JPH05343632A - Cmos element and process - Google Patents
Cmos element and processInfo
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- JPH05343632A JPH05343632A JP2418207A JP41820790A JPH05343632A JP H05343632 A JPH05343632 A JP H05343632A JP 2418207 A JP2418207 A JP 2418207A JP 41820790 A JP41820790 A JP 41820790A JP H05343632 A JPH05343632 A JP H05343632A
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にCMOS素子
とCMOS素子の製造方法に関し、更に詳しくは、ケイ
化CMOS素子とその製造工程に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a CMOS device and a method for manufacturing the CMOS device, and more particularly to a silicided CMOS device and its manufacturing process.
【0002】[0002]
【従来技術および解決すべき課題】多くのCMOS集積
回路を製造する場合、集積回路の機能を実行するため
に、組合わされる種々の素子を相互に接続するためのゲ
ート電極および材料の両方として多結晶またはアモルフ
ァス・シリコンを使用する。多結晶シリコンには、導電
性を決定する不純物が多量に添加されてこの材料の導電
性を増加させ、これによって回路の速度を増加させ、個
々のトランジスタの相互コンダクタンスを増加させ、ま
たは回路の性能を改善する。しかし、不純物を多量に添
加された薄いシリコン層は、なおかなりの抵抗を有し、
最適の回路速度を達成するにはれを抑えなければならな
い。薄いシリコン層の抵抗は、シリコン上にケイ化物層
を形成することによって受入れ可能な水準まで低下させ
ることができる。半導体基板との接触点にケイ化物層が
あると、基板領域と相互接続手段との間の接触抵抗をま
た改善することができる。しかし、シリコンの薄層上に
ケイ化物層を設けると、重要な素子のパラメータに受入
れることのできないシフトが発生する。このことを理解
するには、シリコン・ゲートMOSトランジスタのしき
い電圧は、シリコン・ゲート電極内の不純物添加の水準
によって決まることに留意しなければならないが、この
理由は、この不純物の添加水準によって、ゲート電極と
その下にある基板との間の作業機能(work fun
ction)が決定されるからである。PチャンネルM
OSトランジスタのゲート電極にはP型添加物を添加
し、Nチャンネル・トランジスタのゲート電極にはN型
添加物を添加するのが一般的である。Nチャンネルおよ
びPチャンネル・トランジスタのゲート電極は、これら
のゲー卜電極が作られている同じ薄いシリコン層のパタ
ーン化された部分によってしばしば共に接続される。異
なった素子のゲート電極の間のこの相互接続部は、意図
した回路の機能を実行するための素子の通常の相互接続
部である。添加不純物の拡散は、ケイ化されたシリコン
層内で非常に加速される。その結果、添加不純物はケイ
化シリコン層を通って急速に拡散し、これによって、P
チャンネル・トランジスタのゲート電極が急速に移動す
るN型添加不純物を添加され、Nチャンネル・トランジ
スタの場合には逆の現象が発生するという有害な結果が
もたらされる。これによって、例えばPチヤンネル・ト
ランジスタのしきい電圧が受入れることのできない高い
値に充電される。BACKGROUND OF THE INVENTION In the manufacture of many CMOS integrated circuits, multiple gate electrodes and materials are often used to interconnect the various devices to be combined to perform the functions of the integrated circuits. Use crystalline or amorphous silicon. Polycrystalline silicon is heavily doped with conductivity-determining impurities to increase the conductivity of this material, thereby increasing the speed of the circuit, increasing the transconductance of individual transistors, or the performance of the circuit. To improve. However, the heavily doped thin silicon layer still has considerable resistance,
In order to achieve the optimum circuit speed, it must be suppressed. The resistance of thin silicon layers can be lowered to acceptable levels by forming a silicide layer on the silicon. The presence of the silicide layer at the contact point with the semiconductor substrate can also improve the contact resistance between the substrate region and the interconnect means. However, providing a silicide layer on a thin layer of silicon causes an unacceptable shift in the critical device parameters. To understand this, it should be noted that the threshold voltage of a silicon gate MOS transistor is determined by the level of impurity doping in the silicon gate electrode. , A work function between the gate electrode and the underlying substrate (work fun)
This is because the action) is determined. P channel M
Generally, a P-type additive is added to the gate electrode of the OS transistor, and an N-type additive is added to the gate electrode of the N-channel transistor. The gate electrodes of N-channel and P-channel transistors are often connected together by patterned portions of the same thin silicon layer from which these gate electrodes are made. This interconnection between the gate electrodes of the different elements is the usual interconnection of the elements for carrying out the intended circuit function. The diffusion of additive impurities is greatly accelerated in the silicided silicon layer. As a result, the added impurities diffuse rapidly through the silicon silicide layer, which causes P
The detrimental result is that the gate electrode of the channel transistor is doped with a rapidly moving N-type dopant, which in the case of an N-channel transistor causes the opposite phenomenon. This charges the threshold voltage of the P-channel transistor, for example, to an unacceptably high value.
