JP2007294496A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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慶一朗 柏原
Sunao Yamaguchi
直 山口
Tomohito Okudaira
智仁 奥平
Toshiaki Tsutsumi
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Abstract

【課題】ニッケルシリサイド(NiSi)領域でのニッケルシリサイド凝集反応を抑制し、耐熱性を向上させた半導体装置及びその製造方法を実現する。
【解決手段】NチャネルMISトランジスタのニッケルシリサイド領域に、窒素(N2)イオンを注入し、PチャネルMISトランジスタのニッケルシリサイド領域に、二フッ化ホウ素(BF2)イオンを注入する。各トランジスタにおいて、窒素イオン及びホウ素イオンがそれぞれ注入されておれば、ニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。よって、耐熱性を向上させた半導体装置が得られる。
【選択図】図7

Description

この発明は、ニッケルシリサイド(NiSi)領域を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
シリコン基板等に形成されたMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタのゲート電極やソース領域、ドレイン領域には、低抵抗化を目的としてシリサイド領域が設けられる。
このシリサイド領域を形成するための金属材料として、下記特許文献1乃至4に記載のように、Ni(ニッケル)が採用されることがある。ニッケルシリサイド(NiSi)は、コバルトシリサイド(CoSi)に比べて低温で形成可能であり、トランジスタ特性を飛躍的に向上させることができるからである。
特表2005−539402号公報 特開2004−296774号公報 特開2002−184717号公報 特開平7−30108号公報
ニッケルシリサイド(NiSi)は準安定相であり(NiSi2が安定相)、耐熱性が不安定であることが知られている。特に、膜厚30nm程度の薄膜領域では、さらに耐熱性が著しく劣化し、例えば後工程での追加熱処理時にニッケルシリサイドの凝集が発生して、断線が生じる等の問題があった。
そのため、ニッケルシリサイドの凝集が発生しないよう、後工程での処理温度は摂氏600度以下に限定されるなど、プロセス上の制限があった。具体的には、例えばTiCl4/NH3ソースを用いた熱CVD(Chemical Vapor Deposition)によるTiN形成を、ニッケルシリサイド領域形成後の後工程では行うことができなかった。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ニッケルシリサイド(NiSi)領域でのニッケルシリサイド凝集反応を抑制し、耐熱性を向上させた半導体装置及びその製造方法を実現する。
請求項1に記載の発明は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極、前記半導体基板表面のうち前記第1ゲート電極を挟む位置に形成されたn形ソース領域及びn形ドレイン領域、並びに、前記第1ゲート電極、前記n形ソース領域及び前記n形ドレイン領域のうち少なくとも一つの表面に形成された第1ニッケルシリサイド(NiSi)領域を含むNチャネルMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタと、前記半導体基板上に形成された第2ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極、前記半導体基板表面のうち前記第2ゲート電極を挟む位置に形成されたp形ソース領域及びp形ドレイン領域、並びに、前記第2ゲート電極、前記p形ソース領域及び前記p形ドレイン領域のうち少なくとも一つの表面に形成された第2ニッケルシリサイド(NiSi)領域を含むPチャネルMISトランジスタとを備え、前記第1ニッケルシリサイド領域には、窒素(N2)イオンが注入され、前記第2ニッケルシリサイド領域には、二フッ化ホウ素(BF2)イオンが注入された半導体装置である。
請求項2に記載の発明は、(a)半導体基板上に、NチャネルMISトランジスタの第1ゲート絶縁膜及び第1ゲート電極の積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタの第2ゲート絶縁膜及び第2ゲート電極の積層構造を、膜形成技術及びフォトリソグラフィ技術により形成する工程と、(b)n形不純物注入を選択的に行って、前記半導体基板表面のうち前記第1ゲート電極を挟む位置にn形拡散領域を形成する工程と、(c)p形不純物注入を選択的に行って、前記半導体基板表面のうち前記第2ゲート電極を挟む位置にp形拡散領域を形成する工程と、(d)窒素(N2)イオンを、前記n形拡散領域及び前記第1ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、(e)二フッ化ホウ素(BF2)イオンを、前記p形拡散領域及び前記第2ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、(f)前記工程(d)及び(e)に先立って、または、前記工程(d)及び(e)の後に、前記第1及び第2ゲート電極、前記n形拡散領域、並びに前記p形拡散領域のうち少なくとも一つの表面をニッケルシリサイド化する工程とを備える半導体装置の製造方法である。
