JP2004103900A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Shigeji Nakamura
中村 成志
Soichiro Itonaga
糸長 総一郎
Takehisa Kishimoto
岸本 武久
Takayuki Yamada
山田 隆順
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】接合リークの増大を抑制することができるシリサイド化領域と非シリサイド化領域とを備えた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上の全面に、不純物を含まないNSG膜108、及び、ドープドシリコン酸化膜109を順次堆積する。その後、非シリサイド化領域Rnsiを覆うフォトレジスト110をマスクとして、ドープドシリコン酸化膜109をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う保護絶縁膜109aを形成する。その後、NSG膜108をウェットエッチングした後、金属膜を全面に形成する。そして、熱処理を行うことにより、ゲート電極103a及び高濃度ソース・ドレイン領域107aの上部に選択的に金属シリサイド膜を形成する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サリサイド形成技術によって金属シリサイド膜が選択的に形成されたMISトランジスタが配置されるシリサイド化領域と、金属シリサイド膜が形成されていないMISトランジスタが配置される非シリサイド化領域とを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体装置においては、ゲート電極およびソース・ドレイン電極を低抵抗化するために、TiやCo、Ni等の高融点金属材料と、ゲート電極およびソース・ドレイン領域のシリコンとを反応させることにより、金属シリサイド膜を各シリコン領域上に選択的に形成するサリサイド形成技術が用いられている。実際の半導体装置においては、ESD(Electro−Static Discharge)等による静電破壊に対する耐性を向上させるため、ソース・ドレイン領域の一部にシリサイド形成を行わずに、トランジスタに直列に接続された抵抗素子を形成することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
以下、シリサイド化が必要なゲート電極及びソース・ドレイン領域を有するMISトランジスタと、静電破壊保護機能のあるシリサイド化が不要な高耐圧MISトランジスタとを有する半導体装置の従来の製造工程について図5を用いて説明する。
【0004】
図5(a)〜図5(f)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0005】
まず、図5(a)に示す工程に至るまでに、以下の手順で処理を行う。まず、p型シリコン基板500上に、各トランジスタ形成領域を取り囲むトレンチ型の素子分離絶縁膜501を形成する。この素子分離絶縁膜501によって、シリコン基板500が、通常のn型MISトランジスタが形成されるシリサイド化領域Rsi(nMISFET形成領域)と高耐圧n型MISトランジスタが形成される非シリサイド化領域Rnsi(高耐圧nMISFET形成領域)とに大きく区画される。ここでは、pMISFETの形成については省略する。
【0006】
次に、シリコン基板500の素子分離絶縁膜501で囲まれるシリサイド化領域Rsiにシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜502a及びn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極503aを形成し、非シリサイド化領域Rnsiにシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜502b及びn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極503bを形成する。なお、非シリサイド化領域Rnsiに形成される高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜502bは、シリサイド化領域Rsiに形成される通常のnMISFETのゲート絶縁膜502aよりも厚いのが一般的である。例えば、nMISFETのゲート絶縁膜502aの厚みが2nm程度であるのに対し、高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜502bの厚みは、約7nmである。
【0007】
次に、ゲート電極503a、503bをマスクにして、シリコン基板500にn型不純物のイオン注入を行い、n型の低濃度ソース・ドレイン領域504a、504bを形成する。その後、ゲート電極503a、503bの側面上に酸化膜からなる絶縁性サイドウォール505a、505bを形成した後、ゲート電極503a、503b及び絶縁性サイドウォール505a、505bをマスクにして、シリコン基板500にn型不純物のイオン注入を行い、n型の高濃度ソース・ドレイン領域506a、506bを形成する。
【0008】
次に、図5(b)に示す工程で、CVD法によって、基板上の全面に不純物を含まないシリコン酸化膜(NSG膜)507を堆積する。これにより、シリサイド化領域Rsi及び非シリサイド化領域Rnsiの全体がNSG膜507によって覆われる。
【0009】
