JP2005223085A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Description
本発明は、例えばCMOSイメージセンサなどの固体撮像装置、DRAM混載ロジックLSI等に代表される半導体装置とその製造方法に関する。より詳しくは、高融点金属シリサイド層を形成した電界効果トランジスタと高融点金属シリサイド層を形成しない電界効果トランジスタを有した半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor, a semiconductor device typified by a DRAM-embedded logic LSI, and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device having a field effect transistor in which a refractory metal silicide layer is formed and a field effect transistor in which a refractory metal silicide layer is not formed, and a method for manufacturing the same.
近年、CMOSロジック回路を有する半導体装置のプロセスでは、素子の微細化に伴い寄生抵抗を低減するために、サリサイド技術を用いてMOSトランジスタのソース・ドレイン領域に高融点金属シリサイド層を形成する方法を用いるのが一般的である。サイサイド技術とは、MOSトランジスタのシリコンゲート電極及びソース・ドレイン領域の表面に高融点金属シリサイド層を形成する工程である。このようなCMOSロジック回路を有するデバイスとしては、例えばCMOSイメージセンサやDRAM混載ロジックLSI等の機能デバイスがある。 In recent years, in a process of a semiconductor device having a CMOS logic circuit, a method of forming a refractory metal silicide layer in a source / drain region of a MOS transistor by using a salicide technique in order to reduce parasitic resistance as elements are miniaturized. It is common to use. The side-side technology is a step of forming a refractory metal silicide layer on the surface of the silicon gate electrode and the source / drain region of the MOS transistor. As a device having such a CMOS logic circuit, for example, there are functional devices such as a CMOS image sensor and a DRAM-embedded logic LSI.
一方、ソース・ドレイン領域に高融点金属シリサイド層を形成する電界効果トランジスタ(即ちMOSトランジスタ)領域と、接合リークが問題となる電界効果トランジスタ(即ちMOSトランジスタ)領域とを1つのシリコン半導体チップに形成することは技術的に困難である。高融点金属シリサイド層は、ソース・ドレイン領域の表面に高融点金属を形成し、シリコンと高融点金属とを反応させて形成される。しかし、シリコンと高融点金属とが完全反応せず、幾らかの確率で未反応の高融点金属が拡散して接合付近に残るときには、この残った高融点金属が核となって接合リークの増大を引き起こす。 On the other hand, a field effect transistor (ie, MOS transistor) region for forming a refractory metal silicide layer in the source / drain region and a field effect transistor (ie, MOS transistor) region in which junction leakage is a problem are formed in one silicon semiconductor chip. It is technically difficult to do. The refractory metal silicide layer is formed by forming a refractory metal on the surface of the source / drain region and reacting silicon with the refractory metal. However, when silicon and the refractory metal do not react completely, and the unreacted refractory metal diffuses and remains in the vicinity of the junction with some probability, the remaining refractory metal serves as a nucleus to increase junction leakage. cause.
高融点金属シリサイド層を有する半導体装置に関しては、例えば特許文献1に記載されている。
ところで、高融点金属シリサイド層を形成するMOSトランジスタと、接合リークが問題となるMOSトランジスタとを1つのシリコン半導体チップに形成するには、高融点金属シリサイド層を形成する前に接合リークが問題となるMOSトランジスタ側をシリサイド反応を阻止するシリサイドブロック層で被覆する製造方法が考えられる。 By the way, in order to form a MOS transistor for forming a refractory metal silicide layer and a MOS transistor in which junction leakage is a problem in one silicon semiconductor chip, junction leakage is a problem before forming the refractory metal silicide layer. A manufacturing method is conceivable in which the MOS transistor side to be formed is covered with a silicide block layer that inhibits the silicide reaction.
図19は、この製造方法の例を示す。図19Aに示すように、シリコン半導体基板1の高融点金属シリサイド層を形成しない第1の領域2に、ゲート絶縁膜5を介してシリコンゲート電極6を形成し、絶縁膜を形成した後のエッチバックにより、シリコンゲート電極6の側壁にサイドウォール7を形成する。また、同時工程で高融点金属シリサイド層を形成する第2の領域3に、ゲート絶縁膜5を介してシリコンゲート電極6を形成し、絶縁膜を形成した後のエッチバックにより、シリコンゲート電極6の側壁にサイドウォール7を形成する。次いで、第1の領域の全面に例えば絶縁膜からなるシリサイドブロック層8を形成する。次いで、第1の領域2及び第2の領域3に対して、シリコンゲート電極6及びサイドウォール7をマスクに自己整合的に、同時のイオン注入により不純物9を導入して夫々ソース・ドレイン領域11、12及び13、14を形成する。
FIG. 19 shows an example of this manufacturing method. As shown in FIG. 19A, the silicon gate electrode 6 is formed through the
次に、図19Bに示すように、第2の領域のシリコンゲート電極6とソース・ドレイン領域13、14の表面に高融点金属を被着し、高融点金属とシリコンとを反応させて高融点金属シリサイド層10を形成する。これによって、第1の領域2に高融点金属シリサイド層10が形成されないMOSトランジスタTr1が形成され、第2の領域3に高融点金属シリサイド層10が形成されたMOSトランジスタTr2 が形成される。
Next, as shown in FIG. 19B, a refractory metal is deposited on the surface of the silicon gate electrode 6 and the source /
しかし、この製造方法の場合、高融点金属シリサイド層10を形成しない第1の領域2には、ソース・ドレイン領域11、12を形成する際のイオン注入時に、高融点金属シリサイド層10を形成する第2の領域3よりも厚い積層膜であるシリサイドブロック層8が存在しているので、不純物が深く注入されないという問題がある。この結果、第1の領域2のソース・ドレイン領域12、13と、第2の領域3のソース・ドレイン領域13、14が異なる深さになる。即ち、第1の領域のソース・ドレイン領域11、12の深さh1 が第2の領域のソース・ドレイン領域13、14の深さh2 より浅くなり、高融点金属シリサイド層10を有しないMOSトランジスタTr1 と高融点金属シリサイド層10を有するMOSトランジスタTr2 のトランジスタ特性(即ちソース・ドレイン領域の寄生抵抗、ソース・ドレイン領域と電極とのコンタクト抵抗など)の劣化を招く。
However, in this manufacturing method, the refractory
上記の製造方法を、例えば接合リークが問題となるDRAMセンサやフォトダイオードによるセンサ部を有する、DRAM混載ロジックLSIやCMOSイメージセンサの製造に適用した場合にも、同様な不都合を生じる。 When the above manufacturing method is applied to, for example, a DRAM embedded logic LSI or a CMOS image sensor having a sensor unit using a DRAM sensor or a photodiode in which junction leakage is a problem, the same inconvenience occurs.
本発明は、上述の点に鑑み、1つの半導体チップに搭載された高融点金属シリサイド層を有する電界効果トランジスタと高融点金属シリサイド層を有しない電界効果トランジスタにおける、各トランジスタ特性の最適化を可能にした半導体装置及びその製造方法を提供するものである。 In view of the above, the present invention enables optimization of transistor characteristics in a field effect transistor having a refractory metal silicide layer mounted on one semiconductor chip and a field effect transistor having no refractory metal silicide layer. A semiconductor device and a method for manufacturing the same are provided.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板にシリサイド層が形成された第1の電界効果トランジスタと、シリサイド層が形成されない第2の電界効果トランジスタを有し、第1の電界効果トランジスタと第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さを同等に設定して成ることを特徴とする。
本発明の半導体装置における好ましい形態としては、第2の電界効果トランジスタにシリサイド反応を阻止するためのシリサイドブロック層を形成することが適当である。
The semiconductor device according to the present invention includes a first field effect transistor in which a silicide layer is formed on a semiconductor substrate, and a second field effect transistor in which no silicide layer is formed, and the first field effect transistor and the second field effect transistor The depths of the source and drain regions of the field effect transistor are set to be equal to each other.
As a preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention, it is appropriate to form a silicide block layer for preventing the silicide reaction in the second field effect transistor.