【0003】したがって、シリコン・ゲート電極と相互
接続部の抵抗を引き下げ、しきい電圧の望ましくないシ
フトを発生させることなく、ソースおよびドレイン領域
にケイ化接触部を設ける方法が必要である。Accordingly, there is a need for a method of providing silicided contacts in the source and drain regions without reducing the resistance of the silicon gate electrode and the interconnect and causing undesirable shifts in the threshold voltage.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】素子およびこの素子を製
造する方法が開示され、ここでソースおよびドレイン領
域上に金属シリカ物を形成する前に、導電性の障壁層が
シリコン・ゲート電極上に形成される。本発明の1実施
例によれば、CMOS素子が提供され、この素子は金属
ケイ化物と接触する第1ソースおよびドレイン領域を有
する第1PチャンネルMOSトランジスタと窒化チタン
層を有する第1シリコン・ゲート電極を有する。この素
子は、更に第2NチャンネルMOSトランジスタを有
し、このトランジスタは、また金属ケイ化物と接触する
ソースおよびドレイン領域と窒化チタン層を有する第2
シリコン・ゲート電極を有する。窒化チタンの上部層を
有するシリコン層を含む相互接続手段が設けられて、第
1および第2ゲート電極を結合する。Disclosed is a device and a method of making the device, wherein a conductive barrier layer is formed on the silicon gate electrode prior to forming the metallic silica article on the source and drain regions. It is formed. According to one embodiment of the invention, a CMOS device is provided, the device comprising a first P-channel MOS transistor having a first source and drain region in contact with a metal silicide and a first silicon gate electrode having a titanium nitride layer. Have. The device further comprises a second N-channel MOS transistor, the transistor also comprising a second layer having a titanium nitride layer and source and drain regions in contact with the metal silicide.
It has a silicon gate electrode. Interconnect means including a silicon layer having an upper layer of titanium nitride is provided to couple the first and second gate electrodes.
【0005】[0005]
【実施例】第1図は、本発明によるCMOS集積回路の
一部10の断面図である。この集積回路の部分10は、
NチャンネルMOSトランジスタ12とPチャンネルM
OSトランジスタ14を有する。実際の集積回路は、所
望の回路機能を達成するため、正しく相互に接続された
このような多くの素子を有している。Nチャンネル・ト
ランジスタ12は、単結晶シリコン基板のP型表面領域
16に形成される。P型表面領域16にはN型ソースお
よびドレイン領域18が形成され、これらの領域はチャ
ンネル領域20によって分離されている。上部に位置す
るチャンネル領域20は、ゲート絶縁物22とシリコン
・ゲー卜電極24である。ゲート電極24は、多結晶シ
リコンまたはアモルファス・シリコンであるが、この説
明目的のため以下では多結晶シリコン・ゲート電極とす
る。本発明によれば、上部に位置するゲート電極24
は、窒化チタン層のような導電性障壁層26の層26で
ある。更に、本発明によれば、ソースおよびドレイン領
域18には金属ケイ化物28が接触し、この金属ケイ化
物28は側壁スペーサ30によってゲート電極24から
間隔をあけて設けられている。同様に、PチャンネルM
OSトランジスタ14はN型表面領域32に形成され、
チャンネル領域36によって分離されたP型ソースおよ
びドレイン領域34を有する。上部に位置するチャンネ
ル領域36はゲート絶縁物38とシリコン・ゲート電極
40である。本発明によれば、ゲート電極40の上部に
は窒化チタン層のような導電性障壁層42が重なってい
る。更に、本発明によれば、ソースおよびドレイン領域
34には金属ケイ化物44が接触し、この金属ケイ化物
44は側壁スペーサ46によってゲート電極40から間
隔をあけて設けられている1 is a sectional view of a portion 10 of a CMOS integrated circuit according to the present invention. Part 10 of this integrated circuit is
N-channel MOS transistor 12 and P-channel M
It has an OS transistor 14. A practical integrated circuit will have many such components properly interconnected to achieve the desired circuit function. N-channel transistor 12 is formed in P-type surface region 16 of a single crystal silicon substrate. N-type source and drain regions 18 are formed in the P-type surface region 16, and these regions are separated by a channel region 20. The channel region 20 located above is a gate insulator 22 and a silicon gate electrode 24. The gate electrode 24 is polycrystalline silicon or amorphous silicon, but for the purpose of this description, it will be referred to below as a polycrystalline silicon gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode 24
Is layer 26 of conductive barrier layer 26, such as a titanium nitride layer. Further, in accordance with the present invention, the source and drain regions 18 are contacted by a metal silicide 28 which is spaced from the gate electrode 24 by sidewall spacers 30. Similarly, P channel M
The OS transistor 14 is formed in the N-type surface region 32,
It has P-type source and drain regions 34 separated by a channel region 36. The upper channel region 36 is a gate insulator 38 and a silicon gate electrode 40. According to the invention, a conductive barrier layer 42, such as a titanium nitride layer, overlies the gate electrode 40. Further in accordance with the present invention, the source and drain regions 34 are contacted by a metal silicide 44 which is spaced from the gate electrode 40 by sidewall spacers 46.
