JP2009164200A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009164200A JP2009164200A JP2007339795A JP2007339795A JP2009164200A JP 2009164200 A JP2009164200 A JP 2009164200A JP 2007339795 A JP2007339795 A JP 2007339795A JP 2007339795 A JP2007339795 A JP 2007339795A JP 2009164200 A JP2009164200 A JP 2009164200A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- gate electrode
- semiconductor
- metal silicide
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 253
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 144
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 144
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 130
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 130
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 130
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 110
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 108
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 106
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 81
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 13
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 121
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 95
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 87
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 87
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 43
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 41
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 41
- 230000008569 process Effects 0.000 description 39
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 34
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 29
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 26
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 24
- -1 phosphorus ions Chemical class 0.000 description 22
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 14
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 13
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 13
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 10
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 8
- 229910005883 NiSi Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 241000027294 Fusi Species 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001439 antimony ion Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N arsenic(5+) Chemical compound [As+5] HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001449 indium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に、ゲート電極をフルシリサイド化したMISFETを有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a MISFET whose gate electrode is fully silicided and a manufacturing method thereof.
MISFETの特性を向上する構造として、金属シリサイドのみによってゲート電極を形成する技術(フルシリサイド化技術(fully silicided gate (FUSI) technology))が提案されている。ゲート電極を金属シリサイドにより構成することにより、ポリサイド構造のゲート電極と比較してゲート抵抗を低減することができ、ゲート電極の空乏化も防止することができる。 As a structure for improving the characteristics of the MISFET, a technique for forming a gate electrode using only metal silicide (fully silicided gate (FUSI) technology) has been proposed. By forming the gate electrode from metal silicide, the gate resistance can be reduced as compared with the gate electrode having a polycide structure, and depletion of the gate electrode can be prevented.
金属シリサイドのみによってゲート電極を形成する方法としては、ゲート電極形成部分にアモルファスシリコンやアモルファスシリコンよりなるダミー電極を形成後、金属を堆積してシリサイド化反応のための熱処理を行い、ダミー電極を金属シリサイドによって置換する方法が提案されている。この方法によれば、ソース/ドレイン領域をゲート電極に対して自己整合で形成する従来のプロセスとの整合性を維持するとともに、金属材料によるシリコン基板の汚染等を抑制することができる。 As a method of forming a gate electrode only with metal silicide, a dummy electrode made of amorphous silicon or amorphous silicon is formed on the gate electrode formation portion, and then metal is deposited and heat treatment for silicidation reaction is performed. A method of replacing with silicide has been proposed. According to this method, it is possible to maintain consistency with a conventional process in which the source / drain regions are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, and to suppress contamination of the silicon substrate with a metal material.
ゲート電極をフルシリサイド化する技術としては、CMP方式と呼ばれる方法が知られている。この方法は、アモルファスシリコン又はアモルファスシリコンよりなるダミー電極を形成し、ダミー電極を覆う層間絶縁膜を形成し、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等によって層間絶縁膜を平坦化してダミー電極の上面を露出した後、金属膜を堆積してシリサイド化熱処理を行うことにより、ゲート電極だけをシリサイド化するものである。
しかしながら、上述のCMP方式を用いたゲート電極のフルシリサイド化では、N型MISFETの特性劣化を引き起こすことが知られている。N型MISFETの特性劣化は、ダミー電極のシリサイド化に伴う体積変化によって、形成したゲート電極に、N型MISFETに対して不利なストレス(例えば、チャネル方向に圧縮応力を加えるようなストレス)が導入されているためであると考えられている。このため、N型MISFETの特性劣化を伴わないゲート電極のフルシリサイド化技術が待望されている。 However, it is known that the full silicidation of the gate electrode using the above-described CMP method causes the characteristic deterioration of the N-type MISFET. The characteristic deterioration of the N-type MISFET is due to the volume change accompanying silicidation of the dummy electrode, and stress that is disadvantageous to the N-type MISFET (for example, stress that applies compressive stress in the channel direction) is introduced to the formed gate electrode. It is believed that this is because For this reason, a full silicidation technique for the gate electrode without the characteristic deterioration of the N-type MISFET is desired.
本発明の目的は、MISFETの特性劣化を引き起こすことなくゲート電極をフルシリサイド化しうる半導体装置の製造方法、並びに、そのような製造方法を用いて形成された、優れた特性のMISFETを有する半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a gate electrode can be fully silicided without causing deterioration of the characteristics of the MISFET, and a semiconductor device having an excellent characteristic MISFET formed by using such a manufacturing method. Is to provide.
本発明の一観点によれば、半導体基板の第1の領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の金属シリサイド膜と、前記第1の金属シリサイド膜上に形成された第2の金属シリサイド膜とを有し、前記第1の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成が、前記第2の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第1の不純物拡散領域対とを有する第1のトランジスタを有する半導体装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, a first gate insulating film formed on a first region of a semiconductor substrate, a first metal silicide film formed on the first gate insulating film, A second metal silicide film formed on the first metal silicide film, and the composition of silicon relative to the metal element in the first metal silicide film is silicon relative to the metal element in the second metal silicide film. There is provided a semiconductor device having a first transistor having a first gate electrode larger than the composition of the first gate electrode and a first impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode. The
また、本発明の他の観点によれば、半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含むゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、熱処理により、前記ゲート電極の前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、未反応の前記金属膜を除去する工程と、熱処理により、前記ゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記ゲート電極の全体を金属シリサイド化する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate and a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon are formed on the gate insulating film. A step of forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film via a natural oxide film, the first semiconductor film, and the second semiconductor film. Patterning a semiconductor film to form a gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film; depositing a metal film on the gate electrode; and heat treatment to form the gate electrode. A step of reacting a second semiconductor film with the metal film to form a first metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film; a step of removing the unreacted metal film; Gate electrode and said By reacting a first metal silicide film, a method of manufacturing a semiconductor device having a step of metal silicide the entire of the gate electrode.
また、本発明の更に他の観点によれば、半導体基板の第1の領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の第2の領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、前記第1の領域上の前記第1の半導体膜に、第1の濃度で不純物を導入し、前記第2の領域上の前記第1の半導体膜に、前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を導入する工程と、前記不純物が導入された前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第1のゲート電極を形成し、前記第2のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第2のゲート電極を形成する工程と、前記第1のゲート電極上及び前記第2のゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、熱処理により、前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第1のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成し、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第2の金属シリサイド膜を形成する工程と、未反応の前記金属膜を除去する工程と、熱処理により、前記第1のゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第1のゲート電極の全体を金属シリサイド化するとともに、前記第2のゲート電極と前記第2の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜を選択的に金属シリサイド化する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a first gate insulating film is formed on a first region of a semiconductor substrate, and a second gate insulating film is formed on a second region of the semiconductor substrate. Forming a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first gate insulating film and the second gate insulating film, and forming the first semiconductor film on the first region. Introducing an impurity at a first concentration into the first semiconductor film and introducing an impurity at a second concentration lower than the first concentration into the first semiconductor film on the second region; And forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film into which the impurity has been introduced via a natural oxide film, and the first semiconductor film And patterning the second semiconductor film, on the first gate insulating film Forming a first gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film, and including the first semiconductor film and the second semiconductor film on the second gate insulating film; A step of forming a second gate electrode; a step of depositing a metal film on the first gate electrode and the second gate electrode; and a step of heat-treating the second semiconductor film and the metal film. A first metal silicide film is formed on the upper surface of the second semiconductor film of the first gate electrode, and a second metal silicide film is formed on the upper surface of the second semiconductor film of the second gate electrode. A step of forming, a step of removing the unreacted metal film, and a heat treatment to cause the first gate electrode and the first metal silicide film to react with each other. While forming a metal silicide, A method of selectively forming a metal silicide of the second semiconductor film of the second gate electrode by reacting the second gate electrode with the second metal silicide film. Provided.
本発明によれば、ゲート電極を形成するためのシリコン膜を主体とする半導体膜を二層構造とし、フラッシュランプアニールを用いてシリサイド化を行うので、下層部分にシリコンを過剰に含む金属シリサイド膜を有し、上層部分に低抵抗の金属シリサイド膜を有するフルシリサイド構造のゲート電極を形成することができる。これにより、上層の金属シリサイド膜によってゲート電極の抵抗値を低減することができ、下層の金属シリサイド膜によってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極をフルシリサイド化することができる。また、下層の半導体膜に導入される不純物の濃度を適宜制御することにより、フルシリサイド化するゲート電極とポリサイド構造のゲート電極とを作り分けることができる。 According to the present invention, since the semiconductor film mainly composed of the silicon film for forming the gate electrode has a two-layer structure and silicidation is performed using flash lamp annealing, the metal silicide film containing excessive silicon in the lower layer portion And a full silicide gate electrode having a low-resistance metal silicide film in the upper layer portion can be formed. Thereby, the resistance value of the gate electrode can be reduced by the upper metal silicide film, and the stress applied to the channel region of the N-type MISFET by the lower metal silicide film can be reduced. Thereby, the gate electrode can be fully silicided without deteriorating the characteristics of the N-type MISFET. Further, by appropriately controlling the concentration of the impurity introduced into the lower semiconductor film, the gate electrode to be fully silicided and the gate electrode having a polycide structure can be separately formed.
[参考例]
本発明の参考例による半導体装置の製造方法について図1乃至図4を用いて説明する。
[Reference example]
A method of manufacturing a semiconductor device according to a reference example of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1乃至図4は本参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 1 to 4 are process sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to this reference example.
上述のように、CMP方式によるゲート電極のフルシリサイド化技術では、N型MISFETに対して不利なストレスが印加され、N型MISFETの特性劣化を引き起こすことがある。 As described above, in the full silicidation technique of the gate electrode by the CMP method, an unfavorable stress is applied to the N-type MISFET, and the characteristics of the N-type MISFET may be deteriorated.
CMP方式とは異なる方式を用いたゲート電極のフルシリサイド化技術を、以下に参考例として説明する。 A full silicidation technique of the gate electrode using a method different from the CMP method will be described below as a reference example.
まず、シリコン基板10の主表面に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、素子分離溝に埋め込まれた素子分離膜12を形成する。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域がN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域がP型MISFET形成領域であるものとする。
First, the
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、N型MISFET形成領域のシリコン基板10内にP型ウェル14を形成し、P型MISFET形成領域のシリコン基板10内にN型ウェル16を形成する(図1(a))。
Next, by photolithography and ion implantation, a P-
次いで、例えば窒素雰囲気中で熱処理を行い、P型ウェル14及びN型ウェル16を構成する不純物を活性化する。
Next, for example, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere to activate the impurities constituting the P-
次いで、例えば熱酸化法により、素子分離膜12により画定されたシリコン基板10の活性領域上に、例えばシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜18を形成する。
Next, a
次いで、全面に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚100nmのアモルファスシリコン膜20を堆積する(図1(b))。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、アモルファスシリコン膜20をパターニングし、N型MISFET形成領域にアモルファスシリコン膜20よりなるゲート電極26nを形成し、P型MISFET形成領域にアモルファスシリコン膜20よりなるゲート電極26pを形成する。
Next, the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26nをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域28を形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26pをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域30を形成する(図2(a))。
Similarly, after a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region is formed by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを堆積した後、これらの膜をエッチバックし、ゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ32と、シリコン窒化膜よりなるサイドウォールスペーサ34とを形成する。
Next, after depositing, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film on the entire surface by, for example, plasma CVD, these films are etched back, and sidewalls made of a silicon oxide film are formed on the side walls of the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域36を形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26p及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域38を形成する(図2(b))。
Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えばシリコン酸化膜を堆積後、この膜をエッチバックし、サイドウォールスペーサ32,34が形成されたゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ48を形成する。
Next, after a silicon oxide film, for example, is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, this film is etched back, and a silicon oxide film is formed on the side walls of the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34,48をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域50を形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26p及びサイドウォールスペーサ32,34,48をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域40を形成する。
Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using this photoresist film,
次いで、例えば窒素雰囲気中で熱処理を行い、不純物拡散領域28,30,36,38,40,50を構成する不純物を活性化する。これにより、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域28,36,50よりなるN型MISFETのソース/ドレイン領域52を形成し、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域30,38,40よりなるP型MISFETのソース/ドレイン領域54を形成する(図3(a))。
Next, heat treatment is performed, for example, in a nitrogen atmosphere, and the impurities constituting the
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、ニッケル(Ni)膜を堆積する。 Next, a nickel (Ni) film is deposited on the entire surface by, eg, sputtering.