次に、図5(c)に示す工程で、フォトリソグラフィー工程により、基板上に非シリサイド化領域Rnsiを覆うフォトレジスト508を形成する。その後、フォトレジスト508をマスクとして、NSG膜507をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う保護絶縁膜507aを形成する。この結果、シリサイド化領域Rsi内のMISFETのゲート電極503a、高濃度ソース・ドレイン領域506aのシリコン表面が露出する。なお、ウェットエッチング液には、フッ酸を用いている。
【0010】
次に、図5(d)に示す工程で、フォトレジスト508を除去した後、基板の全面上に厚みが50nmのチタン、コバルト又はニッケルからなる金属膜509を堆積する。
【0011】
次に、図5(e)に示す工程で、素子分離絶縁膜501、絶縁性サイドウォール505a、505b及び保護絶縁膜507aをマスクとして、熱処理を行うことにより、高融点金属膜509と、シリサイド化領域Rsiのゲート電極503aを構成するポリシリコン及び高濃度ソース、ドレイン領域506aを構成する単結晶シリコンとを反応させることにより、ゲート電極503a及び高濃度ソース・ドレイン領域506aのうちの表面部分をシリサイド化して金属シリサイド膜509a、509bを形成する。その後、HSO+H等のエッチング液を用いて、未反応の高融点金属膜をウェットエッチングにより除去する。
【0012】
次に、図5(f)に示す工程で、基板の全面上に、層間絶縁膜510を形成した後、層間絶縁膜510に高濃度ソース・ドレイン領域506a、506bに到達するコンタクト511a、511bを形成し、層間絶縁膜510上にコンタクト511a、511bに接続される金属配線512を形成する。このとき、シリサイド化領域Rsiのコンタクト511aは、金属シリサイド膜509bを介して高濃度ソース・ドレイン領域506aに接続され、非シリサイド化領域Rnsiのコンタクト511bは、層間絶縁膜510及び保護絶縁膜507aを貫通して設けられ、高濃度ソース・ドレイン領域506bに直接接続されている。
【0013】
以上の方法によって、シリサイド化領域Rsiには、ゲート電極503a及び高濃度ソース・ドレイン領域506aの表面部に金属シリサイド膜509a及び509bを有するnMISFETが形成され、非シリサイド化領域Rnsiには、ゲート電極503b及び高濃度ソース・ドレイン領域506bの表面部に金属シリサイド膜が形成されていない高耐圧n型MISトランジスタが形成される。
【0014】
【特許文献1】
特開平10−125915号公報(第2頁、図2)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の半導体装置の製造方法では、図5(b)に示す工程において、基板上にNSG膜507を堆積した際に、ゲート電極の密集パターン領域に堆積されたNSG膜は、ゲート電極の疎パターン領域に堆積されたNSG膜に比べて、シリコン基板からの膜厚が厚く形成される。そのため、図5(c)に示す工程において、シリサイド化領域RsiのNSG膜507をウェットエッチングする際に、ゲート電極の密集パターン領域のNSG膜に比べて、ゲート電極の疎パターン領域のNSG膜の方が薄いため、速くNSG膜が除去されるので、下地の絶縁性サイドウォールや素子分離絶縁膜がオーバーエッチングされる。
【0016】
図6(a)は、NSG膜の膜厚測定箇所を説明するための断面図、図6(b)は、図6(a)のA箇所及びB箇所におけるゲート電極の間隔とNSG膜の膜厚との関係を示す図である。
【0017】
図6(b)は、図6(a)に示すように、シリコン基板600上に形成されたゲート絶縁膜601と、ゲート絶縁膜601上に形成された厚さ150nmのゲート電極602と、ゲート電極602の側面上に形成された厚さ70nmの絶縁性サイドウォール604とを有し、2つのゲート電極602が間隔Sで配置された基板上に、厚さ100nmのNSG膜603を堆積した場合のNSG膜の膜厚であり、膜厚ATOXは2つのゲート電極602の間に位置するシリコン基板600上のA箇所に堆積されたNSG膜の膜厚であり、膜厚BTOXはゲート電極602上のB箇所に堆積されたNSG膜の膜厚である。
【0018】
図6(b)に示すように、ゲート電極の間隔Sが300nmと疎パターン領域ではNSG膜の厚さが100nmであるのに対して、ゲート電極の間隔Sが160nmと密集パターン領域ではNSG膜の厚さが最大で210nm程度となる。従って、密集パターン領域のNSG膜を10%のオーバーエッチングで除去した場合、疎パターン領域に対しては130%のオーバーエッチングがかかることになる。その結果、密集パターン領域の絶縁性サイドウォールや素子分離絶縁膜に対してもエッチングが進行するため、接合の深さの浅い低濃度ソース/ドレイン領域上の一部にまで金属シリサイド膜が形成されるとともに、素子分離絶縁膜のエッジ部が掘れ下がることでエッジ部との界面における接合深さが実質浅くなり、接合リークが増大するという問題があった。
【0019】
本発明の目的は、上記の課題を解消することにあり、疎パターン領域におけるオーバーエッチング量を削減することにより、接合リークの増大を抑制することができるシリサイド化領域と非シリサイド化領域とを備えた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも第1のソース・ドレイン領域の上部がシリサイド化されている第1のMISトランジスタが配置されるシリサイド化領域と、第2のソース・ドレイン領域の上部がシリサイド化されていない第2のMISトランジスタが配置される非シリサイド化領域とを有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上のシリサイド化領域に第1のMISトランジスタの第1のゲート電極を形成するとともに、半導体基板上の非シリサイド化領域に第2のMISトランジスタの第2のゲート電極を形成する工程(a)と、工程(a)の後に、第1のMISトランジスタの第1のソース・ドレイン領域及び第2のMISトランジスタの第2のソース・ドレイン領域を形成するための不純物イオンの注入を行う工程(b)と、工程(b)の後に、基板上の全面に、相対的に膜厚の薄い第1の絶縁膜を形成する工程(c)と、第1の絶縁膜上に、相対的に膜厚の厚い第2の絶縁膜を形成する工程(d)と、工程(d)の後に、非シリサイド化領域を覆うエッチングマスクを用いて、シリサイド化領域の第2の絶縁膜を選択的にエッチングする工程(e)と、工程(e)の後に、エッチングマスクを用いて、シリサイド化領域の第1の絶縁膜をエッチングし、第1のソース・ドレイン領域の上部表面を露出する工程(f)と、工程(f)の後に、基板上に金属膜を形成した後、非シリサイド化領域を覆う第2の絶縁膜をマスクにして熱処理を行うことにより第1のソース・ドレイン領域の上部をシリサイド化して金属シリサイド膜を形成する工程(g)とを備えている。