請求項1に記載の発明によれば、NチャネルMISトランジスタの第1ニッケルシリサイド(NiSi)領域には、窒素(N2)イオンが注入され、PチャネルMISトランジスタの第2ニッケルシリサイド(NiSi)領域には、二フッ化ホウ素(BF2)イオンが注入されている。第1ニッケルシリサイド領域に窒素イオンが注入されると、第1ニッケルシリサイド領域でのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、第1ニッケルシリサイド領域に、窒素イオンが注入されると、NチャネルMISトランジスタにおけるホットキャリア信頼性に対する改善効果もある。また、第2ニッケルシリサイド領域に二フッ化ホウ素イオンが注入されると、第2ニッケルシリサイド領域でのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、第2ニッケルシリサイド領域に二フッ化ホウ素イオンが注入されると、PチャネルMISトランジスタにおけるNBTI(Negative Bias Thermal Instability)信頼性に対する改善効果もある。よって、耐熱性を向上させた半導体装置が得られる。
請求項2に記載の発明によれば、窒素(N2)イオンを、n形拡散領域及び第1ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、二フッ化ホウ素(BF2)イオンを、p形拡散領域及び第2ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、第1及び第2ゲート電極、n形拡散領域、並びにp形拡散領域のうち少なくとも一つの表面をニッケルシリサイド化する工程とを備える。第1ゲート電極及びn形拡散領域に窒素イオンが注入されると、ニッケルシリサイド化した第1ゲート電極及びn形拡散領域でのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、n形拡散領域に窒素イオンが注入されると、NチャネルMISトランジスタにおけるホットキャリア信頼性に対する改善効果もある。また、第2ゲート電極及びp形拡散領域に二フッ化ホウ素イオンが注入されると、ニッケルシリサイド化した第2ゲート電極及びp形拡散領域でのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、p形拡散領域に二フッ化ホウ素イオンが注入されると、PチャネルMISトランジスタにおけるNBTI(Negative Bias Thermal Instability)信頼性に対する改善効果もある。よって、耐熱性を向上させ、かつn形/p形ともにトランジスタの信頼性を確保した半導体装置が得られる。
<実施の形態1>
本実施の形態は、NチャネルMIS(Metal Insulator(例えばOxide)Semiconductor)トランジスタのニッケルシリサイド(NiSi)領域には、窒素(N2)イオンを注入し、PチャネルMISトランジスタのニッケルシリサイド(NiSi)領域には、二フッ化ホウ素(BF2)イオンを注入した半導体装置およびその製造方法である。
図1および図2は、本発明を適用可能な半導体装置の断面図および上面図である。なお図1は、図2中の切断線I−Iにおける断面図である。
図1および図2に示されているように、この半導体装置は、シリコン基板等の半導体基板SBと、半導体基板SB上に形成されたNチャネルMISトランジスタN1及びPチャネルMISトランジスタP1を備えている。NチャネルMISトランジスタN1は、ゲート絶縁膜GIn、ゲート電極GEn、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnを有し、PチャネルMISトランジスタP1は、ゲート絶縁膜GIp、ゲート電極GEp、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを有する。NチャネルMISトランジスタN1及びPチャネルMISトランジスタP1は、シリコン酸化膜等の素子分離膜ISにより分離されている。
ゲート絶縁膜GIn及びGIpはいずれも例えばシリコン酸化膜であり、ゲート電極GEn及びGEpはいずれも例えばポリシリコン膜である。ゲート絶縁膜GInは半導体基板SB上に形成され、ゲート電極GEnはゲート絶縁膜GIn上に形成されている。また、ゲート絶縁膜GIpは半導体基板SB上に形成され、ゲート電極GEpはゲート絶縁膜GIp上に形成されている。
なお、ゲート絶縁膜GInおよびゲート電極GEnの積層構造の側面、並びに、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnの表面の一部に面して、それぞれシリコン酸化膜等の第1サイドウォール絶縁膜SW1nが形成されている。また、第1サイドウォール絶縁膜SW1nを介しつつ、ゲート絶縁膜GInおよびゲート電極GEnの積層構造の側面、並びに、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnの表面の一部に対向して、それぞれシリコン窒化膜等の第2サイドウォール絶縁膜SW2nが形成されている。
また、ゲート絶縁膜GIpおよびゲート電極GEpの積層構造の側面、並びに、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpの表面の一部に面して、それぞれシリコン酸化膜等の第1サイドウォール絶縁膜SW1pが形成されている。また、第1サイドウォール絶縁膜SW1pを介しつつ、ゲート絶縁膜GIpおよびゲート電極GEpの積層構造の側面、並びに、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpの表面の一部に対向して、それぞれシリコン窒化膜等の第2サイドウォール絶縁膜SW2pが形成されている。
