JP2007157931A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、半導体装置の3次元集積化構造に適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and is particularly suitable for application to a three-dimensional integrated structure of a semiconductor device.
従来の半導体装置では、集積回路の微細化に伴う寄生抵抗の増大を抑制するために、サリサイド技術を用いることが行われている。また、例えば、特許文献1には、比較的低温における熱処理でもソース領域およびドレイン領域の不純物活性化が実現でき、高性能な薄膜トランジスタを得られるようにするために、起点部が形成された基板上に半導体膜を形成してから半導体膜の熱処理を行うことにより、起点部を中心とした略単結晶粒を生成する方法が開示されている。
しかしながら、サリサイド化されたトランジスタと静電保護回路とを同一基板上に混載する場合、静電保護回路を高抵抗化するためには静電保護回路を非サリサイド化する必要があることから、チップ面積の増大を招くとともに、製造プロセスの煩雑化を招き、コストアップに繋がるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、チップ面積の増大を抑制しつつ、サリサイド化された素子(以下、サリサイド素子と称す。)と非サリサイド化された素子(非サリサイド素子と称す。)とを同一基板上に混載することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
However, when a salicided transistor and an electrostatic protection circuit are mixedly mounted on the same substrate, it is necessary to make the electrostatic protection circuit non-salicide in order to increase the resistance of the electrostatic protection circuit. There is a problem that the area is increased and the manufacturing process is complicated, leading to an increase in cost.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a salicided element (hereinafter referred to as a salicide element) and a non-salicide element (referred to as a non-salicide element) on the same substrate while suppressing an increase in chip area. A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can be mixedly mounted on the semiconductor device.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板上に形成されたサリサイド素子と、前記サリサイド素子上に積層された非晶質半導体層と、前記非晶質半導体層上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする。
これにより、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となり、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一基板上に混載することが可能となる。このため、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド工程の影響を受けることなく非サリサイド工程を実施することが可能となり、製造プロセスの煩雑化を抑制することを可能として、コストを低減することが可能となる。
In order to solve the above-described problem, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a salicide element formed over a semiconductor substrate, an amorphous semiconductor layer stacked over the salicide element, and the non-side semiconductor layer. And a non-salicide element formed on the crystalline semiconductor layer.
As a result, a non-salicide element can be stacked on a salicide element, and the salicide element and the non-salicide element are mixedly mounted on the same substrate without arranging the salicide element and the non-salicide element on the same plane. Is possible. For this reason, it is possible to suppress an increase in the chip area, and it is possible to perform a non-salicide process without being affected by the salicide process. Can be reduced.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板上に形成されたサリサイド素子と、前記サリサイド素子上に積層された略単結晶半導体粒と、前記略単結晶半導体粒上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする。
これにより、半導体基板の温度を400℃程度以下に保ちつつ、サリサイド素子上に略単結晶半導体粒を成膜することが可能となり、非サリサイド素子を略単結晶半導体粒上に形成することを可能としつつ、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となる。このため、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一基板上に混載することが可能となり、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド素子の特性に悪影響を与えることなく、非サリサイド素子の電気的特性を向上させることができる。
In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the salicide element formed over the semiconductor substrate, the substantially single crystal semiconductor grains stacked on the salicide element, and the substantially single crystal semiconductor grains are formed. And a non-salicide element.
Accordingly, it is possible to form a substantially single crystal semiconductor grain on the salicide element while keeping the temperature of the semiconductor substrate at about 400 ° C. or less, and it is possible to form a non-salicide element on the substantially single crystal semiconductor grain. However, a non-salicide element can be stacked on the salicide element. Therefore, the salicide element and the non-salicide element can be mounted on the same substrate without arranging the salicide element and the non-salicide element on the same plane, and an increase in the chip area can be suppressed. In addition, the electrical characteristics of the non-salicide element can be improved without adversely affecting the characteristics of the salicide element.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記略単結晶半導体粒はイントリンジックな半導体粒であることを特徴とする。
これにより、半導体基板の温度を450℃程度以下に保ちつつ、略単結晶半導体粒に注入された不純物の活性化アニールを行うことができる。このため、メタル配線やメタルゲートを採用しつつ、略単結晶半導体粒を何層にも渡って積層することができ、伝播遅延の影響を抑制しつつ、半導体素子の微細化を実現することが可能となる。
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention is characterized in that the substantially single crystal semiconductor grain is an intrinsic semiconductor grain.
