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JP3264922B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3264922B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3264922B2
JP3264922B2 JP34029690A JP34029690A JP3264922B2 JP 3264922 B2 JP3264922 B2 JP 3264922B2 JP 34029690 A JP34029690 A JP 34029690A JP 34029690 A JP34029690 A JP 34029690A JP 3264922 B2 JP3264922 B2 JP 3264922B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、金属シリサイド層を含む電極配線形成工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an electrode wiring forming step including a metal silicide layer.

(従来の技術) 従来より、半導体装置の電極配線材料として多結晶シ
リコンが広く用いられている。しかし多結晶シリコン
は、不純物を高濃度にドープしてもAl等の金属に比べる
と抵抗が高い。このため大規模集積回路(LSI)では、
多結晶シリコン電極配線の抵抗による信号遅延が問題に
なってきている。特に大容量化,高集積化の進んでいる
MOSLSIでは、ゲート電極に用いられている多結晶シリコ
ンは通常第1層配線と共用になり、その抵抗が高速動作
の障害になっている。
(Prior Art) Conventionally, polycrystalline silicon has been widely used as an electrode wiring material of a semiconductor device. However, polycrystalline silicon has higher resistance than metals such as Al even when impurities are doped at a high concentration. For this reason, large-scale integrated circuits (LSI)
Signal delay due to the resistance of the polysilicon electrode wiring has become a problem. In particular, large capacity and high integration are progressing.
In a MOS LSI, polycrystalline silicon used for a gate electrode is commonly used for the first layer wiring, and its resistance is an obstacle to high-speed operation.

そこで最近は、多結晶シリコンに代わる電極配線材料
として、熱的安定性と電気的低抵抗性を示す高融点金属
のシリサイドが使用されつつある。
Therefore, recently, a refractory metal silicide exhibiting thermal stability and electrical low resistance has been used as an electrode wiring material instead of polycrystalline silicon.

第3図は、金属シリサイドをゲート電極に用いたMOS
トランジスタの構造を示している。p型のシリコン基板
31のフィールド酸化膜32で囲まれた領域にゲート酸化膜
33を介してゲート電極36が形成されている。ゲート電極
36はここでは、多結晶シリコン層34とタングステン・シ
リサイド(WSi)層35の積層構造としている。ゲート電
極36をマスクとして用いた不純物のイオン注入によりソ
ース,ドレイン層37,38が形成されている。ゲート電極3
6の表面は、後酸化によって酸化膜39で覆われる。
Fig. 3 shows a MOS using metal silicide for the gate electrode.
3 shows a structure of a transistor. p-type silicon substrate
Gate oxide film in the region surrounded by field oxide film 32
A gate electrode 36 is formed via 33. Gate electrode
Here, reference numeral 36 denotes a laminated structure of a polycrystalline silicon layer 34 and a tungsten silicide (WSi) layer 35. Source and drain layers 37 and 38 are formed by ion implantation of impurities using the gate electrode 36 as a mask. Gate electrode 3
The surface of 6 is covered with an oxide film 39 by post-oxidation.

第3図では、ゲート電極36に用いたWSi層35に剥がれ
が生じた状態を示している。シリサイドを電極配線に用
いた場合に、しばしばこの様な剥がれが生じることが問
題になっている。これは、ゲート電極形成後の後酸化工
程でシリサイド層35中に閉じ込められたガスが膨脹,破
裂することが原因である。この様な電極の剥がれに至る
プロセスを詳しく説明すれば、次の通りである。
FIG. 3 shows a state in which the WSi layer 35 used for the gate electrode 36 has peeled off. When silicide is used for the electrode wiring, such peeling often occurs. This is because the gas trapped in the silicide layer 35 in the post-oxidation step after the formation of the gate electrode expands and bursts. The process leading to such peeling of the electrodes will be described in detail below.