【0021】
本発明の製造方法によれば、膜厚の薄い第1の絶縁膜をエッチングストッパーにして膜厚の厚い第2の絶縁膜をエッチングした後、膜厚が薄く且つほぼ均一な膜厚で残存する第1の絶縁膜をエッチングするため、第1の絶縁膜を除去する際のオーバーエッチングは、基板全面に対して最小の時間で行うことができる。従って、第1の絶縁膜は、下地パターンの粗密に影響されることなく、短時間のオーバーエッチングで除去することができるため、絶縁性サイドウォールや素子分離絶縁膜に対するエッチングを抑制することができ、オーバーエッチングに起因する接合リークの増大を抑制することができる。
【0022】
上記半導体装置の製造方法において、工程(f)では、第1のゲート電極の上部表面を露出し、工程(g)では、第1のゲート電極の上部をシリサイド化して金属シリサイド膜を形成しても良い。これにより、第1のゲート電極の低抵抗化を図ることができる。
【0023】
上記半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、第2の絶縁膜は、不純物を含有するシリコン酸化膜からなり、工程(e)では、第1の絶縁膜をエッチングストッパーにして、シリサイド化領域の第2の絶縁膜を選択的にウェットエッチングする。
【0024】
あるいは、上記半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、工程(c)の後で工程(d)の前に、第1の絶縁膜を熱処理する工程を備え、工程(e)では、熱処理によりエッチング耐性の向上した第1の絶縁膜をエッチングストッパーにして、シリサイド化領域の第2の絶縁膜を選択的にウェットエッチングする。この熱処理によって、ソース・ドレイン領域を形成するためにイオン注入された不純物を同時に活性化しても良い。
【0025】
また、上記半導体装置の製造方法において、工程(g)の後に、基板上に層間絶縁膜を形成する工程(h)と、シリサイド化領域の層間絶縁膜を貫通し金属シリサイド膜を介して第1のMISトランジスタのソース・ドレイン領域に接続される第1のコンタクトを形成するとともに、非シリサイド化領域の層間絶縁膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を貫通して第2のMISトランジスタのソース・ドレイン領域に直接接続される第2のコンタクトを形成する工程(i)とを備えている。
【0026】
本発明の半導体装置は、第1のソース・ドレイン領域の上部に金属シリサイド膜が形成された第1のMISトランジスタと、第2のソース・ドレイン領域の上部に金属シリサイド膜が形成されていない第2のMISトランジスタとを有する半導体装置であって、第1のMISトランジスタは、半導体基板に形成された第1のソース・ドレイン領域と、第1のソース・ドレイン領域上に形成された金属シリサイド膜と、金属シリサイド膜上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通して設けられ、金属シリサイド膜を介して第1のソース・ドレイン領域に接続される第1のコンタクトとを備え、第2のMISトランジスタは、半導体基板に形成された第2のソース・ドレイン領域と、第2のソース・ドレイン領域上に形成された相対的に膜厚の薄い第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成された相対的に膜厚の厚い第2の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を貫通して設けられ、第2のソース・ドレイン領域に直接接続される第2のコンタクトとを備えている。
【0027】
本発明の半導体装置によれば、第1のMISトランジスタの金属シリサイド膜を形成する際に、第2のMISトランジスタ領域を覆うために形成された第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を残存させたまま層間絶縁膜を形成しているので、第2のMISトランジスタ領域に形成された第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜をエッチングする必要がなく、且つ、第2のMISトランジスタ領域に形成された第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜をエッチングすることによって生じる接合リーク電流の増大を防止することができる。
【0028】
上記半導体装置において、第1の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、第2の絶縁膜は、不純物を含有するシリコン酸化膜からなる。
【0029】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図1(a)〜図1(d)及び図2(a)〜図2(d)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0030】
