JPH09326369A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09326369A
JPH09326369A JP14133296A JP14133296A JPH09326369A JP H09326369 A JPH09326369 A JP H09326369A JP 14133296 A JP14133296 A JP 14133296A JP 14133296 A JP14133296 A JP 14133296A JP H09326369 A JPH09326369 A JP H09326369A
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JP
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layer
film
diffusion layer
silicon substrate
cobalt
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JP14133296A
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English (en)
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Hiromi Gohara
ひろみ 轟原
Hideo Miura
英生 三浦
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン基板とコバルトシリサイド膜との接続
界面に剥がれが生じることなく、低抵抗の拡散層を有す
る半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】シリコン基板1にAsを注入して高濃度拡
散層(n+層)8を形成する工程と、高濃度拡散層(n
+層)8に接するようにコバルト膜9を堆積させる工程
と、熱処理によって高濃度拡散層(n+層)8上にコバ
ルトシリサイド膜10が形成する工程とを含む半導体装
置の製造方法で、高濃度拡散層(n+層)8のシリコン
基板1表面のAs濃度を5×1018〜4×1021/cm3
に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造方法に関
し、特に基板と金属配線層コンタクト部分のシリサイド
化の工程をを含む半導体製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化,微細化に
ともなって、高速動作のために金属配線と半導体接続部
分のコンタクト抵抗の低減が望まれている。低抵抗化の
ため、シリコンと金属との界面にシリサイド層を形成す
る方法がとられている。シリコン基板表面と金属配線と
を電気的に接続するコンタクト部においても、例えば特
開平7−74128号に示すように、シリコン基板上の拡散層
と金属配線とのコンタクト部分及びゲート電極上面にシ
リサイド膜を形成する半導体装置の製造方法が提案され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】シリコン基板と金属配
線との界面にシリサイド膜を形成することによって低い
コンタクト抵抗が得られる。しかし、シリコンと金属と
のシリサイド反応によりシリサイド膜を形成する場合、
膜の体積変化に起因して応力発生し、これによりシリサ
イド反応が阻害される場合もあり、安定なシリサイド膜
を形成し、良好にすることが、重要な課題となってい
る。Asを打ち込んだn型拡散層上にコバルトシリサイ
ド膜を形成する場合、n型拡散層の基板表面のAs濃度
が高いと、コバルトシリサイド膜とシリコン基板との接
続界面で、多数のボイドが発生することが、実験により
明らかになった。図4にコバルトシリサイド形成前のシ
リコン基板表面のAs濃度とコバルトシリサイド/シリ
コン基板界面におけるボイド発生率との関係を示すグラ
フを示す。不純物としてAsを打ち込んだn型拡散層上
にコバルトシリサイド膜を形成する場合、図4に示すよ
うに、Asを打ち込んだn型拡散層の基板表面における
As濃度が、5×1021/cm3 以上の場合にコバルトシ
リサイド膜とシリコン基板(拡散層)との界面に多数の
ボイドの発生率が急激に高くなることが明らかとなっ
た。ボイドの発生は、シリサイド膜とシリコン基板との
密着力の低下につながる。
【0004】一方、低抵抗の拡散層を形成するために
は、不純物のドーズ量は通常1×1013/cm2 以上である
必要があり、この場合、適当な熱処理後、基板表面近傍
の不純物濃度は5×1018/cm3 以上である。
【0005】本発明の目的は、低抵抗、かつ、シリサイ
ド膜とシリコン基板の接続界面で剥がれの生じない半導
体装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、シリコン基板にAsを注入して高濃度拡
散層(n+層)を形成する工程と、前記高濃度拡散層
(n+層)に接するようにコバルト膜を堆積させる工程