半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置には、n形ソース領域SEn及びn形ドレイン領域DEnが形成されている。また、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置には、p形ソース領域SEp及びp形ドレイン領域DEpが形成されている。なお、n形及びp形ソース領域SEn,SEp並びにn形及びp形ドレイン領域DEn,DEpの外側には素子分離膜ISが形成されている。
また、ゲート電極GEnの表面、n形ソース領域SEnの表面およびn形ドレイン領域DEnの表面にはいずれも、それぞれニッケルシリサイド(NiSi)領域SCgn,SCsn,SCdnが形成されている。そして、ゲート電極GEpの表面、p形ソース領域SEpの表面およびp形ドレイン領域DEpの表面にはいずれも、それぞれニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpが形成されている。
そして、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnにはいずれも、窒素(N2)イオンが注入されている。また、ニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpにはいずれも、二フッ化ホウ素(BF2)イオンが注入されている。
このように、NチャネルMISトランジスタN1のニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnに窒素イオンが注入されておれば、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnでのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。ニッケルシリサイドの結晶粒が熱処理により結晶成長する際には、粒界拡散現象によってシリコンの再結晶化が起こり、ニッケルシリサイド層の切断が発生すると考えられているが、その際に、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnに窒素イオンが注入されておれば、ニッケルシリサイドの粒界拡散現象が抑制され、ニッケルシリサイド凝集反応が抑制されると考えられるからである。よって、従来は使用できなかった摂氏650度以上のプロセスを、後工程に用いることができる。
また、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnに窒素イオンが注入されておれば、NチャネルMISトランジスタN1におけるホットキャリア信頼性に対する改善効果もある。また、PチャネルMISトランジスタP1のニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpに二フッ化ホウ素イオンが注入されておれば、ニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpでのニッケルシリサイド凝集反応がNチャネルMISトランジスタN1におけると同様に抑制される。また、ニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpに二フッ化ホウ素イオンが注入されておれば、PチャネルMISトランジスタP1におけるNBTI(Negative Bias Thermal Instability)信頼性に対する改善効果もある。よって、耐熱性を向上させた半導体装置が得られる。
図3〜図9は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す図である。以下、各図を用いて本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
まず、半導体基板上の所定の領域に、トレンチ分離法によりシリコン酸化膜等で素子分離膜ISを形成する。次に、半導体基板SB上に、例えばゲート絶縁膜を熱酸化とその後のラジカル窒化等の絶縁膜形成技術により形成し、さらにゲート絶縁膜上にポリシリコン膜をCVD法等の膜形成技術により形成する。そして、ゲート絶縁膜及びポリシリコン膜の積層構造に対してフォトリソグラフィ技術によりパターニングを行い、図3に示すように、半導体基板SB上に、NチャネルMISトランジスタN1のゲート絶縁膜GIn及びゲート電極GEnの積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタP1のゲート絶縁膜GIp及びゲート電極GEpの積層構造を形成する。
次に、n形不純物(例えば砒素イオン)の注入を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置にn形拡散領域SE1n,DE1nを形成する。また、p形不純物(例えばホウ素イオン)の注入を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置にp形拡散領域SE1p,DE1pを形成する。なお、n形拡散領域SE1n,DE1nおよびp形拡散領域SE1p,DE1pはいずれも、LDD(Lightly Doped Drain)構造を構成するエクステンション領域として機能する。
次に、半導体基板SB表面と、ゲート電極GEn及びゲート絶縁膜GInの積層構造、並びに、ゲート電極GEp及びゲート絶縁膜GIpの積層構造を覆うように、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の積層膜を形成し、エッチバック法によりその積層膜をパターニングする。これにより、図4に示すように、第1サイドウォール絶縁膜SW1n,SW1pおよび第2サイドウォール絶縁膜SW2n,SW2pが形成される。