本発明に係る半導体装置は、第1の領域にロジック回路を構成する第1の電界効果トランジスタが形成され、第2の領域にシリサイド層が形成されない第2の電界効果トランジスタとセンサ部からなる画素を有した撮像領域が形成され、第1の電界効果トランジスタはシリサイド層が形成された電界効果トランジスタを有し、第1の電界効果トランジスタと第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さが同等に設定され、CMOS型の固体撮像装置として用いて成ることを特徴とする。
本発明の半導体装置における好ましい形態としては、シリサイド層が形成されない電界効果トランジスタにシリサイド反応を阻止するためのシリサイドブロック層を形成することが適当である。
In the semiconductor device according to the present invention, a first field effect transistor that forms a logic circuit is formed in a first region, and a second field effect transistor in which a silicide layer is not formed in a second region and a pixel including a sensor unit The first field effect transistor has a field effect transistor with a silicide layer, and each of the source / drain regions of the first field effect transistor and the second field effect transistor is formed. The depth is set to be equal, and the device is used as a CMOS type solid-state imaging device.
In a preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention, it is appropriate to form a silicide block layer for preventing a silicide reaction in a field effect transistor in which no silicide layer is formed.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリサイド層を有する第1の電界効果トランジスタが形成される第1の領域にシリサイド反応を阻止するシリサイドブロック層を形成せず、シリサイド層を有さない第2の電界効果トランジスタが形成される第2の領域に前記シリサイドブロック層を形成する工程と、第1の領域及び第2の領域に選択的に形成したマスクを介して、選択的にイオン注入により不純物を導入して夫々ソース・ドレイン領域を形成する工程と、第1の電界効果トランジスタにシリサイド層を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい形態としては、第1の領域と第2の領域に対する夫々の前記イオン注入の条件を異ならせることが適当である。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい形態としては、第2の領域へのイオン注入の打ち込みエネルギーを、第1の領域への前記イオン注入の打ち込みエネルギーよりも大に設定することが適当である。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the silicide block layer for preventing the silicide reaction is not formed in the first region where the first field effect transistor having the silicide layer is formed, and the first layer without the silicide layer is formed. The step of forming the silicide block layer in the second region where the field effect transistor of 2 is formed, and the ion selectively through the mask formed selectively in the first region and the second region. The method includes a step of introducing impurities to form source / drain regions, respectively, and a step of forming a silicide layer in the first field effect transistor.
As a preferable mode in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is appropriate to make the ion implantation conditions for the first region and the second region different.
As a preferable mode in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is appropriate to set the implantation energy for ion implantation into the second region to be larger than the implantation energy for ion implantation into the first region. .
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ロジック回路を構成する第1の電界効果トランジスタが形成される第1の領域において、シリサイド層を有する電界効果トランジスタが形成される領域にシリサイド反応を阻止するシリサイドブロック層を形成せず、一方、シリサイド層を有さない第2の電界効果トランジスタとセンサ部からなる画素が形成される撮像領域にシリサイドブロック層を形成する工程と、第1の領域及び第2の領域において、シリサイド層が形成されない領域とシリサイド層が形成される領域に選択的にマスクを介して、選択的にイオン注入により不純物を導入して夫々ソース・ドレインを形成する工程と、第1の電界効果トランジスタのシリサイド層を形成すべき電界効果トランジスタにシリサイド層を形成する工程とを有して、CMOS型の固体撮像装置を製造することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい形態としては、第1の領域と第2の領域に対する夫々の前記イオン注入の条件を異ならせることが適当である。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい形態としては、第2の領域へのイオン注入の打ち込みエネルギーを、第1の領域への前記イオン注入の打ち込みエネルギーよりも大に設定することが適当である。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention prevents a silicide reaction in a region where a field effect transistor having a silicide layer is formed in a first region where a first field effect transistor constituting a logic circuit is formed. A step of forming a silicide block layer in an imaging region in which a pixel including a second field effect transistor and a sensor portion without forming a silicide block layer and having a silicide layer is formed; A step of selectively introducing an impurity by ion implantation into a region in which the silicide layer is not formed and a region in which the silicide layer is formed in the
As a preferable mode in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is appropriate to make the ion implantation conditions for the first region and the second region different.
As a preferable mode in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is appropriate to set the implantation energy for ion implantation into the second region to be larger than the implantation energy for ion implantation into the first region. .
本発明に係る半導体装置によれば、第1の電界効果トランジスタではシリサイド層が形成されているので、素子の微細化と共に、ソース・ドレイン領域の寄生抵抗を低減することができる。これにより第1の電界効果トランジスタは高速動作、低消費電力の低減が図れる。一方、第2の電界効果トランジスタでは、シリサイド層が形成されないので、シリサイド化されない金属に起因する接合リークが抑制される。そして、第1及び第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さを同等に設定することにより、夫々のソース・ドレイン領域の不純物濃度も同等となる。これにより、シリサイド層を有しない第2の電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の寄生抵抗を低減し、また、そのソース・ドレイン領域と電極間のコンタクト抵抗を低減することができる。従って、共にトランジスタ特性が最適化されたシリサイド層を有する第1の電界効果トランジスタ及びシリサイド層を有しない第2の電界効果トランジスタを混載した高性能の半導体装置を提供することができる。
第2の電界効果トランジスタにシリサイド反応を阻止するシリサイドブロック層を有することにより、第2の電界効果トランジスタのシリコンゲート電極及びソース・ドレイン領域へのシリサイド層の形成を確実に阻止することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the silicide layer is formed in the first field effect transistor, the parasitic resistance of the source / drain region can be reduced along with the miniaturization of the element. Accordingly, the first field effect transistor can operate at high speed and reduce power consumption. On the other hand, since the silicide layer is not formed in the second field effect transistor, junction leakage due to the metal that is not silicided is suppressed. By setting the depths of the source / drain regions of the first and second field effect transistors to be equal, the impurity concentrations of the source / drain regions are also equal. Thereby, the parasitic resistance of the source / drain region of the second field effect transistor having no silicide layer can be reduced, and the contact resistance between the source / drain region and the electrode can be reduced. Therefore, it is possible to provide a high-performance semiconductor device in which the first field effect transistor having the silicide layer and the second field effect transistor not having the silicide layer are both mounted.
Since the second field effect transistor has the silicide block layer for preventing the silicide reaction, formation of the silicide layer on the silicon gate electrode and the source / drain regions of the second field effect transistor can be surely prevented.
本発明に係る半導体装置、すなわちCMOS型の固体撮像装置によれば、撮像領域の周辺のロジック回路を構成する第1の電界効果トランジスタでは、シリサイド層が形成されているので、素子の微細化と共に、ソース・ドレイン領域の寄生抵抗を低減することができる。これにより第1の電界効果トランジスタは高速動作、低消費電力の低減が図れる。一方、画素側の第2の電界効果トランジスタでは、シリサイド層が形成されないので、シリサイド化されない金属に起因する接合リークが抑制される。そして、ロジック回路側の第1の電界効果トランジスタ及び画素側の第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さを同等に設定することにより、夫々のソース・ドレイン領域の不純物濃度も同等となる。これにより、画素側のシリサイド層を有しない第2の電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の寄生抵抗を低減し、また、そのソース・ドレイン領域と電極間のコンタクト抵抗を低減することができる。従って、ロジック回路側及び画素側において、共にトランジスタ特性が最適化された電界効果トランジスタがえられ、高性能のCMOS型の固体撮像装置を提供することができる。
画素側の第2の電界効果トランジスタにシリサイド反応を阻止するシリサイドブロック層を有することにより、第2の電界効果トランジスタのシリコンゲート電極及びソース・ドレイン領域へのシリサイド層の形成を確実に阻止することができる。
According to the semiconductor device according to the present invention, that is, the CMOS type solid-state imaging device, since the silicide layer is formed in the first field effect transistor constituting the logic circuit around the imaging region, the device is miniaturized. The parasitic resistance of the source / drain regions can be reduced. Accordingly, the first field effect transistor can operate at high speed and reduce power consumption. On the other hand, since the silicide layer is not formed in the second field effect transistor on the pixel side, junction leakage due to the metal that is not silicided is suppressed. Then, by setting the depths of the source / drain regions of the first field effect transistor on the logic circuit side and the second field effect transistor on the pixel side to be equal, the impurity concentration of each source / drain region is also increased. It becomes equivalent. Thereby, the parasitic resistance of the source / drain region of the second field effect transistor having no silicide layer on the pixel side can be reduced, and the contact resistance between the source / drain region and the electrode can be reduced. Therefore, a field effect transistor with optimized transistor characteristics can be obtained on both the logic circuit side and the pixel side, and a high-performance CMOS solid-state imaging device can be provided.