MOSトランジスタのソース,ドレイン形成は前述のよ
うに、ゲート電極パターニング後のイオン注入により行
われる。このイオン注入に先立って、基板表面およびゲ
ート電極表面には薄く酸化膜が形成される。これは、基
板に対するイオン注入のダメージを防止し、またイオン
注入後の不純物活性化熱処理の際の不純物の外方拡散を
防止するためである。CMOS構造の場合には、このソー
ス,ドレインの不純物の打ち分けを通常フォトレジスト
・マスクを用いて行うが、上述の薄い酸化膜はこの場合
のフォトレジストの基板への直接接触を防止する意味も
ある。イオン飛程距離が200〜300Åと浅いイオン注入を
行うためには、上述の酸化膜は100Å程度の薄いものあ
ることが必要である。また、ゲート耐圧劣化や接合劣化
を防止するために、この酸化膜形成は高温下で行うこと
が必要である。この様な観点から、この酸化膜形成は、
例えば窒素希釈した雰囲気(N2−10%O2)で1000℃,20
〜60分といった条件で行われる。
As described above, the source and drain of the MOS transistor are formed by ion implantation after patterning the gate electrode. Prior to this ion implantation, a thin oxide film is formed on the substrate surface and the gate electrode surface. This is to prevent damage to the substrate due to ion implantation and to prevent outward diffusion of impurities during impurity activation heat treatment after ion implantation. In the case of a CMOS structure, the source and drain impurities are usually separated using a photoresist mask. However, the thin oxide film described above also has the purpose of preventing the photoresist from directly contacting the substrate in this case. is there. In order to perform ion implantation with a short ion range of 200 to 300 °, the oxide film needs to be as thin as about 100 °. Further, in order to prevent the gate breakdown voltage and the junction from being deteriorated, it is necessary to form this oxide film at a high temperature. From this point of view, this oxide film formation
For example, in a nitrogen-diluted atmosphere (N 2 -10% O 2 ),
It is performed under conditions such as ~ 60 minutes.

こうしてソース,ドレインにイオン注入した後、ゲー
ト耐圧を向上させ、ゲート特性を良好なものとするため
に、ゲート電極表面に熱酸化膜を形成する,いわゆる後
酸化が乾燥酸素雰囲気中で行われる。この後酸化工程に
おいて、ゲート電極のシリサイド層中に取り込まれてい
た不純物のガス化,さらにガスの体積膨脹により、ひぶ
くれ(blister)や爆発(burst)をおこし、第3図に示
したような剥がれが生じるのである。具体的にシリサイ
ド層中に取り込まれているのは、シリサイド層をスパッ
タにより形成する場合におけるアルゴン(Ar)や、WF6
ガスを用いたCVD法により形成する場合における弗素
(F)、イオン注入により打ち込まれた砒素(As)等で
あり、これらが後酸化工程で気化し、体積膨脹する。
After the ions are implanted into the source and the drain, a thermal oxide film is formed on the surface of the gate electrode, that is, post-oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere in order to improve the gate breakdown voltage and improve the gate characteristics. Thereafter, in the oxidation step, blisters and bursts occur due to gasification of impurities taken into the silicide layer of the gate electrode and further expansion of the gas volume, as shown in FIG. Peeling occurs. Specifically, what is incorporated in the silicide layer is argon (Ar) or WF 6 when the silicide layer is formed by sputtering.
Fluorine (F) when formed by a CVD method using a gas, arsenic (As) implanted by ion implantation, etc., are vaporized in the post-oxidation step and expand in volume.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来、金属シリサイドを電極配線に用い
た場合、後酸化工程でシリサイド層のひぶくれや爆発に
より剥がれが生じるという問題があった。これは半導体
装置の歩留まりや信頼性を著しく低下させる。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, when metal silicide is used for the electrode wiring, there has been a problem that the silicide layer is peeled off due to blistering or explosion in the post-oxidation step. This significantly reduces the yield and reliability of the semiconductor device.

本発明は、金属シリサイド層を用いた電極配線の剥が
れを防止して、歩留まり向上,信頼性向上を可能とした
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the peeling of an electrode wiring using a metal silicide layer and improving the yield and the reliability.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に金属シリサイド層を含む
半導体層を堆積する工程と、前記半導体層をパターニン
グして電極配線を形成する工程と、前記電極配線の形成
後の最初の熱処理として、実質的に窒素を含まない不活
性ガス雰囲気、または実質的に窒素を含まない不活性ガ
スで希釈された酸化性雰囲気で第1の酸化処理を行う工
程と、この第1の酸化処理の後に少なくとも1回の後熱
処理を行う工程とを有することを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of: depositing a semiconductor layer including a metal silicide layer on a semiconductor substrate; A step of patterning the semiconductor layer to form an electrode wiring, and as a first heat treatment after the formation of the electrode wiring, an inert gas atmosphere containing substantially no nitrogen, or an inert gas containing substantially no nitrogen. And a step of performing at least one post-heat treatment after the first oxidation treatment.