次いで、例えば窒素雰囲気中で、200〜300℃程度の温度で短時間アニールを行う(ファーストアニール)。この熱処理により、ニッケル膜とシリコンの露出部分とが接する領域(ソース/ドレイン領域52,54上及びゲート電極26n,26p上)には、ニッケルを多く含む相(例えば、Ni2Si等)のニッケルシリサイド膜56が選択的に形成される。
Next, annealing is performed for a short time at a temperature of about 200 to 300 ° C., for example, in a nitrogen atmosphere (first annealing). By this heat treatment, nickel in a phase containing a large amount of nickel (for example, Ni 2 Si) is formed in regions where the nickel film and the exposed portion of silicon are in contact (on the source /
次いで、例えばSPM(硫酸過水)を用いたウェットエッチングにより、未反応のニッケル膜を除去する(図3(b))。 Next, the unreacted nickel film is removed by wet etching using, for example, SPM (sulfuric acid / hydrogen peroxide) (FIG. 3B).
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、フラッシュランプアニール(FLA:Flash Lamp Annealing)を行う(セカンドアニール)。この熱処理により、シリサイド化反応が更に進行し、ニッケルシリサイド膜56がより深くに達する。
Next, flash lamp annealing (FLA) is performed in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere (second annealing). By this heat treatment, the silicidation reaction further proceeds and the
このとき、ゲート絶縁膜18上に形成されているゲート電極26n,26pは、シリコン基板10内に形成されたソース/ドレイン領域52,54と比較して熱が籠もりやすいため、ゲート電極26n,26p上に形成されたニッケルシリサイド膜56は、ソース/ドレイン領域52,54上に形成されたニッケルシリサイド膜56よりも深くまで達する。
At this time, since the
したがって、フラッシュランプアニールの条件を適宜制御することにより、ソース/ドレイン領域52,54の接合を破壊することなく、ゲート電極26n,26pの総てをニッケルシリサイド膜56に置換することができる(図4(a))。
Therefore, by appropriately controlling the flash lamp annealing conditions, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力を印加するためのストレッサ膜58を形成する。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、P型MISFET形成領域のストレッサ膜58を選択的に除去する。
Next, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、P型MISFETのチャネル領域に圧縮応力を印加するためのストレッサ膜60を形成する。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、N型MISFET形成領域のストレッサ膜60を選択的に除去する(図4(b))。
Next, the
この後、通常の多層配線プロセスを経て、半導体装置を完成する。 Thereafter, the semiconductor device is completed through a normal multilayer wiring process.
本願発明者が提案している上記半導体装置の製造方法は、ニッケルシリサイド膜56の形成のためのセカンドアニールとしてフラッシュランプアニールを用いることで、通常の自己整合シリサイド(サリサイド)技術によるゲート電極のフルシリサイド化を可能とするものである。
The manufacturing method of the semiconductor device proposed by the present inventor uses the flash lamp annealing as the second annealing for forming the
この方式によれば、CMP方式の場合と比較して、シリサイド化に伴うゲート電極の体積変化を小さく抑えることができるため、N型MISFETに対して不利なストレスが印加されるのを抑制することができる。 According to this method, the volume change of the gate electrode accompanying silicidation can be suppressed smaller than in the case of the CMP method, so that it is possible to suppress the application of adverse stress to the N-type MISFET. Can do.
しかしながら、その一方で、ゲート電極26n,26pを構成するニッケルシリサイド膜中のニッケル元素は、ファーストアニールの際に形成されたニッケルシリサイド膜中のニッケル元素に限られるため、セカンドアニールの際にこのニッケル元素が全体に行き渡って形成されたニッケルシリサイド膜は、シリコン過剰なニッケルシリサイドとなる。このため、ゲート電極の抵抗値が10倍程度に増加してしまい、MISトランジスタの性能を劣化させてしまう虞がある。
However, on the other hand, the nickel element in the nickel silicide film constituting the
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について図5乃至図18を用いて説明する。
[First Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図5は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図6乃至図11は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図12はゲート電極を構成する二層構造のアモルファスシリコン膜の界面の状態を示す拡大断面図、図13及び図14はN型MISFETの閾値電圧ロールオフ特性を示すグラフ、図15はN型MISFETのオフ電流とオン電流との関係を示すグラフ、図16及び図17はP型MISFETの閾値電圧ロールオフ特性を示すグラフ、図18はP型MISFETのオフ電流とオン電流との関係を示すグラフである。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIGS. 6 to 11 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 12 is a two-layer structure constituting the gate electrode. FIG. 13 and FIG. 14 are graphs showing the threshold voltage roll-off characteristics of the N-type MISFET, and FIG. 15 is a graph showing the relationship between the off-current and the on-current of the N-type MISFET. 16 and 17 are graphs showing the threshold voltage roll-off characteristics of the P-type MISFET, and FIG. 18 is a graph showing the relationship between the off-current and the on-current of the P-type MISFET.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図1を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
シリコン基板10の主表面には、活性領域を画定する素子分離膜12が形成されている。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域がN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域がP型MISFET形成領域であるものとする。
An
N型MISFET形成領域のシリコン基板10内には、P型ウェル14が形成されている。また、P型MISFET形成領域のシリコン基板10内にはN型ウェル16が形成されている。
A P-
N型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26nが形成されている。ゲート電極26nは、ゲート絶縁膜18上に形成されたニッケルシリサイド膜56bと、ニッケルシリサイド膜56b上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
A
ゲート電極26nの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域52が形成されている。ソース/ドレイン領域52上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
こうして、N型MISFET形成領域には、ゲート電極26nと、ソース/ドレイン領域52とを有するN型MISFETが形成されている。
Thus, an N-type MISFET having the
N型MISFET上には、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力を導入するためのストレッサ膜58が形成されている。
A
P型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26pが形成されている。ゲート電極26pは、ゲート絶縁膜18上に形成されたニッケルシリサイド膜56bと、ニッケルシリサイド膜56b上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
On the
ゲート電極26pの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域54が形成されている。ソース/ドレイン領域54内には、SiGe膜46が埋め込まれている。SiGe膜46上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
こうして、P型MISFET形成領域には、ゲート電極26pと、ソース/ドレイン領域54とを有し、ソース/ドレイン領域54にSiGe膜46が埋め込まれたP型MISFETが形成されている。
Thus, a P-type MISFET having the
P型MISFET上には、P型MISFETのチャネル領域に引張り応力を導入するためのストレッサ膜60が形成されている。
On the P-type MISFET, a
ストレッサ膜58,60が形成された半導体基板上には、層間絶縁膜62が形成されている。層間絶縁膜62及びストレッサ膜58,60には、ソース/ドレイン領域52,54上のニッケルシリサイド膜に接続されたコンタクトプラグ64が埋め込まれている。コンタクトプラグ64が埋め込まれた層間絶縁膜62上には、コンタクトプラグ64を介してMISFETのソース/ドレイン領域52,54に接続された配線層66が形成されている。
An interlayer insulating
このように、本実施形態による半導体装置は、N型MISFETのゲート電極26n及びP型MISFETのゲート電極26pが、ニッケルシリサイド膜56a,56bにより構成されたフルシリサイド構造を有している。また、ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment has a full silicide structure in which the
このようにして半導体装置を構成することにより、上層のニッケルシリサイド膜56aによってゲート電極26n,26pの抵抗値を低減することができ、シリコンをニッケルシリサイド膜56aよりも過剰に含む下層のニッケルシリサイド膜56bによってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極26n,26pをフルシリサイド化することができる。
By configuring the semiconductor device in this manner, the resistance value of the
また、N型MISFETにはチャネル方向にストレッサ膜58から引張り応力を、P型MISFETにはチャネル方向にストレッサ膜60及びSiGe膜46から圧縮応力を導入することができる。これにより、チャネル領域を流れるキャリアの移動度を向上することができ、MISFETの特性を向上することができる。
Further, tensile stress can be introduced from the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図6乃至図11を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、シリコン基板10の主表面に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、例えば深さが300nmの素子分離溝に埋め込まれた素子分離膜12を形成する(図6(a))。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域がN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域がP型MISFET形成領域であるものとする。
First, an
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、N型MISFET形成領域のシリコン基板10内にP型ウェル14を形成し、P型MISFET形成領域のシリコン基板10内にN型ウェル16を形成する(図6(b))。
Next, by photolithography and ion implantation, a P-
次いで、例えば窒素雰囲気中で、例えば1000℃、10秒間の熱処理を行い、P型ウェル14及びN型ウェル16を構成する不純物を活性化する。
Next, for example, in a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 seconds, for example, to activate the impurities constituting the P-
次いで、例えば800℃のドライ酸素雰囲気中で熱酸化を行い、素子分離膜12により画定されたシリコン基板10の活性領域上に、例えば膜厚1nmのシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜18を形成する。なお、ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜のほかシリコン窒化酸化膜その他の絶縁材料により形成してもよい。
Next, thermal oxidation is performed, for example, in a dry oxygen atmosphere at 800 ° C., and a
次いで、全面に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚20nmのアモルファスシリコン膜20を堆積する。
Next, an
なお、アモルファスシリコン膜20の膜厚は、後工程で添加する不純物のシリコン基板10方向への突き抜けを十分に抑えられる範囲で、できる限り薄くすることが望ましい。不純物の添加にイオン注入を用いる場合、現状のイオン注入技術では20nm程度が下限である。
The film thickness of the
また、アモルファスシリコン膜の代わりに、ポリシリコン膜を堆積してもよい。アモルファスシリコン膜を用いているのは、後工程で添加する不純物の突き抜けを防止するためである。不純物の突き抜けが十分に抑えられる場合には、ポリシリコン膜を用いることが可能である。また、ポリシリコン膜を堆積後、イオン注入等によって表面をアモルファス化するようにしてもよい。 Further, a polysilicon film may be deposited instead of the amorphous silicon film. The amorphous silicon film is used to prevent penetration of impurities added in a later process. If the penetration of impurities can be sufficiently suppressed, a polysilicon film can be used. Further, after depositing the polysilicon film, the surface may be made amorphous by ion implantation or the like.
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜をマスクとして、N型不純物、例えばリンイオン(P+)を、例えば、加速エネルギー2keV、ドーズ量5×1015cm−2の条件でイオン注入する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, using this photoresist film as a mask, N-type impurities, for example, phosphorus ions (P + ), for example,
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜をマスクとして、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、例えば、加速エネルギー0.4keV、ドーズ量1×1015cm−2の条件でイオン注入する。 Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, P-type impurities such as boron ions (B + ) are accelerated, for example, using this photoresist film as a mask. Ions are implanted under the conditions of an energy of 0.4 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .
これにより、P型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20にはP型不純物が添加され、N型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20にはN型が添加される。
Thereby, P-type impurities are added to the
なお、以後の説明では、N型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20と、P型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20を区別する場合、N型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20をアモルファスシリコン膜20nと呼び、P型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20をアモルファスシリコン膜20pと呼ぶこととする(図7(a))。
In the following description, when the
次いで、不純物を添加したアモルファスシリコン膜20上に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚80nmのアモルファスシリコン膜24を堆積する。
Next, an
なお、アモルファスシリコン膜20の形成工程からアモルファスシリコン膜24の形成工程までの間に、アモルファスシリコン膜20の表面はイオン注入の前処理や大気に曝され、アモルファスシリコン膜20の表面には自然酸化膜が形成されている。このため、アモルファスシリコン膜20とアモルファスシリコン膜24との間には、自然酸化膜が介在する。自然酸化膜はアモルファスシリコン膜20上に均一に形成されるものではなく、例えば図12に示すように島状に形成されるため、アモルファスシリコン膜20とアモルファスシリコン膜24とは、自然酸化膜22が形成されていない領域において、部分的には直接的に接している。
It should be noted that the surface of the
なお、アモルファスシリコン膜の代わりに、ポリシリコン膜を堆積してもよい。アモルファスシリコン膜を用いているのは、後工程で添加する不純物の突き抜けを防止するためである。不純物の突き抜けが十分に抑えられる場合には、ポリシリコン膜を用いることが可能である。また、ポリシリコン膜を堆積後、イオン注入等によって表面をアモルファス化するようにしてもよい。 A polysilicon film may be deposited instead of the amorphous silicon film. The amorphous silicon film is used to prevent penetration of impurities added in a later process. If the penetration of impurities can be sufficiently suppressed, a polysilicon film can be used. Further, after depositing the polysilicon film, the surface may be made amorphous by ion implantation or the like.