まず、図1(a)に示す工程に至るまでに、以下の手順で処理を行う。まず、p型シリコン基板100上に、各トランジスタ形成領域を取り囲むトレンチ型の素子分離絶縁膜101を形成する。この素子分離絶縁膜101は、高密度プラズマCVD(HDP−CVD)法を用いて堆積されたシリコン酸化膜からなり、この素子分離絶縁膜101によって、シリコン基板100が、通常のn型MISトランジスタが形成されるシリサイド化領域Rsi(nMISFET形成領域)と高耐圧n型MISトランジスタが形成される非シリサイド化領域Rnsi(高耐圧nMISFET形成領域)とに大きく区画される。ここでは、pMISFETの形成については省略する。
【0031】
次に、シリコン基板100の素子分離絶縁膜101で囲まれるシリサイド化領域Rsiに、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜102a、及び、厚さ150nmのn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極103aを形成し、非シリサイド化領域Rnsiに、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜102b及び厚さ150nmのn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極103bを形成する。なお、非シリサイド化領域Rnsiに形成される高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜102bは、シリサイド化領域Rsiに形成される通常のnMISFETのゲート絶縁膜102aよりも厚いのが一般的である。例えば、nMISFETのゲート絶縁膜102aの厚みが2nm程度であるのに対し、高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜102bの厚みは、7nmである。
【0032】
次に、ゲート電極103a、103bをマスクにして、シリコン基板100にn型不純物のイオン注入を行い、n型の低濃度ソース・ドレイン領域104a、104bを形成する。その後、ゲート電極103a、103bの側面上にシリコン酸化膜105a、105bとシリコン窒化膜106a、106bの積層膜からなる絶縁性サイドウォール115a、115bを形成した後、ゲート電極103a、103b及び絶縁性サイドウォール115a、115bをマスクにして、シリコン基板100にn型不純物のイオン注入を行い、n型の高濃度ソース・ドレイン領域107a、107bを形成する。
【0033】
次に、図1(b)に示す工程で、基板上の全面に、不純物を含まない厚さ20nmのノンドープドシリコン酸化膜(NSG膜)108、及び、不純物を含有する厚さ80nmのドープドシリコン酸化膜109を順次堆積する。これにより、シリサイド化領域Rsi及び非シリサイド化領域Rnsiの全体がNSG膜108及びドープドシリコン酸化膜109によって覆われる。このとき、ゲート電極の密集パターン領域に堆積されたドープドシリコン酸化膜109の膜厚は、隣接するゲート電極の間に位置するシリコン基板100上で、シリコン基板100に対する鉛直方向の膜厚が80nmよりも厚く形成される。一方、NSG膜108は、ゲート電極の密集パターン領域及び疎パターン領域ともに厚さ20nm程度でほぼ均一に堆積される。なお、NSG膜108の材料としては、素子分離絶縁膜101及び絶縁性サイドウォール115aを構成するシリコン酸化膜105aに対して高い選択比でウェットエッチングできることが望ましい。例えば、NSG膜108を常圧CVD法で形成した場合、素子分離絶縁膜101の3倍程度のウェットエッチングレートを得ることができる。また、ドープドシリコン酸化膜109の材料としては、NSG膜108に対して100倍程度のウェットエッチングレートを有するBPSG膜を用いることができる。
【0034】
次に、図1(c)に示す工程で、フォトリソグラフィー工程により、基板上に非シリサイド化領域Rnsiを覆うフォトレジスト110を形成する。
【0035】
次に、図1(d)に示す工程で、フォトレジスト110をマスクとして、ドープドシリコン酸化膜109をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う保護絶縁膜109aを形成する。このとき、ドープドシリコン酸化膜109は、NSG膜108をエッチングストッパーにして希フッ酸を用いて選択的にウェットエッチングする。
【0036】
次に、図2(a)に示す工程で、フォトレジスト110をマスクとして、NSG膜108をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う下地保護絶縁膜108aを形成する。このNSG膜108は、フッ酸系のエッチング液を用いて選択的にウェットエッチングする。この結果、シリサイド化領域Rsi内のMISFETのゲート電極103a及び高濃度ソース・ドレイン領域107aのシリコン表面が露出する。
【0037】
次に、図2(b)に示す工程で、フォトレジスト110を除去した後、基板の全面上に厚みが20nmのチタン、コバルトあるいはニッケルからなる金属膜111を堆積する。
【0038】
次に、図2(c)に示す工程で、素子分離絶縁膜101、絶縁性サイドウォール115a、及び保護絶縁膜109aをマスクとして、熱処理を行うことにより、金属膜111と、シリサイド化領域Rsiのゲート電極103aを構成するポリシリコン及び高濃度ソース・ドレイン領域107aを構成する単結晶シリコンの表面部分とを反応させた後、HSO+H等のエッチング液を用いて、未反応の金属膜をウェットエッチングにより除去することによって、ゲート電極103a及び高濃度ソース・ドレイン領域107aのうちの表面部分がシリサイド化された金属シリサイド膜111a、111bを形成する。
【0039】