(作用) 前述したシリサイド層を含む電極配線の剥がれの機構
について、本発明者等が詳細に検討した結果によれば、
シリサイド層表面が緻密な窒化膜で覆われてガスが抜け
難くなっていることが、大きな原因であることが明らか
になった。すなわち、成膜直後のシリサイド層は通常活
性なアモルファス質であり、多くのガスが含まれる。こ
のシリサイド層は、400〜500℃の結晶化温度を越える窒
素含有雰囲気中での熱処理によって結晶化が進むと同時
に、表面部のシリコンが窒化されて安定な窒化膜が形成
される。したがって前述のMOSトランジスタの製造工程
で説明したように、ソース,ドレインのイオン注入前に
薄い酸化膜を形成する目的で窒素を含む雰囲気中で熱処
理を行うと、シリサイド層からなるゲート電極表面が窒
化膜で覆われる。このことは、X線光電子分光分析(XP
S)により確認された。この様にシリサイド層表面が窒
化膜で覆われると、その後の後酸化工程でシリサイド層
に含まれているガスが抜けにくくなり、内部で体積膨脹
して一気に破裂する、という事態になるのである。
(Operation) According to the results of detailed studies by the present inventors on the mechanism of peeling of the electrode wiring including the silicide layer described above,
It has been clarified that the major cause is that the gas is difficult to escape because the surface of the silicide layer is covered with the dense nitride film. That is, the silicide layer immediately after the film formation is usually an active amorphous material and contains a large amount of gas. This silicide layer is crystallized by a heat treatment in a nitrogen-containing atmosphere exceeding a crystallization temperature of 400 to 500 ° C., and at the same time, silicon on the surface is nitrided to form a stable nitride film. Therefore, as described in the above-described MOS transistor manufacturing process, if heat treatment is performed in an atmosphere containing nitrogen for the purpose of forming a thin oxide film before ion implantation of the source and drain, the surface of the gate electrode formed of the silicide layer is nitrided. Covered with membrane. This is because X-ray photoelectron spectroscopy (XP
S). When the surface of the silicide layer is covered with the nitride film as described above, the gas contained in the silicide layer becomes difficult to escape in the subsequent post-oxidation step, and the volume expands inside and bursts at a stretch.

したがって第1の発明によれば、シリサイド層形成後
の最初の熱処理を実質的に窒素を含まない雰囲気で行っ
て、シリサイド層表面に窒化膜が形成されないようにす
ることによって、その後の熱工程で内部に含まれるアル
ゴンや弗素等のガスを容易に外方拡散させることがで
き、シリサイド層の破裂を防止することができる。
Therefore, according to the first aspect, the first heat treatment after the formation of the silicide layer is performed in an atmosphere substantially free of nitrogen, so that a nitride film is not formed on the surface of the silicide layer. Gases such as argon and fluorine contained therein can be easily diffused outward, and the burst of the silicide layer can be prevented.

(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.

第1図(a)〜(e)は、一実施例のMOS型半導体装
置の製造工程をMOSトランジスタ部に着目して示してい
る。第1図(a)に示すように、p型シリコン基板(例
えば比抵抗6Ω・cm)11を用い、LOCOS法によりフィー
ルド酸化膜12を形成した後、ゲート絶縁膜13として厚さ
5〜20nmのシリコン酸化膜を熱酸化により形成する。次
に第1図(b)に示すように、多結晶シリコン層14、WS
ix(x=2.5〜2.7)層15を順次積層形成する。多結晶シ
リコン層14は不純物として砒素を1〜5×1015cm-2含む
もので、厚さ100nm程度とする。WSix層15の形成は、WSi
2.7の合金ターゲットを用いたArガス雰囲気中でのDCマ
グネトロンスパッタ法によるもので、厚さ300nm程度と
する。スパッタの際のArガス圧力は0.3〜3Paであり、基
板は積極的には加熱しない。ターゲット電圧(すなわち
カソード電圧)は400〜600Vであり、基板・ターゲット
間距離は60〜100nmである。基板は通常フローティング
であってその電位は0〜−20Vであるが、この実施例で
はこのフローティング場合の負電位を打ち消す程度の正
バイアスを基板に与える。
1 (a) to 1 (e) show a manufacturing process of a MOS type semiconductor device according to one embodiment, focusing on a MOS transistor portion. As shown in FIG. 1A, a field oxide film 12 is formed by a LOCOS method using a p-type silicon substrate (for example, a specific resistance of 6 .OMEGA.cm) 11, and then a gate insulating film 13 having a thickness of 5 to 20 nm is formed. A silicon oxide film is formed by thermal oxidation. Next, as shown in FIG. 1 (b), the polysilicon layer 14, WS
i x (x = 2.5~2.7) layer 15 are sequentially laminated form. The polycrystalline silicon layer 14 contains arsenic as an impurity in an amount of 1 to 5 × 10 15 cm −2 and has a thickness of about 100 nm. The WSi x layer 15 is formed by
It is a DC magnetron sputtering method in an Ar gas atmosphere using an alloy target of 2.7 , and has a thickness of about 300 nm. The Ar gas pressure during sputtering is 0.3 to 3 Pa, and the substrate is not actively heated. The target voltage (that is, the cathode voltage) is 400 to 600 V, and the distance between the substrate and the target is 60 to 100 nm. The substrate is usually floating and its potential is 0 to -20 V. In this embodiment, however, a positive bias is applied to the substrate so as to cancel the negative potential in the floating case.