【0006】第2図は、12および14のような2つの
素子が回路の機能を実行するための1部としてどの様に
して相互に接続されているかを概略的に示す平面図であ
る。図に示すように、NチャンネルMOSトランジスタ
12は、素子12のゲート電極24を素子14のゲー卜
電極40に結合する相互接続部48によってPチャンネ
ルMOSトランジスタ14に結合されている。この実施
例の場合、素子12は点線50によって境界を設けたP
型ウェル(well)領域16に形成される。本発明は
したがってPウェル構造を示すが、本発明はNウェル構
造またはツイン・ウェル構造にも同様に適応することが
できる。素子12のゲート電極24には、N型不純物が
多量に添加され、ゲート電極42はP型不純物が多量に
添加される。本発明によれば、ゲート電極24と40お
よび相互接続部48は窒化チタンのような導電性障壁材
料の層によってカバーされる。ゲート電極24のいずれ
かの側は、N型ソースおよびドレイン領域18であり、
ゲー卜電極40のいずれかの側は、P型ソースおよびド
レイン領域34である。ゲート電極および相互接続部の
抵抗は、窒化チタンまたはその他の導電性障壁材料によ
って、不純物を添加された多結晶シリコン単独によって
達成できるよりも低い値に引き下げられる。FIG. 2 is a plan view schematically showing how two elements such as 12 and 14 are connected together as part of performing the function of the circuit. As shown, N-channel MOS transistor 12 is coupled to P-channel MOS transistor 14 by an interconnect 48 that couples gate electrode 24 of element 12 to gate electrode 40 of element 14. In the case of this embodiment, the element 12 has a P bounded by a dotted line 50.
It is formed in the mold well region 16. Although the invention thus shows a P-well structure, the invention is equally applicable to N-well or twin-well structures. The gate electrode 24 of the element 12 is heavily doped with N-type impurities, and the gate electrode 42 is heavily doped with P-type impurities. According to the present invention, gate electrodes 24 and 40 and interconnect 48 are covered by a layer of conductive barrier material such as titanium nitride. Either side of the gate electrode 24 is an N-type source and drain region 18,
On either side of the gate electrode 40 is a P-type source and drain region 34. The resistance of the gate electrodes and interconnects is lowered by titanium nitride or other conductive barrier materials to values lower than can be achieved by doped polycrystalline silicon alone.
【0007】第3図ないし第6図は、本発明の1実施例
による製造段階を示す断面図である。図示の工程の段階
において、トランジスタ12のようなNチャンネルMO
Sトランジスタの一部が形成される。PチャンネルMO
Sトランジスタを形成するのにまた必要な別の段階も参
照するが、これらの別の段階の詳細な説明と図示は、本
発明による工程を理解する場合に必要ではない。3 to 6 are sectional views showing the manufacturing steps according to an embodiment of the present invention. At the stage of the process shown, an N-channel MO such as transistor 12
A part of the S transistor is formed. P channel MO
Reference is also made to the additional steps required to form the S-transistor, but a detailed description and illustration of these additional steps is not necessary to understanding the process according to the present invention.
【0008】第3図に示すように、CMOS集積回路の
NチャンネルMOSトランジスタ部分を形成する工程は
P型表面領域16を有するシリコン基板によって開始さ
れる。上部に位置する基板16はゲート絶縁物52の層
であり、これは10ないし30ナノメートルの厚さを有
する熱成長シリコン二酸化物の層であることが望まし
い。上部に位置するゲート絶縁物32は、不純物を添加
しない多結晶シリコン54の層と導電性障壁材料56の
層である。多結晶シリコン層54は、化学的蒸着法によ
って200ないし400ナノメートルの厚さに堆積され
ることが望ましい。障壁材料56は窒化チタンであるこ
とが望ましく、この窒化チタンは反応性スパッタリング
または化学的蒸着法によって多結晶シリコン層54の上
部表面に設けられる。以下で窒化シリコンと称するこの
障壁材料56は、約30ないし200ナノメートルの厚
さを有する。As shown in FIG. 3, the process of forming the N-channel MOS transistor portion of the CMOS integrated circuit is initiated by the silicon substrate having the P-type surface region 16. The overlying substrate 16 is a layer of gate insulator 52, which is preferably a layer of thermally grown silicon dioxide having a thickness of 10 to 30 nanometers. The upper gate insulator 32 is a layer of undoped polycrystalline silicon 54 and a layer of conductive barrier material 56. The polycrystalline silicon layer 54 is preferably deposited by chemical vapor deposition to a thickness of 200 to 400 nanometers. Barrier material 56 is preferably titanium nitride, which is provided on the upper surface of polycrystalline silicon layer 54 by reactive sputtering or chemical vapor deposition. This barrier material 56, referred to below as silicon nitride, has a thickness of about 30 to 200 nanometers.