The formation of a silicide layer on the silicon gate electrode and the source / drain regions of the second field effect transistor is reliably prevented by having the silicide block layer for preventing the silicide reaction in the second field effect transistor on the pixel side. Can do.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の領域にはシリサイドブロック層を形成せず、第2の領域にはシリサイドブロック層を形成し、第1及び第2の領域に対して選択的に不純物をイオン注入することにより、第1及び第2の領域に最適条件でソース・ドレイン領域を形成することができる。すなわち、第1及び第2の領域に形成する第1及び第2の電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域の深さ、及び不純物濃度を、共に同程度にすることができる。そして、第2の領域にはシリサイドブロック層を有することにより、第1の領域の第1の電界効果トランジスタにのみシリサイド層を形成することができる。これによって、シリサイド層を有する電界効果トランジスタ及びシリサイド層を有しないトランジスタのトランジスタ特性を共に最適化することができ、両電界効果トランジスタを混載した高性能の半導体装置を製造することができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the silicide block layer is not formed in the first region, the silicide block layer is formed in the second region, and the first and second regions are formed. By selectively implanting ions of impurities, source / drain regions can be formed in the first and second regions under optimum conditions. That is, the depths and impurity concentrations of the source / drain regions of the first and second field effect transistors formed in the first and second regions can be made substantially the same. In addition, since the silicide block layer is provided in the second region, the silicide layer can be formed only in the first field effect transistor in the first region. Thereby, both the transistor characteristics of the field effect transistor having the silicide layer and the transistor not having the silicide layer can be optimized, and a high-performance semiconductor device in which both field effect transistors are mounted can be manufactured.
第1領域と第2領域に対する夫々のイオン注入の条件を異にすることにより、第1及び第2の電界効果トランジスタの夫々のトランジスタ特性を最適化することができる。
シリサイドブロック層を有する第2の領域へのイオン注入の打ち込みエネルギーを、シリサイドブロック層を有しない第1の領域へのイオン打ち込みエネルギーより大に設定することにより、第1及び第2の領域に形成されるソース・ドレイン領域における深さ、不純物濃度を同等にすることができる。従って、第1及び第2の電界効果トランジスタのトランジスタ特性を最適化することができる。
By making the ion implantation conditions for the first region and the second region different, the transistor characteristics of the first and second field effect transistors can be optimized.
By forming the ion implantation energy into the second region having the silicide block layer larger than the ion implantation energy into the first region not having the silicide block layer, the energy is formed in the first and second regions. The depth and impurity concentration in the source / drain regions can be made equal. Therefore, the transistor characteristics of the first and second field effect transistors can be optimized.
本発明に係る半導体装置の製造方法、すなわちCMOS型の固体撮像装置の製造方法によれば、ロジック回路側の第1の領域にはシリサイドブロック層を形成せず、画素側の第2の領域にはシリサイドブロック層を形成し、第1及び第2の領域に対して選択的に不純物をイオン注入することにより、ロジック回路側の第1の領域及び画素側の第2の領域に最適条件でソース・ドレイン領域を形成することができる。すなわち、ロジック回路側の第1の電界効果トランジスタ及び画素側の第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さ、及び不純物濃度を、共に同程度にすることができる。そして、画素側にはシリサイドブロック層を有することにより、ロジック回路側の第1の電界効果トランジスタにのみシリサイド層を形成することができる。これによって、ロジック回路側のシリサイド層を有する電界効果トランジスタ及び画素側のシリサイド層を有しない電界効果トランジスタのトランジスタ特性を共に最適化することができ、高性能のCMOS型の固体撮像装置を製造することができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention, that is, the manufacturing method of the CMOS type solid-state imaging device, the silicide block layer is not formed in the first region on the logic circuit side, and the second region on the pixel side is formed. Forms a silicide block layer and selectively ion-implants impurities into the first and second regions, so that the first region on the logic circuit side and the second region on the pixel side are sourced under optimum conditions. -A drain region can be formed. That is, the depth of the source / drain regions and the impurity concentration of the first field effect transistor on the logic circuit side and the second field effect transistor on the pixel side can be made substantially the same. Then, by having the silicide block layer on the pixel side, the silicide layer can be formed only on the first field effect transistor on the logic circuit side. As a result, both the transistor characteristics of the field effect transistor having the silicide layer on the logic circuit side and the field effect transistor not having the silicide layer on the pixel side can be optimized, and a high-performance CMOS solid-state imaging device is manufactured. be able to.
ロジック回路側の第1領域と画素側の第2領域に対する夫々のイオン注入の条件を異にすることにより、ロジック回路側及び画素側の第1及び第2の電界効果トランジスタの夫々のトランジスタ特性を最適化することができる。
シリサイドブロック層を有する画素側の第2の領域へのイオン注入の打ち込みエネルギーを、シリサイドブロック層を有しないロジック回路側の第1の領域へのイオン打ち込みエネルギーより大に設定することにより、第1及び第2の領域に形成されるソース・ドレイン領域における深さ、不純物濃度を同等にすることができる。従って、ロジック回路側及び画素側の電界効果トランジスタのトランジスタ特性を最適化することができる。
By making different ion implantation conditions for the first region on the logic circuit side and the second region on the pixel side, the transistor characteristics of the first and second field effect transistors on the logic circuit side and the pixel side can be changed. Can be optimized.
By setting the ion implantation energy to the second region on the pixel side having the silicide block layer to be larger than the ion implantation energy to the first region on the logic circuit side having no silicide block layer, And the depth and impurity concentration in the source / drain regions formed in the second region can be made equal. Therefore, the transistor characteristics of the field effect transistors on the logic circuit side and the pixel side can be optimized.
以下、図面を参照して本発明の半導体装置及びその製造方法の実施の形態を説明する。 Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、本実施の形態の理解を容易にするために、図15〜図18を用いて比較例に係る半導体装置の製造方法を説明する。この半導体装置は、同一の半導体基板上に高融点金属シリサイド層を有するCMOSトランジスタと、高融点金属シリサイド層を有しないCMOSトランジスタとを混載した半導体装置に適用した場合である。 First, in order to facilitate understanding of the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device according to a comparative example will be described with reference to FIGS. This semiconductor device is applied to a semiconductor device in which a CMOS transistor having a refractory metal silicide layer and a CMOS transistor not having a refractory metal silicide layer on the same semiconductor substrate are mounted together.