この様にして堆積されたWSix層15は、X線回折によ
り、アモルファス質であることが確認された。またラザ
フォード後方散乱(RBS)法によると、基板・ターゲッ
ト間距離が70mmのときに、得られたWSix層15内には0.5
〜1.3at%ものArが含まれていることが確認された。Ar
含有量は、雰囲気のArガス圧力にも依存する。すなわち
Arガス圧力が高い方が放電電圧が小さく、ターゲットか
ら反射するArイオンのエネルギーが小さくなり、基板に
堆積されるシリサイド中に含まれるAr量が減少すること
が明らかになった。しかし、Ar圧力を高くするだけで
は、シリサイド層中に含まれるAr量を0.5at%以下にす
ることは困難であった。この実施例の場合、基板に正バ
イアスすることにより、形成されるシリサイド層にArイ
オンが取り込まれにくくなっており、実際この様なバイ
アスをしない場合に比べてAr含有量が減少していること
が確認されている。ただし、基板に正バイアスすること
は、逆にO-,N-,OH-等の負イオンが基板に取り込まれ易
くなることを意味する。従って残留酸素分圧,窒素分
圧,水蒸気分圧は合計で、1×10-5Pa未満にすることが
好ましい。
The WSi x layer 15 thus deposited was confirmed to be amorphous by X-ray diffraction. Further, according to Rutherford backscattering (RBS) method, when the distance between the substrate and the target is 70 mm, the inside WSi x layer 15 obtained 0.5
It was confirmed that about 1.3 at% of Ar was contained. Ar
The content also depends on the Ar gas pressure in the atmosphere. Ie
It was found that the higher the Ar gas pressure, the lower the discharge voltage, the lower the energy of Ar ions reflected from the target, and the lower the amount of Ar contained in the silicide deposited on the substrate. However, it was difficult to reduce the amount of Ar contained in the silicide layer to 0.5 at% or less only by increasing the Ar pressure. In the case of this embodiment, by applying a positive bias to the substrate, it is difficult for Ar ions to be taken into the formed silicide layer, and the Ar content is actually reduced as compared to the case without such a bias. Has been confirmed. However, positively biasing the substrate means that negative ions such as O , N , and OH are more likely to be taken into the substrate. Therefore, it is preferable that the total residual oxygen partial pressure, nitrogen partial pressure and water vapor partial pressure be less than 1 × 10 −5 Pa.

次に、この様に積層形成された電極膜を、第1図
(c)に示すように、通常のフォトリソグラフィと反応
性イオンエッチング(RIE)によりパターニングしてゲ
ート電極16を形成する。このとき図には示していない
が、ゲート電極16と同時に必要な第1層配線を形成す
る。そしてその後、ゲート電極形成後に最初の熱処理工
程である第1の後酸化工程を、アルゴン希釈した酸化性
雰囲気(Ar−10%O2)で1000℃,20分の条件で行い、第
1図(d)に示すようにゲート電極16の表面に10nm程度
の薄い酸化膜17を形成する。このときの酸化性雰囲気
は、実質的に窒素が含まれないもの、すなわち窒素分圧
が1ppm以下のとする。ついで通常のイオン注入工程によ
り、砒素を加速電圧50keV,ドーズ量5×1015/cm2で注入
してソース,ドレイン拡散層18,19を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, the electrode film thus formed is patterned by ordinary photolithography and reactive ion etching (RIE) to form a gate electrode 16. At this time, although not shown, a necessary first layer wiring is formed simultaneously with the gate electrode 16. After that, the first post-oxidation step, which is the first heat treatment step after the formation of the gate electrode, is performed in an oxidizing atmosphere (Ar-10% O 2 ) diluted with argon at 1000 ° C. for 20 minutes. As shown in d), a thin oxide film 17 of about 10 nm is formed on the surface of the gate electrode 16. At this time, the oxidizing atmosphere does not substantially contain nitrogen, that is, the partial pressure of nitrogen is 1 ppm or less. Followed by conventional ion implantation step, arsenic acceleration voltage 50 keV, and implanted at a dose 5 × 10 15 / cm 2 to form source and drain diffusion layers 18 and 19.