次に、図2(d)に示す工程で、基板の全面上に、層間絶縁膜112を形成した後、層間絶縁膜112に高濃度ソース・ドレイン領域107a、107bに到達するコンタクト113a、113bを形成し、層間絶縁膜112上にコンタクト113a、113bに接続される金属配線114を形成する。このとき、シリサイド化領域Rsiのコンタクト113aは、金属シリサイド膜111bを介して高濃度ソース・ドレイン領域107aに接続され、非シリサイド化領域Rnsiのコンタクト113bは、層間絶縁膜112、保護絶縁膜109a及び下地保護絶縁膜108aを貫通して設けられ、高濃度ソース・ドレイン領域107bに直接接続されている。
【0040】
以上の方法によって、図2(d)に示すように、シリサイド化領域Rsiには、表面部に金属シリサイド膜111aが形成されたゲート電極103aと、表面部に金属シリサイド膜111bが形成された高濃度ソース・ドレイン領域107aと、高濃度ソース・ドレイン領域107a上に形成された層間絶縁膜112と、層間絶縁膜112を貫通して設けられ、金属シリサイド膜111bに接続されているコンタクト113aとを有するn型MISトランジスタが形成される。一方、非シリサイド化領域Rnsiには、表面部に金属シリサイド膜が形成されていないゲート電極103bと、表面部に金属シリサイド膜が形成されていない高濃度ソース・ドレイン領域107bと、高濃度ソース・ドレイン領域107a上に形成されたノンドープドシリコン酸化膜からなる下地保護絶縁膜108aと、下地保護絶縁膜108a上に形成されたドープドシリコン酸化膜からなる保護絶縁膜109aと、保護絶縁膜109a上に形成された層間絶縁膜112と、層間絶縁膜112、保護絶縁膜109a及び下地保護絶縁膜108aを貫通して設けられ、高濃度ソース・ドレイン領域107bに直接接続されているコンタクト113bとを有する高耐圧n型MISトランジスタが形成される。
【0041】
本発明の実施形態によれば、サリサイド形成技術を用いて金属シリサイド膜を形成する際の非シリサイド領域を覆う絶縁膜として、相対的に膜厚の薄いNSG膜108と相対的に膜厚の厚いドープドシリコン酸化膜109とを用いる。これにより、ドープドシリコン酸化膜109の下地となるNSG膜108は、膜厚が薄いため、下地パターンの粗密に影響されることなく均一に堆積することができる。したがって、NSG膜108に対するドープドシリコン酸化膜109のエッチング選択比を高くすることにより、NSG膜108をエッチングストッパーとして選択的にドープドシリコン酸化膜109のみを除去することができる。しかも、ドープドシリコン酸化膜109を除去した後に残存するNSG膜108は、膜厚が薄く、且つ、ほぼ均一な膜厚を有するため、NSG膜108を除去する際のオーバーエッチングは、基板全面に対して最小の時間で行うことができる。
【0042】
従って、素子分離絶縁膜101および絶縁性サイドウォール115aを構成するシリコン酸化膜105aのエッチング量を増大させることなく、シリサイド化領域Rsiのゲート電極103a及び高濃度ソース・ドレイン領域107aのシリコン表面を露出させることができるので、接合リーク電流の増加を防ぐことができる。
【0043】
なお、本実施の形態においては、NSG膜108の膜厚を20nmとしたが、後に続く層間絶縁膜のリフロー等の熱処理工程におけるドープドシリコン酸化膜109からのソース・ドレイン領域への不純物の拡散を防止するために、10nm以上にすることが望ましく、また、下地パターンの粗密に影響されずほぼ均一に形成するためには30nm以下が望ましい。また、ゲート電極103a、103bとして多結晶シリコン膜を用いたが、アモルファスシリコン膜や上部にシリコン部材を有する導体膜であってもよい。
【0044】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図3(a)〜図3(d)及び図4(a)〜図4(d)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0045】
まず、図3(a)に示す工程に至るまでに、以下の手順で処理を行う。まず、p型シリコン基板300上に、各トランジスタ形成領域を取り囲むトレンチ型の素子分離絶縁膜301を形成する。この素子分離絶縁膜301は、高密度プラズマCVD(HDP−CVD)法を用いて堆積されたシリコン酸化膜からなり、この素子分離絶縁膜301によって、シリコン基板300が、通常のn型MISトランジスタが形成されるシリサイド化領域Rsi(nMISFET形成領域)と高耐圧n型MISトランジスタが形成される非シリサイド化領域Rnsi(高耐圧nMISFET形成領域)とに大きく区画される。ここでは、pMISFETの形成については省略する。
【0046】
次に、シリコン基板300の素子分離絶縁膜301で囲まれるシリサイド化領域Rsiに、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜302a、及び、厚さ150nmのn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極303aを形成し、非シリサイド化領域Rnsiに、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜302b及び厚さ150nmのn型多結晶シリコン膜からなるゲート電極303bを形成する。なお、非シリサイド化領域Rnsiに形成される高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜302bは、シリサイド化領域Rsiに形成される通常のnMISFETのゲート絶縁膜302aよりも厚いのが一般的である。例えば、nMISFETのゲート絶縁膜302aの厚みが2nm程度であるのに対し、高耐圧n型MISトランジスタのゲート絶縁膜302bの厚みは、7nmである。
【0047】