と、熱処理によって前記高濃度拡散層(n+層)上にコ
バルトシリサイド膜が形成する工程とを含む半導体装置
の製造方法で、前記高濃度拡散層(n+層)のシリコン基
板表面のAs濃度を5×1018〜4×1021/cm3 に制
御することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施例を図
1(a)〜(e)を使用して説明する。
【0008】図1は本発明の実施例であるMOSトラン
ジスタの製造工程の一部を示す横断面図である。
【0009】(a)シリコン基板1上に一般的に使用さ
れている選択酸化法によりフィールド酸化膜2を形成す
る。次に、熱酸化法によりシリコン基板1露出部に、M
OSトランジスタのゲート酸化膜3としてシリコン酸化
膜を形成する。シリコン酸化膜上に、MOSトランジス
タのゲート電極4として例えばCVD法により多結晶シ
リコン膜を形成する。フォトリソグラフィー法でレジス
トパターンを形成し、それをマスクとしてエッチング法
により多結晶シリコン膜とシリコン酸化膜とをパターン
化してMOS構造を形成する。なお、ゲート電極4材料
は多結晶シリコンに限定されるものではなく、タングス
テン等の高融点金属材料,金属シリサイド材料、あるい
はこれらの積層構造であってもよい。次に、多結晶シリ
コン電極とフィールド酸化膜2をマスクにしてシリコン
基板1にリンをイオン注入し、熱処理を施し、LDD(L
ightly Doped Drain)構造の低濃度拡散層(n−層)5
を形成する。ここでのイオン注入条件は、例えばエネル
ギは10〜60keV、ドーズ量は1×1012〜1014
/cm2 である。
【0010】(b)次に、シリコン基板1,多結晶シリ
コン電極、およびゲート酸化膜3全面に、CVD法等に
よりシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜の異方性エッチン
グを行うことにより多結晶シリコン電極の側面にサイド
ウォール7を形成する。多結晶シリコン電極,その側面
のサイドウォール7、およびフィールド酸化膜2をマス
クとして、シリコン基板1にAsをイオン注入し、熱処
理を施してソース・ドレイン領域となるLDD構造の高
濃度拡散層(n+層)8を形成する。ここでのイオン注
入条件は、エネルギが10〜60keV,ドーズ量が1
×1013〜8×1015/cm2 である。例えば、イオン注
入後の熱処理を850℃,20分間行うと、シリコン基
板1表面近くのAs濃度は、5×1018〜4×1021
cm3 となる。なお、拡散層の構造は必ずしもLDD構造
に限定されるものではない。
【0011】(c)その後、例えばスパッタリング法等
により、露出したシリコン基板1,高濃度拡散層(n+
層)8上に、フィールド酸化膜2,多結晶シリコン電
極、およびサイドウォール7全面に接するようにコバル
ト膜9を堆積させる。
【0012】(d)次に、熱処理によって高濃度拡散層
のシリコンとコバルト膜9とのシリサイド反応により、
拡散層上にコバルトシリサイド膜10が形成される。な
お、シリサイドを形成するための熱処理温度は、350
℃以上であり、550℃以上であることが好ましい。こ
のように、熱処理によって、高濃度拡散層上選択的にシ
リサイド膜を形成させた後、フィールド酸化膜2上およ
びサイドウォール7上等の未反応コバルト膜9はエッチ
ングによって除去される。なお、図1(d)にはゲート
電極4上にもコバルトシリサイド膜10を形成した場合
について示したが、必ずしも、ゲート電極4上にコバル
トシリサイド膜10を形成する必要はない。
【0013】(e)その後、所望の工程を行い、MOS
トランジスタを完成させる。例えば、コバルトシリサイ
ド膜10,サイドウォール7およびフィールド酸化膜2
に全面に接するように絶縁膜13を形成した後、コンタ
クトホールを形成し、一層目配線14の形成、さらに層
間絶縁膜15の形成、等を行う。さらに必要に応じて二
層目以降の配線及び絶縁膜の形成が行われ、MOSトラ
ンジスタ構造が完成する。本工程は、あくまでも参考例
であり、これに限定されるものではなく、配線層数も一
層に限定されるものではない。また、本MOSトランジ
スタはDRAM(Dynamic Random Access Memory),S
RAM(Static Random Access Memory),マイコン等に
使用してもよい。
【0014】工程(b)に示すように、高濃度拡散層
(n+層)8を形成する際のイオン注入条件を、エネル
ギを10〜60keV,ドーズ量を1×1013〜8×1
15/cm2 とし、適当な熱処理(例えば850℃,20
分間)を施すことで、シリコン基板1表面のAs濃度を
5×1018〜4×1021/cm3 に制御することが可能で
ある。このようにシリコン基板1表面のAs濃度を制御
することにより、コバルトシリサイド形成後のコバルト
シリサイド膜10とシリコン基板1との界面にボイドが
発生することがなく(図4)、密着性のよい低抵抗なコ
ンタクトが得られる。
【0015】次に、本発明の第二の実施例を図2(a)
〜(e)を使用して説明する。