なお、上述の第1の後酸化工程後、ラザフォード後方
散乱法によりWSix層内15内のAr濃度を測定した結果、検
出限界以下であり、成膜時のArは少なくとも50%以上が
外方拡散により抜けていることが確認された。
After the first post-oxidation step described above, the Ar concentration in the WSi x layer 15 was measured by Rutherford backscattering method and found to be below the detection limit, and at least 50% or more of the Ar during film formation was outside. It was confirmed that it was missing by diffusion.

以上のようにしてソース,ドレイン拡散層を形成した
後、第2の後酸化工程として、乾燥酸素雰囲気中で950
℃,20分の条件で酸化を行い、第1図(e)に示すよう
に基板およびゲート電極16の表面に30nm程度の酸化膜20
を形成する。この後は図示しないが、通常の工程にした
がって層間絶縁膜を堆積し、これにコンタクト孔を開け
て金属配線を施して完成する。
After the source and drain diffusion layers are formed as described above, a second post-oxidation step is performed in a dry oxygen atmosphere at 950.
Oxidation is performed at 20 ° C. for 20 minutes. As shown in FIG.
To form Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film is deposited according to a normal process, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and a metal wiring is formed to complete the process.

この実施例によれば、第2の後酸化工程後もシリサイ
ド層を含む電極配線は安定で膨らみや剥がれが生じるこ
とはなく、従来に比べて高い歩留まりを示した。
According to this example, even after the second post-oxidation step, the electrode wiring including the silicide layer was stable, did not cause swelling or peeling, and showed a higher yield as compared with the related art.

第2図(a)〜(d)は、別の実施例の製造工程であ
る。ここでは能動素子部分ではなく、シリサイドを含む
配線部分について示している。第2図(a)に示すよう
に、比抵抗6Ω・cmのp型(100)シリコン基板21上
に、SiH4とN2Oの混合ガスを用いた350℃のプラズマCVD
法によって、0.8μmのシリコン酸化膜22を形成する。
続いて基板温度620℃の条件で、減圧CVD法によって50nm
の多結晶シリコン層23を形成する。多結晶シリコン層23
には成膜後、砒素を加速電圧40keV、ドーズ量5×1015c
m-2でイオン注入する。ついで第2図(b)に示すよう
に、WSi合金ターゲットを用いたAr雰囲気中でのスパッ
タにより、300nm程度のWSix(x=2.5〜2.7)層24を堆
積する。このスパッタ時、先の実施例と同様に、基板に
対して正バイアスを与える。得られたWSix層24はX線回
折の結果、アモルファスであることが確認された。
2 (a) to 2 (d) show a manufacturing process of another embodiment. Here, a wiring portion including silicide is shown instead of an active element portion. As shown in FIG. 2 (a), plasma CVD at 350 ° C. using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O on a p-type (100) silicon substrate 21 having a specific resistance of 6Ω · cm.
A 0.8 μm silicon oxide film 22 is formed by the method.
Subsequently, at a substrate temperature of 620 ° C., a 50 nm
Is formed. Polycrystalline silicon layer 23
After film formation, arsenic is accelerated at a voltage of 40 keV and a dose of 5 × 10 15 c
Implant at m -2 . Next, as shown in FIG. 2B, a WSi x (x = 2.5 to 2.7) layer 24 of about 300 nm is deposited by sputtering in an Ar atmosphere using a WSi alloy target. At the time of this sputtering, a positive bias is applied to the substrate as in the previous embodiment. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained WSi x layer 24 was amorphous.