図15Aに示すように、第1導電型、例えばn型のシリコン半導体基板11を用意し、この半導体基板11の高融点金属シリサイド層を有するMOSトランジスタが形成される第1の領域12と、高融点金属シリサイド層を有しないMOSトランジスタが形成される第2の領域13に対して、夫々nチャネルMOSトランジスタを形成すべき領域に第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域14、15を形成する。さらに、半導体基板11に素子分離領域、例えば選択酸化によるフィールド絶縁膜16を形成した後、ゲート絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)17を介して夫々のMOSトランジスタに対応する位置にポリシリコンからなるゲート電極18、19、20、21を形成する。
As shown in FIG. 15A, a first conductivity type, for example, n-type
次に、図15Bに示すように、夫々nチャネルMOSトランジスタを形成すべきp型半導体ウェル領域14、15及びpチャネルMOSトランジスタを形成すべきn型半導体領域22、23に、ゲート電極18〜21をマスクに自己整合的にLDD構造の低不純物濃度領域25、26、27、28を形成する。即ち、例えば、n型半導体領域22、23上を例えばフォトレジストマスクで覆って、リン(p)を打ち込みエネルギー20KeV、ドーズ量4×1013/cm2の条件でp型半導体ウェル領域14、15にn- 半導体領域25、27を形成する。次いでp型半導体領域14、15上をフォトレジストマスクで覆って、ボロン(B)(BF2)を打ち込みエネルギー25KeV、ドーズ量3.5×1014/cm2の条件でn型半導体領域22、23にp- 半導体領域26、28を形成する。
Next, as shown in FIG. 15B, the
次に、図16Cに示すように、ゲート電極18〜21上を含む基板の全面にシリコン酸化(SiO2 )膜31及びシリコン窒化(SiN)膜32をCVD(化学気相成長)法により堆積する。シリコン酸化膜31の膜厚は10nm程度、シリコン窒化膜32の膜厚は30nm程度とすることができる。
Next, as shown in FIG. 16C, a silicon oxide (SiO 2 )
次に、図16Dに示すように、高融点金属シリサイド層を形成しない領域13上に選択的にレジストマスク33を形成し、レジストマスク33を介して異方性エッチングにより、高融点金属シリサイド層を形成する領域12側のシリコン酸化膜31及びシリコン窒化膜32を除去する。このとき、高融点金属シリサイド形成領域12側のゲート電極18、19の側壁にシリコン酸化膜31とシリコン窒化膜32の2層のサイドウォール部34が形成される。
Next, as shown in FIG. 16D, a resist
次に、図17Eに示すように、レジストマスク33を除去した後、基板全面上に例えば膜厚が90nm程度のシリコン酸化膜36をCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 17E, after removing the resist
次に、図17Fに示すように、基板上のシリコン酸化膜36を異方性エッチングにより除去する。このとき、高融点金属シリサイド形成領域12側では、ゲート電極18、19の側壁に、シリコン酸化膜31、シリコン窒化膜32及びシリコン酸化膜36の3層のサイドウォール37が形成される。また、高融点金属シリサイドを形成しない領域13側では、ゲート電極20、21の側壁に対応したシリコン窒化膜32上の部分にシリコン酸化膜36によるサイドウォール38が形成される。
Next, as shown in FIG. 17F, the
次に、図18Gに示すように、nチャネルMOS領域にサイドウォール37及び38をマスクにして、n型不純物をイオン注入してn+ ソース・ドレイン領域43、44、47、48を選択的に形成する。n型不純物のイオン注入条件は、例えばリン(P)を打ち込みエネルギー20keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。このとき、高融点金属シリサイドを形成しない領域13では、ゲート電極を含む全面にシリコン酸化膜31及びシリコン窒化膜32の積層膜によるシリサイドブロック層が残っているので、n+ ソース・ドレイン領域45、46は、高融点金属シリサイド形成領域12のn+ ソース・ドレイン領域41、42より浅く形成される。
また、pチャネルMOS領域にサイドウォール37及び38をマスクにして、p型不純物をイオン注入してp+ ソース・ドレイン領域43、44、47、48を選択的に形成する。p型不純物のイオン注入条件は、例えばボロン(B)を打ち込みエネルギー7keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。このとき、高融点金属シリサイドを形成しない領域13では、ゲート電極を含む全面にシリコン酸化膜31及びシリコン窒化膜32の積層膜によるシリサイドブロック層が残っているので、p+ ソース・ドレイン領域47、48は、高融点金属シリサイド形成領域12のp+ ソース・ドレイン領域43、44より浅く形成される。これらn型不純物及びp型不純物にイオン注入は、図示せざるも、レジストマスクを介して選択的に行われる。
Next, as shown in FIG. 18G, n-type impurities are ion-implanted into the n-channel MOS region using the
Further, p + source /
次に、図18Hに示すように、基板全面上に高融点金属の例えばコバルト(Co)膜を形成し、熱処理して、ポリシリコンのゲート電極18、19、n+ ソース・ドレイン領域41、42及びp+ ソース・ドレイン領域43、44上にコバルトシリサイド(CoSi)層49を反応生成させる。このとき、シリコン酸化膜31及びシリコン窒化膜32で被覆されている領域13側では、コバルト(Co)膜がシリコン(Si)と接していないので、コバルトシリサイド層は生成しない。その後、余剰のコバルト膜を除去する。このようにして、一方の領域12に高融点金属シリサイド層49を有するnチャネルMOSトランジスタTr1 及びpチャネルMOSトランジスタTr2 からなるCMOSトランジスタが形成され、他方の領域13に高融点金属シリサイド層を有しないnチャネルMOSトランジスタTr3 及びpチャネルMOSトランジスタTr4 からなるCMOSトランジスタが形成された、半導体装置51を得る。
Next, as shown in FIG. 18H, a refractory metal such as a cobalt (Co) film is formed on the entire surface of the substrate and heat-treated to form
この図15〜図18の製造方法で製造されたCMOSトランジスタを有する半導体装置51によれば、高融点金属シリサイド層を形成する側と形成しない側とのn+ ソース・ドレイン領域(41、42)及び(45、46)同志、p+ ソース・ドレイン領域(43、44)及び(47、48)同志を、それぞれ同一のイオン注入工程で形成している。このため、直接シリコン基板にイオン注入する領域と、シリサイド反応を阻止するシリサイドブロック沿うとなる第1及び第2の絶縁膜31及び32の2層膜を介してイオン注入する領域では、互いにイオン注入ピーク位置Rpが異なり、ソース・ドレイン領域の不純物濃度、ソース・ドレイン領域の拡散深さ(いわゆる接合深さ)が異なることになり、トランジスタ特性に違いが生じる。
According to the
すなわち、高融点金属シリサイド層49を有しないMOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域45〜48の接合深さXj2 が、高融点金属シリサイド層49を有するMOSトランジスタTr1 ,Tr2 のソース・ドレイン領域41〜44の接合深さXj1 より浅くなる。また、MOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域の不純物濃度がMOSトランジスタTr1,Tr2 のソース・ドレイン領域の不純物濃度より低くなる傾向となる。さらに、ソース・ドレイン領域の不純物濃度の違いにより、ソース・ドレイン電極とソース・ドレイン領域とのコンタクト抵抗も異なる殊になる。このため、MOSトランジスタ(Tr1 ,Tr2 )とMOSトランジスタ(Tr3 ,Tr4 )とのトランジスタ特性が異なり、半導体装置51全体として見たときどちらかの素子特性の劣化を招くことになる。
That is, the junction depth Xj2 of the source /
次に、図1〜図6に本発明に係る半導体装置及びその製造方法の一実施の形態を説明する。本例は、上述した比較例と同様に同一半導体基板上に高融点金属シリサイド層を有するCMOSトランジスタと、高融点金属シリサイド層を有しないCMOSトランジスタとを混載した半導体装置の製造に適用した場合である。 Next, an embodiment of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. This example is applied to the manufacture of a semiconductor device in which a CMOS transistor having a refractory metal silicide layer and a CMOS transistor not having a refractory metal silicide layer are mounted on the same semiconductor substrate as in the comparative example described above. is there.