次に、フォトレジストR1を半導体基板SB上全面に形成し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が開口し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が覆われるよう、図5に示すようにフォトレジストR1をパターニングする。そして、n形不純物(例えば砒素イオン)の注入IP1を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置にn形拡散領域SE2n,DE2nを形成する。これにより、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnが形成される。
なお、n形拡散領域SE2n,DE2nの形成に当たっては、例えば砒素イオンを5〜30[keV]および1×1015〜1×1016[cm-2]の条件下で、あるいは、リンイオンを5〜15[keV]および1×1014〜5×1015[cm-2]の条件下で、注入すればよい。
次に、フォトレジストR1を除去して、新たなフォトレジストR2を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図6に示すようにフォトレジストR2をパターニングする。そして、p形不純物(例えばホウ素イオン)の注入IP2を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置にp形拡散領域SE2p,DE2pを形成する。これにより、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpが形成される。
なお、p形拡散領域SE2p,DE2pの形成に当たっては、例えばホウ素イオンを0.5〜5[keV]および1×1015〜1×1016[cm-2]の条件下で、注入すればよい。
次に、図示していないが、n形ソース領域SEn、n形ドレイン領域DEn、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを活性化させるため、アニール処理を行う。このアニール処理においては、摂氏900〜1100度の処理温度、0〜15秒程度の処理時間をそれぞれ採用すればよい。
次に、半導体基板SBのうち、シリサイド化を防止すべき部分を覆うためのシリサイド化防止膜(図示せず)を、CVD法およびフォトリソグラフィ技術を用いてシリサイド化を防止すべき部分に形成する。
次に、フォトレジストR3を半導体基板SB上全面に形成し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が開口し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が覆われるよう、図7に示すようにフォトレジストR3をパターニングする。そして、窒素(N2)イオンの注入IP3を、n形拡散領域SE2n,DE2n及びゲート電極GEnに選択的に行う。なお、窒素イオンの注入IP3に当たっては、例えば窒素イオンを3〜10[keV](好ましくは5[keV])および1×1014〜1×1016[cm-2](好ましくは1×1015[cm-2])の条件下で、注入すればよい。
次に、フォトレジストR3を除去して、新たなフォトレジストR4を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図8に示すようにフォトレジストR4をパターニングする。そして、二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、p形拡散領域SE2p,DE2p及びゲート電極GEpに選択的に行う。なお、二フッ化ホウ素イオンの注入IP4に当たっては、例えば二フッ化ホウ素イオンを5〜15[keV](好ましくは10[keV])および1×1014〜1×1016[cm-2](好ましくは1×1015〜4×1015[cm-2])もしくは1.5〜5[keV](好ましくは2.5[keV])および1×1014〜1×1015[cm-2](好ましくは5×1014[cm-2])の条件下で、注入すればよい。
次に、図9に示すように、ニッケル膜BLを、スパッタ法により例えば5〜15[nm]の膜厚に形成する。その後、摂氏250〜400度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第1回アニールを行い、ニッケル膜BLとシリコン部分とを反応させ、Ni2SiもしくはNiSi相を形成する。
次に、半導体基板SBを酸系の溶液(例えば硫酸及び過酸化水素水の混合溶液)に5〜60分程度浸漬し、ニッケル膜BLのうち未反応の部分を除去する。その後、摂氏400〜600度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第2回アニールを行い、ゲート電極GEn,GEp、n形拡散領域SE2n,DE2n、並びにp形拡散領域SE2p,DE2pの各表面をニッケルシリサイド化する。これにより、図1におけるニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdpが形成される。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、窒素(N2)イオンを、n形拡散領域SE2n,DE2n及びゲート電極GEnに選択的に注入する工程と、二フッ化ホウ素(BF2)イオンを、p形拡散領域SE2p,DE2p及びゲート電極GEpに選択的に注入する工程と、ゲート電極GEn,GEp、n形拡散領域SE2n,DE2n、並びにp形拡散領域SE2p,DE2pの表面をニッケルシリサイド化する工程とを備える。ゲート電極GEn及びn形拡散領域SE2n,DE2nに窒素イオンが注入されると、ニッケルシリサイド化したゲート電極GEn及びn形拡散領域SE2n,DE2nでのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、n形拡散領域SE2n,DE2nに窒素イオンが注入されると、NチャネルMISトランジスタN1におけるホットキャリア信頼性に対する改善効果もある。また、ゲート電極GEp及びp形拡散領域SE2p,DE2pに二フッ化ホウ素イオンが注入されると、ニッケルシリサイド化したゲート電極GEp及びp形拡散領域SE2p,DE2pでのニッケルシリサイド凝集反応が抑制される。また、p形拡散領域SE2p,DE2pに二フッ化ホウ素イオンが注入されると、PチャネルMISトランジスタにおけるNBTI信頼性に対する改善効果もある。よって、耐熱性を向上させ、かつトランジスタの信頼性をn形/p形ともに改善した半導体装置が得られる。