その後、第2図(c)に示すように、通常のフォトリ
ソグラフィとRIEにより多結晶シリコン層23とWSix層24
の積層膜をパターニングして配線を形成する。配線パタ
ーン形成後は、最初の熱工程として、純Ar雰囲気中で95
0℃,10分の結晶化熱処理を行い、ついで同じ炉を用いて
雰囲気ガスを乾燥酸素に切り替えて30分連続的に酸化処
理を行う。これにより、WSix層24表面には30nm程度の酸
化膜25が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), the polysilicon layer 23 by the ordinary photolithography and RIE and WSi x layer 24
Is patterned to form a wiring. After the wiring pattern is formed, the first thermal process is performed in a pure Ar atmosphere.
The crystallization heat treatment is performed at 0 ° C. for 10 minutes, and then the oxidation treatment is performed continuously for 30 minutes by using the same furnace and changing the atmosphere gas to dry oxygen. Thus, an oxide film 25 of about 30 nm is formed on the surface of the WSi x layer 24.

ついで、基板温度を450℃に設定し、Arガスにより希
釈されたモノシラン(SiH4)と酸素(O2)の混合ガスを
用いた常圧CVD法によって、第2図(d)に示すよう
に、1μm程度のシリコン酸化膜26を形成する。
Then, the substrate temperature was set to 450 ° C., and a normal pressure CVD method using a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) diluted with Ar gas was used, as shown in FIG. A silicon oxide film 26 of about 1 μm is formed.

この実施例によっても、多結晶シリコン層23とWSix
24の積層膜に、膨らみや剥がれといった配線の異常は認
められず、安定した配線が得られることが確認された。
Also according to this embodiment, the polysilicon layer 23 and the WSi x layer
No wiring abnormality such as swelling or peeling was observed in the 24 laminated films, and it was confirmed that stable wiring was obtained.

本発明は特に浮遊ゲート構造のメモリ素子を持つEPRO
MやEEPROM等のメモリデバイスを製造する場合に有効で
ある。これらのデバイスではメモリ素子としての信頼性
上、浮遊ゲート中に蓄積された電荷が周りの絶縁膜を通
してリークしてはならず、このためこれらの絶縁膜を高
温,長時間で形成する必要がある。この様な条件では、
シリサイド中の不純物のガス化,ガスの体積膨脹が特に
起り易く、これによる配線異常が大きな問題になる。本
発明によれば、この様な問題を有効に解決することがで
きる。
The present invention is particularly applicable to an EPRO having a memory element having a floating gate structure.
This is effective when manufacturing memory devices such as M and EEPROM. In these devices, due to the reliability as a memory element, the charge accumulated in the floating gate must not leak through the surrounding insulating film, and it is necessary to form these insulating films at a high temperature for a long time. . Under these conditions,
The gasification of impurities in the silicide and the volume expansion of the gas are particularly likely to occur. According to the present invention, such a problem can be effectively solved.

以上の実施例では、シリサイド層形成のスパッタ時に
基板に正バイアスを与えることによって、Arの取り込み
を抑制すると同時に、堆積後の最初の熱処理を窒素を含
まない雰囲気で行って窒化膜形成を防止して、シリサイ
ドに取り込まれたAr等の不純物の外方拡散が容易に行わ
れるようにしている。したがって大きい相乗効果によっ
て安定した電極配線が得られるが、いずれか一方のみ、
すなわちスパッタ時の基板への正バイアス、または窒素
を含まない雰囲気による最初の熱処理のいずれかを実施
することによっても、従来に比べて十分信頼性の優れた
電極配線の形成が可能である。
In the above embodiment, by applying a positive bias to the substrate during the formation of the silicide layer, the incorporation of Ar is suppressed, and at the same time, the first heat treatment after the deposition is performed in an atmosphere containing no nitrogen to prevent the formation of the nitride film. Thus, outward diffusion of impurities such as Ar taken in silicide is facilitated. Therefore, a stable electrode wiring can be obtained due to a large synergistic effect.
That is, by performing either a positive bias on the substrate at the time of sputtering or the first heat treatment in an atmosphere containing no nitrogen, it is possible to form electrode wiring with sufficiently higher reliability than in the past.