次いで、アモルファスシリコン膜24上に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚80nmのシリコン窒化膜25を形成する(図7(b))。
Next, a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、シリコン窒化膜25、アモルファスシリコン膜24,20を順次パターニングし、N型MISFET形成領域に、アモルファスシリコン膜20n,24よりなり上面がシリコン窒化膜25により覆われたゲート電極26nを、P型MISFET形成領域に、アモルファスシリコン膜20p,24よりなり上面がシリコン窒化膜25により覆われたゲート電極26pを、それぞれ形成する。
Next, the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26nをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域28を形成する。エクステンションイオン注入は、N型不純物、例えば砒素イオン(As+)を、加速エネルギー1.5keV、注入量1×1015cm−2の条件で行う。ポケットイオン注入は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー10keV、注入量1×1013cm−2の条件で、シリコン基板10の法線方向に対して傾斜した4方向から、それぞれ行う。ポケットイオン注入には、インジウムイオン(In+)を用いてもよい。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26pをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域30を形成する(図8(a))。エクステンションイオン注入は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー0.5keV、注入量1×1015cm−2の条件で行う。ポケットイオン注入は、N型不純物、例えばアンチモンイオン(Sb+)を、加速エネルギー50keV、注入量5×1012cm−2の条件で、シリコン基板10の法線方向に対して傾斜した4方向から、それぞれ行う。ポケットイオン注入には、砒素イオン(As+)を用いてもよい。
Similarly, after a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region is formed by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
なお、不純物拡散領域28,30の形成前に、ゲート電極26n,26pの側壁部分に、例えば膜厚10nm程度のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等よりなるサイドウォールスペーサを形成しておいてもよい。
Before forming the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚10nmのシリコン酸化膜と、例えば膜厚40nmのシリコン窒化膜とを堆積した後、このシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチバックし、ゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ32と、シリコン窒化膜よりなるサイドウォールスペーサ34とを形成する。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm and a silicon nitride film having a thickness of 40 nm, for example, are deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and then the silicon oxide film and the silicon nitride film are etched back to form a gate electrode.
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域36を形成する。不純物拡散領域36は、N型不純物、例えば砒素イオン(As+)又はリンイオン(P+)を、加速エネルギー10keV、注入量2×1015cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26p及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域38,40を形成する(図8(b))。不純物拡散領域38は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー8keV、注入量2×1013cm−2の条件で斜めイオン注入することにより形成する。不純物拡散領域40は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー10keV、注入量2×1013cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。
Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚40nmのシリコン酸化膜42を形成する。
Next, a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、P型MISFET形成領域のシリコン酸化膜42を選択的に除去する。
Next, the
次いで、シリコン酸化膜42、シリコン窒化膜25、サイドウォールスペーサ32,34及び素子分離膜12をマスクとして、シリコン基板10表面に対し、例えばCF4/O2をエッチャントとした化学的ドライエッチング(CDE:Chemical Dry Etching)を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10に、深さ60nm程度のリセス領域44を形成する(図9(a))。化学的ドライエッチングの条件は、例えば、圧力を50Pa、アプリケータパワーを100Wとする。
Next, chemical dry etching (CDE) using, for example, CF 4 / O 2 as an etchant on the surface of the
次いで、シリコン酸化膜42、シリコン窒化膜25、サイドウォールスペーサ32,34及び素子分離膜12をマスクとして、リセス領域44内に、例えば分子線エピタキシー法により、例えば膜厚80nmのP型のSiGe膜46を選択的に成長する(図9(b))。SiGe膜46の成長には、原料ガスとして例えばSiH4,GeH4,H2,HCl,B2H6を用い、成長温度を例えば600℃とする。SiGe膜46の組成比は、ゲルマニウム濃度が15〜25%程度、例えばSi0.80Ge0.20(ゲルマニウム20%程度含有)とする。
Next, using the
次いで、全面に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚50nmのシリコン酸化膜を堆積後、このシリコン酸化膜及びシリコン酸化膜42をエッチバックし、サイドウォールスペーサ32,34が形成されたゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ48を形成する。
Next, after depositing a silicon oxide film of, eg, a 50 nm-thickness on the entire surface by, eg, LPCVD, the silicon oxide film and the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34,48をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域50を形成する。不純物拡散領域50は、N型不純物、例えば砒素イオン(As+)を、加速エネルギー25keV、注入量8×1015cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。N型不純物として、砒素イオンの代わりにリンイオン(P+)を用いてもよい。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
なお、不純物拡散領域28,30,36,38,40,50を形成するためのイオン注入工程は、ゲート電極26n,26pへのドーピングをも兼ねている。
The ion implantation process for forming the
次いで、例えば1000℃程度の短時間アニールを行い、不純物拡散領域28,30,36,38,40,50を構成する不純物を活性化する。これにより、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域28,36,50よりなるN型MISFETのソース/ドレイン領域52を形成し、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域30,38,40よりなるP型MISFETのソース/ドレイン領域54を形成する(図10(a))。
Next, for example, annealing is performed at a short time of about 1000 ° C. to activate the impurities constituting the
なお、アモルファスシリコン膜20,24は、これまでの熱工程において結晶化してポリシリコン膜となるが、便宜上、以降の説明においてもアモルファスシリコン膜20,24と記載する。
Note that the
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚20nmのニッケル(Ni)膜を堆積する。ニッケル膜上に、ニッケル膜の酸化防止のための膜、例えば窒化チタン(TiN)膜を更に形成するようにしてもよい。 Next, a nickel (Ni) film of, eg, a 20 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, sputtering. A film for preventing oxidation of the nickel film, for example, a titanium nitride (TiN) film may be further formed on the nickel film.
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中、200〜300℃程度の温度で短時間アニールを行う(ファーストアニール)。この熱処理により、ニッケル膜とシリコンの露出部分とが接する領域(ソース/ドレイン領域52,54上及びゲート電極26n,26p上)には、ニッケルを多く含む相(例えば、Ni2Si等)のニッケルシリサイド膜56が選択的に形成される。
Next, annealing is performed for a short time at a temperature of about 200 to 300 ° C. in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere (first annealing). By this heat treatment, nickel in a phase containing a large amount of nickel (for example, Ni 2 Si) is formed in regions where the nickel film and the exposed portion of silicon are in contact (on the source /
次いで、例えばSPM(硫酸過水)を用いたウェットエッチングにより、未反応のニッケル膜を除去する(図10(b))。 Next, the unreacted nickel film is removed by wet etching using, for example, SPM (sulfuric acid / hydrogen peroxide) (FIG. 10B).
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、フラッシュランプアニール(FLA)を行う(セカンドアニール)。従来アニールは秒単位の熱処理であったが、より急峻な昇降温にすることでミリ秒単位にサーマルバジェットを低減することが可能となった。これがフラッシュランプアニールである。フラッシュランプアニールを用いたセカンドアニールの条件は、例えば、基板温度を300〜400℃、ドーズ量を25mJ/cm2とする。 Next, flash lamp annealing (FLA) is performed (second annealing) in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. Conventional annealing was a heat treatment in seconds, but it became possible to reduce the thermal budget in milliseconds by making the temperature rise and fall steeper. This is flash lamp annealing. The conditions for the second annealing using flash lamp annealing are, for example, a substrate temperature of 300 to 400 ° C. and a dose of 25 mJ / cm 2 .
この熱処理により、シリサイド化反応が更に進行し、ニッケルシリサイド膜56がより深くに形成されるとともに、抵抗値の低い相(例えばNiSi)に転換する。このとき、ゲート電極26n,26pでは、ゲート電極26n,26pを構成するアモルファスシリコン膜20,24の総てがシリサイド化するが、図12に示すように、ゲート電極26n,26pを構成するアモルファスシリコン膜20,24の間には自然酸化膜22が形成されているため、アモルファスシリコン膜20側へのニッケルの拡散が抑制される。これにより、アモルファスシリコン膜24部分には抵抗値の低い相(例えばNiSi)のニッケルシリサイド膜56aが形成される一方、アモルファスシリコン膜20部分にはシリコンリッチのニッケルシリサイド膜56bが形成される(図11(a))。この結果、ゲート電極26n,26pのアモルファスシリコン膜20部分におけるシリサイド化反応に伴う体積変化が抑制され、N型MISFETの特性劣化を防止することができる。
By this heat treatment, the silicidation reaction further proceeds, and the
また、アモルファスシリコン膜を二層構造にする他のメリットとして、イオン注入によってアモルファス化した下層のアモルファスシリコン20が再結晶化する際の体積膨張に伴う応力を、MISFETのチャネル領域に印加できることが挙げられる。アモルファスシリコン膜20の再結晶化により生じる応力は、シリサイド化反応の場合とは異なり、N型MISFETの特性を改善する方向に印加される。
Further, as another merit of making the amorphous silicon film into a two-layer structure, it is possible to apply a stress accompanying volume expansion when the
したがって、これら効果の組み合わせにより、ゲート電極26n,26pのフルシリサイド化と、N型MISFETの特性改善の両方を同時に実現することができる。
Therefore, by combining these effects, it is possible to realize both the silicidation of the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、シリコン窒化膜よりなるストレッサ膜58を形成する。ストレッサ膜58は、MISFETのチャネル領域に引張り応力が印加されるように、シリコン基板10に対して引張り応力を印加しうる膜とする。例えば、SiH4/NH3/N2の混合ガスを用い、ガス比を例えば10:1000:5000sccmとし(必ずしもこのガス比でなくてもよい)、成膜温度を250〜450℃、圧力を1〜10Torr、パワーを1000〜1500Wとして成膜することにより、プラズマ窒化膜よりなるストレッサ膜58を形成することができる。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD to form a
なお、N型MISFETの場合、シリコン基板10に対して1〜2GPa程度の引張り応力を有するストレッサ膜58を形成することにより、チャネルを流れる電子移動度を向上する効果がある。ストレッサ膜58の成膜条件は、形成しようとするMISFETのサイズや種類、要求される特性等に応じて適宜設定することが望ましい。
In the case of an N-type MISFET, the formation of the
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、P型MISFET形成領域のストレッサ膜58を選択的に除去する。
Next, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、シリコン窒化膜よりなるストレッサ膜60を形成する。ストレッサ膜60は、MISFETのチャネル領域に圧縮応力が印加されるように、シリコン基板10に対して圧縮応力を印加しうる膜とする。例えば、SiH4/NH3/N2/H2の混合ガスを用い、ガス比を例えば10:1000:5000:5000sccmとし(必ずしもこのガス比でなくてもよい)、成膜温度を250〜350℃、圧力を1〜10Torr、パワーを200〜1000Wとして成膜することにより、プラズマ窒化膜よりなるストレッサ膜60を形成することができる。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD to form a
なお、P型MISFETの場合、シリコン基板10に対して1〜3GPa程度の圧縮応力を有するストレッサ膜60を形成することにより、チャネルを流れる正孔移動度を向上する効果がある。ストレッサ膜60の成膜条件は、形成しようとするMISFETのサイズや種類、要求される特性等に応じて適宜設定することが望ましい。
In the case of a P-type MISFET, the formation of the
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、N型MISFET形成領域のストレッサ膜60を選択的に除去する(図11(b))。
Next, the
この後、ストレッサ膜58,60上を覆う層間絶縁膜62、ソース/ドレイン領域52,54上に形成されたニッケルシリサイド膜56に接続されたコンタクトプラグ64、コンタクトプラグ64を介してソース/ドレイン領域52,54に接続された配線層66等を形成後(図5参照)、通常の多層配線プロセスを経て、半導体装置を完成する。
Thereafter, the
次に、上記製造方法により形成したMISFETの特性を測定した結果について図13乃至図18を用いて説明する。 Next, the results of measuring the characteristics of the MISFET formed by the above manufacturing method will be described with reference to FIGS.