なお、上記においては、n形ソース領域SEn、n形ドレイン領域DEn、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを活性化させるため、アニール処理を行った後に、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を行っているが、上記ソース及びドレイン領域活性化用のアニール処理を行う前に、注入IP3及びIP4の工程を行っても良い。
<実施の形態2>
本実施の形態は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の変形例であって、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4に先立って、ニッケルシリサイド化工程を行うものである。
図10及び図11は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す図である。以下、図10及び図11と、図3〜図6および図9を用いて本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
まず、実施の形態1におけると同様に、半導体基板上の所定の領域に素子分離膜ISを形成し、図3に示すように、半導体基板SB上に、NチャネルMISトランジスタN1のゲート絶縁膜GIn及びゲート電極GEnの積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタP1のゲート絶縁膜GIp及びゲート電極GEpの積層構造、並びに、n形拡散領域SE1n,DE1n、p形拡散領域SE1p,DE1pを形成する。
次に、実施の形態1におけると同様、図4に示すように、第1サイドウォール絶縁膜SW1n,SW1pおよび第2サイドウォール絶縁膜SW2n,SW2pを形成し、図5に示すようにフォトレジストR1を用いて、n形不純物(例えば砒素イオン)の注入IP1を選択的に行い、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置にn形拡散領域SE2n,DE2nを形成する。これにより、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnが形成される。
次に、実施の形態1におけると同様に、フォトレジストR1を除去して、新たなフォトレジストR2を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図6に示すようにフォトレジストR2をパターニングする。そして、p形不純物(例えばホウ素イオン)の注入IP2を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置にp形拡散領域SE2p,DE2pを形成する。これにより、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpが形成される。
次に、図示していないが、実施の形態1におけると同様に、n形ソース領域SEn、n形ドレイン領域DEn、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを活性化させるため、アニール処理を行う。
次に、実施の形態1の場合とは異なり、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4に先立って、半導体基板SBのうち、シリサイド化を防止すべき部分を覆うためのシリサイド化防止膜(図示せず)を、CVD法およびフォトリソグラフィ技術を用いてシリサイド化を防止すべき部分に形成する。
そして、図9に示すように、ニッケル膜BLを、スパッタ法により例えば5〜15[nm]の膜厚に形成する。その後、摂氏250〜400度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第1回アニールを行い、ニッケル膜BLとシリコン部分とを反応させ、NiSix相を形成する。
次に、半導体基板SBを酸系の溶液(例えば硫酸及び過酸化水素水の混合溶液)に5〜60分程度浸漬し、ニッケル膜BLのうち未反応の部分を除去する。その後、摂氏400〜600度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第2回アニールを行い、ゲート電極GEn,GEp、n形拡散領域SE2n,DE2n、並びにp形拡散領域SE2p,DE2pの各表面をニッケルシリサイド化する。これにより、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdpが形成される。