Thereby, activation annealing of the impurities implanted into the substantially single crystal semiconductor grains can be performed while maintaining the temperature of the semiconductor substrate at about 450 ° C. or lower. For this reason, it is possible to stack many single crystal semiconductor grains while adopting metal wiring and metal gate, and to realize miniaturization of semiconductor elements while suppressing the influence of propagation delay. It becomes possible.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁体上に積層された第1略単結晶半導体粒と、前記第1略単結晶半導体粒上に形成されたサリサイド素子と、前記サリサイド素子上に積層された第2略単結晶半導体粒と、前記第2略単結晶半導体粒上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする。
これにより、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となり、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一基板上に混載することが可能となる。このため、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド工程の影響を受けることなく非サリサイド工程を実施することが可能となり、製造プロセスの煩雑化を抑制することを可能として、コストを低減することが可能となる。
In addition, according to the semiconductor device of one aspect of the present invention, the first substantially single crystal semiconductor grain stacked on the insulator, the salicide element formed on the first substantially single crystal semiconductor grain, and the salicide A second substantially single crystal semiconductor grain stacked on the element, and a non-salicide element formed on the second substantially single crystal semiconductor grain.
As a result, a non-salicide element can be stacked on a salicide element, and the salicide element and the non-salicide element are mixedly mounted on the same substrate without arranging the salicide element and the non-salicide element on the same plane. Is possible. For this reason, it is possible to suppress an increase in the chip area, and it is possible to perform a non-salicide process without being affected by the salicide process. Can be reduced.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記非サリサイド素子は静電保護回路であることを特徴とする。
これにより、サリサイド素子が形成された半導体基板に静電保護回路を形成することなく、サリサイド素子と静電保護回路とを同一基板上に混載することが可能となる。このため、製造プロセスの煩雑化を抑制しつつ静電保護回路の高抵抗化を図ることができ、コストアップを抑制しつつ、静電気による破壊から半導体装置を安定して保護することが可能となる。
According to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the non-salicide element is an electrostatic protection circuit.
Accordingly, the salicide element and the electrostatic protection circuit can be mixedly mounted on the same substrate without forming the electrostatic protection circuit on the semiconductor substrate on which the salicide element is formed. For this reason, it is possible to increase the resistance of the electrostatic protection circuit while suppressing complication of the manufacturing process, and it is possible to stably protect the semiconductor device from breakdown due to static electricity while suppressing an increase in cost. .
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上にサリサイド素子を形成する工程と、前記サリサイド素子上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に非晶質半導体層を成膜する工程と、前記非晶質半導体層上に非サリサイド素子を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となり、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一基板上に混載することが可能となる。このため、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド工程の影響を受けることなく非サリサイド工程を実施することが可能となり、製造プロセスの煩雑化を抑制することを可能として、コストを低減することが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming a salicide element over a semiconductor substrate, a step of forming an insulating film over the salicide element, and an amorphous layer over the insulating film And a step of forming a non-salicide element on the amorphous semiconductor layer.
As a result, a non-salicide element can be stacked on a salicide element, and the salicide element and the non-salicide element are mixedly mounted on the same substrate without arranging the salicide element and the non-salicide element on the same plane. Is possible. For this reason, it is possible to suppress an increase in the chip area, and it is possible to perform a non-salicide process without being affected by the salicide process. Can be reduced.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上にサリサイド素子を形成する工程と、前記サリサイド素子上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にグレインフィルタを形成する工程と、前記グレインフィルタを埋め込むように前記絶縁膜上に非晶質半導体層を成膜する工程と、前記非晶質半導体層の前記グレインフィルタを含む領域にレーザ照射を行うことにより、前記グレインフィルタの周囲の非晶質半導体層が略単結晶粒化された略単結晶半導体粒を形成する工程と、前記略単結晶半導体粒上に非サリサイド素子を形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming a salicide element on a semiconductor substrate, a step of forming an insulating film on the salicide element, and a grain filter on the insulating film Forming an amorphous semiconductor layer on the insulating film so as to embed the grain filter, and performing laser irradiation on a region of the amorphous semiconductor layer including the grain filter, Forming a substantially single crystal semiconductor grain in which the amorphous semiconductor layer around the grain filter is substantially single crystal grain; and forming a non-salicide element on the substantially single crystal semiconductor grain. Features.