【0009】第4図に示すように、この工程は引き続き
多結晶シリコン層54と窒化チタン層56のパターン化
を行って多結晶シリコンのゲート電極24を形成し、こ
のゲート電極24の上部には窒化チタン障壁層26が形
成される。層54と56のパターン化は、従来のフォト
グラフイーとエッチングによって行われる。同時に、ゲ
ート電極24とその上に形成される窒化シリコン層26
のパターン化が行われ、この回路を実行するのに使用さ
れるその他の素子のゲート電極と多結晶シリコンの相互
接続線もまたパターン化される。したがって、この回路
の機能を形成するPチャンネル・トランジスタおよびN
チャンネル・トランジスタのゲート電極はその上部に窒
化チタンの障壁層の形成される不純物を添加していない
多結晶シリコンによって形成される。更に、多結晶シリ
コンと窒化チタンの同じ層は、回路上の素子の多くを相
互接続するために使用される。As shown in FIG. 4, in this step, the polycrystalline silicon layer 54 and the titanium nitride layer 56 are patterned to form a polycrystalline silicon gate electrode 24, and an upper portion of the gate electrode 24 is formed. A titanium nitride barrier layer 26 is formed. The patterning of layers 54 and 56 is accomplished by conventional photolithography and etching. At the same time, the gate electrode 24 and the silicon nitride layer 26 formed thereon are formed.
Patterning is performed, and the gate electrode and polycrystalline silicon interconnect lines of other devices used to implement this circuit are also patterned. Therefore, the P-channel transistor and N that form the function of this circuit.
The gate electrode of the channel transistor is formed of undoped polycrystalline silicon on which the titanium nitride barrier layer is formed. In addition, the same layers of polycrystalline silicon and titanium nitride are used to interconnect many of the devices on the circuit.
【0010】ソースおよびドレイン領域18が、次にゲ
ート電極24と窒化チタン層26を添加物のマスクとし
て使用してN型添加物を基板に選択的に導入することに
よってP型表面領域16に形成される。Source and drain regions 18 are then formed in P-type surface region 16 by selectively introducing N-type additive into the substrate using gate electrode 24 and titanium nitride layer 26 as a mask for the additive. To be done.
【0011】これらの添加物は、イオン注入の間、回路
のPチャンネルMOSトランジスタをマスクするために
フォトレジストを使用し、N型導電性を決定するイオン
をイオン注入することによって導入されることが望まし
い。したがって、N型添加物は、NチャンネルMOSト
ランジスタのソースおよびドレイン領域に対してのみ導
入される。別の段階(図示せず)で、P型添加不純物が
同様に選択的な方法で基板に導入され、製造中のPチャ
ンネルMOSトランジスタのソースおよびドレイン領域
を形成する。これらのP型不純物をPチャンネル・ソー
スおよびドレイン領域に導入している間、Nチャンネル
・トランジスタは、例えばNチャンネル・トランジスタ
にフォトレジストのパターン化された層を重ねることに
よってこれの導入から保護される。These additives can be introduced by using a photoresist to mask the P-channel MOS transistor of the circuit during ion implantation, and implanting ions that determine the N-type conductivity. desirable. Therefore, the N-type additive is introduced only into the source and drain regions of the N-channel MOS transistor. In another stage (not shown), P-type doping impurities are also introduced into the substrate in a selective manner to form the source and drain regions of the P-channel MOS transistor being manufactured. While introducing these P-type impurities into the P-channel source and drain regions, the N-channel transistor is protected from its introduction, for example by overlaying the N-channel transistor with a patterned layer of photoresist. It
【0012】第3図ないし第6図に示す実施例は、LD
D MOS構造を示し、ここで少量の不純物を添加され
たドレイン領域がゲート電極と自己整合し、引き続いて
より多くの不純物を添加したドレイン領域がゲート電極
から離れた位置に設けられる。図示していないがこれら
の素子は、オプションとして少量の不純物を添加された
ドレイン構造を設けることなく形成することが可能であ
り、したがって、ソースおよびドレイン領域18は、N
型不純物を多量に添加される。多くの場合、LDD構造
はNチャンネル素子上のみに使用され、これに付随する
Pチャンネル素子は1つの多量の不純物を添加したドレ
イン領域によって形成される。このようなドレイン構造
の選択は、ソースおよびドレイン領域の正確な構造が本
発明自身によって限定されていないので、本発明内で容
易に考案することができる。The embodiment shown in FIGS. 3 to 6 is an LD.
Figure 4 shows a DMOS structure, where a lightly doped drain region is self-aligned with the gate electrode, and subsequently a more heavily doped drain region is provided away from the gate electrode. Although not shown, these devices can be formed without the optional lightly doped drain structure, so that the source and drain regions 18 are
A large amount of type impurities are added. Often, the LDD structure is used only on N-channel devices, with the associated P-channel device formed by one heavily doped drain region. The selection of such a drain structure can easily be devised within the invention, since the exact structure of the source and drain regions is not limited by the invention itself.
【0013】第5図に示すように、この工程は、引き続
いてゲート電極の端部に側壁スペーサ30を形成する。
これらの側壁スペーサは、低温酸化物(LTO)のよう
な材料または窒化シリコン等のようなその他の材料から
形成される。スペーサを形成する材料は、ゲー卜電極構
造上に堆積され、引き続き例えば反応性イオン・エッチ
ングによって異方性にエッチングされ、窒化チタンの障
壁層を露出させる。異方性エッチングまたはその後に行
われる等方性エッチングによって側壁スベーサ30の保
護していない誘電体層52の部分が除去される。誘電体
層のこの部分を除去することによって、ゲート電極24
から間隔をあけて設けられたソースおよびドレイン領域
の一部が露出される。22の符号で示す誘電体層52の
残りの部分は素子のゲート絶縁分を形成する。As shown in FIG. 5, in this step, the sidewall spacer 30 is subsequently formed at the end of the gate electrode.