次に、フォトレジストR3を半導体基板SB上全面に形成し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が開口し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が覆われるよう、図10に示すようにフォトレジストR3をパターニングする。そして、窒素(N2)イオンの注入IP3を、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdnに選択的に行う。なお、窒素イオンの注入IP3に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
次に、フォトレジストR3を除去して、新たなフォトレジストR4を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図11に示すようにフォトレジストR4をパターニングする。そして、二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、ニッケルシリサイド領域SCgp,SCsp,SCdpに選択的に行う。なお、二フッ化ホウ素イオンの注入IP4に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においても、実施の形態1におけると同様の効果がある。
なお、上記においては、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdpの完成後に、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を行っているが、ニッケルシリサイド化工程の途中に注入IP3及びIP4の工程を行っても良い。具体的には、図9のニッケル膜BLのスパッタ形成直後や、第1回アニールを行った直後、その他にもニッケル膜BLの除去直後、等に注入IP3及びIP4の工程を行っても良い。本願では、これらの各場合も、「窒素イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素イオンの注入IP4に先立って、ニッケルシリサイド化工程を行う」ことに該当すると考える。
<実施の形態3>
本実施の形態も、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の変形例であって、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、エクステンション領域として機能するn形拡散領域SE1n,DE1nおよびp形拡散領域SE1p,DE1pの形成後に、行うものである。
図12及び図13は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す図である。以下、図12及び図13と、図3〜図6および図9を用いて本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
まず、実施の形態1におけると同様に、半導体基板上の所定の領域に素子分離膜ISを形成し、図3に示すように、半導体基板SB上に、NチャネルMISトランジスタN1のゲート絶縁膜GIn及びゲート電極GEnの積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタP1のゲート絶縁膜GIp及びゲート電極GEpの積層構造、並びに、n形拡散領域SE1n,DE1n、p形拡散領域SE1p,DE1pを形成する。
次に、実施の形態1の場合とは異なり、フォトレジストR3を半導体基板SB上全面に形成し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が開口し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が覆われるよう、図12に示すようにフォトレジストR3をパターニングする。そして、窒素(N2)イオンの注入IP3を、n形拡散領域SE1n,DE1n及びゲート電極GEnに選択的に行う。なお、窒素イオンの注入IP3に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
次に、フォトレジストR3を除去して、新たなフォトレジストR4を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図13に示すようにフォトレジストR4をパターニングする。そして、二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、p形拡散領域SE2p,DE2p及びゲート電極GEpに選択的に行う。なお、二フッ化ホウ素イオンの注入IP4に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
次に、フォトレジストR4を除去して、実施の形態1におけると同様、図4に示すように、第1サイドウォール絶縁膜SW1n,SW1pおよび第2サイドウォール絶縁膜SW2n,SW2pを形成し、図5に示すようにフォトレジストR1を用いて、n形不純物(例えば砒素イオン)の注入IP1を選択的に行い、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置にn形拡散領域SE2n,DE2nを形成する。これにより、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnが形成される。
次に、実施の形態1におけると同様に、フォトレジストR1を除去して、新たなフォトレジストR2を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図6に示すようにフォトレジストR2をパターニングする。そして、p形不純物(例えばホウ素イオン)の注入IP2を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置にp形拡散領域SE2p,DE2pを形成する。これにより、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpが形成される。