また実施例ではシリサイド層をスパッタ法により形成
したが、CVD法により形成した場合にも、最初の熱処理
を窒素を含まない雰囲気で行う発明は有効である。例え
ば、WF6ガスとSiH4ガスを用いたCVD法によりシリサイド
層を形成する場合、層中に取り込まれるF等は、窒化膜
が形成されない本発明によればその後の熱工程で容易に
外方拡散させることができ、膜破裂等の防止に効果が得
られる。
In the embodiment, the silicide layer is formed by the sputtering method. However, the invention in which the first heat treatment is performed in an atmosphere containing no nitrogen is also effective when the silicide layer is formed by the CVD method. For example, when a silicide layer is formed by a CVD method using a WF 6 gas and a SiH 4 gas, F and the like incorporated in the layer are easily formed in a subsequent heat step according to the present invention in which a nitride film is not formed. It can be diffused, and is effective in preventing film rupture and the like.

また実施例では、シリサイド層としてWSixを用いた場
合を説明したが、その他の金属例えば、Ti,Zr,Hf,V,Nb,
Ta,Cr,Mo,Ni,Rh,Pd,Ir,Pt等のシリサイドを用いた場合
にも本発明は有効であることが確認された。窒素を含ま
ない不活性ガスを用いた酸化性ガスとして水蒸気雰囲気
を用いることもできる。窒素を含まない不活性ガスとし
てArの他、ヘリウム(He),ネオン(Ne)等も用い得
る。
In the embodiment, the case where WSi x is used as the silicide layer has been described, but other metals such as Ti, Zr, Hf, V, Nb,
It has been confirmed that the present invention is also effective when silicides such as Ta, Cr, Mo, Ni, Rh, Pd, Ir, and Pt are used. A steam atmosphere can also be used as the oxidizing gas using an inert gas containing no nitrogen. Helium (He), neon (Ne), or the like may be used in addition to Ar as the inert gas containing no nitrogen.

また実施例では、多結晶シリコン層とシリサイド層の
積層構造の場合を説明したが、シリサイド層のみで電極
配線を形成する場合にも本発明を適用して同様の効果が
得られる。
Further, in the embodiment, the case of the laminated structure of the polycrystalline silicon layer and the silicide layer has been described. However, the same effect can be obtained by applying the present invention even when the electrode wiring is formed only by the silicide layer.

その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、金属シリサイド層
を用いた電極配線を含む半導体装置を製造するに当たっ
て、シリサイド層に取り込まれるガスがその後の熱工程
で容易に外方拡散できるようにし、或いはシリサイド層
に無用なガスが取り込まれないようにすること、更には
これらを同時に考慮することによって、電極配線の剥が
れを防止して、半導体装置の歩留まり向上,信頼性向上
を図ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in manufacturing a semiconductor device including an electrode wiring using a metal silicide layer, a gas taken into the silicide layer easily diffuses outward in a subsequent thermal process. By preventing unnecessary gas from being taken into the silicide layer, and by taking these into consideration at the same time, to prevent peeling of the electrode wiring, and to improve the yield and reliability of the semiconductor device. be able to.

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

第1図(a)〜(e)は、本発明の一実施例の製造工程
を示す図、 第2図(a)〜(d)は別の実施例の製造工程を示す
図、 第3図は従来法によるシリサイド電極を用いたMOSトラ
ンジスタ構造を示す図である。 11……シリコン基板、12……フィールド酸化膜、13……
ゲート電極、14……多結晶シリコン層、15……WSix層、
16……ゲート電極、17……熱酸化膜、18……ソース層、
19……ドレイン層、21……シリコン基板、22……CVD酸
化膜、23……多結晶シリコン層、24……WSix層、25……
熱酸化膜、26……CVD酸化膜。
1 (a) to 1 (e) are diagrams showing a manufacturing process of one embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (d) are diagrams showing a manufacturing process of another embodiment, FIG. FIG. 2 is a diagram showing a MOS transistor structure using a silicide electrode according to a conventional method. 11 ... silicon substrate, 12 ... field oxide film, 13 ...
Gate electrode, 14 ... polycrystalline silicon layer, 15 ... WSi x layer,
16 ... gate electrode, 17 ... thermal oxide film, 18 ... source layer,
19 ... Drain layer, 21 ... Silicon substrate, 22 ... CVD oxide film, 23 ... Polycrystalline silicon layer, 24 ... WSi x layer, 25 ...
Thermal oxide film, 26 ... CVD oxide film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/78 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/3205 -21/3213 H01L 21/768 H01L 29/78