これにより、半導体基板の温度を400℃程度以下に保ちつつ、サリサイド素子上に略単結晶半導体粒を成膜することが可能となり、非サリサイド素子を略単結晶半導体粒上に形成することを可能としつつ、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となる。このため、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一基板上に混載することが可能となり、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド素子の特性に悪影響を与えることなく、非サリサイド素子の電気的特性を向上させることができる。 Accordingly, it is possible to form a substantially single crystal semiconductor grain on the salicide element while keeping the temperature of the semiconductor substrate at about 400 ° C. or less, and it is possible to form a non-salicide element on the substantially single crystal semiconductor grain. However, a non-salicide element can be stacked on the salicide element. Therefore, the salicide element and the non-salicide element can be mounted on the same substrate without arranging the salicide element and the non-salicide element on the same plane, and an increase in the chip area can be suppressed. In addition, the electrical characteristics of the non-salicide element can be improved without adversely affecting the characteristics of the salicide element.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記単結晶半導体粒上に非サリサイド素子を形成する工程は、高密度プラズマによる直接酸化法にて前記単結晶半導体粒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ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体粒に不純物を注入する工程と、前記単結晶半導体粒に注入された不純物の活性化アニールを450℃以下の温度で行う工程とを備えることをことを特徴とする。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming the non-salicide element on the single crystal semiconductor grain is performed on the single crystal semiconductor grain by a direct oxidation method using high-density plasma. A step of forming a gate insulating film; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; a step of implanting impurities into the single crystal semiconductor grains using the gate electrode as a mask; and a step of implanting the single crystal semiconductor grains. And a step of performing annealing for impurity activation at a temperature of 450 ° C. or lower.
これにより、半導体基板の温度を450℃程度以下に保ちつつ、略単結晶半導体粒にトランジスタを形成することができる。このため、メタル配線やメタルゲートを採用しつつ、略単結晶半導体粒に形成されたトランジスタ何層にも渡って積層することができ、伝播遅延の影響を抑制しつつ、トランジスタの微細化を実現することが可能となる。 Thus, a transistor can be formed in a substantially single crystal semiconductor grain while keeping the temperature of the semiconductor substrate at about 450 ° C. or lower. For this reason, it is possible to stack over many layers of transistors formed on a substantially single crystal semiconductor grain, using metal wiring and metal gates, and miniaturizing transistors while suppressing the effects of propagation delay It becomes possible to do.