형 폴리사이드영역으로 유출하는 것이 억제된다.(2) Boron in the contact portion between the p-type polyside region and the p-type impurity diffusion region is suppressed from flowing out from the p-type polyside region of the second polycrystalline silicon film to the n-type polyside region via the tungsten silicide film.
또 ① 듀얼폴리사이드배선의 n형 폴리사이드영역에서 제1다결정실리콘막내의 비소는, 텅스텐실리사이드 막내로 이동하기 어렵다.In the n-type polyside region of the dual polyside interconnection, arsenic in the first polycrystalline silicon film is less likely to migrate into the tungsten silicide film.
② 또, 제1다결정실리콘막내의 비소는, 텅스텐실리사이드막내의 비소보다 가로방향으로 확산하기 어렵다.(2) Arsenic in the first polycrystalline silicon film is less likely to diffuse in the transverse direction than arsenic in the tungsten silicide film.
③ 따라서, n형 폴리사이드영역과 n형 불순물영역의 접촉부분으로부터, 세로방향과 가로방향으로 확산에 의해서 비소가 유출하는 것이 억제된다. 이 때문에, n형 폴리사이드영역과 n형 불순물영역의 접촉부분에서, 비소농도의 저하가 방지된다. 이와 같이, n형 폴리사이드영역과 n형 불순물영역 사이의 콘택트저항은 열화하기 어렵다.(3) Therefore, the outflow of arsenic from the contact portion between the n-type polyside region and the n-type impurity region by diffusion in the longitudinal direction and the transverse direction is suppressed. For this reason, the fall of arsenic concentration is prevented in the contact part of an n type polyside region and an n type impurity region. As such, the contact resistance between the n-type polyside region and the n-type impurity region is hardly deteriorated.
붕소는, 비소가 고농도로 존재하는 불순물확산영역내로 확산하기 어렵다고 하는 특성을 가지고 있다. 제13도는, 샌드위치형 3층폴리사이드배선의 깊이에 따른 붕소 및 비소의 농도분포의 변화를 도시한다. 보다 상세하게는, 제1다결정실리콘막에 비소가 주입되고 제2다결정실리콘막내로 붕소가 주입된 폴리사이드배선을 900℃로 30분동안 어닐링처리한 후의 불순물농도분포를 표시하고 있다. 제13도에서 알 수 있는 바와 같이, 붕소는 실리콘기판내에 거의 확산하지 않고, 또, 제1다결정실리콘막내의 비소농도는 높게 유지되어 있다.Boron has a characteristic that arsenic is difficult to diffuse into the impurity diffusion region in which high concentrations exist. FIG. 13 shows a change in the concentration distribution of boron and arsenic with the depth of the sandwich type three layer polyside interconnection. More specifically, the impurity concentration distribution after annealing treatment at 900 DEG C for 30 minutes in a polyside wiring in which arsenic is injected into the first polycrystalline silicon film and boron is injected into the second polycrystalline silicon film is shown. As can be seen from FIG. 13, boron hardly diffuses in the silicon substrate, and the arsenic concentration in the first polycrystalline silicon film is kept high.
제2다결정실리콘막내에 주입된 붕소가, n형 폴리사이드부분과 n형 불순물영역의 콘택트저항에 대해서 악영향을 주지않는 것을 표시하기 위하여, 샌드위치형 3층폴리사이드배선과 n형 불순물확산영역 사이의 n형 콘택트저항을 측정하였다. 제12도는, 제2다결정실리콘막으로의 붕소주입이, 어닐링시간의 경과에 따라 상기 n형 콘택트저항의 변화에 어떠한 영향을 주는지를 표시한 그래프이다. 제12도에서 명백한 바와 같이, 제2다결정실리콘막으로의 붕소주입은, 상기 n형 콘택트저항을 거의 증가시키지 않는다. 이때에, 어닐링온도는 900℃이다.In order to indicate that boron implanted into the second polysilicon film does not adversely affect the contact resistance of the n-type polyside portion and the n-type impurity region, n between the sandwich type three-layer polyside wiring and the n-type impurity diffusion region The type contact resistance was measured. FIG. 12 is a graph showing how the boron injection into the second polysilicon film affects the change of the n-type contact resistance as the annealing time elapses. As apparent from FIG. 12, boron injection into the second polycrystalline silicon film hardly increases the n-type contact resistance. At this time, the annealing temperature is 900 ° C.