図1Aに示すように、第1導電型、例えばn型のシリコン半導体基板61を用意し、この半導体基板61の高融点金属シリサイド層を有するMOSトランジスタが形成される第1の領域62と、高融点金属シリサイド層を有しないMOSトランジスタが形成される第2の領域63に対して、夫々nチャネルMOSトランジスタを形成すべき領域に第2導電型、例えばp型の半導体ウェル領域64、65を形成する。さらに、半導体基板61に素子分離領域、例えば選択酸化によるフィールド絶縁膜66を形成した後、ゲート絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)67を介して夫々のMOSトランジスタに対応する位置にポリシリコンからなるゲート電極68、69、70、71を形成する。
As shown in FIG. 1A, a first conductivity type, for example, n-type
次に、図1Bに示すように、夫々nチャネルMOSトランジスタを形成すべきp型半導体ウェル領域64、65及びpチャネルMOSトランジスタを形成すべきn型半導体領域72、73に、ゲート電極68〜71をマスクに自己整合的にLDD構造の低不純物濃度領域75、76、77、78を形成する。即ち、例えば、n型半導体領域72、73上を例えばフォトレジストマスクで覆って、リン(p)を打ち込みエネルギー20KeV、ドーズ量4×1013/cm2の条件でp型半導体ウェル領域64、65にn- 領域75、77を形成する。次いでp型半導体領域64、65上をフォトレジストマスクで覆って、ボロン(B)(BF2)を打ち込みエネルギー25KeV、ドーズ量3.5×1014/cm2の条件でn型半導体領域72、73にp- 領域76、78を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B,
次に、図2Cに示すように、ゲート電極68〜71上を含む基板の全面に第1の絶縁膜、例えばシリコン酸化(SiO2)膜81及び第2の絶縁膜、例えばシリコン窒化(SiN)膜82をCVD(化学気相成長)法により堆積する。シリコン酸化膜81の膜厚は10nm程度、シリコン窒化膜82の膜厚は30nm程度とすることができる。この第1及び第2の絶縁膜81及び82は、後述するようにシリサイド反王を阻止するシリサイドブロック層となるものである。
Next, as shown in FIG. 2C, a first insulating film such as a silicon oxide (SiO 2 )
次に、図2Dに示すように、高融点金属シリサイド層を形成しない領域63上に選択的にレジストマスク83を形成し、レジストマスク83を介して異方性エッチングにより、高融点金属シリサイド層を形成する領域62側の第1の絶縁膜81及び第2の絶縁膜82を除去する。このとき、高融点金属シリサイド形成領域62側のゲート電極68、69の側壁に第1の絶縁膜81と第2の絶縁膜82の2層のサイドウォール部84が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist
次に、図3Eに示すように、レジストマスク83を除去した後、基板全面上に第3の絶縁膜、例えば膜厚が90nm程度のシリコン酸化膜86をCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 3E, after removing the resist
次に、図3Fに示すように、基板上の第3の絶縁膜86を異方性エッチングにより除去する。このとき、高融点金属シリサイド形成領域62側では、ゲート電極68、69の側壁に、第1の絶縁膜81、第2の絶縁膜82及び第3の絶縁膜86の3層のサイドウォール87が形成される。また、高融点金属シリサイドを形成しない領域63側では、ゲート電極70、71の側壁に対応した第2の絶縁膜32上の部分に第3の絶縁膜86によるサイドウォール88が形成される。
Next, as shown in FIG. 3F, the third insulating
次に、図4Gに示すように、高融点金属シリサイド層を形成する領域62側のnチャネルMOS領域621のみが開口し、他の領域が被覆されるようにレジストマスク103を形成する。このnチャネルMOS領域621にサイドウォール87をマスクにして、n型不純物をイオン注入し、自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域の高不純物濃度領域、即ちn+ 領域91、92形成する。n型不純物のイオン注入条件は、例えばリン(P)を打ち込みエネルギー20keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。
Next, as shown in FIG. 4G, a resist
次に、図4Hに示すように、高融点金属シリサイド層を形成しない領域63側のnチャネルMOS領域631のみが開口し、他の領域が被覆されるようにレジストマスク104を形成する。このnチャネルMOS領域631にサイドウォール88をマスクにして、n型不純物をイオン注入し、自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域の高不純物濃度領域、即ちn+ 領域95、96形成する。n型不純物のイオン注入条件は、例えばリン(P)を打ち込みエネルギー55keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。
Next, as shown in FIG. 4H, a resist
次に、図5Iに示すように、高融点金属シリサイド層を形成する領域62側のpチャネルMOS領域622のみが開口し、他の領域が被覆されるようにレジストマスク105を形成する。このpチャネルMOS領域622にサイドウォール87をマスクにして、p型不純物をイオン注入し、自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域の高不純物濃度領域、即ちp+ 領域93、94形成する。p型不純物のイオン注入条件は、例えばボロン(B)を打ち込みエネルギー7keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。
Next, as shown in FIG. 5I, a resist
次に、図5Jに示すように、高融点金属シリサイド層を形成しない領域63側のpチャネルMOS領域632のみが開口し、他の領域が被覆されるようにレジストマスク106を形成する。このpチャネルMOS領域632にサイドウォール88をマスクにして、p型不純物をイオン注入し、自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域の高不純物濃度領域、即ちp+ 領域97、98形成する。p型不純物のイオン注入条件は、例えばボロン(B)を打ち込みエネルギー18keV、ドーズ量2×1015/cm2でイオン注入を行う。
Next, as shown in FIG. 5J, a resist
次に、図6に示すように、基板全面上に高融点金属膜、例えばコバルト(Co)膜を形成し、熱処理して、ポリシリコンのゲート電極68、69上と、n+ 領域91、92及びp+ 領域93、94上とにコバルトシリサイド(CoSi)層99を反応生成させる。このとき、第1の絶縁膜81及び第2の絶縁膜82からなるシリサイドブロック層で被覆されている領域63側では、コバルト(Co)膜がシリコン(Si)と接していないので、コバルトシリサイド層は生成しない。その後、余剰のコバルト膜を除去する。このようにして、一方の領域62に高融点金属シリサイド層99を有するnチャネルMOSトランジスタTr1 及びpチャネルMOSトランジスタTr2 からなるCMOSトランジスタが形成され、他方の領域63に高融点金属シリサイド層を有しないnチャネルMOSトランジスタTr3 及びpチャネルMOSトランジスタTr4 からなるCMOSトランジスタが形成された目的の半導体装置101を得る。
Next, as shown in FIG. 6, a refractory metal film, such as a cobalt (Co) film, is formed on the entire surface of the substrate, and heat-treated to form on the
本実施の形態に係る半導体装置101によれば、MOSトランジスタTr1 ,Tr2 では高融点金属シリサイド層を有するので、素子の微細化と共に、寄生抵抗の低減が図られ、高速動作、消費電力低減を可能にする。MOSトランジスタTr3 ,Tr4では高融点金属シリサイド層を有さないので、高融点金属に起因する接合リークが抑制される。そして、各MOSトランジスタTr1 〜Tr4 の接合深さXj3 ,Xj4 、不純物濃度を同じにすることにより、各トランジスタ特性を最適化することができる。従って、共にトランジスタ特性を最適化した高融点金属シリサイド層を有するCMOSトランジスタ及び高融点金属シリサイドを有しないCMOSトランジスタを混載した半導体装置101を提供することができる。
According to the
本実施の形態に係る半導体装置101の製造方法によれば、高融点金属シリサイド層を形成する側のソース・ドレイン領域のn+ 領域91、92、p+ 領域93、94を形成するためのイオン注入工程と、高融点金属シリサイド層を形成しない側のソース・ドレイン領域のn+ 領域95、96、p+ 領域97、98を形成するためのイオン注入工程を、それぞれイオン注入条件を最適にして別々に行っている。このようにイオン注入を選択的に行うことにより、高融点金属シリサイド層を有するMOSトランジスタTr1 ,Tr2 のソース・ドレイン領域91〜94の接合深さXj3 と、高融点金属シリサイド層を有しないMOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域95〜98の接合深さXj4 とを同じにすることができる。また、MOSトランジスタTr1 ,Tr2 のソース・ドレイン領域91〜94の不純物濃度と、MOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域95〜98の不純物濃度とを同じにすることができる。さらに夫々ソース・ドレイン領域の不純物濃度を同じにできるので、特に、高融点金属シリサイド層を有しない側のMOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域95〜98の抵抗、MOSトランジスタTr3 ,Tr4 のソース・ドレイン領域95〜98とこれらに接続されるソース・ドレイン電極(図示せず)とのコンタクト抵抗を、高融点金属シリサイド層を有する側のMOSトランジスタTr1 ,Tr2 と同程度に低減することができる。
According to the method of manufacturing the
次に、図7〜図14を用いて、本発明に係る半導体装置及びその製造方法をCMOS型の固体撮像装置に適用した他の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る固体撮像装置111は、図7に示すように、センサ部となるフォトダイオードと複数のMOSトランジスタで構成された画素112が複数個マトリックス状に配列されてなる撮像領域113と、この撮像領域113の周辺に形成されたCMOSロジック回路部114、115及びアナログ回路部116、117とを有して構成される。画素112を構成するMOSトランジスタは、その数が画素の構成に応じて異なるも、少なくともフォトダイオード駆動用MOSトランジスタ、即ちフォトダイオードの信号電荷を読み出すための読出し用MOSトランジスタ及びフォトダイオードの信号を出力するための信号出力用MOSトランジスタ等を有している。固体撮像装置111は、これら撮像領域113と周辺のCMOSロジック回路部114、115及びアナログ回路部116、117を1チップとして構成する共通の半導体基板に混載して構成される。