【0016】図2は本発明の他の実施例であるMOSト
ランジスタの製造工程の一部を示す横断面図である。
【0017】(a)シリコン基板1上に一般的に使用さ
れている選択酸化法によりフィールド酸化膜2を形成す
る。次に、熱酸化法によりシリコン基板1露出部に、M
OSトランジスタのゲート酸化膜3としてシリコン酸化
膜を形成する。シリコン酸化膜上に、MOSトランジス
タのゲート電極4として例えばCVD法により多結晶シ
リコン膜を形成する。フォトリソグラフィー法でレジス
トパターンを形成し、それをマスクとしてエッチング法
により多結晶シリコン膜とシリコン酸化膜とをパターン
化してMOS構造を形成する。なお、ゲート電極4材料
は多結晶シリコンに限定されるものではなく、タングス
テン等の高融点金属材料,金属シリサイド材料、あるい
はこれらの積層構造であっても構わない。次に、多結晶
シリコン電極とフィールド酸化膜2をマスクにしてシリ
コン基板1にリンをイオン注入し、熱処理を施し、LD
D(Lightly Doped Drain)構造の低濃度拡散層(n−
層)5を形成する。ここでのイオン注入条件は、例えば
エネルギは10〜60keV、ドーズ量は1×1012
1014/cm2 である。
【0018】(b)次に、シリコン基板1,多結晶シリ
コン電極、およびゲート酸化膜3全面に、CVD法等に
よりシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜の異方性エッチン
グを行うことにより多結晶シリコン電極の側面にサイド
ウォール7を形成する。多結晶シリコン電極,その側面
のサイドウォール7、およびフィールド酸化膜2をマス
クとして、シリコン基板1にAsをイオン注入し、熱処
理を施してソース・ドレイン領域となるLDD構造の高
濃度拡散層(n+層)8を形成する。ここでのイオン注
入条件は、エネルギが10〜60keV,ドーズ量が1
×1013〜8×1015/cm2 である。例えば、イオン注
入後の熱処理を850℃,20分間行うと、シリコン基
板1表面近くのAs濃度は、5×1018〜4×1021
cm3 となる。なお、拡散層の構造は必ずしもLDD構造
に限定されるものではない。
【0019】(c)その後、例えばスパッタリング法等
により、露出したシリコン基板1,高濃度拡散層(n+
層)8上に、フィールド酸化膜2,多結晶シリコン電
極、およびサイドウォール7全面に接するようにチタン
膜11を堆積させ、チタン膜11に接するようにコバル
ト膜9を堆積させる。
【0020】(d)次に、熱処理によって高濃度拡散層
のシリコンとコバルト膜9とのシリサイド反応により、
拡散層上にコバルトシリサイド膜10が形成される。な
お、シリサイドを形成するための熱処理温度は、350
℃以上であり、550℃以上であることが好ましい。こ
のように、熱処理によって、高濃度拡散層上選択的にシ
リサイド膜を形成させた後、フィールド酸化膜2上およ
びサイドウォール7上等の未反応コバルト膜9はエッチ
ングによって除去される。なお、図1(d)にはゲート
電極4上にもコバルトシリサイド膜10を形成した場合
について示したが、必ずしも、ゲート電極4上にコバル
トシリサイド膜10を形成する必要はない。
【0021】(e)その後、所望の工程を行い、MOS
トランジスタを完成させる。例えば、コバルトシリサイ
ド膜10,サイドウォール7およびフィールド酸化膜2
に全面に接するように絶縁膜13を形成した後、コンタ
クトホールを形成し、一層目配線14の形成、さらに層
間絶縁膜15の形成、等を行う。さらに必要に応じて二
層目以降の配線及び絶縁膜の形成が行われ、MOSトラ
ンジスタ構造が完成する。本工程は、あくまでも参考例
であり、これに限定されるものではなく、配線層数も一
層に限定されるものではない。また、本MOSトランジ
スタはDRAM(Dynamic Random Access Memory),S
RAM(Static Random Access Memory),マイコン等に使
用しても構わない。
【0022】工程(b)に示すように、高濃度拡散層
(n+層)8を形成する際のイオン注入条件を、エネル
ギを10〜60keV,ドーズ量を1×1013〜8×1
15/cm2 とし、適当な熱処理(例えば850℃,20
分間)を施すことで、シリコン基板1表面のAs濃度を
5×1018〜4×1021/cm3 に制御することが可能で
ある。このようにシリコン基板1表面のAs濃度を制御
することにより、コバルトシリサイド形成後のコバルト
シリサイド膜10とシリコン基板1との界面にボイドが
発生することがなく(図4)、密着性のよい低抵抗なコ
ンタクトが得られる。
【0023】また、露出したシリコン基板1,高濃度拡
散層(n+層)8上にチタン膜11を介してコバルト膜
9を堆積することによって、熱処理によってシリサイド
を形成する際にコバルト原子がシリコン基板1表面に拡
散する速度が低下され、シリコン基板1表面で、シリコ
ンとコバルトがゆっくりと反応することによって、コバ
ルトシリサイドがエピタキシャル成長し、電気抵抗がよ
り低く、かつ、より耐熱性の高いコバルトシリサイド膜
10が形成される。