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1から図3は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図1(a)において、半導体基板11の選択酸化を行うことにより、素子分離絶縁膜12を半導体基板11に形成する。なお、半導体基板11の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどの中から選択することができる。そして、半導体基板11の熱酸化を行うことにより、半導体基板11上にゲート絶縁膜13を形成する。なお、ゲート絶縁膜13の材質としては、例えば、SiO2の他、HfO2、HfON、HfAlO、HfAlON、HfSiO、HfSiON、ZrO2、ZrON、ZrAlO、ZrAlON、ZrSiO、ZrSiON、Ta2O5、Y2O3、(Sr,Ba)TiO3、LaAlO3、SrBi2Ta2O9、Bi4Ti3O12、Pb(Zi,Ti)O3などの誘電体を用いるようにしてもよい。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1A, the element isolation
そして、ゲート絶縁膜13が形成された半導体基板11上にCVDなどの方法にて多結晶シリコン層を形成し、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、多結晶シリコン層のパターニングを行うことにより、ゲート絶縁膜13上にゲート電極14を形成する。そして、ゲート電極14をマスクとして、As、P、B、BF2などの不純物を半導体基板11内にイオン注入することにより、低濃度不純物導入層からなるLDD(Lightly Doped Drain)層15a、15bをゲート電極14の両側に形成する。
Then, a polycrystalline silicon layer is formed on the
次に、図1(b)に示すように、LDD層15a、15bが形成された半導体基板11上にCVDなどの方法にて絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極14の側壁にサイドウォール16を形成する。そして、ゲート電極14およびサイドウォール16をマスクとして、As、P、B、BF2などの不純物を半導体基板11内にイオン注入することにより、高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層17a、17bをサイドウォール16の両側に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, an insulating layer is formed by a method such as CVD on the
次に、図1(c)に示すように、ソース/ドレイン層17a、17bが形成された半導体基板11上にスパッタリングなどの方法にて金属層18を形成する。ここで、金属層18は半導体基板11と反応して合金化が可能なもので、例えば、Ti膜、Co膜、W膜、Mo膜、Ni膜またはPt膜などの遷移金属を用いることができる。
次に、図1(d)に示すように、金属層18が形成された半導体基板11の熱処理を行い、金属層18のサリサイド反応を起こさせることにより、ソース/ドレイン層17a、17bおよびゲート電極14上にシリサイド層19a、19b、19cをそれぞれ形成する。なお、半導体基板11がSi以外の場合はシリサイド層ではなく、それぞれの半導体基板材料と上記遷移金属との侵入型化合物層を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a
Next, as shown in FIG. 1D, the
次に、図1(e)に示すように、シリサイド層19a、19b、19cが形成された半導体基板11のウェットエッチングを行うことにより、未反応の金属層18を除去する。
次に、図2(a)に示すように、CVDなどの方法にて半導体基板11上の全面に層間絶縁層21を堆積する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて層間絶縁層21をパターニングすることにより、シリサイド層19a、19bを露出させる開口部22を層間絶縁層21に形成する。そして、スパッタなどの方法にて開口部22内に埋め込まれた導電膜を層間絶縁層21上に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電膜をパターニングすることにより、シリサイド層19a、19bに接続された配線層23を形成する。なお、配線層23の材質としては、Al、Cuなどの他、TiN/Al−Cu/Ti/TiN構造などの積層構造を用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 1E, the
Next, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、配線層23が形成された層間絶縁層21上にCVDなどの方法にて絶縁膜31を成膜する。なお、絶縁膜31の材質としては、例えば、SiO2を用いることができる。ここで、絶縁膜31の成膜方法としては、HDP−CVDを用いることが好ましい。これにより、絶縁膜31の成膜温度を450℃以下に設定することができ、絶縁膜31下の配線層23やゲート電極14に及ぶダメージを抑制しつつ、配線層23上に絶縁膜31を積層することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating
そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて絶縁膜31をパターニングすることにより絶縁膜31に凹部32を形成する。なお、凹部32の形状としては、例えば、円筒状、円錐状、角柱状または角錐状などを挙げることができる。また、凹部32はグレインフィルタとして機能させることができ、凹部32のサイズは、1つの結晶核を種とした結晶成長が優先的に進行するように設定することができる。例えば、凹部32のサイズは、直径が50nm以上150nm以下、深さが750nm以上に設定することができる。