Next, another embodiment in which the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are applied to a CMOS type solid-state imaging device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, the solid-
図8は、図7のCMOSロジック回路部114と撮像領域113の1画素112に対応したAーA線上の断面構造を示す。
本実施の形態のCMOS型の固体撮像装置111では、図8に示すように、第1導電型、本例ではn型の共通の半導体基板121に素子分離領域122が形成され、半導体基板121の所要領域に撮像領域113を構成する画素112が形成され、半導体基板121の他の所要領域にCMOSロジック回路部114が形成される。画素112側のMOSトランジスタではソース・ドレイン領域での接合リークが生じないように高融点金属シリサイド層を形成せず、CMOSロジック回路部114側のMOSトランジスタでは低抵抗化のために高融点金属シリサイド層を形成するように構成される。
FIG. 8 shows a cross-sectional structure on the line AA corresponding to the CMOS
In the CMOS type solid-
CMOSロジック回路部114は、n型半導体基板121の深い位置に第1、第2のMOSトランジスタ形成領域125〜126にわたり第2導電型、したがってp型の不純物を導入したp型半導体ウェル領域130が形成される。第1のMOSトランジスタ形成領域125には、基板表面からp型半導体ウェル領域130に達するn型半導体ウェル領域131が形成される。また、第2のMOSトランジスタ形成領域126には、基板表面からp型半導体ウェル領域130に達するp型半導体ウェル領域132が形成される。
The CMOS
n型半導体ウェル領域131及びp型半導体ウェル領域132上には、ゲート絶縁膜133を介して夫々ポリシリコン膜によるゲート電極303及び304が形成される。n型半導体ウェル領域131には、ゲート電極303を挟んでp- 領域313及びp+ 領域323からなるLDD構造のソース・ドレイン領域が形成され、pチャネルMOSトランジスタTr13が形成される。p型半導体ウェル領域132には、ゲート電極304を挟んでn- 領域314及びn+ 領域324からなるLDD構造のソース・ドレイン領域が形成され、nチャネルMOSトランジスタTr14が形成される。このp型チャネルMOSトランジスタTr13とn型チャネルMOSトランジスタTr14とでCMOSトランジスタが構成される。
On the n-type
そして、各MOSトランジスタTr13,Tr14のゲート電極303、304の側壁には、第1の絶縁膜135、第2の絶縁膜136及び第3の絶縁膜137の3層構造のサイドウォール138〔135A,136A,137A〕が形成される。第1及び第3の絶縁膜135及び137は例えばシリコン酸化膜で形成し、第2の絶縁膜136は例えばシリコン窒化膜で形成することができる。
On the side walls of the
ソース・ドレイン領域を構成するp- 領域313、n- 領域314は、ゲート電極303、30をマスクにしたイオン注入によりセルファラインで形成される。p+ 領域323、n+ 領域324は、サイドウォール138及びゲート電極303、304をマスクにしたイオン注入によりセルファラインで形成される。そして、各MOSトランジスタTr3 ,Tr4 のゲート電極303、304の表面及びソース・ドレイン領域のp+ 領域323、n+ 領域324の表面には、高融点金属シリサイド層、例えばコバルトシリサイド(CoSi)層140が形成される。なお、CMOSロジック回路部115側も同様に構成される。
The p −
画素112は、n型半導体基板121の深い位置にセンサ部形成領域123とMOSトランジスタ形成領域124にわたりp型不純物を導入したp型半導体ウェル領域142が形成される。さらにMOSトランジスタ形成領域124には、表面からp型半導体ウェル領域142に達するp型半導体ウェル領域143が形成される。p型半導体ウェル領域142、143で囲われたセンサ部形成領域123には、そのn型半導体領域121Aより不純物濃度の高いn型半導体領域144が形成される。n型半導体領域121Aは、半導体基板121の深い位置にイオン注入で形成されたp型半導体ウェル領域142で分離された半導体基板121の一部である。基板表面にはn型半導体領域144に接するように暗電流の低減を目的として不純物濃度の高いp+ 半導体領域145が形成される。p型半導体ウェル領域142、n型半導体領域121A,144及びp+ 半導体領域145によってフォトダイオードのセンサ部146、すなわちHAD(Hole Accumulaion Diode)センサが形成される。
In the
一方、MOSトランジスタ形成領域124には、ゲート絶縁膜148を介して例えばポリシリコン膜によるゲート電極301、302が形成され、各ゲート電極を挟んでn- 領域311とn+ 領域321からなるLDD構造のソース・ドレイン領域、n- 領域312とn+ 領域321、322からなるLDD構造のソース・ドレイン領域が形成される。これによって、複数のnチャネルMOSトランジスタ、例えばセンサ部146の信号電荷を読み出すための読出し用MOSトランジスタTr11,信号を出力するための信号出力用MOSトランジスタTr12が形成される。
On the other hand, in the MOS
そして、画素112の領域では、センサ部146上及びMOSトランジスタTr11,Tr12のゲート電極301、302半導体ウェハ、ソース・ドレイン領域上を被覆するように第1の絶縁膜135及び第2の絶縁膜136が堆積され、各ゲート電極301、302の側壁に第3の絶縁膜137によるサイドウォール137Aが形成される。ソース・ドレイン領域を構成するn- 領域311、312はゲート電極301、302をマスクにセルファラインで形成される。n+ 領域321、322はサイドウォール137A、ゲート電極301、302をマスクにセルファラインで形成される。
In the region of the
画素112のMOSトランジスタTr11,Tr12側では、ゲート電極301、302上、n+ 領域321、322上に高融点金属シリサイド層が形成されない。
On the MOS transistor Tr11, Tr12 side of the
画素112のソース・ドレイン領域のn+ 領域321、322と、CMOSロジック回路部114のソース・ドレイン領域の,p+ 領域323、n+ 領域324は、夫々同じ深さ、すなわち接合深さXj11を同じにして形成される。
The n +
本実施の形態に係るCMOS型固体撮像装置111によれば、CMOSロジック回路部114、115におけるMOSトランジスタTr13,Tr14では、高融点金属シリサイド層140を有するので、素子の微細化と共に、寄生抵抗の低減が図られ、高速動作、消費電力の低減を可能にする。一方、画素112を構成するMOSトランジスタTr11,Tr12では、高融点金属シリサイド層を有しないので、MOSトランジスタTr11,Tr12における高融点金属に起因する接合リークが抑制される。
そして、画素112側とCMOSロジック回路部114、115側の各MOSトランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14のソース・ドレイン領域の高濃度領域(n+ 領域、p+ 領域)の接合深さXj11を同じにし、不純物濃度、すなわち同じチャネルMOSトランジスタ同士の不純物濃度を同じに構成することにより、各MOSトランジスタTr11〜Tr14の特性を最適化することができる。特に、高融点金属シリサイド層を形成しないソース・ドレイン領域の寄生抵抗、及びソース・ドレイン領域と電極とのコンタクト抵抗を、低減することができる。従って、高性能のCMOS型固体撮像装置111を提供することができる。
According to the CMOS type solid-
Then, the junction depth Xj11 of the high concentration regions (n + region, p + region) of the source / drain regions of the MOS transistors Tr11, Tr12, Tr13, Tr14 on the
次に、図9〜図13を参照して、上述の実施の形態に係るCMOS型固体撮像装置111の製造方法を説明する。
先ず、図9Aに示すように、第1導電型、例えばn型の共通のシリコン半導体基板121を用意し、この半導体基板121に素子分離領域を形成する。素子分離領域122は、半導体基板121の表面に形成した選択酸化によるフィールド絶縁膜(シリコン酸化膜)により形成される。CMOSロジック回路部114では、複数のMOSトランジスタを形成する領域、本例では第1のMOSトランジスタ形成領域125、第2のMOSトランジスタ形成領域126を形成するように素子分離領域122が形成される。また、撮像領域では、各画素112間に対応して、また画素112内のセンサ部(フォトダイード)形成領域123、MOSトランジスタ形成領域124を形成するように素子分離領域122が形成される。
Next, a method for manufacturing the CMOS solid-
First, as shown in FIG. 9A, a common
CMOSロジック回路部114側では、各MOSトランジスタ形成領域125、126の深い位置に第2導電型であるp型であって同じ不純物濃度のp型半導体ウェル領域130を形成する。さらに、第2のMOSトランジスタ形成領域126において、基板表面からp型半導体ウェル領域130に達するp型半導体ウェル領域132を形成する。第1のMOSトランジスタ形成領域125においては、p型半導体ウェル領域130及び132で囲まれたn型半導体ウェル領域131を形成する。
On the CMOS
画素112側では、n型半導体基板121の深い位置にp型半導体ウェル領域142を形成する。さらに、MOSトランジスタ形成領域124において、基板表面からp型半導体ウェル領域142に達するp型半導体ウェル領域143を形成する。センサ部形成領域123においては、p型半導体ウェル領域142及び143で囲まれたn型半導体ウェル領域112Aを形成し、この領域112Aの表面に不純物濃度の高いn+ 半導体領域144を形成する。
上述の各半導体ウェル領域、半導体領域はイオン注入により選択的に形成するようになす。
On the
The semiconductor well regions and the semiconductor regions described above are selectively formed by ion implantation.