These sidewall spacers are formed from materials such as low temperature oxide (LTO) or other materials such as silicon nitride and the like. The material forming the spacers is deposited on the gate electrode structure and subsequently anisotropically etched, for example by reactive ion etching, to expose the titanium nitride barrier layer. Anisotropic etching or subsequent isotropic etching removes the unprotected portions of the dielectric layer 52 of the sidewall spacer 30. By removing this portion of the dielectric layer, the gate electrode 24
A portion of the source and drain regions spaced apart from is exposed. The remaining portion of the dielectric layer 52, designated by the numeral 22, forms the gate insulation of the device.
【0014】側壁スペーサを所定の場所に形成すると、
コバルトまたはその他のケイ化物形成金属の層が構造上
に堆積されてコバルト・ケイ化物28またはその他の金
属ケイ化物の層を形成し、ここでこのケイ化物形成検金
属はシリコンと接触する。したがって、ケイ化物はソー
スおよびドレイン領域18の露出部分および関連するP
チャンネル・トランジスタのソースおよびドレイン領域
上に形成される。このケイ化物は窒化チタン上には形成
されず、またLTOスペーサまたは構造内に存在するフ
ィールド絶縁部のようなその他の誘電材料上にも形成さ
れない。未反応コバルトは、金属エッチング剤内でのエ
ッチングによって窒化チタンの表面および反応の発生し
なかったその他の領域から除去され、この金属エッチン
グ剤はまたこの窒化チタンまたはケイ化物を腐蝕しな
い。例えば、未反応コバルトは、75重量パーセントの
リン酸、2パーセントの硝酸、10パーセントの酢酸お
よびこれらの残りの部分に水を含むエッチング溶液内で
エッチングすることによって構造から除去される。この
側壁スペーサ30によって、ゲート電極とこれに関連す
るソースまたはドレイン領域との間でブリッジが発生す
ることまたはこれらの間で電気的接続が発生することが
防止される。When the side wall spacer is formed at a predetermined position,
A layer of cobalt or other silicide forming metal is deposited on the structure to form a layer of cobalt silicide 28 or other metal silicide, where the silicide forming metal is in contact with silicon. Therefore, the silicide is exposed to the exposed portions of the source and drain regions 18 and associated P
Formed on the source and drain regions of the channel transistor. This silicide is not formed on the titanium nitride, nor is it formed on the LTO spacer or other dielectric material such as the field insulator present in the structure. Unreacted cobalt is removed from the surface of titanium nitride and other unreacted areas by etching in the metal etchant, which also does not corrode the titanium nitride or silicide. For example, unreacted cobalt is removed from the structure by etching in an etching solution containing 75 weight percent phosphoric acid, 2 percent nitric acid, 10 percent acetic acid and the balance of these with water. The sidewall spacers 30 prevent the formation of bridges or electrical connections between the gate electrodes and their associated source or drain regions.
【0015】この製造工程の部分は、高い濃度のN型導
電性決定添加不純物を選択的にNチャンネル素子に添加
することによって完了する。ヒ素イオンまたはリン・イ
オンがゲート電極24とケイ化物領域28に注入され、
この回路のPチヤンネル・トランジスタはパターン化さ
れたフォトレジスト層によって保護されることが望まし
い。N型イオンの注入は矢印58によって示す。N型イ
オンは、窒化チタンの上部層を浸透するのに十分なエネ
ルギーでイオンを注入することによって、シリコン・ゲ
ート電極に導入される。N型イオンが同時にコバルト・
ケイ化物内にまたはこれを介してに注入される。これに
続いて行われる添加不純物の熱による再分配によって、
高濃度のN型添加不純物はケイ化物から上部に位置する
P型表面領域16に拡散され、コバルト・ケイ化物とゲ
ート電極24から間隔をあけて設けられたソースおよび
ドレイン領域の露出部分との間に抵抗の低い接点を形成
する。同様の不純物を添加する段階において、P型導電
性を決定する不純物が集積回路のPチャンネル・トラン
ジスタに導入され、一方Nチャンネル・トランジスタは
パターン化されたフォトレジストの層のような上部に位
置するマスクを設けることによって、これの導入から保
護される。This part of the manufacturing process is completed by selectively adding a high concentration of N-type conductivity determining additive impurities to the N-channel device. Arsenic ions or phosphorus ions are implanted into the gate electrode 24 and the silicide region 28,
The P-channel transistor of this circuit is preferably protected by a patterned photoresist layer. The implantation of N-type ions is indicated by arrow 58. N-type ions are introduced into the silicon gate electrode by implanting the ions with sufficient energy to penetrate the titanium nitride top layer. N-type ions are simultaneously cobalt
Implanted in or through the silicide. By the subsequent thermal redistribution of the added impurities,
A high concentration of N-type doped impurities is diffused from the silicide to the upper P-type surface region 16 between the cobalt silicide and the exposed portions of the source and drain regions spaced from the gate electrode 24. To form a low resistance contact. In a similar doping step, impurities that determine P-type conductivity are introduced into the P-channel transistor of the integrated circuit, while the N-channel transistor is located on top, such as a layer of patterned photoresist. The provision of a mask protects against the introduction of this.