次に、ゲート電極303a、303bをマスクにして、シリコン基板300にn型不純物のイオン注入を行い、n型の低濃度ソース・ドレイン領域304a、304bを形成する。その後、ゲート電極303a、303bの側面上にシリコン酸化膜305a、305bとシリコン窒化膜306a、306bの積層膜からなる絶縁性サイドウォール315a、315bを形成した後、ゲート電極303a、303b及び絶縁性サイドウォール315a、315bをマスクにして、シリコン基板300にn型不純物のイオン注入を行い、n型の高濃度ソース・ドレイン領域307a、307bを形成する。
【0048】
次に、図3(b)に示す工程で、基板上の全面に、不純物を含まない膜厚10nmの第1のノンドープドシリコン酸化膜308を堆積する。その後、熱処理を行うことにより、第1のノンドープドシリコン酸化膜308のエッチング耐性を向上させる。このとき、第1のノンドープドシリコン酸化膜308は、ゲート電極の密集パターン領域及び疎パターン領域ともに厚さ20nm程度でほぼ均一に堆積される。
【0049】
次に、図3(c)に示す工程で、第1のノンドープドシリコン酸化膜308上の全面に、不純物を含まない厚さ80nmの第2のノンドープドシリコン酸化膜309を堆積する。これにより、シリサイド化領域Rsi及び非シリサイド化領域Rnsiの全体が第1のノンドープドシリコン酸化膜308及び第2のノンドープドシリコン酸化膜309によって覆われる。例えば、第1のノンドープドシリコン酸化膜を常圧CVD法で形成した後、熱処理を650〜1150℃で30秒〜3分行うことにより、素子分離絶縁膜301の2〜5倍程度のウェットエッチングレートを得ることができる。また、第2のノンドープドシリコン酸化膜309をCVD法で形成した場合、熱処理した第1のノンドープドシリコン酸化膜308に対して1.5〜3倍程度のウェットエッチングレートを得ることができる。その後、フォトリソグラフィー工程により、基板上に非シリサイド化領域Rnsiを覆うフォトレジスト310を形成する。
【0050】
次に、図3(d)に示す工程で、フォトレジスト310をマスクとして、第2のノンドープドシリコン酸化膜309をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う保護絶縁膜309aを形成する。このとき、第2のノンドープドシリコン酸化膜309は、第1のノンドープドシリコン酸化膜308をエッチングストッパーにしてフッ酸溶液を用いて選択的にウェットエッチングする。
【0051】
次に、図4(a)に示す工程で、フォトレジスト310をマスクとして、第1のノンドープドシリコン酸化膜308をウェットエッチングすることにより、非シリサイド化領域Rnsiを覆う下地保護絶縁膜308aを形成する。この第1のノンドープドシリコン酸化膜308は、フッ酸系のエッチング液を用いて選択的にウェットエッチングする。この結果、シリサイド化領域Rsi内のMISFETのゲート電極303a及び高濃度ソース・ドレイン領域307aのシリコン表面が露出する。
【0052】
次に、図4(b)に示す工程で、フォトレジスト310を除去した後、基板の全面上に厚みが20nmのチタン、コバルトあるいはニッケルからなる金属膜311を堆積する。
【0053】
次に、図4(c)に示す工程で、素子分離絶縁膜301、絶縁性サイドウォール315a、及び保護絶縁膜309aをマスクとして、熱処理を行うことにより、金属膜311と、シリサイド化領域Rsiのゲート電極303aを構成するポリシリコン及び高濃度ソース・ドレイン領域307aを構成する単結晶シリコンの表面部分とを反応させた後、HSO+H等のエッチング液を用いて、未反応の金属膜をウェットエッチングにより除去することによって、ゲート電極303a及び高濃度ソース・ドレイン領域307aのうちの表面部分がシリサイド化された金属シリサイド膜311a、311bを形成する。
【0054】
次に、図4(d)に示す工程で、基板の全面上に、層間絶縁膜312を形成した後、層間絶縁膜312に高濃度ソース・ドレイン領域307a、307bに到達するコンタクト313a、313bを形成し、層間絶縁膜312上にコンタクト313a、313bに接続される金属配線314を形成する。このとき、シリサイド化領域Rsiのコンタクト313aは、金属シリサイド膜311bを介して高濃度ソース・ドレイン領域307aに接続され、非シリサイド化領域Rnsiのコンタクト313bは、層間絶縁膜312、保護絶縁膜309a及び下地保護絶縁膜308aを貫通して設けられ、高濃度ソース・ドレイン領域307bに直接接続されている。
【0055】
以上の方法によって、図4(d)に示すように、シリサイド化領域Rsiには、表面部に金属シリサイド膜311aが形成されたゲート電極303aと、表面部に金属シリサイド膜311bが形成された高濃度ソース・ドレイン領域307aと、高濃度ソース・ドレイン領域307a上に形成された層間絶縁膜312と、層間絶縁膜312を貫通して設けられ、金属シリサイド膜311bに接続されているコンタクト313aとを有するn型MISトランジスタが形成される。一方、非シリサイド化領域Rnsiには、表面部に金属シリサイド膜が形成されていないゲート電極303bと、表面部に金属シリサイド膜が形成されていない高濃度ソース・ドレイン領域307bと、高濃度ソース・ドレイン領域307b上に形成された第1のノンドープドシリコン酸化膜からなる下地保護絶縁膜308aと、下地保護絶縁膜308a上に形成された第2のノンドープドシリコン酸化膜からなる保護絶縁膜309aと、保護絶縁膜309a上に形成された層間絶縁膜312と、層間絶縁膜312、保護絶縁膜309a及び下地保護絶縁膜308aを貫通して設けられ、高濃度ソース・ドレイン領域307bに直接接続されているコンタクト313bとを有する高耐圧n型MISトランジスタが形成される。
【0056】