【0024】次に、本発明の第三の実施例を図3(a)
〜(e)を使用して説明する。
【0025】図3は本発明のさらに他の実施例であるM
OSトランジスタの製造工程の一部を示す横断面図であ
る。
【0026】(a)シリコン基板1上に一般的に使用さ
れている選択酸化法によりフィールド酸化膜2を形成す
る。次に、熱酸化法によりシリコン基板1露出部に、M
OSトランジスタのゲート酸化膜3としてシリコン酸化
膜を形成する。シリコン酸化膜上に、MOSトランジス
タのゲート電極4として例えばCVD法により多結晶シ
リコン膜を形成する。フォトリソグラフィー法でレジス
トパターンを形成し、それをマスクとしてエッチング法
により多結晶シリコン膜とシリコン酸化膜とをパターン
化してMOS構造を形成する。なお、ゲート電極4材料
は多結晶シリコンに限定されるものではなく、タングス
テン等の高融点金属材料,金属シリサイド材料、あるい
はこれらの積層構造であっても構わない。次に、多結晶
シリコン電極とフィールド酸化膜2をマスクにしてシリ
コン基板1にリンをイオン注入し、熱処理を施し、LD
D(Lightly Doped Drain)構造の低濃度拡散層(n−
層)5を形成する。ここでのイオン注入条件は、例えば
エネルギは10〜60keV、ドーズ量は1×1012
1014/cm2 である。
【0027】(b)次に、シリコン基板1,多結晶シリ
コン電極、およびゲート酸化膜3全面に、CVD法等に
よりシリコン酸化膜を形成し、絶縁膜の異方性エッチン
グを行うことにより多結晶シリコン電極の側面にサイド
ウォール7を形成する。多結晶シリコン電極,その側面
のサイドウォール7、およびフィールド酸化膜2をマス
クとして、シリコン基板1にAsをイオン注入し、熱処
理を施してソース・ドレイン領域となるLDD構造の高
濃度拡散層(n+層)8を形成する。ここでのイオン注
入条件は、エネルギが10〜60keV,ドーズ量が1
×1013〜8×1015/cm2 である。例えば、イオン注
入後の熱処理を850℃,20分間行うと、シリコン基
板1表面近くのAs濃度は、5×1018〜4×1021
cm3 となる。なお、拡散層の構造は必ずしもLDD構造
に限定されるものではない。
【0028】(c)その後、例えばスパッタリング法等
により、露出したシリコン基板1,高濃度拡散層(n+
層)8上に、フィールド酸化膜2,多結晶シリコン電
極、およびサイドウォール7全面に接するようにコバル
ト膜9を堆積させ、コバルト膜9に接するように窒化チ
タン膜12を堆積させる。
【0029】(d)次に、熱処理によって高濃度拡散層
のシリコンとコバルト膜9とのシリサイド反応により、
拡散層上にコバルトシリサイド膜10が形成される。な
お、シリサイドを形成するための熱処理温度は、350
℃以上であり、550℃以上であることが好ましい。こ
のように、熱処理によって、高濃度拡散層上選択的にシ
リサイド膜を形成させた後、フィールド酸化膜2上およ
びサイドウォール7上等の未反応コバルト膜9はエッチ
ングによって除去される。なお、図1(d)にはゲート
電極4上にもコバルトシリサイド膜10を形成した場合
について示したが、必ずしも、ゲート電極4上にコバル
トシリサイド膜10を形成する必要はない。
【0030】(e)その後、所望の工程を行い、MOS
トランジスタを完成させる。例えば、コバルトシリサイ
ド膜10,サイドウォール7およびフィールド酸化膜2
に全面に接するように絶縁膜13を形成した後、コンタ
クトホールを形成し、一層目配線14の形成、さらに層
間絶縁膜15の形成、等を行う。さらに必要に応じて二
層目以降の配線及び絶縁膜の形成が行われ、MOSトラ
ンジスタ構造が完成する。本工程は、あくまでも参考例
であり、これに限定されるものではなく、配線層数も一
層に限定されるものではない。また、本MOSトランジ
スタはDRAM(Dynamic Random Access Memory),S
RAM(Static Random Access Memory),マイコン等に
使用しても構わない。
【0031】工程(b)に示すように、高濃度拡散層
(n+層)8を形成する際のイオン注入条件を、エネル
ギを10〜60keV,ドーズ量を1×1013〜8×1
15/cm2 とし、適当な熱処理(例えば850℃,20
分間)を施すことで、シリコン基板1表面のAs濃度を
5×1018〜4×1021/cm3 に制御することが可能で
ある。このようにシリコン基板1表面のAs濃度を制御
することにより、コバルトシリサイド形成後のコバルト
シリサイド膜10とシリコン基板1との界面にボイドが
発生することがなく(図4)、密着性のよい低抵抗なコ
ンタクトが得られる。
【0032】また、コバルト膜9を堆積させた後、窒化
チタン膜12を堆積させた状態でコバルトシリサイド形
成のための熱処理を行うことによって、熱処理過程でコ
バルト膜9が酸化するのを防ぎ、コバルトシリサイド膜
10が安定に形成される効果がある。なお、この実施例
では、コバルト膜9の上面に窒化チタン膜12を堆積さ
せた場合について説明したが、窒化チタン膜12に限定
されるものではなく、コバルト膜9への酸素の拡散を防