(실시예 4)(Example 4)
제14도를 참조하면서, 제5도의 폴리사이드배선을 구비한 CMOS장치에 대하여 설명한다. 제14도(a) 및 (b)에는, 각각, 듀얼폴리사이드배선을 사용한 본 발명의 실시예와, 듀얼폴리사이드배선을 사용하지 않는 종래예가 도시되어 있다. 제15도(a) 및 (b)는, 제14도(a) 및 (b)의 횡단면도이다.Referring to FIG. 14, a CMOS device having the polyside wiring of FIG. 5 will be described. 14A and 14B show an embodiment of the present invention using dual polyside wiring and a conventional example without using dual polyside wiring, respectively. 15 (a) and 15 (b) are cross sectional views of FIGS. 14 (a) and (b).
본 실시예의 CMOS반도체장치는, 2개의 n채널 MOS트랜지스터와 2개의 p채널 MOS트랜지스터를 가진 2단 CMOS인버터이다. 제14도(a)의 위쪽에 위치하고 있는 2개의 트랜지스터는, 모두 p채널 MOS트랜지스터이고, 아래쪽에 위치하고 있는 트랜지스터는, 모두 n채널 MOS트랜지스터이다. 제15도(a)에 도시한 바와 같이, p채널 MOS트랜지스터의 각 소스는, 메탈배선(69a)를 개재해서, 전원배선(도시생략)에 접속되어 있다. n채널 MOS트랜지스터의 각 소스는, 메탈배선(69b)를 개재해서, 접지배선(도시생략)에 접속되어 있다. 제14도(a) 및 제15도(a)에 도시한 바와 같이, p채널 MOS트랜지스터의 소스와 메탈배선(69a) 사이에는, 폴리사이드배선(63a) 또는 (63b)가 개재하고 있다. 마찬가지로, n채널 MOS트랜지스터의 소스와 메탈배선(69b) 사이에는, 폴리사이트배선(63c) 또는 (63d)가 개재되어 있다.The CMOS semiconductor device of this embodiment is a two stage CMOS inverter having two n-channel MOS transistors and two p-channel MOS transistors. The two transistors located above FIG. 14A are all p-channel MOS transistors, and the transistors located below are all n-channel MOS transistors. As shown in Fig. 15A, each source of the p-channel MOS transistor is connected to the power supply wiring (not shown) via the metal wiring 69a. Each source of the n-channel MOS transistor is connected to the ground wiring (not shown) via the metal wiring 69b. As shown in Figs. 14A and 15A, a polyside wiring 63a or 63b is interposed between the source of the p-channel MOS transistor and the metal wiring 69a. Similarly, a polysite wiring 63c or 63d is interposed between the source of the n-channel MOS transistor and the metal wiring 69b.
입력단자(IN)에 가까운쪽의 p채널 MOS트랜지스터의 드레인은, 듀얼폴리사이드배선(62)를 개재해서, 대응하는 n채널 MOS트랜지스터(입력단자에 가까운쪽의 n채널 MOS트랜지스터)의 드레인에 상호접속되어 있다. 출력단자(OUT)에 가까운쪽의 p채널 MOS트랜지스터의 드레인은, 듀얼폴리사이드배선(63)을 개재해서, 대응하는 n채널 MOS트랜지스터(출력단자에 가까운쪽의 n채널 MOS트랜지스터)의 드레인에 상호접속되어 있다. 듀얼폴리사이드배선(63)은, 출력단자(OUT)로도 된다. 입력단자(IN)에 가까운쪽의 p채널 및 n채널 MOS트랜지스터의 게이트는, 게이트전극(16a)를 개재해서, 폴리사이드배선으로 이루어진 입력단자(IN)에 접속되어 있다. 출력단자에 가까운쪽의 p채널 및 n채널 MOS트랜지스터의 게이트는, 게이트전극(16b)를 개재해서, 폴리사이드배선(63)으로 이루어진 출력단자(OUT)에 접속되어 있다.The drain of the p-channel MOS transistor closer to the input terminal IN is connected to the drain of the corresponding n-channel MOS transistor (n-channel MOS transistor closer to the input terminal) via the dual polyside wiring 62. Connected. The drain of the p-channel MOS transistor near the output terminal OUT is mutually connected to the drain of the corresponding n-channel MOS transistor (n-channel MOS transistor near the output terminal) via the dual polyside wiring 63. Connected. The dual polyside wiring 63 may be an output terminal OUT. The gates of the p-channel and n-channel MOS transistors close to the input terminal IN are connected to the input terminal IN made of polyside wiring via the gate electrode 16a. The gates of the p-channel and n-channel MOS transistors close to the output terminal are connected to the output terminal OUT made of the polyside wiring 63 via the gate electrode 16b.