次に、図示していないが、実施の形態1におけると同様に、n形ソース領域SEn、n形ドレイン領域DEn、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを活性化させるため、アニール処理を行う。
次に、半導体基板SBのうち、シリサイド化を防止すべき部分を覆うためのシリサイド化防止膜(図示せず)を、CVD法およびフォトリソグラフィ技術を用いてシリサイド化を防止すべき部分に形成する。
そして、図9に示すように、ニッケル膜BLを、スパッタ法により例えば5〜15[nm]の膜厚に形成する。その後、摂氏250〜400度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第1回アニールを行い、ニッケル膜BLとシリコン部分とを反応させ、NiSix相を形成する。
次に、半導体基板SBを酸系の溶液(例えば硫酸及び過酸化水素水の混合溶液)に5〜60分程度浸漬し、ニッケル膜BLのうち未反応の部分を除去する。その後、摂氏400〜600度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第2回アニールを行い、ゲート電極GEn,GEp、n形拡散領域SE2n,DE2n、並びにp形拡散領域SE2p,DE2pの各表面をニッケルシリサイド化する。これにより、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdpが形成される。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においても、実施の形態1におけると同様の効果がある。
なお、上記においては、エクステンション領域として、あるいは、Halo領域として機能するn形拡散領域SE1n,DE1nおよびp形拡散領域SE1p,DE1pの形成後に、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を行っているが、n形拡散領域SE1n,DE1nおよびp形拡散領域SE1p,DE1pの形成工程の途中に注入IP3及びIP4の工程を行っても良い。具体的には、例えばエクステンション領域形成用の注入とHalo領域形成用の注入との両方を行う場合、エクステンション領域形成用の注入の後、Halo領域形成用の注入の前に、注入IP3およびIP4を行ってもよい。また、エクステンション領域形成用の注入の前に、注入IP3およびIP4を行ってもよい。
<実施の形態4>
本実施の形態も、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の変形例であって、窒素(N2)イオンの注入IP3及び二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、第1サイドウォール絶縁膜SW1n,SW1pおよび第2サイドウォール絶縁膜SW2n,SW2pの形成後に、行うものである。
図14及び図15は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す図である。以下、図14及び図15と、図3〜図6および図9を用いて本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
まず、実施の形態1におけると同様に、半導体基板上の所定の領域に素子分離膜ISを形成し、図3に示すように、半導体基板SB上に、NチャネルMISトランジスタN1のゲート絶縁膜GIn及びゲート電極GEnの積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタP1のゲート絶縁膜GIp及びゲート電極GEpの積層構造、並びに、n形拡散領域SE1n,DE1n、p形拡散領域SE1p,DE1pを形成する。
次に、実施の形態1におけると同様、図4に示すように、第1サイドウォール絶縁膜SW1n,SW1pおよび第2サイドウォール絶縁膜SW2n,SW2pを形成する。
次に、実施の形態1の場合とは異なり、フォトレジストR3を半導体基板SB上全面に形成し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が開口し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が覆われるよう、図14に示すようにフォトレジストR3をパターニングする。そして、窒素(N2)イオンの注入IP3を、n形拡散領域SE1n,DE1n及びゲート電極GEnに選択的に行う。なお、窒素イオンの注入IP3に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
次に、フォトレジストR3を除去して、新たなフォトレジストR4を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図15に示すようにフォトレジストR4をパターニングする。そして、二フッ化ホウ素(BF2)イオンの注入IP4を、p形拡散領域SE2p,DE2p及びゲート電極GEpに選択的に行う。なお、二フッ化ホウ素イオンの注入IP4に当たっては、実施の形態1と同じ注入条件を採用すればよい。
次に、フォトレジストR4を除去し、図5に示すようにフォトレジストR1を用いて、n形不純物(例えば砒素イオン)の注入IP1を選択的に行い、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEnを挟む位置にn形拡散領域SE2n,DE2nを形成する。これにより、n形ソース領域SEnおよびn形ドレイン領域DEnが形成される。