本発明の実施形態によれば、サリサイド形成技術を用いて金属シリサイド膜を形成する際の非シリサイド領域を覆う絶縁膜として、相対的に膜厚の薄い第1のノンドープドシリコン酸化膜308と相対的に膜厚の厚い第2のノンドープドシリコン酸化膜309とを用いる。これにより、第2のノンドープドシリコン酸化膜309の下地となる第1のノンドープドシリコン酸化膜308は、膜厚が薄いため、下地パターンの粗密に影響されることなく均一に堆積することができる。しかも、熱処理によりエッチング耐性が向上した第1のノンドープドシリコン酸化膜308に対する第2のノンドープドシリコン酸化膜309のエッチング選択比を高くすることにより、第1のノンドープドシリコン酸化膜308をエッチングストッパーとして選択的に第2のノンドープドシリコン酸化膜309のみを除去することができる。したがって、第2のノンドープドシリコン酸化膜309を除去した後に残存する第1のノンドープドシリコン酸化膜308は、膜厚が薄く、且つ、ほぼ均一な膜厚を有するため、第1のノンドープドシリコン酸化膜308を除去する際のオーバーエッチングは、基板全面に対して最小の時間で行うことができる。
【0057】
また、本実施形態においては、第1のノンドープドシリコン酸化膜308を焼き締めるための熱処理工程が必要となるが、本熱処理工程をトランジスタのソース・ドレイン領域にイオン注入した不純物の活性化熱処理工程と兼ねることにより、工程数の増大を抑制することができる。この場合、第1のノンドープドシリコン酸化膜308を堆積することにより、注入した不純物が活性化熱処理工程により熱脱離するのを防ぐことができる。また、第1のノンドープドシリコン酸化膜308の膜厚は、10nmと薄いため、活性化熱処理による熱応力発生に起因したトランジスタ特性・信頼性の劣化はない。
【0058】
なお、本実施の形態においては、第1のノンドープドシリコン酸化膜308の膜厚を10nmとしたが、第2のノンドープドシリコン酸化膜309のエッチングストッパーとなる膜厚があれば良いので、第1のノンドープドシリコン酸化膜308の膜厚は5nm以上あれば良く、また、下地パターンの粗密に影響されずほぼ均一に形成するためには30nm以下が望ましい。また、ゲート電極303a、303bとして多結晶シリコン膜を用いたが、アモルファスシリコン膜や上部にシリコン部材を有する導体膜であってもよい。
【0059】
【発明の効果】
本発明の半導体装置及びその製造方法によると、シリサイド化領域と非シリサイド化領域とを有する半導体装置の製造方法において、基板上の全面に相対的に膜厚の薄い第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜に対して高い選択比でエッチングできる相対的に膜厚の厚い第2の絶縁膜とを順次形成した後、非シリサイド化領域を覆うエッチングマスクを用いて、シリサイド化領域の第2の絶縁膜と第1の絶縁膜を2段階でエッチングすることにより、下地パターンの粗密に影響されることなく第1の絶縁膜を除去する際のオーバーエッチングは、基板全面に対して最小の時間で行うことができる。
【0060】
従って、素子分離絶縁膜および絶縁性サイドウォールを構成するシリコン酸化膜のエッチング量を抑制することができるため、接合リーク電流が抑制された半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程のうちの前半部分を示す断面図
【図2】(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程のうちの後半部分を示す断面図
【図3】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程のうちの前半部分を示す断面図
【図4】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程のうちの後半部分を示す断面図
【図5】(a)〜(f)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図6】(a)は、NSG膜の膜厚測定箇所を説明するための断面図
(b)は、(a)のA箇所及びB箇所におけるゲート電極の間隔とNSG膜の膜厚との関係を示す図
【符号の説明】
100 p型シリコン基板
101 素子分離絶縁膜
102a、102b ゲート絶縁膜
103a、103b ゲート電極
104a、104b n型低濃度ソース・ドレイン領域
105a、105b シリコン酸化膜
106a、106b シリコン窒化膜
107a、107b n型高濃度ソース・ドレイン領域
108 ノンドープドシリコン酸化膜
108a 下地保護絶縁膜
109 ドープドシリコン酸化膜
109a 保護絶縁膜
110 フォトレジスト
111 金属膜
111a、111b 金属シリサイド膜
112 層間絶縁膜
113a、113b コンタクト
114 金属配線
115a、115b 絶縁性サイドウォール
300 p型シリコン基板
301 素子分離絶縁膜
302a、302b ゲート絶縁膜
303a、303b ゲート電極
304a、304b n型低濃度ソース・ドレイン領域
305a、305b シリコン酸化膜
306a、306b シリコン窒化膜
307a、307b n型高濃度ソース・ドレイン領域
308 第1のノンドープドシリコン酸化膜
308a 下地保護絶縁膜
309 第2のノンドープドシリコン酸化膜
309a 保護絶縁膜
310 フォトレジスト
311 金属膜
311a、311b 金属シリサイド膜
312 層間絶縁膜
313a、313b コンタクト
314 金属配線
315a、315b 絶縁性サイドウォール

Claims (8)

  1. 少なくとも第1のソース・ドレイン領域の上部がシリサイド化されている第1のMISトランジスタが配置されるシリサイド化領域と、第2のソース・ドレイン領域の上部がシリサイド化されていない第2のMISトランジスタが配置される非シリサイド化領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