さらに、同じ図9Aに示すように、同じ工程で、CMOSロジック回路部114側の第1及び第2のMOSトランジスタ形成領域125、126の基板表面にゲート絶縁膜133を、画素112側のセンサ部形成領域123、MOSトランジスタ形成領域124の基板表面にゲート絶縁膜148を夫々形成する。次いで、同じ工程で、CMOSロジック回路部側の第1及び第2のMOSトランジスタ形成領域125、126のゲート絶縁膜124上にポリシリコン膜によるゲート電極303、304を形成し、画素112側のMOSトランジスタ形成領域124のゲート絶縁膜148上にゲート電極301、302を形成する。次いで、画素側のMOSトランジスタ形成領域124、CMOSロジック回路部側の第2のMOSトランジスタ形成領域126に対して、各ゲート電極301、302、304をマスクにイオン注入によって自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域を構成する低濃度領域、即ちn- 領域312、314を形成する。
Further, as shown in FIG. 9A, in the same process, the
次に、図9Bに示すように、画素112及びCMOSロジック回路部114にわたり、各ゲート電極301〜304上を含む全面に第1の絶縁膜135及び第2の絶縁膜136を例えばCVD法により順次堆積する。第1の絶縁膜135は、例えばシリコン酸化膜で形成し、第2の絶縁膜136は、例えばシリコン窒化膜で形成する。この第1及び第2の絶縁膜135及び136は、後述するように画素側においてシリサイド反応を阻止するシサイドブロック層となる。
Next, as illustrated in FIG. 9B, the first insulating
次に、図10Cに示すように、画素112側を選択的にレジストマスク151を形成した後、異方性エッチングによりCMOSロジック回路部114側の第1及び第2の絶縁膜135及び136をエッチバックし、ゲート電極303及び304の側壁に両絶縁膜135、136による2層のサイドウォール152を形成する。
Next, as shown in FIG. 10C, after a resist
次に、図10Dに示すように、レジストマスク151を除去した後、画素112側及びCMOSロジック回路部114側を含む全面に第3の絶縁膜137を例えばCVD法により堆積する。第3の絶縁膜137は、例えばシリコン酸化膜で形成する。次いで、異方性エッチングによりの第3の絶縁膜137をエッチバックする。このとき、画素112側のゲート電極301、302の側壁に対応する第2の絶縁膜136上に第3の絶縁膜137による1層のサイドウォール137Aが形成される。また、CMOSロジック回路部114側のゲート電極303、304の側壁に第1、第2及び第3の絶縁膜135A、136A及び137Aによる3層のサイドウォール138が形成される。
Next, as shown in FIG. 10D, after removing the resist
次に、図11Eに示すように、CMOSロジック回路部114側の例えばnチャネルMOSトランジスタを形成すべき領域、図では第2のMOSトランジスタ形成領域126のみ開口し、他の領域の全てが被覆されるようなレジストマスク153を選択的に形成する。このレジストマスク153を介して第2のMOSトランジスタ形成領域126に高濃度のn型不純物をイオン注入する。これによって、ゲート電極304及びサイドウォール138がマスクとなって基板表面に自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域を構成する高不純物濃度領域、すなわちn+ 領域324を形成する。
Next, as shown in FIG. 11E, for example, an n-channel MOS transistor region on the CMOS
次に、図11Fに示すように、レジストマスク153を除去し、新たに画素112側のnチャネルMOSトランジスタを形成すべき領域、図ではMOSトランジスタ形成領域124のみが開口し、他の領域の全てが被覆されるようなレジストマスク154を選択的に形成する。このレジストマスク154を介してMOSトランジスタ形成領域124に高濃度のn型不純物をイオン注入する。これによって、ゲート電極301、302、サイドウォール137Aがマスクとなって基板表面に自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域を構成する高不純物濃度領域、すなわちn+ 領域321、322を形成する。このとき、n+ 領域321、322の接合深さXj11及び不純物濃度がCMOSロジック回路部側のn+ 領域324の接合深さ及び不純物濃度と同じになるように、イオン注入条件を最適化する。
Next, as shown in FIG. 11F, the resist
次に、図12Gに示すように、レジストマスク154を除去し、新たにCMOSロジック回路部側のpチャネルMOSトランジスタを形成すべき領域、図では第1のMOSトランジスタ形成領域125のみが開口し、他の領域の全てが被覆されるようなレジストマスク155を形成する。このレジストマスク155を介してMOSトランジスタ形成領域125に高濃度のp型不純物をイオン注入する。これによって、ゲート電極303及びサイドウォール138がマスクとなって基板表面に自己整合的にLDD構造のソース・ドレイン領域を構成する高不純物濃度領域、すなわちp+ 領域323を形成する。
Next, as shown in FIG. 12G, the resist
次に、図12Hに示すように、レジストマスク155を除去し、新たに画素112のセンサ部形成領域123のみが開口し、他の領域の全てが被覆されるようなレジストマスク156を形成する。このレジストマスク156を介してセンサ部形成領域123に高濃度のp型不純物をイオン注入する。これによって、センサ部のn+ 半導体領域144の表面にp+ 半導体領域145を形成する。p+ 半導体領域145、n+ 半導体領域144、n半導体領域121A及びp半導体ウェル領域142によってHADセンサが構成される。
Next, as shown in FIG. 12H, the resist mask 155 is removed, and a resist mask 156 that newly opens only the sensor
次に、図13に示すように、基板全面上に高融点金属、例えばコバルト(Co)膜を形成し、熱処理してCMOSロジック回路部側のポリシリコン膜によるゲート電極303、304上とソース・ドレイン領域の高濃度領域(n+ 領域、p+ 領域)323、324上とに、コバルトシリサイド(CoSi)層140を反応生成する。このとき、第1及び第2の絶縁膜135及び136からなるシリサイドブロック層で被覆されている画素側のMOSトランジスタ形成領域124では、コバルト(Co)膜がシリコン(Si)と接していないので、コバルトシリサイド層は形成されない。その後、反応しない余剰のコバルト膜を除去する。このようにして、画素112側のMOSトランジスタ形成領域124に高融点金属シリサイド層を有しないnチャネルMOSトランジスタTr11,Tr12が形成され、CMOSロジック回路部114側に高融点金属シリサイド層140を有したpチャネルMOSトランジスタTr13,NチャネルMOSトランジスタTr14からなるCMOSトランジスタが形成された、目的とするCMOS型の固体撮像装置111を得る。
Next, as shown in FIG. 13, a refractory metal, for example, a cobalt (Co) film is formed on the entire surface of the substrate, and heat-treated to form a polysilicon film on the CMOS logic circuit portion side over the
本実施の形態に係るCMOS型固体撮像装置111の製造方法によれば、CMOSロジック回路部114、115側の高融点金属シリサイド層140を形成するソース・ドレイン領域のp+ 領域、n+ 領域を形成するためのイオン注入工程と、画素112側の高融点金属シリサイド層を形成しないソース・ドレイン領域のn+ 領域を形成するためのイオン注入工程を、それぞれイオン注入条件を最適にして別々に行っている。このようにイオン注入工程を選択的に行うことにより、CMOSロジック回路部側の高融点金属シリサイド層140を有するMOSトランジスタTr13,Tr14のソース・ドレイン領域の高濃度領域(p+ 領域、n+ 領域)と、画素側の高融点金属シリサイド層を有しないMOSトランジスタTr 11,Tr12のソース・ドレイン領域の高濃度領域(n+ 領域)の接合深さXj11を同じにすることができる。また、MOSトランジスタTr13,Tr14 と、MOSトランジスタTr11,Tr12の不純物濃度、つまり同じチャネルMOSトランジスタ同士の不純物濃度を同じにすることができる。さらに夫々の高濃度領域(p+ 領域、n+ 領域)の不純物濃度を同じにすることで、特に画素112側の高融点金属シリサイド層を有しないMOSトランジスタTr11,Tr12のソース・ドレイン領域の寄生抵抗、このソース・ドレイン領域とこれらに接続されるソース・ドレイン電極とのコンタクト抵抗を、CMOSロジック回路部114、115側のMOSトランジスタTr13,Tr14と同程度に低減することができる。従って、各MOSトランジスタのトランジスタ特性を最適化したCMOS型固体撮像装置を製造することができる。
According to the manufacturing method of the CMOS type solid-
上述の実施の形態では、CMOSトランジスタを搭載した半導体装置、CMOS型固体撮像装置に適用した場合であるが、本発明はこれに限らない。例えば、本発明は、図14に示すように、1メモリセルがMOSトランジスタと容量からなるDRAMセル162と、このDRAMセル162の周辺のCMOSロジック回路部163、164及びアナログ回路部165、166とを混載して成る半導体装置161、所謂DRAM混載ロジック半導体集積回路(LSI)にも適用できる。この場合、DRAMセル162側のMOSトランジスタには高融点金属シリサイド層を形成せず、CMOSロジック回路部163、164側のCMOSトランジスタに高融点金属シリサイド層を形成するようにしている。このDRAM混載ロジックLSI161においても、高融点金属シリサイド層の有無の各MOSトランジスタの特性を最適化することができ、高性能化を図ることができる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a semiconductor device mounted with a CMOS transistor and a CMOS solid-state imaging device, but the present invention is not limited to this. For example, in the present invention, as shown in FIG. 14, a