【0016】この素子は、ここで絶縁物の上部保護層、
別の相互接続層等を設けることによって、従来の方法で
完成される。この完成された素子は、高導電性のゲート
電極と高導電性の相互接続材料を有し、これらの各々は
不純物を添加した多結晶シリコの層と導電性障壁材料の
上部層によって構成される。各素子のソースおよびドレ
イン領域は金属ケイ化物によってケイ化され、この金属
ケイ化物によって低い接触抵抗を有する高導電性素子領
域が設けられる。相互接続部はケイ化されず、したがっ
て、添加不純物の拡散がケイ化された多結晶シリコンを
介して加速されるという問題が回避される。This device is characterized by the fact that an insulating upper protective layer,
It is completed in the conventional manner by providing another interconnect layer or the like. The completed device has a highly conductive gate electrode and a highly conductive interconnect material, each of which is composed of a layer of doped polycrystalline silicon and an upper layer of conductive barrier material. .. The source and drain regions of each device are silicided with a metal silicide, which provides a highly conductive device region with low contact resistance. The interconnect is not silicidized, thus avoiding the problem of diffusion of doped impurities being accelerated through the silicified polysilicon.
【0017】上述した本発明の実施例において、シリコ
ン・ゲート電極は、導電性障壁材料の上部層を介して添
加物を導入することによって、不純物を添加される。こ
のことは、障壁層が十分薄くて添加不純物の十分な量が
障壁層を介して通過し、下部にあるシリコン層に対して
十分に不純物を添加することが必要である。しかし、も
し上部障壁層が薄過ぎれば、その層の抵抗が増加し、ゲ
ート電極の抵抗を削減するかまたは最少にすることと線
を相互に接続することとの目標で妥協が行われる。本発
明の他の実施例(図示せず)によれば、この問題は、窒
化チタンの上部に位置する層を堆積する前に、N型また
はP型の導電性を決定するイオンによってイオン注入を
行い、多結晶シリコン54の層に選択的に不純物を添加
することによつて解決することができる。例えば、Nチ
ャンネル・トランジスタのイオン注入の期間中Pチャン
ネル・トランジスタをフォトレジストでマスクし、Pチ
ャンネル・トランジスタのイオン注入の期間中Nチャン
ネル・トランジスタをフォトレジストでマスクすること
によって、NチャンネルおよびPチャンネル・トランジ
スタ領域の多結晶シリコンは、別々に不純物を添加され
る。多結晶シリコンに対する選択的な不純物の添加に続
いて、窒化チタンまたはその他の障壁材料が多結晶シリ
コン層の上部を覆うように加えられ、この工程は上述し
たように進行される。In the embodiment of the invention described above, the silicon gate electrode is doped by introducing the additive through the top layer of conductive barrier material. This requires that the barrier layer be thin enough that a sufficient amount of added impurities will pass through the barrier layer and that the underlying silicon layer will be sufficiently doped. However, if the top barrier layer is too thin, the resistance of that layer will increase, compromising the goals of reducing or minimizing the resistance of the gate electrodes and interconnecting the lines. According to another embodiment of the invention (not shown), this problem is caused by ion implantation by means of ions which determine the N-type or P-type conductivity before depositing the overlying layer of titanium nitride. This can be solved by selectively adding impurities to the layer of polycrystalline silicon 54. For example, by masking the P-channel transistor with photoresist during ion implantation of the N-channel transistor and masking the N-channel transistor with photoresist during ion implantation of the P-channel transistor, The polycrystalline silicon in the channel transistor region is separately doped. Following the selective doping of the polycrystalline silicon, titanium nitride or other barrier material is added over the polycrystalline silicon layer and the process proceeds as described above.
【0018】本発明の更に他の実施例では、多結晶シリ
コン導電体の抵抗は窒化チタンの層の下にチタン・ケイ
化物を導入することによって引き下げられる。このチタ
ン・ケイ化物層はゲート電極の抵抗を低下させ、窒化チ
タンはチタン・ケイ化物とコバルトまたはその他のケイ
化物形成金属の層との間の相互反応を防止する。チタン
・ケイ化物の層は、不純物を添加していない多結晶シリ
コン層の上部を覆うように約20ナノメータの厚さを有
するチタン層を堆積することによって形成することがで
きる。これに続いて、窒素または窒素を含有する周辺部
を熱によって急速にアニールを行い、チタンをこのチタ
ンが多結晶シリコンと接触するチタン・ケイ化物に変換
すると共にこのチタンの上部表面をチタン窒化物に変換
する。上記の第4図ないし第6図に示す段階を次に実行
する。In yet another embodiment of the present invention, the resistance of the polycrystalline silicon conductor is lowered by introducing titanium silicide below the layer of titanium nitride. This titanium-silicide layer reduces the resistance of the gate electrode and titanium nitride prevents interaction between the titanium-silicide and the layer of cobalt or other silicide-forming metal. The titanium-silicide layer can be formed by depositing a titanium layer having a thickness of about 20 nanometers over the undoped polycrystalline silicon layer. This is followed by a rapid thermal anneal of nitrogen or the nitrogen-containing periphery to convert titanium to titanium silicide in which the titanium contacts polycrystalline silicon and the upper surface of the titanium to titanium nitride. Convert to. The steps shown in FIGS. 4 to 6 above are then carried out.