次に、実施の形態1におけると同様に、フォトレジストR1を除去して、新たなフォトレジストR2を半導体基板SB上全面に形成し、PチャネルMISトランジスタP1の領域が開口し、NチャネルMISトランジスタN1の領域が覆われるよう、図6に示すようにフォトレジストR2をパターニングする。そして、p形不純物(例えばホウ素イオン)の注入IP2を選択的に行って、半導体基板SB表面のうちゲート電極GEpを挟む位置にp形拡散領域SE2p,DE2pを形成する。これにより、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpが形成される。
次に、図示していないが、実施の形態1におけると同様に、n形ソース領域SEn、n形ドレイン領域DEn、p形ソース領域SEpおよびp形ドレイン領域DEpを活性化させるため、アニール処理を行う。
次に、半導体基板SBのうち、シリサイド化を防止すべき部分を覆うためのシリサイド化防止膜(図示せず)を、CVD法およびフォトリソグラフィ技術を用いてシリサイド化を防止すべき部分に形成する。
そして、図9に示すように、ニッケル膜BLを、スパッタ法により例えば5〜15[nm]の膜厚に形成する。その後、摂氏250〜400度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第1回アニールを行い、ニッケル膜BLとシリコン部分とを反応させ、NiSix相を形成する。
次に、半導体基板SBを酸系の溶液(例えば硫酸及び過酸化水素水の混合溶液)に5〜60分程度浸漬し、ニッケル膜BLのうち未反応の部分を除去する。その後、摂氏400〜600度の処理温度、30〜90秒程度の処理時間、窒素雰囲気中で、第2回アニールを行い、ゲート電極GEn,GEp、n形拡散領域SE2n,DE2n、並びにp形拡散領域SE2p,DE2pの各表面をニッケルシリサイド化する。これにより、ニッケルシリサイド領域SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdpが形成される。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においても、実施の形態1におけると同様の効果がある。
実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置を示す上面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態2に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態2に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態4に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 実施の形態4に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。
符号の説明
SB 半導体基板、GEn,GEp ゲート電極、GIn,GIp ゲート絶縁膜、SEn n形ソース領域、DEn n形ドレイン領域、SCgn,SCsn,SCdn,SCgp,SCsp,SCdp ニッケルシリサイド領域。

Claims (2)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極、前記半導体基板表面のうち前記第1ゲート電極を挟む位置に形成されたn形ソース領域及びn形ドレイン領域、並びに、前記第1ゲート電極、前記n形ソース領域及び前記n形ドレイン領域のうち少なくとも一つの表面に形成された第1ニッケルシリサイド(NiSi)領域を含むNチャネルMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタと、
    前記半導体基板上に形成された第2ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極、前記半導体基板表面のうち前記第2ゲート電極を挟む位置に形成されたp形ソース領域及びp形ドレイン領域、並びに、前記第2ゲート電極、前記p形ソース領域及び前記p形ドレイン領域のうち少なくとも一つの表面に形成された第2ニッケルシリサイド(NiSi)領域を含むPチャネルMISトランジスタと
    を備え、
    前記第1ニッケルシリサイド領域には、窒素(N2)イオンが注入され、
    前記第2ニッケルシリサイド領域には、二フッ化ホウ素(BF2)イオンが注入された
    半導体装置。
  2. (a)半導体基板上に、NチャネルMISトランジスタの第1ゲート絶縁膜及び第1ゲート電極の積層構造、並びに、PチャネルMISトランジスタの第2ゲート絶縁膜及び第2ゲート電極の積層構造を、膜形成技術及びフォトリソグラフィ技術により形成する工程と、
    (b)n形不純物注入を選択的に行って、前記半導体基板表面のうち前記第1ゲート電極を挟む位置にn形拡散領域を形成する工程と、
    (c)p形不純物注入を選択的に行って、前記半導体基板表面のうち前記第2ゲート電極を挟む位置にp形拡散領域を形成する工程と、
    (d)窒素(N2)イオンを、前記n形拡散領域及び前記第1ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、
    (e)二フッ化ホウ素(BF2)イオンを、前記p形拡散領域及び前記第2ゲート電極のうち少なくとも一方に選択的に注入する工程と、
    (f)前記工程(d)及び(e)に先立って、または、前記工程(d)及び(e)の後に、前記第1及び第2ゲート電極、前記n形拡散領域、並びに前記p形拡散領域のうち少なくとも一つの表面をニッケルシリサイド化する工程と
    を備える半導体装置の製造方法。
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