なお、フォトリソグラフィー技術を用いるだけでは、所望のサイズの凹部32を形成することが困難である場合には、凹部32が形成された絶縁膜31上に新たな絶縁膜を成膜し、凹部32を狭めるようにして所望のサイズを実現するようにしてもよい。
And the recessed
If it is difficult to form the
次に、図2(c)に示すように、CVDなどの方法にて凹部32内が埋め込まれるようにして非晶質半導体層33を絶縁膜31上に形成する。なお、非晶質半導体層33としては、アモルファス半導体の他、多結晶半導体であってもよい。また、非晶質半導体層33の膜厚は、凹部32が非晶質半導体層33にて完全に埋め込まれるように設定することが好ましい。ここで、非晶質半導体層33の成膜方法としては、LP−CVDを用いることが好ましい。これにより、非晶質半導体層33の成膜温度を450℃以下に設定することができ、非晶質半導体層33下の配線層23やゲート電極14に及ぶダメージを抑制しつつ、絶縁膜31上に非晶質半導体層33を積層することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, an
次に、図2(d)に示すように、非晶質半導体層33にレーザを照射することにより、非晶質半導体層33の溶融結晶化を行い、凹部32の周囲に略単結晶半導体粒34を形成する。ここで略単結晶半導体粒とは、Σ3やΣ9やΣ27といった規則粒界(対応粒界)は含み得るが、不規則粒界を含まないものをいう。一般に不規則粒界は多くの不対電子を含むため、そこに形成する素子の特性の低下や特性のばらつきの大きな要因となるが、略単結晶半導体粒には不対電子を含まないため、略単結晶半導体粒に素子を形成することで、優れた特性を有する素子を実現可能になる。また、非晶質半導体層33にレーザを照射する条件としては、XeClパルスエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅200nsec)を用い、エネルギー密度が0.4〜2J/cm2とすることが好ましい。ここで、非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34がSiの場合、XeClパルスエキシマレーザの波長に対する非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34の吸収係数はそれぞれ0.139nm-1、0.149nm-1と大きいため、非晶質半導体層33に照射されたXeClパルスエキシマレーザは、非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34の表面でほほ吸収される。このため、非晶質半導体層33が溶融した場合においても、半導体基板11の温度を400℃程度以下に抑えることができ、配線層23やゲート電極14が略単結晶半導体粒34下に存在する場合においても、配線層23やゲート電極14にダメージが及ばないようにすることができる。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the
また、非晶質半導体層33に照射されたXeClパルスエキシマレーザは、非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34の表面でほほ吸収されるため、凹部32内の底部に非晶質半導体層33の未溶融部分を残しつつ、絶縁膜31上の非晶質半導体層33を全域に渡って完全に溶融させることができる。そして、非晶質半導体層33へのレーザ照射を停止すると、非晶質半導体層33の未溶融部分を基点として非晶質半導体層33の溶融部分の凝固が始まる。ここで、凹部32の断面寸法を1個の結晶粒と同程度がそれより少し小さくなるように設定することにより、凹部32の上部には1個の結晶粒のみが到達する。そして、凹部32の上部に1個の結晶粒が到達すると、その結晶粒を核として結晶成長が凹部32の周囲で進行し、非晶質半導体層33の溶融結晶化に伴って凹部32の周囲に略単結晶半導体粒34を形成することができる。なお、凹部32の周囲に略単結晶半導体粒34を形成した後、CMP(化学的機械的研磨)などの方法にて略単結晶半導体粒34を平坦化するようにしてもよい。これは略単結晶半導体粒34の表面粗さが大きくなると、略単結晶半導体粒34における電子移動度が低下してしまうためである。ここでCMPを行う条件の一例としては、例えば軟質ポリウレタン製のパッドと、アンモニア系またはアミン系などのアルカリ溶液にシリカ粒子などの研磨剤を分散させた研磨液とを組み合わせて用いる。ここで研磨液の水素濃度はPH11.0以下、より最適には9.0以下である。
Further, since the XeCl pulse excimer laser irradiated to the
次に、図3(a)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34のパターニングを行うことにより、非晶質半導体層33および略単結晶半導体粒34の不要な部分を除去する。
次に、図3(b)に示すように、略単結晶半導体粒34の表面の熱酸化、ALDあるいはCVD処理を行うことにより、略単結晶半導体粒34の表面にゲート絶縁膜36を形成する。なお、ゲート絶縁膜36の材質としては、例えば、SiO2の他、HfO2、HfON、HfAlO、HfAlON、HfSiO、HfSiON、ZrO2、ZrON、ZrAlO、ZrAlON、ZrSiO、ZrSiON、Ta2O5、Y2O3、(Sr,Ba)TiO3、LaAlO3、SrBi2Ta2O9、Bi4Ti3O12、Pb(Zi,Ti)O3などの誘電体を用いるようにしてもよい。ここで、ゲート絶縁膜36の成膜方法としては、高密度プラズマによる直接酸化膜を用いることが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜36の成膜温度を400℃以下に設定することができ、ゲート絶縁膜36下の配線層23やゲート電極14に及ぶダメージを抑制しつつ、配線層23上にゲート絶縁膜36を積層することができる。