【0019】当業者は本発明の精神から逸脱することな
く変形と変化を行うことができことを認識する。例え
ば、導電性障壁層として窒化チタン以外の他の材料を導
電性障壁層として使用することができる。この障壁層
は、所望の導電性を得るために十分に導電し、その後に
行われる処理に耐えることができ、ケイ化物形成金属と
両立し、未反応のケイ化物形成金属を除去するのに使用
されるエッチング剤に対して抵抗性のある材料から選択
しなければならない。更に、タングステン、タングステ
ン・ケイ化物、タンタル・ケイ化物等の他の材料を窒化
チタン層上に形成し、多結晶シリコン層の相互接続部の
抵抗を更に低下させることができる。プラチナまたはパ
ラジュウムのような他の金属をまた使用してケイ化物を
形成することが可能であり、これによってケイ化物形成
金属を設けることが選択された導電性障壁材料と両立す
る。Those skilled in the art will recognize that variations and changes can be made without departing from the spirit of the invention. For example, a material other than titanium nitride can be used as the conductive barrier layer as the conductive barrier layer. This barrier layer is sufficiently conductive to withstand the desired conductivity and can withstand subsequent processing, is compatible with the silicide-forming metal and is used to remove unreacted silicide-forming metal. It must be selected from materials that are resistant to the etchant used. In addition, other materials such as tungsten, tungsten silicide, tantalum silicide, etc. can be formed on the titanium nitride layer to further reduce the resistance of the polysilicon layer interconnect. Other metals such as platinum or palladium can also be used to form silicides, whereby providing a silicide forming metal is compatible with the selected conductive barrier material.
【図1】本発明によるCMOS素子の一部の断面図であ
る。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a CMOS device according to the present invention.
【図2】本発明による相互に結合されたCMOS素子の
概略平面図である。2 is a schematic plan view of interconnected CMOS devices according to the present invention; FIG.
【図3】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。FIG. 3 shows cross-sectional views of process steps according to one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。FIG. 4 illustrates cross-sectional views of process steps according to one embodiment of the present invention.
【図5】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。FIG. 5 illustrates cross-sectional views of process steps according to one embodiment of the present invention.
【図6】本発明の1実施例による工程段階の断面図を示
す。FIG. 6 shows cross-sectional views of process steps according to one embodiment of the present invention.
10 CMOS集積回路の一部 12 NチャンネルMOSトランジスタ 14 PチャンネルMOSトランジスタ 16 P型表面領域(ウェル領域) 18 N型ソースおよびドレイン領域 20、36 チャンネル領域 22、38 ゲート絶縁部 24、40 ゲート電極 26、42 導電性障壁層 28 金属ケイカ物 30、46 側壁スペーサ 32 N型表面領域 34 P型ドレインおよびソース領域 44 金属ケイ化物 48 相互接続部 52 誘電体層 54 多結晶シリコン層 56 障壁材料 10 Part of CMOS integrated circuit 12 N-channel MOS transistor 14 P-channel MOS transistor 16 P-type surface region (well region) 18 N-type source and drain region 20, 36 Channel region 22, 38 Gate insulating part 24, 40 Gate electrode 26 , 42 Conductive barrier layer 28 Metallic silica 30, 46 Sidewall spacer 32 N-type surface region 34 P-type drain and source region 44 Metal silicide 48 Interconnect 52 Dielectric layer 54 Polycrystalline silicon layer 56 Barrier material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9054−4M H01L 27/08 321 F (72)発明者 ヤング・リム アメリ力合衆国テキサス州オースチン、パ レード・リッジ5626─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical indication point 9054-4M H01L 27/08 321 F (72) Inventor Young Lim Ameri Power USA, Austin, Pa. Raid ridge 5626
Claims (3)
ドレイン領域と導電性障壁材料の層を含む第1シリコン
・ゲード電極を有する第1PMOSトランジスタ;金属
シリカ物の接触する第2ソース及びドレイン領域と導電
性障壁材料の層を含む第2シリコン・ゲード電極を有す
る第2NMOSトランジスタ;およびシリコンおよび導
電性障壁材料の層によって構成され前記第1及び第2シ
リコン・ゲート電極を結合する手段;によって構成され
ることを特徴とするCMOS素子。1. A first PMOS transistor having a first source / drain region in contact with a metallic silica article and a first silicon gate electrode comprising a layer of conductive barrier material; a second source and drain region in contact with the metallic silica article. And a second NMOS transistor having a second silicon gate electrode including a layer of conductive barrier material; and means for coupling the first and second silicon gate electrodes constituted by a layer of silicon and a conductive barrier material. A CMOS device characterized by being formed.