図13及び図14は、N型MISFETの閾値電圧(Vth)とゲート長(Lg)との関係(閾値電圧ロールオフ特性)を示すグラフである。図15は、N型MISFETのオフ電流(Ioff)とオン電流(Ion)との関係を示すグラフである。図16及び図17はP型MISFETの閾値電圧(Vth)とゲート長(Lg)との関係(閾値電圧ロールオフ特性)を示すグラフである。図18は、P型MISFETのオフ電流(Ioff)とオン電流(Ion)との関係を示すグラフである。各図において、●印は本実施形態による半導体装置の製造方法により形成したMISFETの特性を示しており、○印はニッケルシリサイド膜56の形成過程におけるセカンドアニールにおいて、フラッシュランプアニールの代わりに通常の短時間アニール(窒素雰囲気中で温度1010℃、時間は1秒以下の短時間アニール)を用いて形成したMISFETの特性を示している。
13 and 14 are graphs showing the relationship (threshold voltage roll-off characteristic) between the threshold voltage (V th ) and the gate length (L g ) of the N-type MISFET. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the off current (I off ) and the on current (I on ) of the N-type MISFET. 16 and 17 are graphs showing the relationship (threshold voltage roll-off characteristic) between the threshold voltage (V th ) and the gate length (L g ) of the P-type MISFET. FIG. 18 is a graph showing the relationship between the off-current (I off ) and the on-current (I on ) of the P-type MISFET. In each figure, the mark ● indicates the characteristics of the MISFET formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, and the mark ○ indicates a normal annealing instead of the flash lamp annealing in the second annealing in the formation process of the
N型MISFETについてみると、図13及び図14に示すように、フラッシュランプアニールを用いた本実施形態のMISFETは、フラッシュランプアニールを用いていないMISFETの場合と比較して、特性が全体的に短チャネル側にシフトしており、閾値電圧ロールオフ特性が改善していることが判る。閾値電圧が0Vのときのデータで比較すると、ゲート長換算で約15nm程度の改善が見られた。 Looking at the N-type MISFET, as shown in FIGS. 13 and 14, the MISFET of this embodiment using flash lamp annealing has overall characteristics compared to the MISFET not using flash lamp annealing. It can be seen that the threshold voltage roll-off characteristic is improved because of the shift to the short channel side. When compared with data when the threshold voltage is 0 V, an improvement of about 15 nm in terms of gate length was observed.
また、閾値電圧の値についてみると、図14に示すように、長チャネル側ではほとんど変化が見られないのに対し、短チャネル側では本実施形態のMISFETの方が90mV程度高くなっている。閾値電圧の変化は、ゲート電極がフルシリサイド化したことに伴う仕事関数の変化に伴うものである。 Further, regarding the value of the threshold voltage, as shown in FIG. 14, almost no change is seen on the long channel side, whereas the MISFET of this embodiment is about 90 mV higher on the short channel side. The change in the threshold voltage is accompanied by a change in work function accompanying the full silicidation of the gate electrode.
また、図15に示すように、フラッシュランプアニールを用いた本実施形態のMISFETは、フラッシュランプアニールを用いていないMISFETの場合と比較して、同じオフ電流で見たときのオン電流が大きくなっており、特性が改善していることが判る。オフ電流が1×10−7Aのときのデータで比較すると、オン電流について約9.7%の改善が見られた。 Further, as shown in FIG. 15, the MISFET of this embodiment using flash lamp annealing has a higher on-current when viewed at the same off-current than the MISFET not using flash lamp annealing. It can be seen that the characteristics are improved. When compared with data when the off-current is 1 × 10 −7 A, an improvement of about 9.7% in the on-current was observed.
上述の本発明の参考例による半導体装置の製造方法により作成したMISFETについて同様の測定を行ったところ、閾値電圧ロールオフ特性の改善効果は見られたが、オン電流が増加する現象は確認できなかった。オン電流改善の効果は、本実施形態のMISFETにより得られる特有の効果である。 When the same measurement was performed on the MISFET prepared by the semiconductor device manufacturing method according to the above-described reference example of the present invention, the improvement effect of the threshold voltage roll-off characteristic was observed, but the phenomenon that the on-current increased could not be confirmed. It was. The effect of improving the on-current is a specific effect obtained by the MISFET of this embodiment.
P型MISFETについてみると、図16及び図17に示すように、フラッシュランプアニールを用いた本実施形態のMISFETは、フラッシュランプアニールを用いていないMISFETの場合と比較して、特性が短チャネル側にシフトしており、閾値電圧ロールオフ特性が改善していることが判る。 As for the P-type MISFET, as shown in FIGS. 16 and 17, the MISFET of this embodiment using flash lamp annealing has a short channel side characteristic as compared with the case of the MISFET not using flash lamp annealing. It can be seen that the threshold voltage roll-off characteristics are improved.
また、閾値電圧の値についてみると、図17に示すように、長チャネル側ではほとんど変化が見られないのに対し、短チャネル側では本実施形態のMISFETの方が90mV程度高くなっている。閾値電圧の変化は、ゲート電極がフルシリサイド化したことに伴う仕事関数の変化に伴うものである。 As for the value of the threshold voltage, as shown in FIG. 17, almost no change is observed on the long channel side, whereas the MISFET of this embodiment is about 90 mV higher on the short channel side. The change in the threshold voltage is accompanied by a change in work function accompanying the full silicidation of the gate electrode.
また、図18に示すように、フラッシュランプアニールを用いた本実施形態のMISFETは、フラッシュランプアニールを用いていないMISFETの場合と比較して、同じオフ電流で見たときのオン電流が大きくなっており、特性が改善していることが判る。オフ電流が1×10−7Aのときのデータで比較すると、オン電流について約8%の改善が見られた。 Also, as shown in FIG. 18, the MISFET of this embodiment using flash lamp annealing has a higher on-current when viewed at the same off-current than the MISFET not using flash lamp annealing. It can be seen that the characteristics are improved. When compared with data when the off-current is 1 × 10 −7 A, an improvement of about 8% in the on-current was observed.
このように、本実施形態による半導体装置では、N型MISFET及びP型MISFETの双方において、ロールオフ特性の改善とオン電流の向上とを実現することができる。 As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, both the N-type MISFET and the P-type MISFET can improve the roll-off characteristics and the on-current.
このように、本実施形態によれば、ゲート電極を形成するためのアモルファスシリコン膜を二層構造とし、フラッシュランプアニールを用いてシリサイド化を行うので、下層部分にシリコンを過剰に含むニッケルシリサイド膜を有し、上層部分に低抵抗のニッケルシリサイド膜を有するフルシリサイド構造のゲート電極を形成することができる。これにより、上層のニッケルシリサイド膜によってゲート電極の抵抗値を低減することができ、下層のニッケルシリサイド膜によってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極をフルシリサイド化することができる。 As described above, according to the present embodiment, the amorphous silicon film for forming the gate electrode has a two-layer structure, and silicidation is performed using flash lamp annealing, so that the nickel silicide film containing excessive silicon in the lower layer portion. And a full silicide gate electrode having a low resistance nickel silicide film in the upper layer portion can be formed. Thus, the resistance value of the gate electrode can be reduced by the upper nickel silicide film, and the stress applied to the channel region of the N-type MISFET by the lower nickel silicide film can be reduced. Thereby, the gate electrode can be fully silicided without deteriorating the characteristics of the N-type MISFET.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について図19乃至図24を用いて説明する。なお、図5乃至図12に示す第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Second Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Components similar to those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 5 to 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図19は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図20乃至図23は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図24はN型MISFETのゲート絶縁膜の実効膜厚のウェーハ面内分布を示す図である。 19 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIGS. 20 to 23 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 24 is the effective gate insulating film of the N-type MISFET. It is a figure which shows distribution in the wafer surface of a film thickness.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図19を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
シリコン基板10の主表面には、活性領域を画定する素子分離膜12が形成されている。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域が第1のN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域が第2のN型MISFET形成領域であるものとする。
An
第1のN型MISFET形成領域及び第2のN型MISFET形成領域のシリコン基板10内には、P型ウェル14が形成されている。
A P-
第1のN型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26Hが形成されている。ゲート電極26Hは、ゲート絶縁膜18上に形成されたニッケルシリサイド膜56bと、ニッケルシリサイド膜56b上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
On the
ゲート電極26Hの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26Hの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域52が形成されている。ソース/ドレイン領域52上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
On the side wall of the gate electrode 26 H,
こうして、第1のN型MISFET形成領域には、ゲート電極26Hと、ソース/ドレイン領域52とを有する第1のN型MISFETが形成されている。
Thus, a first N-type MISFET having the gate electrode 26 H and the source /
第2のN型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26Lが形成されている。ゲート電極26Lは、ゲート絶縁膜18上に形成されたアモルファスシリコン膜20Lと、アモルファスシリコン膜20L上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。なお、アモルファスシリコン膜20Lは、膜形成直後の結晶状態に基づく名称であり、実際にはポリシリコン膜である。
A gate electrode 26L is formed on the
ゲート電極26Lの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26Lの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域52が形成されている。ソース/ドレイン領域52上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
On the side wall of the gate electrode 26 L,
こうして、第2のN型MISFET形成領域には、ゲート電極26Lと、ソース/ドレイン領域52とを有する第2のN型MISFETが形成されている。
Thus, a second N-type MISFET having the gate electrode 26L and the source /
第1のN型MISFET及び第2のN型MISFET上には、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力を導入するためのストレッサ膜58が形成されている。
On the first N-type MISFET and the second N-type MISFET, a
このように、本実施形態による半導体装置は、ニッケルシリサイド膜56a,56bにより構成されたフルシリサイド構造からなるゲート電極26Hを有する第1のN型MISFETと、ニッケルシリサイド膜56a及びアモルファスシリコン膜20Lにより構成されたポリサイド構造からなるゲート電極26Lを有する第2のN型MISFETとを有している。第1のN型MISFETのニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
Thus, the semiconductor device according to this embodiment includes a first N-type MISFET having a gate electrode 26 H consisting of full silicide structure composed of
このようにして半導体装置を構成することにより、ゲート電極にフルシリサイド化が求められる高速動作用のトランジスタ、例えばロジックトランジスタ等(第1のN型MISFET)については、上層のニッケルシリサイド膜56aによってゲート電極26n,26pの抵抗値を低減することができ、シリコンをニッケルシリサイド膜56aよりも過剰に含む下層のニッケルシリサイド膜56bによってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極26n,26pをフルシリサイド化することができる。また、N型MISFETにはチャネル方向にストレッサ膜58から引張り応力を導入することにより、チャネル領域を流れるキャリアの移動度を向上することができ、MISFETの特性を更に向上することができる。
By configuring the semiconductor device in this manner, a transistor for high-speed operation in which the gate electrode is required to be fully silicided, such as a logic transistor (first N-type MISFET), is gated by the upper
また、ゲート電極のフルシリサイド化が特に求められないトランジスタ、例えば特性のばらつきを抑えることが要求されるSRAMセルのトランジスタ等(第2のN型MISFET)については、ポリサイド構造のゲート電極とすることができる。 In addition, a transistor for which full silicidation of the gate electrode is not particularly required, for example, an SRAM cell transistor or the like (second N-type MISFET) that is required to suppress variation in characteristics should be a polycide structure gate electrode. Can do.
第1のN型MISFET及び第2のN型MISFETは、後述の製造方法を用いることにより、同時に形成することができる。 The first N-type MISFET and the second N-type MISFET can be simultaneously formed by using a manufacturing method described later.