    半導体基板上の前記シリサイド化領域に前記第1のMISトランジスタの第1のゲート電極を形成するとともに、前記半導体基板上の前記非シリサイド化領域に前記第2のMISトランジスタの第2のゲート電極を形成する工程(a)と、
    前記工程(a)の後に、前記第1のMISトランジスタの前記第1のソース・ドレイン領域及び前記第2のMISトランジスタの前記第2のソース・ドレイン領域を形成するための不純物イオンの注入を行う工程(b)と、
    前記工程(b)の後に、基板上の全面に、相対的に膜厚の薄い第1の絶縁膜を形成する工程(c)と、
    前記第1の絶縁膜上に、相対的に膜厚の厚い第2の絶縁膜を形成する工程(d)と、
    前記工程(d)の後に、前記非シリサイド化領域を覆うエッチングマスクを用いて、前記シリサイド化領域の前記第2の絶縁膜を選択的にエッチングする工程(e)と、
    前記工程(e)の後に、前記エッチングマスクを用いて、前記シリサイド化領域の前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記第1のソース・ドレイン領域の上部表面を露出する工程(f)と、
    前記工程(f)の後に、基板上に金属膜を形成した後、前記非シリサイド化領域を覆う前記第2の絶縁膜をマスクにして熱処理を行うことにより前記第1のソース・ドレイン領域の上部をシリサイド化して金属シリサイド膜を形成する工程(g)と
    を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(f)では、前記第1のゲート電極の上部表面を露出し、
    前記工程(g)では、前記第1のゲート電極の上部をシリサイド化して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。
  3. 請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、
    前記第2の絶縁膜は、不純物を含有するシリコン酸化膜からなり、
    前記工程(e)では、前記第1の絶縁膜をエッチングストッパーにして、前記シリサイド化領域の前記第2の絶縁膜を選択的にウェットエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、
    前記工程(c)の後で前記工程(d)の前に、前記第1の絶縁膜を熱処理する工程を備え、
    前記工程(e)では、前記熱処理によりエッチング耐性の向上した前記第1の絶縁膜をエッチングストッパーにして、前記シリサイド化領域の前記第2の絶縁膜を選択的にウェットエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記熱処理によって、前記ソース・ドレイン領域を形成するためにイオン注入された不純物が活性化されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(g)の後に、基板上に層間絶縁膜を形成する工程(h)と、前記シリサイド化領域の前記層間絶縁膜を貫通し前記金属シリサイド膜を介して前記第1のMISトランジスタのソース・ドレイン領域に接続される第1のコンタクトを形成するとともに、前記非シリサイド化領域の前記層間絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を貫通して前記第2のMISトランジスタのソース・ドレイン領域に直接接続される第2のコンタクトを形成する工程(i)とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 第1のソース・ドレイン領域の上部に金属シリサイド膜が形成された第1のMISトランジスタと、第2のソース・ドレイン領域の上部に金属シリサイド膜が形成されていない第2のMISトランジスタとを有する半導体装置であって、
    前記第1のMISトランジスタは、
    半導体基板に形成された前記第1のソース・ドレイン領域と、
    前記第1のソース・ドレイン領域上に形成された前記金属シリサイド膜と、
    前記金属シリサイド膜上に形成された層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜を貫通して設けられ、前記金属シリサイド膜を介して前記第1のソース・ドレイン領域に接続される第1のコンタクトとを備え、
    前記第2のMISトランジスタは、
    前記半導体基板に形成された前記第2のソース・ドレイン領域と、
    前記第2のソース・ドレイン領域上に形成された相対的に膜厚の薄い第1の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上に形成された相対的に膜厚の厚い第2の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上に形成された前記層間絶縁膜と、
    前記層間絶縁膜、前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を貫通して設けられ、前記第2のソース・ドレイン領域に直接接続される第2のコンタクトとを備えていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項7記載の半導体装置において、
    前記第1の絶縁膜は、不純物を含まないシリコン酸化膜からなり、
    前記第2の絶縁膜は、不純物を含有するシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体装置。
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