61・・半導体基板、62・・第1の領域、63・・第2の領域、66・・素子分離領域、64、65・・p型半導体ウェル領域、67・・ゲート絶縁膜、68〜71・ゲート電極、72、73・・n型半導体領域、75〜78・・LDDの低不純物濃度領域(n- 領域、p- 領域)、81・・第1の絶縁膜、82・・第2の絶縁膜、84・・サイドウォール、86・・第3の絶縁膜、87、88・・サイドウォール、103〜106・・レジストマスク、91〜98・・LDDの高不純物濃度領域(p 領域、p+ 領域)、99・・高融点金属シリサイド層、101・・半導体装置、111・・CMOS型固体撮像装置、112・・画素、113・・撮像領域、114、115・・CMOSロジック回路部、116、117・・アナログ回路部、121・・半導体基板、121A・・n半導体基板、122・・素子分離領域、123・・センサ部形成領域、124〜126・・MOSトランジスタ形成領域、130・・半導体ウェル領域、133、148・・ゲート絶縁膜、135・・第1の絶縁膜、136・・第2の絶縁膜、137・・第3の絶縁膜、137A、138・・サイドウォール、144・・n+半導体領域、145・・p+ 半導体領域、311、312、313、314・・LDDの低不純物濃度領域、321、322、323、324・・LDDの高不純物濃度領域、Tr11〜Tr14・・MOSトランジスタ
61..
Claims (10)
前記第1の電界効果トランジスタと前記第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さが同等に設定されて成る
ことを特徴とする半導体装置。 A first field effect transistor in which a silicide layer is formed on a semiconductor substrate; and a second field effect transistor in which no silicide layer is formed;
A depth of the source / drain region of each of the first field effect transistor and the second field effect transistor is set to be equal.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a silicide block layer for preventing a silicide reaction is formed in the second field effect transistor.
前記第1の電界効果トランジスタはシリサイド層が形成された電界効果トランジスタを有し、
前記第1の電界効果トランジスタと前記第2の電界効果トランジスタの夫々のソース・ドレイン領域の深さが同等に設定され、
CMOS型の固体撮像装置として用いる
ことを特徴とする半導体装置。 A first field effect transistor constituting a logic circuit is formed in the first region, and an imaging region having a pixel including a second field effect transistor in which a silicide layer is not formed and a sensor portion is formed in the second region. ,
The first field effect transistor includes a field effect transistor having a silicide layer formed thereon,
The depths of the source / drain regions of the first field effect transistor and the second field effect transistor are set to be equal,
A semiconductor device characterized by being used as a CMOS type solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein a silicide block layer for preventing a silicide reaction is formed in the field effect transistor in which no silicide layer is formed.
シリサイド層を有さない第2の電界効果トランジスタが形成される第2の領域に前記シリサイドブロック層を形成する工程と、
前記第1の領域及び前記第2の領域に選択的に形成したマスクを介して、選択的にイオン注入により不純物を導入して夫々ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記第1の電界効果トランジスタにシリサイド層を形成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。 Without forming a silicide block layer that inhibits the silicide reaction in the first region where the first field effect transistor having the silicide layer is formed;
Forming the silicide block layer in a second region where a second field effect transistor having no silicide layer is formed;
Forming a source / drain region by selectively introducing impurities by ion implantation through a mask selectively formed in the first region and the second region;
Forming a silicide layer on the first field effect transistor. A method for manufacturing a semiconductor device.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the ion implantation conditions for the first region and the second region are different from each other.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the implantation energy for the ion implantation into the second region is set to be larger than the implantation energy for the ion implantation into the first region. .
シリサイド層を有しない第2の電界効果トランジスタとセンサ部からなる画素が形成される撮像領域に、前記シリサイドブロック層を形成する工程と、
前記第1の領域及び第2の領域において、前記シリサイド層が形成されない領域と前記シリサイド層が形成される領域に選択的にマスクを介して、選択的にイオン注入により不純物を導入して夫々ソース・ドレインを形成する工程と、
前記第1の電界トランジスタのシリサイド層を形成すべき電界トランジスタにシリサイド層を形成する工程とを有して、CMOS型の固体撮像装置を製造する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the first region where the first field effect transistor constituting the logic circuit is formed, without forming a silicide block layer for blocking the side reaction in the region where the field effect transistor having the silicide layer is formed,
Forming the silicide block layer in an imaging region in which a pixel including a second field effect transistor having no silicide layer and a sensor portion is formed;
In the first region and the second region, an impurity is selectively introduced by ion implantation into a region where the silicide layer is not formed and a region where the silicide layer is formed through a mask, respectively. A step of forming a drain;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a silicide layer on a field transistor on which a silicide layer of the first field transistor is to be formed.
ことを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the ion implantation conditions for the first region and the second region are different from each other.
ことを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the implantation energy of the ion implantation into the second region is set larger than the implantation energy of the ion implantation into the first region. .
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