第1P型多結晶シリコン・ゲート電極と前記第1ゲート
電極の反対側に形成される第1ソースおよびドレイン領
域を有する第1PMOSトランジスタであって、前記第
1ソースおよびドレイン領域が前記第1ゲート電極と整
合され、これに対して金属ケイ化物が接触している前記
第1PMOSトランジスタ;その上に窒化シリコンの層
が形成される第2N型多層シリコン・ゲート電極と前記
第2N型多結晶ゲー卜・シリコン電極の反対側に形成さ
れる第2ソースおよびドレイン領域を有する第2NMO
Sトランジスタであって、前記第2ソースおよびドレイ
ン領域が前記第2N型多結晶シリコン・ゲート電極と整
合された少量の不純物を添加したN型領域と前記N型多
結晶シリコン・ゲート電極から間隔をあけて設けた多量
の不純物を添加したN型領域を有し、前記多量の不純物
を添加したN型領域には金属ケイカ物が接触している前
記第2NMOSトランジスタ;および前記第1P型多結
晶シリコン・ゲート電極と前記第2N型多層シリコン・
ゲート電極とを結合するための窒化シリコンを上部に設
けた多結晶シリコンによって構成される手段;によって
構成されることを特徴とするCMOS素子。2. A first PMOS transistor having a first P-type polycrystalline silicon gate electrode having a layer of silicon nitride formed thereon and first source and drain regions formed opposite to the first gate electrode. A first PMOS transistor in which the first source and drain regions are aligned with the first gate electrode and in contact with a metal silicide; a second N on which a layer of silicon nitride is formed; -Type multi-layered silicon gate electrode and second NMO having second source and drain regions formed on the opposite side of the second N-type polycrystalline gate-silicon electrode
An S-transistor, wherein the second source and drain regions are spaced from the N-type polycrystalline silicon gate electrode and a lightly doped N-type region aligned with the second N-type polycrystalline silicon gate electrode. A second NMOS transistor having an open N-type region doped with a large amount of impurities, and the metal silicide is in contact with the N-type region doped with a large amount of impurity; and the first P-type polycrystalline silicon.・ Gate electrode and the second N-type multilayer silicon
A CMOS device comprising: a means composed of polycrystalline silicon provided with silicon nitride for coupling with a gate electrode;
有し、その上にゲート絶縁物を形成するシリコン基板を
設ける段階;前記ゲート絶縁物の上に位置するシリコン
層を堆積する段階;前記シリコン層の上に位置する導電
性障壁材料の層を形成する段階;前記導電性障壁材料の
層と前記シリコン層にパターンを形成し、前記第1表面
領域の上に位置する第1ゲート電極、前記第2表面領域
の上に位置する第2ゲート電極、および前記第1および
第2ゲート電極を相互に接続する手段を形成する段階;
前記第1ゲート電極と前記第1表面領域の部分に選択的
にP型の導電性を決める不純物を添加してPチャンネル
・トランジスタの不純物を添加したソースおよびドレイ
ン領域とゲート電極を形成する段階;前記第2ゲート電
極と前記第2表面領域の部分に選択的にN型の導電性を
決める不純物を添加してNチャンネル・トランジスタの
不純物を添加したソースおよびドレイン領域とゲート電
極を形成する段階;および前記NチャンネルおよびPチ
ャンネルトランジスタの前記ソースおよびドレイン領域
の不純物を添加した部分にコバルトシリカ物を形成する
段階;によって構成されることを特徴とするCMOS素
子の製造方法。3. Providing a silicon substrate having a first N-type surface region and a second P-type surface region on which a gate insulator is formed; depositing a silicon layer overlying the gate insulator. Forming a layer of a conductive barrier material overlying the silicon layer; patterning the layer of conductive barrier material and the silicon layer, a first gate overlying the first surface region; Forming an electrode, a second gate electrode overlying the second surface region, and means for interconnecting the first and second gate electrodes;
Forming an impurity-doped source and drain region and a gate electrode of a P-channel transistor by selectively adding an impurity that determines P-type conductivity to the first gate electrode and the first surface region. Forming an impurity-doped source and drain region and a gate electrode of an N-channel transistor by selectively adding an impurity that determines N-type conductivity to the portion of the second gate electrode and the second surface region; And a step of forming a cobalt silica material in the doped portions of the source and drain regions of the N-channel and P-channel transistors.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US45764989A | 1989-12-27 | 1989-12-27 | |
US457,649 | 1989-12-27 |
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---|---|
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---|---|---|---|
JP2418207A Pending JPH05343632A (en) | 1989-12-27 | 1990-12-26 | Cmos element and process |
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JP (1) | JPH05343632A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6693001B2 (en) | 1997-03-14 | 2004-02-17 | Renesas Technology Corporation | Process for producing semiconductor integrated circuit device |
US6858484B2 (en) | 2000-02-04 | 2005-02-22 | Hitachi, Ltd. | Method of fabricating semiconductor integrated circuit device |
US7419902B2 (en) | 1999-06-24 | 2008-09-02 | Renesas Technology Corp. | Method of manufacture of semiconductor integrated circuit |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP2418207A patent/JPH05343632A/en active Pending
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US7553766B2 (en) | 1997-03-14 | 2009-06-30 | Renesas Technology Corp. | Method of fabricating semiconductor integrated circuit device |
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