Next, as shown in FIG. 3A, the
Next, as shown in FIG. 3B, a
そして、ゲート絶縁膜36が形成された略単結晶半導体粒34上にCVDまたはスパッタなどの方法にて多結晶シリコン層、シリサイド層、あるいはメタル層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層、シリサイド層、あるいはメタル層をパターニングすることにより、ゲート絶縁膜36上にゲート電極37を形成する。なお、ゲート電極37の材質としては、例えば、多結晶シリコンの他、TaN、TiN、W、Pt、Cuなどの金属系材料、TaNx/bcc−Ta/TaNxなどの金属積層構造あるいはシリサイドなどの合金材料を用いるようにしてもよい。ここで、ゲート電極37の成膜方法としては、HDP−CVDを用いることが好ましい。
Then, a polycrystalline silicon layer, a silicide layer, or a metal layer is formed on the substantially single
次に、ゲート電極37をマスクとして、As、P、B、BF2などの不純物を略単結晶半導体粒34内にイオン注入することにより、ゲート電極37の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層35a、35bを略単結晶半導体粒34に形成する。そして、CVDなどの方法にて略単結晶半導体粒34上の全面に層間絶縁層38を堆積した後、ソース/ドレイン層35a、35bの活性化アニールを行う。ここで、略単結晶半導体粒34はイントリンジックな半導体粒であることが好ましい。これにより、活性化アニールの温度を450℃以下に設定することができ、絶縁膜31下の配線層23やゲート電極14に及ぶダメージを抑制しつつ、ソース/ドレイン層35a、35bを配線層23上に積層することができる。
Next, using the
次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて層間絶縁層38をパターニングすることにより、ソース/ドレイン層35a、35bを露出させる開口部39を層間絶縁層38に形成する。そして、スパッタなどの方法にて開口部39内に埋め込まれた導電膜を層間絶縁層38上に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電膜をパターニングすることにより、ソース/ドレイン層35a、35bに接続された配線層40を形成する。さらに、図3(c)に示すように、層間絶縁層41を介して半導体基板11上に積層された配線層42、43を形成する。
Next, the
これにより、サリサイド素子上に非サリサイド素子を積層することが可能となり、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一平面上に配置することなく、サリサイド素子と非サリサイド素子とを同一半導体基板11上に混載することが可能となる。このため、チップ面積の増大を抑制することが可能となるとともに、サリサイド工程の影響を受けることなく非サリサイド工程を実施することが可能となり、製造プロセスの煩雑化を抑制することを可能として、コストを低減することが可能となる。
As a result, it is possible to stack non-salicide elements on the salicide elements, and the salicide elements and non-salicide elements are mixedly mounted on the
なお、略単結晶半導体粒34に形成される素子としては静電保護回路を挙げることができる。これにより、サリサイド素子が形成された半導体基板11上に静電保護回路を同一平面上に形成することなく、サリサイド素子と静電保護回路とを同一半導体基板11上に混載することが可能となる。このため、製造プロセスの煩雑化を抑制しつつ静電保護回路の高抵抗化を図ることができ、コストアップを抑制しつつ、静電気による破壊から半導体装置を安定して保護することが可能となる。
An example of the element formed on the substantially single
また、上述した実施形態では、トランジスタを2層に渡って積層する構造を例にとって説明したが、絶縁層上に単結晶半導体層を積層させる方法を繰り返すことにより、トランジスタを3層以上に渡って積層するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、非晶質半導体層33が単結晶化された略単結晶半導体粒34にトランジスタを形成する方法を例にとって説明したが、非晶質半導体層33を単結晶化することなく、非晶質半導体層33に直接トランジスタを形成するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the structure in which the transistors are stacked over two layers has been described as an example. However, by repeating the method of stacking the single crystal semiconductor layer over the insulating layer, the transistors are stacked over three or more layers. You may make it laminate | stack.