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図20乃至図23を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、シリコン基板10の主表面に、例えばSTI法により、例えば深さが300nmの素子分離溝に埋め込まれた素子分離膜12を形成する。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域がフルシリサイド化したゲート電極を有する第1のN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域がポリサイド構造のゲート電極を有する第2のN型MISFET形成領域であるものとする。
First, an
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、シリコン基板10内にP型ウェル14を形成する(図20(a))。なお、P型ウェル14は、第1のN型MISFET形成領域と第2のN型MISFET形成領域とにおいて、異なる条件を用いて作り分けを行ってもよい。
Next, a P-
次いで、例えば窒素雰囲気中で、例えば1000℃、10秒間の熱処理を行い、P型ウェル14を構成する不純物を活性化する。
Next, for example, in a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 seconds, for example, to activate the impurities constituting the P-
次いで、例えば800℃のドライ酸素雰囲気中で熱酸化を行い、素子分離膜12により画定されたシリコン基板10の活性領域上に、例えば膜厚1nmのシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜18を形成する。
Next, thermal oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at 800 ° C., for example, and a
次いで、全面に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚20nmのアモルファスシリコン膜20を堆積する。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィにより、第2のN型MISFET形成領域を覆い第1のN型MISFET形成領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜をマスクとして、N型不純物、例えばリンイオン(P+)を、例えば、加速エネルギー3keV、ドーズ量3×1015cm−2の条件でイオン注入する。 Next, a photolithography is performed to form a photoresist film (not shown) that covers the second N-type MISFET formation region and exposes the first N-type MISFET formation region, and then uses this photoresist film as a mask to form an N-type impurity. For example, phosphorus ions (P + ) are ion-implanted under the conditions of, for example, acceleration energy of 3 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 .
次いで、フォトリソグラフィにより、第1のN型MISFET形成領域及び第2のN型MISFET形成領域を露出するフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして、N型不純物、例えばリンイオン(P+)を、例えば、加速エネルギー3keV、ドーズ量2×1015cm−2の条件でイオン注入する。 Next, a photoresist film (not shown) that exposes the first N-type MISFET formation region and the second N-type MISFET formation region is formed by photolithography, and N-type impurities, For example, phosphorus ions (P + ) are ion-implanted under conditions of an acceleration energy of 3 keV and a dose amount of 2 × 10 15 cm −2 , for example.
これにより、第1のN型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20には、トータルでドーズ量5×1015cm−2のリンイオンが注入される。イオン注入により導入した総てのリンイオンがアモルファスシリコン膜20中に均一に添加されると仮定すると、アモルファスシリコン膜20中におけるリン濃度は、
5.0×1015[cm−2]/20[nm]=2.5×1021[cm−3]
となる。
As a result, phosphorus ions having a total dose of 5 × 10 15 cm −2 are implanted into the
5.0 × 10 15 [cm −2 ] / 20 [nm] = 2.5 × 10 21 [cm −3 ]
It becomes.
また、第2のN型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20には、トータルでドーズ量2×1015cm−2のリンイオンが注入される。イオン注入により導入した総てのリンイオンがアモルファスシリコン膜20中に均一に添加されると仮定すると、アモルファスシリコン膜20中におけるリン濃度は、
2.0×1015[cm−2]/20[nm]=1.0×1021[cm−3]
となる。
Further, phosphorus ions having a total dose of 2 × 10 15 cm −2 are implanted into the
2.0 × 10 15 [cm −2 ] / 20 [nm] = 1.0 × 10 21 [cm −3 ]
It becomes.
なお、以後の説明では、第1のN型MISFET形成領域のリン濃度の高いアモルファスシリコン膜20と、第2のN型MISFET形成領域のリン濃度の低いアモルファスシリコン膜20を区別する場合、第1のN型MISFET形成領域アモルファスシリコン膜20をアモルファスシリコン膜20Hと呼び、第2のN型MISFET形成領域のアモルファスシリコン膜20をアモルファスシリコン膜20Lと呼ぶこととする(図20(b))。
In the following description, when the
次いで、アモルファスシリコン膜20上に、例えばLPCVD法により、例えば膜厚80nmのアモルファスシリコン膜24を堆積する(図21(a))。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、アモルファスシリコン膜24,20を順次パターニングし、第1のN型MISFET形成領域に、アモルファスシリコン膜20Hとアモルファスシリコン膜24との積層膜よりなるゲート電極26Hを形成し、第2のN型MISFET形成領域に、アモルファスシリコン膜20Lとアモルファスシリコン膜24との積層膜よりなるゲート電極26Lを形成する(図21(b))。
Next, the
なお、第1実施形態のようにソース/ドレイン領域にSiGe膜46を埋め込んだP型MISFETを同時に形成する場合、ゲート電極26H,26L上には、リセス領域の形成やSiGe膜の成長の際のマスクとなる膜(第1実施形態のシリコン窒化膜25に相当)を予め形成しておく。
When the P-type MISFET having the
次いで、例えば図8(a)乃至図10(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、サイドウォールスペーサ32,34,48、ソース/ドレイン領域52等を形成する(図22(a))。サイドウォールスペーサやソース/ドレイン領域の構造は、第2のN型MISFETと第2のN型MISFETとで異なるようにしてもよい。
Next,
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚20nmのニッケル(Ni)膜を堆積する。ニッケル膜上に、ニッケル膜の酸化防止のための膜、例えば窒化チタン(TiN)膜を更に形成するようにしてもよい。 Next, a nickel (Ni) film of, eg, a 20 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, sputtering. A film for preventing oxidation of the nickel film, for example, a titanium nitride (TiN) film may be further formed on the nickel film.
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中、200〜300℃程度の温度で短時間アニールを行う。この熱処理により、ニッケル膜とシリコンの露出部分とが接する領域(ソース/ドレイン領域52上及びゲート電極26H,26L上)には、ニッケルを多く含む相(例えば、Ni2Si等)のニッケルシリサイド膜56が選択的に形成される。
Next, annealing is performed for a short time at a temperature of about 200 to 300 ° C. in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By this heat treatment, nickel in a phase containing a large amount of nickel (for example, Ni 2 Si) is formed in a region where the nickel film and the exposed portion of silicon are in contact (on the source /
次いで、例えばSPM(硫酸過水)を用いたウェットエッチングにより、未反応のニッケル膜を除去する(図22(b))。 Next, the unreacted nickel film is removed by wet etching using, for example, SPM (sulfuric acid / hydrogen peroxide) (FIG. 22B).
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、フラッシュランプアニール(FLA)を行う。この熱処理により、シリサイド化反応が進行し、ニッケルシリサイド膜56がより深くに形成されるとともに、抵抗値の低い相(例えばNiSi)に転換する。
Next, flash lamp annealing (FLA) is performed in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By this heat treatment, the silicidation reaction proceeds, and the
このとき、ゲート電極26Hでは、第1実施形態の場合と同様、ゲート電極26Hを構成するアモルファスシリコン膜20H,24の総てがシリサイド化する。また、アモルファスシリコン膜20H,24の間には自然酸化膜22が形成されているため、アモルファスシリコン膜20側へのニッケルの拡散が抑制される。これにより、アモルファスシリコン膜24部分には抵抗値の低い相(例えばNiSi)のニッケルシリサイド膜56aが形成される一方、アモルファスシリコン膜20H部分にはシリコンリッチのニッケルシリサイド膜56bが形成される。これにより、ゲート電極26Hは、フルシリサイド化される。また、ゲート電極26Hのアモルファスシリコン膜20H部分におけるシリサイド化反応に伴う体積変化が抑制され、N型MISFETの特性劣化を防止することができる。
At this time, in the gate electrode 26 H , as in the case of the first embodiment, all of the
一方、ゲート電極26Lでは、アモルファスシリコン膜24はシリサイド化するが、アモルファスシリコン膜20Lはシリサイド化されない。これにより、アモルファスシリコン膜24部分には抵抗値の低い相(例えばNiSi)のニッケルシリサイド膜56aが形成される一方、アモルファスシリコン膜20L部分にはアモルファスシリコン膜20Lがそのまま残存する。これにより、ゲート電極26Lは、ポリサイド構造となる。
On the other hand, in the gate electrode 26L , the
ゲート電極26Hのアモルファスシリコン膜20Hはシリサイド化されるがゲート電極26Lのアモルファスシリコン膜20Lがシリサイド化されないメカニズムについては明らかではないが、本願発明者の検討から、アモルファスシリコン膜20L中の不純物濃度が影響していることが明らかとなっている。
Although the
すなわち、アモルファスシリコン膜20中の不純物濃度が約2×1021cm−3以上ではアモルファスシリコン膜20はシリサイド化されるが、アモルファスシリコン膜20中の不純物濃度が約2×1021cm−3未満ではアモルファスシリコン膜20はシリサイド化されずにアモルファスシリコンのまま残存する。したがって、アモルファスシリコン膜20中の不純物濃度を領域に応じて適宜変更することで、フルシリサイド化したゲート電極とポリサイド構造のゲート電極とを作り分けることができる。
In other words, when the impurity concentration in the
なお、不純物としてリンの代わりに他のドナー不純物、例えば砒素(As)やアンチモン(Sb)を用いた場合にも、同様の効果を期待できる。 Similar effects can be expected when other donor impurities such as arsenic (As) or antimony (Sb) are used instead of phosphorus as impurities.
また、本願発明者は、P型MISFETについては同様の現象を確認していないが、P型MISFETについても、アモルファスシリコン膜中のP型不純物濃度を変更することによりN型MISFETと同様の現象を実現できる可能性はある。 The inventor of the present application has not confirmed the same phenomenon for the P-type MISFET, but the P-type MISFET also exhibits the same phenomenon as the N-type MISFET by changing the P-type impurity concentration in the amorphous silicon film. There is a possibility that it can be realized.
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力するためのストレッサ膜58を形成する。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and a
この後、ストレッサ膜58上を覆う層間絶縁膜62、ソース/ドレイン領域52上に形成されたニッケルシリサイド膜56に接続されたコンタクトプラグ64、コンタクトプラグ64を介してソース/ドレイン領域52に接続された配線層66等を形成後(図5参照)、通常の多層配線プロセスを経て、半導体装置を完成する。
Thereafter, the
次に、上記製造方法により形成したMISFETの特性を測定した結果について図24を用いて説明する。 Next, the results of measuring the characteristics of the MISFET formed by the above manufacturing method will be described with reference to FIG.
図24はN型MISFETのゲート絶縁膜の実効膜厚のウェーハ面内分布を示す図である。図24(a)は第1のN型MISFETであり、図24(b)は第2のN型MISFETである。ゲート絶縁膜の実効膜厚は、MISキャパシタのC−V測定から算出したシリコン酸化膜換算の膜厚である。ゲート電極のシリサイド化が進行しているとゲート電極方向への空乏化が抑制されるため、実効膜厚は薄くなる。 FIG. 24 is a view showing an in-wafer distribution of the effective film thickness of the gate insulating film of the N-type MISFET. FIG. 24A shows a first N-type MISFET, and FIG. 24B shows a second N-type MISFET. The effective film thickness of the gate insulating film is a film thickness in terms of a silicon oxide film calculated from CV measurement of the MIS capacitor. When the silicidation of the gate electrode proceeds, depletion in the direction of the gate electrode is suppressed, so that the effective film thickness becomes thin.
第2のN型MISFETでは、図24(b)に示すように、実効膜厚は約2nm程度である。これに対し、第1のN型MISFETでは、図24(a)に示すように、多少のばらつきはあるが約1.5nm程度であり、第2のN型MISFETの場合よりも薄くなっている。 In the second N-type MISFET, the effective film thickness is about 2 nm as shown in FIG. On the other hand, in the first N-type MISFET, as shown in FIG. 24A, although there is some variation, it is about 1.5 nm, which is thinner than that of the second N-type MISFET. .
また、第1のN型MISFET及び第2のN型MISFETを電子顕微鏡により観察したところ、第2のN型MISFETのゲート電極の下層膜(アモルファスシリコン膜20L)から得られた電子線強度よりも、第1のN型MISFETのゲート電極の下層膜(ニッケルシリサイド膜56b)から得られた電子線強度の方が強く、第1のN型MISFETのゲート電極の下層膜がより多くの金属(ニッケル)を含んでいることが判った。
Further, when the first N-type MISFET and the second N-type MISFET were observed with an electron microscope, the electron beam intensity obtained from the lower layer film (amorphous silicon film 20 L ) of the gate electrode of the second N-type MISFET was observed. However, the electron beam intensity obtained from the lower layer film (
以上のことから、フルシリサイド化したゲート電極を有する第1のN型MISFETと、ポリサイド構造のゲート電極を有する第2のN型MISFETとを、同一の製造プロセスで作り分けできることが確認された。 From the above, it was confirmed that the first N-type MISFET having a fully silicided gate electrode and the second N-type MISFET having a polycide-structured gate electrode can be made separately by the same manufacturing process.