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に金属シリサイド層を含む半
導体層を堆積する工程と、 前記半導体層をパターニングして電極配線を形成する工
程と、 前記電極配線の形成後の最初の熱処理として、実質的に
窒素を含まない不活性ガスで希釈された酸化性雰囲気で
の第1の後酸化処理を行う工程と、 前記最初の熱処理の後に第2の後酸化処理を行う工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of depositing a semiconductor layer including a metal silicide layer on a semiconductor substrate; a step of patterning the semiconductor layer to form an electrode wiring; and a first heat treatment after the formation of the electrode wiring. A step of performing a first post-oxidation treatment in an oxidizing atmosphere diluted with an inert gas not containing nitrogen, and a step of performing a second post-oxidation treatment after the first heat treatment. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項2】前記少なくとも1回の後熱処理の温度は、
前記最初の熱処理の温度よりも低いことを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The temperature of said at least one post-heat treatment is:
2. The method according to claim 1, wherein the temperature is lower than the temperature of the first heat treatment.
【請求項3】半導体基板上に金属シリサイド層を含む半
導体層を堆積する工程と、 前記半導体層をパターニングして電極配線を形成する工
程と、 前記電極配線の形成後の最初の熱処理として、実質的に
窒素を含まない不活性ガス雰囲気での結晶化熱処理を行
う工程と、 前記最初の熱処理に次いで後酸化処理を行う工程と を有する半導体装置の製造方法。
A step of depositing a semiconductor layer including a metal silicide layer on a semiconductor substrate; a step of patterning the semiconductor layer to form an electrode wiring; and a first heat treatment after the formation of the electrode wiring. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of performing a crystallization heat treatment in an inert gas atmosphere that does not contain nitrogen; and a step of performing a post-oxidation treatment after the first heat treatment.
【請求項4】前記半導体層をCVD法により堆積すること
を特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置の製
造方法。
4. The method according to claim 2, wherein the semiconductor layer is deposited by a CVD method.
【請求項5】前記半導体層をバイアススパッタ法により
堆積することを特徴とする請求項2または3に記載の半
導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 2, wherein the semiconductor layer is deposited by a bias sputtering method.
【請求項6】金属シリサイド層は、WSix(x=2.5〜2.
7)層であることを特徴とする請求項1または3に記載
の半導体装置の製造方法。
6. The metal silicide layer is formed of WSi x (x = 2.5 to 2.
7) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a layer.
【請求項7】前記酸化性雰囲気中の窒素濃度は、1ppm以
下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置
の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the nitrogen concentration in the oxidizing atmosphere is 1 ppm or less.
【請求項8】前記電極配線は、浮遊ゲート構造を有する
メモリの浮遊ゲート電極配線であることを特徴とする請
求項1または3に記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the electrode wiring is a floating gate electrode wiring of a memory having a floating gate structure.
【請求項9】半導体基板上にWSix(x=2.5〜2.7)層を
含む半導体層をCVD法により堆積する工程と、 前記半導体層をパターニングして浮遊ゲート電極配線を
形成する工程と、 前記浮遊ゲート電極配線の形成後の最初の熱処理とし
て、窒素濃度が1ppm以下の不活性ガス雰囲気で希釈され
た酸化性雰囲気での第1の後酸化処理を行う工程と、 前記最初の熱処理よりも温度が低い第2の後熱処理を行
う工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A step of depositing a semiconductor layer including a WSi x (x = 2.5 to 2.7) layer on a semiconductor substrate by a CVD method; a step of patterning the semiconductor layer to form a floating gate electrode wiring; Performing a first post-oxidation treatment in an oxidizing atmosphere diluted with an inert gas atmosphere having a nitrogen concentration of 1 ppm or less as a first heat treatment after the formation of the floating gate electrode wiring; Performing a second post-heat treatment with a low heat resistance.
【請求項10】半導体基板上にWSix(x=2.5〜2.7)層
を含む半導体層をCVD法により堆積する工程と、 前記半導体層をパターニングして浮遊ゲート電極配線を
形成する工程と、 前記浮遊ゲート電極配線の形成後の最初の熱処理とし
て、窒素濃度が1ppm以下の不活性ガス雰囲気での結晶化
熱処理を行う工程と、 前記最初の熱処理に次いで後酸化処理を行う工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A step of depositing a semiconductor layer including a WSi x (x = 2.5 to 2.7) layer on a semiconductor substrate by a CVD method; a step of patterning the semiconductor layer to form a floating gate electrode wiring; The first heat treatment after the formation of the floating gate electrode wiring includes a step of performing a crystallization heat treatment in an inert gas atmosphere having a nitrogen concentration of 1 ppm or less, and a step of performing a post-oxidation treatment following the first heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device.
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