In the above-described embodiment, the method for forming a transistor in the substantially single
また上述した実施例では、サリサイド素子および非サリサイド素子をそれぞれ1つずつ形成する場合を例にとって説明したが、サリサイド素子および非サリサイド素子はそれぞれ複数形成するようにしてもよい。またこのとき、絶縁膜31に複数の凹部32を形成し、複数の略単結晶半導体粒34を形成するようにしてもよい。
In the above-described embodiments, the case where one salicide element and one non-salicide element are formed has been described as an example. However, a plurality of salicide elements and non-salicide elements may be formed. At this time, a plurality of
11 半導体基板、12 素子分離絶縁膜、13、36 ゲート絶縁膜、14、37 ゲート電極、15a、15b LDD層、16 サイドウォール、17a、17b、35a、35b ソース/ドレイン層、18 金属層、19a、19b、19c シリサイド層、31 絶縁膜、32 凹部、33 非晶質半導体層、34 略単結晶半導体粒、21、38、41 層間絶縁層、22、39 開口部、23、40、42、43 配線層
11 Semiconductor substrate, 12 Element isolation insulating film, 13, 36 Gate insulating film, 14, 37 Gate electrode, 15a, 15b LDD layer, 16 Side wall, 17a, 17b, 35a, 35b Source / drain layer, 18 Metal layer,
Claims (8)
前記サリサイド素子上に積層された非晶質半導体層と、
前記非晶質半導体層上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする半導体装置。 A salicide element formed on a semiconductor substrate;
An amorphous semiconductor layer stacked on the salicide element;
A semiconductor device comprising: a non-salicide element formed on the amorphous semiconductor layer.
前記サリサイド素子上に積層された略単結晶半導体粒と、
前記略単結晶半導体粒上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする半導体装置。 A salicide element formed on a semiconductor substrate;
A substantially single crystal semiconductor grain laminated on the salicide element;
A semiconductor device comprising: a non-salicide element formed on the substantially single crystal semiconductor grain.
前記第1略単結晶半導体粒上に形成されたサリサイド素子と、
前記サリサイド素子上に積層された第2略単結晶半導体粒と、
前記第2略単結晶半導体粒上に形成された非サリサイド素子とを備えることを特徴とする半導体装置。 A first substantially single crystal semiconductor grain stacked on an insulator;
A salicide element formed on the first substantially single crystal semiconductor grain;
A second substantially single crystal semiconductor grain laminated on the salicide element;
A semiconductor device comprising: a non-salicide element formed on the second substantially single crystal semiconductor grain.
前記サリサイド素子上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に非晶質半導体層を成膜する工程と、
前記非晶質半導体層上に非サリサイド素子を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a salicide element on a semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the salicide element;
Forming an amorphous semiconductor layer on the insulating film;
And a step of forming a non-salicide element on the amorphous semiconductor layer.
前記サリサイド素子上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にグレインフィルタを形成する工程と、
前記グレインフィルタを埋め込むように前記絶縁膜上に非晶質半導体層を成膜する工程と、
前記非晶質半導体層の前記グレインフィルタを含む領域にレーザ照射を行うことにより、前記グレインフィルタの周囲の非晶質半導体層が略単結晶粒化された略単結晶半導体粒を形成する工程と、
前記略単結晶半導体粒上に非サリサイド素子を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a salicide element on a semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the salicide element;
Forming a grain filter in the insulating film;
Forming an amorphous semiconductor layer on the insulating film so as to embed the grain filter;
Forming a substantially single crystal semiconductor grain in which the amorphous semiconductor layer around the grain filter is made into a substantially single crystal grain by irradiating a region including the grain filter of the amorphous semiconductor layer with a laser; ,
And a step of forming a non-salicide element on the substantially single crystal semiconductor grain.
高密度プラズマによる直接酸化法にて前記単結晶半導体粒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ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記単結晶半導体粒に不純物を注入する工程と、
前記単結晶半導体粒に注入された不純物の活性化アニールを450℃以下の温度で行う工程とを備えることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。 Forming a non-salicide element on the single crystal semiconductor grain,
Forming a gate insulating film on the single crystal semiconductor grains by a direct oxidation method using high-density plasma;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Implanting impurities into the single crystal semiconductor grains using the gate electrode as a mask;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of performing activation annealing of impurities implanted into the single crystal semiconductor grains at a temperature of 450 ° C. or lower.
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