このように、本実施形態によれば、ゲート電極を形成するためのアモルファスシリコン膜を二層構造とし、フラッシュランプアニールを用いてシリサイド化を行うので、下層部分にシリコンを過剰に含むニッケルシリサイド膜を有し、上層部分に低抵抗のニッケルシリサイド膜を有するフルシリサイド構造のゲート電極を形成することができる。これにより、上層のニッケルシリサイド膜によってゲート電極の抵抗値を低減することができ、下層のニッケルシリサイド膜によってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極をフルシリサイド化することができる。また、下層のアモルファスシリコン膜に導入される不純物の濃度を適宜制御することにより、フルシリサイド化するゲート電極とポリサイド構造のゲート電極とを作り分けることができる。 As described above, according to the present embodiment, the amorphous silicon film for forming the gate electrode has a two-layer structure, and silicidation is performed using flash lamp annealing, so that the nickel silicide film containing excessive silicon in the lower layer portion. And a full silicide gate electrode having a low resistance nickel silicide film in the upper layer portion can be formed. Thus, the resistance value of the gate electrode can be reduced by the upper nickel silicide film, and the stress applied to the channel region of the N-type MISFET by the lower nickel silicide film can be reduced. Thereby, the gate electrode can be fully silicided without deteriorating the characteristics of the N-type MISFET. Further, by appropriately controlling the concentration of the impurity introduced into the underlying amorphous silicon film, the gate electrode to be fully silicided and the gate electrode having a polycide structure can be separately formed.
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について図25乃至図28を用いて説明する。なお、図1乃至図24に示す第1及び第2実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Third Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 24 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
図25は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図26乃至図28は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 FIG. 25 is a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 26 to 28 are process sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図25を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
シリコン基板10の主表面には、活性領域を画定する素子分離膜12が形成されている。図において、中央の素子分離膜12よりも左側の活性領域がN型MISFET形成領域であり、中央の素子分離膜12よりも右側の活性領域がP型MISFET形成領域であるものとする。
An
N型MISFET形成領域のシリコン基板10内には、P型ウェル14が形成されている。また、P型MISFET形成領域のシリコン基板10内にはN型ウェル16が形成されている。
A P-
N型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26nが形成されている。ゲート電極26nは、ゲート絶縁膜18上に形成されたニッケルシリサイド膜56bと、ニッケルシリサイド膜56b上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
A
ゲート電極26nの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域52が形成されている。ソース/ドレイン領域52上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
こうして、N型MISFET形成領域には、ゲート電極26nと、ソース/ドレイン領域52とを有するN型MISFETが形成されている。
Thus, an N-type MISFET having the
N型MISFET上には、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力を導入するためのストレッサ膜58が形成されている。
A
P型MISFET形成領域のシリコン基板10上には、ゲート絶縁膜18を介してゲート電極26pが形成されている。ゲート電極26pは、ゲート絶縁膜18上に形成されたニッケルシリサイド膜56bと、ニッケルシリサイド膜56b上に形成されたニッケルシリサイド膜56aとを有している。ニッケルシリサイド膜56bは、ニッケルシリサイド膜56aよりもシリコンを過剰に含んでいる。
On the
ゲート電極26pの側壁部分には、サイドウォールスペーサ32,34,48が形成されている。ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内には、ソース/ドレイン領域54が形成されている。ソース/ドレイン領域54上には、ニッケルシリサイド膜56が形成されている。
こうして、P型MISFET形成領域には、ゲート電極26pと、ソース/ドレイン領域54とを有するP型MISFETが形成されている。
Thus, a P-type MISFET having the
P型MISFET上には、P型MISFETのチャネル領域に引張り応力を導入するためのストレッサ膜60が形成されている。
On the P-type MISFET, a
このように、本実施形態による半導体装置は、P型MISFETのソース/ドレイン領域54にSiGe膜46が埋め込まれていないほかは、図1に示す第1実施形態による半導体装置と同様である。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment is the same as the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the
第1実施形態による半導体装置では、より高速動作に向いた構造とすべくP型MISFETのチャネル領域に効果的に応力を印加するために、ソース/ドレイン領域54内にSiGe膜46を埋め込んだ構造を示したが、SiGe膜46を用いなくても十分な特性が得られる場合には、SiGe膜46は必ずしも必要はない。
In the semiconductor device according to the first embodiment, a structure in which the
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図26乃至図28を用いて説明する。 Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
まず、例えば図6(a)乃至図8(a)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、アモルファスシリコン膜20nとアモルファスシリコン膜24との積層膜よりなるゲート電極26nと、アモルファスシリコン膜20pとアモルファスシリコン膜24との積層膜よりなるゲート電極26pとを形成する。なお、本実施形態では、アモルファスシリコン膜24上にシリコン窒化膜25を形成しなくてもよい。
First, in the same way as in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 6A to 8A, for example, the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26nをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域28を形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜及びゲート電極26pをマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、エクステンション領域及びポケット領域となる不純物拡散領域30を形成する(図26(a))。
Similarly, after a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region is formed by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film and the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚10nmのシリコン酸化膜と、例えば膜厚40nmのシリコン窒化膜とを堆積した後、このシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチバックし、ゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ32と、シリコン窒化膜よりなるサイドウォールスペーサ34とを形成する。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm and a silicon nitride film having a thickness of 40 nm, for example, are deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and then the silicon oxide film and the silicon nitride film are etched back to form a gate electrode.
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域36を形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26p及びサイドウォールスペーサ32,34をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域38を形成する(図26(b))。不純物拡散領域38は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー8keV、注入量2×1013cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。
Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
次いで、全面に、例えばLPプラズマCVD法により、例えば膜厚40nmのシリコン酸化膜を堆積後、このシリコン酸化膜及びシリコン酸化膜42をエッチバックし、サイドウォールスペーサ32,34が形成されたゲート電極26n,26pの側壁部分に、シリコン酸化膜よりなるサイドウォールスペーサ48を形成する。
Next, after depositing, for example, a 40 nm-thickness silicon oxide film on the entire surface by, for example, LP plasma CVD, the silicon oxide film and the
次いで、フォトリソグラフィによりP型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26n及びサイドウォールスペーサ32,34,48をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域50を形成する。不純物拡散領域50は、N型不純物、例えば砒素イオン(As+)又はリンイオン(P+)を、加速エネルギー25keV、注入量8×1015cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。
Next, after forming a photoresist film (not shown) covering the P-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using the photoresist film, the
同様にして、フォトリソグラフィによりN型MISFET形成領域を覆うフォトレジスト膜(図示せず)を形成後、このフォトレジスト膜、ゲート電極26p及びサイドウォールスペーサ32,34,48をマスクとしてイオン注入を行い、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、ソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域40を形成する。不純物拡散領域40は、P型不純物、例えばボロンイオン(B+)を、加速エネルギー3keV、注入量5×1015cm−2の条件でイオン注入することにより形成する。
Similarly, after forming a photoresist film (not shown) covering the N-type MISFET formation region by photolithography, ion implantation is performed using this photoresist film,
なお、不純物拡散領域28,30,36,38,40,50を形成するためのイオン注入工程は、ゲート電極26n,26pへのドーピングも兼ねるものである。
The ion implantation process for forming the
次いで、例えば1000℃程度の短時間アニールを行い、不純物拡散領域28,30,36,38,40,50を構成する不純物を活性化する。これにより、ゲート電極26nの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域28,36,50よりなるN型MISFETのソース/ドレイン領域52を形成し、ゲート電極26pの両側のシリコン基板10内に、不純物拡散領域30,38,40よりなるP型MISFETのソース/ドレイン領域54を形成する(図27(a))。
Next, for example, annealing is performed at a short time of about 1000 ° C. to activate the impurities constituting the
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚20nmのニッケル(Ni)膜を堆積する。ニッケル膜上に、ニッケル膜の酸化防止のための膜、例えば窒化チタン(TiN)膜を更に形成するようにしてもよい。 Next, a nickel (Ni) film of, eg, a 20 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, sputtering. A film for preventing oxidation of the nickel film, for example, a titanium nitride (TiN) film may be further formed on the nickel film.
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中、200〜300℃程度の温度で短時間アニールを行う。この熱処理により、ニッケル膜とシリコンの露出部分とが接する領域(ソース/ドレイン領域52,54上及びゲート電極26n,26p上)には、ニッケルを多く含む相(例えば、Ni2Si等)のニッケルシリサイド膜56が選択的に形成される。
Next, annealing is performed for a short time at a temperature of about 200 to 300 ° C. in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By this heat treatment, nickel in a phase containing a large amount of nickel (for example, Ni 2 Si) is formed in regions where the nickel film and the exposed portion of silicon are in contact (on the source /
次いで、例えばSPM(硫酸過水)を用いたウェットエッチングにより、未反応のニッケル膜を除去する(図27(b))。 Next, the unreacted nickel film is removed by wet etching using, for example, SPM (sulfuric acid / hydrogen peroxide) (FIG. 27B).
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、フラッシュランプアニール(FLA)を行う。この熱処理により、シリサイド化反応が進行し、ニッケルシリサイド膜56がより深くに形成されるとともに、抵抗値の低い相(例えばNiSi)に転換する。
Next, flash lamp annealing (FLA) is performed in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. By this heat treatment, the silicidation reaction proceeds, and the
このとき、ゲート電極26n,26pでは、ゲート電極26n,26pを構成するアモルファスシリコン膜20,24の総てがシリサイド化するが、図12に示すように、ゲート電極26n,26pを構成するアモルファスシリコン膜20,24の間に自然酸化膜22が形成されているため、アモルファスシリコン膜20側へのニッケルの拡散が抑制される。これにより、アモルファスシリコン膜24部分には抵抗値の低い相(例えばNiSi)のニッケルシリサイド膜56aが形成される一方、アモルファスシリコン膜20部分にはシリコンリッチのニッケルシリサイド膜56bが形成される。この結果、ゲート電極26n,26pのアモルファスシリコン膜20部分におけるシリサイド化反応に伴う体積変化が抑制され、N型MISFETの特性劣化を防止することができる。
At this time, in the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、N型MISFETのチャネル領域に引張り応力を印加するためのストレッサ膜58を形成する。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、P型MISFET形成領域のストレッサ膜58を選択的に除去する。
Next, the
次いで、全面に、例えばプラズマCVD法により、例えば膜厚100nmのシリコン窒化膜を堆積し、P型MISFETのチャネル領域に圧縮応力を印加するためのストレッサ膜60を形成する。
Next, a silicon nitride film of, eg, a 100 nm-thickness is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD, and a
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、N型MISFET形成領域のストレッサ膜60を選択的に除去する。
Next, the
この後、ストレッサ膜58,60上を覆う層間絶縁膜62、ソース/ドレイン領域52,54上に形成されたニッケルシリサイド膜56に接続されたコンタクトプラグ64、コンタクトプラグ64を介してソース/ドレイン領域52,54に接続された配線層66等を形成後(図5参照)、通常の多層配線プロセスを経て、半導体装置を完成する。
Thereafter, the
このように、本実施形態によれば、ゲート電極を形成するためのアモルファスシリコン膜を二層構造とし、フラッシュランプアニールを用いてシリサイド化を行うので、下層部分にシリコンを過剰に含むニッケルシリサイド膜を有し、上層部分に低抵抗のニッケルシリサイド膜を有するフルシリサイド構造のゲート電極を形成することができる。これにより、上層のニッケルシリサイド膜によってゲート電極の抵抗値を低減することができ、下層のニッケルシリサイド膜によってN型MISFETのチャネル領域に加わる応力を低減することができる。これにより、N型MISFETの特性劣化をもたらすことなく、ゲート電極をフルシリサイド化することができる。 As described above, according to the present embodiment, the amorphous silicon film for forming the gate electrode has a two-layer structure, and silicidation is performed using flash lamp annealing, so that the nickel silicide film containing excessive silicon in the lower layer portion. And a full silicide gate electrode having a low resistance nickel silicide film in the upper layer portion can be formed. Thus, the resistance value of the gate electrode can be reduced by the upper nickel silicide film, and the stress applied to the channel region of the N-type MISFET by the lower nickel silicide film can be reduced. Thereby, the gate electrode can be fully silicided without deteriorating the characteristics of the N-type MISFET.