본 실시예의 CMOS반도체장치에 제조하는 공정중에, 폴리사이드배선내의 불순물웅집이 방지되고, 또, 가로방향확산이 억제된다. 그 결과, 콘택트저항의 증가가 방지된다.During the manufacturing process in the CMOS semiconductor device of this embodiment, impurity crowding in the polyside wiring is prevented, and lateral diffusion is suppressed. As a result, an increase in contact resistance is prevented.
제14도(b) 및 제15도(b)에 도시한 바와 같이, 종래예에서는, p채널 MOS트랜지스터의 드레인과 n채널 MOS트랜지스터의 드레인, 듀얼폴리사이드배선에 의해서가 아니고, 메탈배선(72) 및 (73)에 의해서, 상호 접속되어 있다. 또, 입력단자는, 메탈배선(71)로 구성되어 있다. 각 MOS트랜지스터의 소스와 전원배선 및 접지배선과의 상호접속도 메탈배선(70)에 의해서 행하여지고 있다.As shown in Figs. 14 (b) and 15 (b), in the conventional example, not the drain of the p-channel MOS transistor, the drain of the n-channel MOS transistor, and the dual polyside wiring, but the metal wiring 72. And (73), they are interconnected. In addition, the input terminal is composed of a metal wiring 71. The interconnection between the source, power supply wiring and ground wiring of each MOS transistor is also performed by the metal wiring 70.
제14도(a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 CMOS반도체장치는, 종래예와 비교해서, 점유면적이 축소되어 있다. 이 때문에, 콘택트특성이 열화하기 어려운 소형의 CMOS반도체장치가 실현된다. 또, 고밀도로 집적된 CMOS반도체장치가 제공된다. 간단하게 하기 위하여, 2단 CMOS인버터에 대해서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 다른 CMOS반도체에도 본 발명이 적용될 수 있다.As shown in Figs. 14A and 14B, the CMOS semiconductor device of this embodiment has a smaller occupied area compared with the conventional example. For this reason, a compact CMOS semiconductor device in which contact characteristics are hardly deteriorated is realized. In addition, a high density integrated CMOS semiconductor device is provided. For simplicity, an embodiment of the present invention has been described with respect to a two-stage CMOS inverter, but the present invention can also be applied to other CMOS semiconductors.
본 발명의 반도체장치에 의하면, 폴리사이드배선내의 붕소웅집이 방지되기 때문에, 폴리사이드배선내의 붕소농도가 열처리에 의해서 저하하지 않는다. 그 결과, 이와 같은 폴리사이드배선을 게이트전극으로 가진 MOS트랜지스터의 임계치는 변동하기 어렵다. 또, 폴리사이드배선과 p형 불순물확산영역 사이의 콘택트저항이 열처리에 의해서 증가하지 않으므로, 안정된 콘택트특성을 얻을 수 있다.According to the semiconductor device of the present invention, since boron crowding in the polyside wiring is prevented, the boron concentration in the polyside wiring does not decrease by heat treatment. As a result, the threshold value of the MOS transistor having such polyside wiring as the gate electrode is difficult to change. In addition, since the contact resistance between the polyside wiring and the p-type impurity diffusion region does not increase by heat treatment, stable contact characteristics can be obtained.
본 발명에 의하면, 듀얼폴리사이드배선에서 불순물의 가로방향확산이 방지됨으로써, 콘택트특성의 열화가 억제된 CMOS반도체장치가 제공된다.According to the present invention, a CMOS semiconductor device is provided in which the deterioration of contact characteristics is suppressed by preventing the horizontal diffusion of impurities in the dual polyside wiring.
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