止できる膜であればよい。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、Asを注入して形成す
る高濃度拡散層(n+層)8のシリコン基板表面のAs
濃度を5×1018〜4×1021/cm3 に制御することに
より、コバルトシリサイド形成後、コバルトシリサイド
膜10とシリコン基板界面におけるボイドの発生を防止
することができる、剥がれの心配がなく、かつ、シリコ
ンとコバルトシリサイドとの接触抵抗を低減できる良好
なコンタクトを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるMOSトランジスタの製
造工程の一部を示す断面図。
【図2】本発明の第二の実施例であるMOSトランジス
タの製造工程の一部を示す断面図。
【図3】本発明の第三の実施例であるMOSトランジス
タの製造工程の一部を示す断面図。
【図4】コバルトシリサイド形成前のシリコン基板表面
のAs濃度とコバルトシリサイド/シリコン基板界面に
おけるボイド発生率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…フィールド酸化膜、3…ゲート
酸化膜、4…ゲート電極、5…低濃度拡散層(n−
層)、7…サイドウォール、8…高濃度拡散層(n+
層)、9…コバルト膜、10…コバルトシリサイド膜、
13…絶縁膜、14…一層目配線、15…層間絶縁膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン基板にAsを注入して高濃度拡散
    層(n+層)を形成する工程と、前記高濃度拡散層(n
    +層)に接するようにコバルト膜を堆積させる工程と、
    熱処理によって前記高濃度拡散層(n+層)上にコバル
    トシリサイド膜を形成する工程とを含む半導体装置の製
    造方法において、前記高濃度拡散層(n+層)の前記シ
    リコン基板表面のAs濃度が5×1018〜4×1021
    cm3 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】シリコン基板にAsを注入して高濃度拡散
    層(n+層)を形成する工程と、前記高濃度拡散層(n
    +層)に接するようにチタン膜を堆積し、その上面にコ
    バルト膜を堆積させる工程と、熱処理によって前記高濃
    度拡散層(n+層)上にコバルトシリサイド膜が形成す
    る工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記高
    濃度拡散層(n+層)のシリコン基板表面のAs濃度が5
    ×1018〜4×1021/cm3 であることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】シリコン基板にAsを注入して高濃度拡散
    層(n+層)を形成する工程と、前記高濃度拡散層(n
    +層)に接するようにコバルト膜を堆積させる工程と、
    熱処理によって前記高濃度拡散層(n+層)上にコバル
    トシリサイド膜が形成する工程とを含む半導体装置の製
    造方法において、前記シリコン基板に注入するAsのド
    ーズ量を1×1013〜8×1015/cm2 とすることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】シリコン基板にAsを注入して高濃度拡散
    層(n+層)を形成する工程と、前記高濃度拡散層(n
    +層)に接するようにチタン膜を堆積し、その上面にコ
    バルト膜を堆積させる工程と、熱処理によって前記高濃
    度拡散層(n+層)上にコバルトシリサイド膜が形成す
    る工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記シ
    リコン基板に注入するAsのドーズ量を1×1013〜8
    ×1015/cm2 とすることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
JP14133296A 1996-06-04 1996-06-04 半導体装置の製造方法 Pending JPH09326369A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000022659A1 (en) * 1998-10-13 2000-04-20 Genitech Co., Ltd. Method of forming cobalt-disilicide contacts using a cobalt-carbon alloy thin film
US6657265B2 (en) 2000-12-25 2003-12-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and its manufacturing method

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