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記第1乃至第3実施形態では、ゲート電極の元となる半導体膜(アモルファスシリコン膜20及びアモルファスシリコン膜24)の材料として、アモルファスシリコンを用いたが、これら膜は必ずしもアモルファスシリコン膜である必要はない。上述のように、アモルファスシリコンを用いているのは不純物の突き抜けを防止するためであり、不純物の突き抜けが生じない場合にはポリシリコン膜を用いてもよい。
For example, in the first to third embodiments, amorphous silicon is used as the material of the semiconductor film (
また、アモルファスシリコンやポリシリコン膜などのシリコン膜の代わりに、シリコンを主体とする他の半導体膜、例えばシリコンゲルマニウム(SiGe)膜を用いてもよい。シリコンゲルマニウム膜は、シリコンに比べて融点が低いため、シリサイド化に必要な温度もシリコンよりも低い。したがって、ゲート材料にシリコンゲルマニウム膜を用いることにより、シリサイド化ための熱処理温度を低温化することができ、ソース/ドレイン領域におけるシリサイド化を十分に浅く抑えつつ、ゲート電極をフルシリサイド化することが可能となる。 Further, instead of a silicon film such as amorphous silicon or polysilicon film, another semiconductor film mainly composed of silicon, for example, a silicon germanium (SiGe) film may be used. Since the silicon germanium film has a lower melting point than silicon, the temperature required for silicidation is also lower than that of silicon. Therefore, by using a silicon germanium film as the gate material, the heat treatment temperature for silicidation can be lowered, and the gate electrode can be fully silicided while suppressing silicidation sufficiently in the source / drain regions. It becomes possible.
シリコンゲルマニウム膜は、アモルファスシリコン膜20又はアモルファスシリコン膜24のいずれか一方の代わりに用いてもよいし、アモルファスシリコン膜20及びアモルファスシリコン膜24の双方の代わりに用いてもよい。
The silicon germanium film may be used in place of either the
シリコンゲルマニウム膜としては、第1実施形態においてソース/ドレイン領域54に埋め込んだSiGe膜46と同様、ゲルマニウム濃度が15〜25%程度のシリコンゲルマニウム膜を適用することができる。
As the silicon germanium film, a silicon germanium film having a germanium concentration of about 15 to 25% can be applied, similar to the
また、上記実施形態では、ゲート電極26を置換し、またソース/ドレイン領域52,54上に形成する金属シリサイドとしてニッケルシリサイドを用いたが、他の金属シリサイド、例えばプラチナシリサイドを用いた場合にも本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the gate electrode 26 is replaced and nickel silicide is used as the metal silicide formed on the source /
また、上記第1乃至第3実施形態では、ゲート電極26の側壁部分に、サイドウォールスペーサ32,34,48よりなる三層構造のサイドウォールスペーサを形成したが、サイドウォールスペーサの構造はこれに限定されるものではない。例えば、一層構造又は二層構造のサイドウォールスペーサを用いてもよいし、四層以上の構造のサイドウォールスペーサを用いてもよい。サイドウォールスペーサの構成材料も、適宜選択することができる。
Further, in the first to third embodiments, the sidewall spacer having the three-layer structure including the
また、ソース/ドレイン領域52,54の構成も、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ポケット領域付きのソース/ドレイン領域52,54を形成したが、ポケット領域を設けなくてもよい。また、上記実施形態では、サイドウォールスペーサ32の形成後に行うイオン注入と、サイドウォールスペーサ34の形成後に行うイオン注入と、サイドウォールスペーサ48の形成後に行うイオン注入とによりソース/ドレイン領域52,54を形成しているが、ソース/ドレイン領域52,54を形成するためのイオン注入工程を適宜削除又は追加してもよい。
Further, the configuration of the source /
また、上記第1乃至第3実施形態では、MISFET上を覆うストレッサ膜58,60を形成したが、ストレッサ膜58,60は必ずしも形成する必要はない。例えば、ストレッサ膜58,60を形成しなくても十分な特性を得られる場合や、高速動作が要求されないMISFETでは、ストレッサ膜58,60を形成する必要はない。
In the first to third embodiments, the
その他、MISFETの構成材料やプロセス条件についても、半導体装置の世代や要求される特性等に応じて適宜変更することができる。 In addition, the constituent materials and process conditions of the MISFET can be appropriately changed according to the generation of semiconductor devices, required characteristics, and the like.
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。 As described above in detail, the features of the present invention are summarized as follows.
(付記1) 半導体基板の第1の領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の金属シリサイド膜と、前記第1の金属シリサイド膜上に形成された第2の金属シリサイド膜とを有し、前記第1の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成が、前記第2の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第1の不純物拡散領域対と
を有する第1のトランジスタを有する
ことを特徴とする半導体装置。
(Supplementary note 1) a first gate insulating film formed on a first region of a semiconductor substrate;
A first metal silicide film formed on the first gate insulating film; and a second metal silicide film formed on the first metal silicide film. A first gate electrode in which a composition of silicon with respect to the metal element in the second metal silicide film is larger than a composition of silicon with respect to the metal element in the second metal silicide film;
A semiconductor device comprising: a first transistor having a first impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode.
(付記2) 付記1記載の半導体装置において、
前記第1の金属シリサイド膜及び前記第2の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜である
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 2) In the semiconductor device according to
The semiconductor device characterized in that the first metal silicide film and the second metal silicide film are nickel silicide films.
(付記3) 付記1又は2記載の半導体装置において、
前記半導体基板上の第2の領域に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたシリコンを主体とする半導体膜と、前記半導体膜上に形成された第3の金属シリサイド膜とを有する第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第2の不純物拡散領域対と
を有し、前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のトランジスタを更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 3) In the semiconductor device according to
A second gate insulating film formed in a second region on the semiconductor substrate;
A second gate electrode including a semiconductor film mainly composed of silicon formed on the second gate insulating film and a third metal silicide film formed on the semiconductor film;
A second impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the second gate electrode, and further comprising a second transistor having the same conductivity type as the first transistor. Semiconductor device.
(付記4) 付記3記載の半導体装置において、
前記第1の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成は、前記第3の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 4) In the semiconductor device described in Appendix 3,
The composition of silicon with respect to the metal element in the first metal silicide film is larger than the composition of silicon with respect to the metal element in the third metal silicide film.
(付記5) 付記3又は4記載の半導体装置において、
前記第3の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜である
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 5) In the semiconductor device according to
The semiconductor device, wherein the third metal silicide film is a nickel silicide film.
(付記6) 付記1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のトランジスタの導電型は、N型である
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 6) In the semiconductor device according to any one of
The semiconductor device is characterized in that a conductivity type of the first transistor is an N type.
(付記7) 付記1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
半導体基板上の第3の領域に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜上に形成された第4の金属シリサイド膜と、前記第4の金属シリサイド膜上に形成された第5の金属シリサイド膜とを有し、前記第4の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成が、前記第5の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第3のゲート電極と、
前記第3のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第3の不純物拡散領域対と
を有し、前記第1のトランジスタとは異なる導電型の第3のトランジスタを更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 7) In the semiconductor device according to any one of
A third gate insulating film formed in a third region on the semiconductor substrate;
A fourth metal silicide film formed on the third gate insulating film; a fifth metal silicide film formed on the fourth metal silicide film; and the fourth metal silicide film. A third gate electrode in which the composition of silicon with respect to the metal element is larger than the composition of silicon with respect to the metal element in the fifth metal silicide film;
A third impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the third gate electrode, and further comprising a third transistor having a conductivity type different from that of the first transistor. A semiconductor device.
(付記8) 付記7記載の半導体装置において、
前記第4の金属シリサイド膜及び前記第5の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜である
ことを特徴とする半導体装置。
(Supplementary note 8) In the semiconductor device according to supplementary note 7,
The semiconductor device, wherein the fourth metal silicide film and the fifth metal silicide film are nickel silicide films.
(付記9) 半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含むゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、
熱処理により、前記ゲート電極の前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の前記金属膜を除去する工程と、
熱処理により、前記ゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記ゲート電極の全体を金属シリサイド化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 9) The process of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate,
Forming a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the gate insulating film;
Forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film via a natural oxide film;
Patterning the first semiconductor film and the second semiconductor film to form a gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film;
Depositing a metal film on the gate electrode;
A step of reacting the second semiconductor film of the gate electrode with the metal film by heat treatment to form a first metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film;
Removing the unreacted metal film;
And a step of causing the gate electrode and the first metal silicide film to react with each other by heat treatment to form a metal silicide of the entire gate electrode.
(付記10) 付記9記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート電極を金属シリサイド化する工程では、前記第2の半導体膜を第2の金属シリサイド膜に転換するとともに、前記第1の半導体膜を、金属元素に対するシリコンの組成が、前記第2の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第3の金属シリサイド膜に転換する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 10) In the manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 9,
In the step of converting the gate electrode into a metal silicide, the second semiconductor film is converted into a second metal silicide film, and the first semiconductor film has a composition of silicon with respect to a metal element so that the second metal A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: converting to a third metal silicide film having a composition larger than that of silicon relative to a metal element in the silicide film.
(付記11) 付記9又は10記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート電極を形成する工程の後、前記金属膜を堆積する工程の前に、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内に不純物拡散領域対を形成する工程を更に有し、
前記第1の金属シリサイド膜を形成する工程では、前記不純物拡散領域対上にも前記第1の金属シリサイド膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 11) In the manufacturing method of the semiconductor device of
After the step of forming the gate electrode and before the step of depositing the metal film, the method further includes the step of forming an impurity diffusion region pair in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode,
In the step of forming the first metal silicide film, the first metal silicide film is also formed on the impurity diffusion region pair.
(付記12) 付記9乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート電極をシリサイド化する工程は、フラッシュランプアニールにより行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 12) In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 9 to 11,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of siliciding the gate electrode is performed by flash lamp annealing.
(付記13) 半導体基板の第1の領域上に第1のゲート絶縁膜を形成し、前記半導体基板の第2の領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の領域上の前記第1の半導体膜に、第1の濃度で不純物を導入し、前記第2の領域上の前記第1の半導体膜に、前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第1のゲート電極を形成し、前記第2のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1のゲート電極上及び前記第2のゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、
熱処理により、前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第1のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成し、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第2の金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の前記金属膜を除去する工程と、
熱処理により、前記第1のゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第1のゲート電極の全体を金属シリサイド化するとともに、前記第2のゲート電極と前記第2の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜を選択的に金属シリサイド化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 13) The process of forming a 1st gate insulating film on the 1st area | region of a semiconductor substrate, and forming a 2nd gate insulating film on the 2nd area | region of the said semiconductor substrate,
Forming a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
Impurities are introduced at a first concentration into the first semiconductor film on the first region, and a second lower than the first concentration is introduced into the first semiconductor film on the second region. Introducing an impurity at a concentration of
Forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film into which the impurity has been introduced via a natural oxide film;
The first semiconductor film and the second semiconductor film are patterned, and a first gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film is formed on the first gate insulating film. Forming a second gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film on the second gate insulating film;
Depositing a metal film on the first gate electrode and the second gate electrode;
By the heat treatment, the second semiconductor film and the metal film are reacted to form a first metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film of the first gate electrode, and the second gate electrode Forming a second metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film;
Removing the unreacted metal film;
By reacting the first gate electrode and the first metal silicide film by heat treatment, the entire first gate electrode is converted into a metal silicide, and the second gate electrode and the second metal silicide film are reacted with each other. And a step of selectively converting the second semiconductor film of the second gate electrode into a metal silicide by reacting with a metal silicide film.
(付記14) 付記13記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のゲート電極を金属シリサイド化する工程では、前記第2の半導体膜を第3の金属シリサイド膜に転換するとともに、前記第1の半導体膜を、金属元素に対するシリコンの組成が、前記第3の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第4の金属シリサイド膜に転換する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 14) In the method for manufacturing a semiconductor device according to Supplementary Note 13,
In the step of converting the first gate electrode into a metal silicide, the second semiconductor film is converted into a third metal silicide film, and the first semiconductor film has a silicon composition with respect to a metal element. 3. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: converting to a fourth metal silicide film having a composition larger than that of silicon with respect to the metal element in the metal silicide film of No. 3.
(付記15) 付記13又は14記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極を形成する工程の後、前記金属膜を堆積する工程の前に、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極の両側の前記半導体基板内に、不純物拡散領域対をそれぞれ形成する工程を更に有し、
前記第1の金属シリサイド膜及び前記第2の金属シリサイド膜を形成する工程では、前記不純物拡散領域対上にも前記第5の金属シリサイド膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 15) In the manufacturing method of the semiconductor device of
After the step of forming the first gate electrode and the second gate electrode and before the step of depositing the metal film, the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode and the second gate electrode A step of forming a pair of impurity diffusion regions therein,
In the step of forming the first metal silicide film and the second metal silicide film, the fifth metal silicide film is also formed on the impurity diffusion region pair.
(付記16) 付記13乃至15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の半導体膜に不純物を導入する工程では、前記第1の領域上の前記第1の半導体膜に、2×1021cm−3以上の濃度で前記不純物を導入し、前記第2の領域上の前記第1の半導体膜に、2×1021cm−3未満の濃度で前記不純物を導入する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 16) In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 13 to 15,
In the step of introducing an impurity into the first semiconductor film, the impurity is introduced into the first semiconductor film on the first region at a concentration of 2 × 10 21 cm −3 or more, and the second semiconductor film A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity is introduced into the first semiconductor film over a region at a concentration of less than 2 × 10 21 cm −3 .
(付記17) 付記13乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極をシリサイド化する工程は、フラッシュランプアニールにより行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 17) In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 13 to 16,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of siliciding the first gate electrode and the second gate electrode is performed by flash lamp annealing.
(付記18) 付記9乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の半導体膜を形成する工程では、シリコン膜又はシリコンゲルマニウム膜よりなる前記第1の半導体膜を形成し、
前記第2の半導体膜を形成する工程では、シリコン膜又はシリコンゲルマニウム膜よりなる前記第1の半導体膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 18) In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 9 to 17,
In the step of forming the first semiconductor film, the first semiconductor film made of a silicon film or a silicon germanium film is formed,
In the step of forming the second semiconductor film, the first semiconductor film made of a silicon film or a silicon germanium film is formed.
(付記19) 付記9乃至18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜は、ニッケル膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 19) In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 18,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the metal film is a nickel film.
10…シリコン基板
12…素子分離膜
14…P型ウェル
16…N型ウェル
18…ゲート絶縁膜
20,24…アモルファスシリコン膜
22…自然酸化膜
26…ゲート電極
28,30,36,38,40,50…不純物拡散領域
32,34,48…サイドウォールスペーサ
42…シリコン酸化膜
44…リセス領域
46…SiGe膜
52,54…ソース/ドレイン領域
56…ニッケルシリサイド膜
58,60…ストレッサ膜
62…層間絶縁膜
64…コンタクトプラグ
66…配線層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の金属シリサイド膜と、前記第1の金属シリサイド膜上に形成された第2の金属シリサイド膜とを有し、前記第1の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成が、前記第2の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第1の不純物拡散領域対と
を有する第1のトランジスタを有する
ことを特徴とする半導体装置。 A first gate insulating film formed on the first region of the semiconductor substrate;
A first metal silicide film formed on the first gate insulating film; and a second metal silicide film formed on the first metal silicide film. A first gate electrode in which a composition of silicon with respect to the metal element in the second metal silicide film is larger than a composition of silicon with respect to the metal element in the second metal silicide film;
A semiconductor device comprising: a first transistor having a first impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode.
前記半導体基板上の第2の領域に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたシリコンを主体とする半導体膜と、前記半導体膜上に形成された第3の金属シリサイド膜とを有する第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第2の不純物拡散領域対と
を有し、前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のトランジスタを更に有する
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A second gate insulating film formed in a second region on the semiconductor substrate;
A second gate electrode including a semiconductor film mainly composed of silicon formed on the second gate insulating film and a third metal silicide film formed on the semiconductor film;
A second impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the second gate electrode, and further comprising a second transistor having the same conductivity type as the first transistor. Semiconductor device.
半導体基板上の第3の領域に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜上に形成された第4の金属シリサイド膜と、前記第4の金属シリサイド膜上に形成された第5の金属シリサイド膜とを有し、前記第4の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成が、前記第5の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第3のゲート電極と、
前記第3のゲート電極の両側の前記半導体基板内に形成された第3の不純物拡散領域対と
を有し、前記第1のトランジスタとは異なる導電型の第3のトランジスタを更に有する
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A third gate insulating film formed in a third region on the semiconductor substrate;
A fourth metal silicide film formed on the third gate insulating film; a fifth metal silicide film formed on the fourth metal silicide film; and the fourth metal silicide film. A third gate electrode in which the composition of silicon with respect to the metal element is larger than the composition of silicon with respect to the metal element in the fifth metal silicide film;
A third impurity diffusion region pair formed in the semiconductor substrate on both sides of the third gate electrode, and further comprising a third transistor having a conductivity type different from that of the first transistor. A semiconductor device.
前記ゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含むゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、
熱処理により、前記ゲート電極の前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の前記金属膜を除去する工程と、
熱処理により、前記ゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記ゲート電極の全体を金属シリサイド化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the gate insulating film;
Forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film via a natural oxide film;
Patterning the first semiconductor film and the second semiconductor film to form a gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film;
Depositing a metal film on the gate electrode;
A step of reacting the second semiconductor film of the gate electrode with the metal film by heat treatment to form a first metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film;
Removing the unreacted metal film;
And a step of causing the gate electrode and the first metal silicide film to react with each other by heat treatment to form a metal silicide of the entire gate electrode.
前記ゲート電極を金属シリサイド化する工程では、前記第2の半導体膜を第2の金属シリサイド膜に転換するとともに、前記第1の半導体膜を、金属元素に対するシリコンの組成が、前記第2の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第3の金属シリサイド膜に転換する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
In the step of converting the gate electrode into a metal silicide, the second semiconductor film is converted into a second metal silicide film, and the first semiconductor film has a composition of silicon with respect to a metal element so that the second metal A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: converting to a third metal silicide film having a composition larger than that of silicon relative to a metal element in the silicide film.
前記ゲート電極をシリサイド化する工程は、フラッシュランプアニールにより行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4 or 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of siliciding the gate electrode is performed by flash lamp annealing.
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜上に、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第1の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の領域上の前記第1の半導体膜に、第1の濃度で不純物を導入し、前記第2の領域上の前記第1の半導体膜に、前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記第1の半導体膜上に、自然酸化膜を介して、シリコンを主体とする半導体材料よりなる第2の半導体膜を形成する工程と、
前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜をパターニングし、前記第1のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第1のゲート電極を形成し、前記第2のゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体膜及び前記第2の半導体膜を含む第2のゲート電極を形成する工程と、
前記第1のゲート電極上及び前記第2のゲート電極上に金属膜を堆積する工程と、
熱処理により、前記第2の半導体膜と前記金属膜とを反応させ、前記第1のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第1の金属シリサイド膜を形成し、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜上面に第2の金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の前記金属膜を除去する工程と、
熱処理により、前記第1のゲート電極と前記第1の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第1のゲート電極の全体を金属シリサイド化するとともに、前記第2のゲート電極と前記第2の金属シリサイド膜とを反応させることにより、前記第2のゲート電極の前記第2の半導体膜を選択的に金属シリサイド化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film on the first region of the semiconductor substrate, and forming a second gate insulating film on the second region of the semiconductor substrate;
Forming a first semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
Impurities are introduced at a first concentration into the first semiconductor film on the first region, and a second lower than the first concentration is introduced into the first semiconductor film on the second region. Introducing an impurity at a concentration of
Forming a second semiconductor film made of a semiconductor material mainly composed of silicon on the first semiconductor film into which the impurity has been introduced via a natural oxide film;
The first semiconductor film and the second semiconductor film are patterned, and a first gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film is formed on the first gate insulating film. Forming a second gate electrode including the first semiconductor film and the second semiconductor film on the second gate insulating film;
Depositing a metal film on the first gate electrode and the second gate electrode;
By the heat treatment, the second semiconductor film and the metal film are reacted to form a first metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film of the first gate electrode, and the second gate electrode Forming a second metal silicide film on the upper surface of the second semiconductor film;
Removing the unreacted metal film;
By reacting the first gate electrode and the first metal silicide film by heat treatment, the entire first gate electrode is converted into a metal silicide, and the second gate electrode and the second metal silicide film are reacted with each other. And a step of selectively converting the second semiconductor film of the second gate electrode into a metal silicide by reacting with a metal silicide film.
前記第1のゲート電極を金属シリサイド化する工程では、前記第2の半導体膜を第3の金属シリサイド膜に転換するとともに、前記第1の半導体膜を、金属元素に対するシリコンの組成が、前記第3の金属シリサイド膜における金属元素に対するシリコンの組成よりも大きい第4の金属シリサイド膜に転換する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
In the step of converting the first gate electrode into a metal silicide, the second semiconductor film is converted into a third metal silicide film, and the first semiconductor film has a silicon composition with respect to a metal element. 3. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: converting to a fourth metal silicide film having a composition larger than that of silicon with respect to the metal element in the metal silicide film of No. 3.
前記第1の半導体膜に不純物を導入する工程では、前記第1の領域上の前記第1の半導体膜に、2×1021cm−3以上の濃度で前記不純物を導入し、前記第2の領域上の前記第1の半導体膜に、2×1021cm−3未満の濃度で前記不純物を導入する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 or 8,
In the step of introducing an impurity into the first semiconductor film, the impurity is introduced into the first semiconductor film on the first region at a concentration of 2 × 10 21 cm −3 or more, and the second semiconductor film A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity is introduced into the first semiconductor film over a region at a concentration of less than 2 × 10 21 cm −3 .
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極をシリサイド化する工程は、フラッシュランプアニールにより行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 7 to 9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of siliciding the first gate electrode and the second gate electrode is performed by flash lamp annealing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007339795A JP2009164200A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007339795A JP2009164200A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009164200A true JP2009164200A (en) | 2009-07-23 |
Family
ID=40966519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007339795A Pending JP2009164200A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009164200A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011048714A1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and process for production thereof |
CN102906880A (en) * | 2010-06-25 | 2013-01-30 | 国际商业机器公司 | Delta monolayer dopant epitaxy for embedded source/drain silicide |
WO2013171956A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
US9613974B2 (en) | 2015-03-13 | 2017-04-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US10896967B2 (en) | 2018-09-13 | 2021-01-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Integrated circuit device including gate spacer structure |
-
2007
- 2007-12-28 JP JP2007339795A patent/JP2009164200A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011048714A1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and process for production thereof |
JP2011091265A (en) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Panasonic Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US8604554B2 (en) | 2009-10-23 | 2013-12-10 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
CN102906880A (en) * | 2010-06-25 | 2013-01-30 | 国际商业机器公司 | Delta monolayer dopant epitaxy for embedded source/drain silicide |
JP2013534052A (en) * | 2010-06-25 | 2013-08-29 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Semiconductor structure including embedded stressor element and method of manufacturing the same |
WO2013171956A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
US9613974B2 (en) | 2015-03-13 | 2017-04-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US10896967B2 (en) | 2018-09-13 | 2021-01-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Integrated circuit device including gate spacer structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4493536B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7741220B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7348636B2 (en) | CMOS transistor having different PMOS and NMOS gate electrode structures and method of fabrication thereof | |
JP5630185B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH11297852A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
US20090085123A1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
TW200939353A (en) | Method for fabricating super-steep retrograde well MOSFET on SOI or bulk silicon substrate, and device fabricated in accordance with the method | |
JP2008004776A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
US20100155844A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2010109122A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2009164200A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2008103644A (en) | Semiconductor device and production method thereof | |
JP3876401B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009076731A (en) | Semiconductor apparatus and method for manufacturing the same | |
JP4767843B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2009111046A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP5395354B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP2000036593A (en) | Semiconductor device | |
JP2008047586A (en) | Semiconductor device, and its fabrication process | |
JP2004200335A (en) | Semiconductor device including insulated gate field-effect transistor and its manufacturing method | |
JP2000114395A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
WO2009084376A1 (en) | Semiconductor device and process for producing the semiconductor device | |
JP2009277909A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
TWI353038B (en) | Method for fabricating strained-silicon cmos trans | |
JPH11330271A (en) | Manufacture of semiconductor device |