JP2007329258A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a fully-silicided gate electrode that has a desired work function. <P>SOLUTION: Polysilicon is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film (a step S1). Impurities such as boron and arsenic are ion-implanted (a step S2). Then, the polysilicon is laser-irradiated (a step S3). The polysilicon after the laser irradiation is fully silicided (a step S4). Consequently, the fully-silicided gate electrode is formed. The laser irradiation after the ion implantation allows the impurities to be distributed in a gate electrode material without any restriction of the solid solubility limit of the gate electrode material. Accordingly, it is possible to form the fully-silicided gate electrode that has the work function corresponding to an amount of the introduced impurities. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にフルシリサイドゲート電極を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a full silicide gate electrode.

半導体装置において、フルシリサイドゲート電極は、従来のポリシリコンゲート電極の課題のひとつであったゲート空乏化を抑制することのできる次世代のゲート電極構造として期待されている(特許文献1参照)。   In a semiconductor device, a full silicide gate electrode is expected as a next-generation gate electrode structure that can suppress gate depletion, which is one of the problems of a conventional polysilicon gate electrode (see Patent Document 1).

なお、シリサイド化については、ポリシリコン等の表面に金属を堆積した後に熱処理を行いその金属とシリコンを反応させシリサイド層を形成するといった一般的な方法のほかにも、従来、いくつかの方法が提案されている。例えば、ポリシリコン表面に堆積した金属にレーザを照射してポリシリコンを溶融させ、金属をその溶融したポリシリコンに拡散させてシリサイド化する方法等が提案されている(特許文献2参照)。   In addition to the general method of silicidation, a metal is deposited on the surface of polysilicon or the like and then heat treatment is performed to react the metal with silicon to form a silicide layer. Proposed. For example, a method has been proposed in which a metal deposited on a polysilicon surface is irradiated with a laser to melt the polysilicon, and the metal is diffused into the melted polysilicon to be silicided (see Patent Document 2).

また、シリサイド化を半導体装置製造に利用した例として、半導体基板への不純物のイオン注入後に熱処理を行ったときに、活性化した不純物の濃度(キャリア濃度)が最大になる深さが存在することに着目し、イオン注入および熱処理後の半導体基板をシリサイド化しこのシリサイド層と半導体基板との界面を所定の深さまで退出させ、半導体基板の表面近傍のキャリア濃度を高くするといった方法も提案されている(特許文献3参照)。なお、このような不純物の活性化に関連して、ポリシリコンに不純物を導入した後、レーザを照射して不純物を界面まで拡散させ、その後、そのポリシリコン表面をシリサイド化するといった方法も提案されている(特願2005−500909号)。   As an example of utilizing silicidation for semiconductor device manufacturing, there is a depth at which the concentration of activated impurities (carrier concentration) becomes maximum when heat treatment is performed after ion implantation of impurities into a semiconductor substrate. In view of this, a method has been proposed in which the semiconductor substrate after ion implantation and heat treatment is silicided and the interface between the silicide layer and the semiconductor substrate is retreated to a predetermined depth to increase the carrier concentration in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate. (See Patent Document 3). In connection with the activation of such impurities, a method has also been proposed in which impurities are introduced into polysilicon, laser is irradiated to diffuse the impurities to the interface, and then the polysilicon surface is silicided. (Japanese Patent Application No. 2005-500909).

ところで、フルシリサイドゲート電極を、高速LSI(Large Scale Integration)等を構成するCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)デバイスに適用するためには、従来のポリシリコンゲート電極で実現されているように、nチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(nMOS)とpチャネルMOSトランジスタ(pMOS)の仕事関数の差が約1eVあることが要求される。また、そのようなCMOSデバイスに適用するに当たっては、その製造工程上、nMOSとpMOSを同一のゲート電極材料で形成することが望ましい。
特開2006−100431号公報 特表2002−525868号公報 特許第3359925号公報
By the way, in order to apply a full silicide gate electrode to a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) device constituting a high-speed LSI (Large Scale Integration) or the like, an n-channel is realized as realized by a conventional polysilicon gate electrode. The work function difference between a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (nMOS) and a p-channel MOS transistor (pMOS) is required to be about 1 eV. In addition, when applied to such a CMOS device, it is desirable to form the nMOS and the pMOS with the same gate electrode material in the manufacturing process.
JP 2006-1000043 A Japanese translation of PCT publication No. 2002-525868 Japanese Patent No. 3359925

しかし、フルシリサイドゲート電極は、ポリシリコンをフルシリサイド化したのみでは、1つの仕事関数しか得ることができない。フルシリサイドゲート電極をCMOSデバイスに適用するために、そのnMOSとpMOSのフルシリサイドゲート電極を作り分ける方法として、ゲート絶縁膜との界面領域に存在する不純物の濃度を制御し、それによって各フルシリサイドゲート電極の仕事関数を制御する方法がある。   However, the full silicide gate electrode can obtain only one work function only by fully siliciding polysilicon. In order to apply the full silicide gate electrode to the CMOS device, as a method of separately forming the full silicide gate electrode of the nMOS and the pMOS, the concentration of impurities existing in the interface region with the gate insulating film is controlled, thereby There is a method for controlling the work function of the gate electrode.

ゲート絶縁膜との界面領域の不純物濃度を制御するための方法としては、例えば、ポリシリコンへ必要量の不純物をイオン注入した後、RTA(Rapid Thermal Anneal)を行ってそのポリシリコン内の不純物を熱拡散させ、その後、そのポリシリコンの表面側からフルシリサイド化を行い、シリサイド化の進行と共に所定量の不純物をゲート絶縁膜との界面領域へ運んでいく(偏析させる)方法がある。しかし、この方法には、以下に示すような問題点があった。   As a method for controlling the impurity concentration in the interface region with the gate insulating film, for example, after implanting a necessary amount of impurities into polysilicon, RTA (Rapid Thermal Anneal) is performed to remove impurities in the polysilicon. There is a method of thermally diffusing and then performing full silicidation from the surface side of the polysilicon and carrying (segregating) a predetermined amount of impurities to the interface region with the gate insulating film as silicidation proceeds. However, this method has the following problems.

一例として、シリコン(Si)基板上にゲート絶縁膜を介して形成したポリシリコンにp型不純物であるボロン(B)をイオン注入し、RTAを行ってフルシリサイド化した場合について説明する。   As an example, a case will be described in which boron (B), which is a p-type impurity, is ion-implanted into polysilicon formed on a silicon (Si) substrate via a gate insulating film, and RTA is performed to form full silicide.

まず、RTA後の試料についてのSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)による試料深さ方向のボロン濃度分布の測定結果について示す。
図15はRTA後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。
First, the measurement result of the boron concentration distribution in the sample depth direction by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) of the sample after RTA is shown.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the sample depth after RTA and the boron concentration.

図15には、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成した膜厚約100nmのポリシリコンに、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1015cm-2,5×1015cm-2,1×1016cm-2の各条件でボロンをイオン注入した後に、温度1000℃、10秒間のRTAを行って得られた試料について、SIMS測定を行った結果を示している。 FIG. 15 shows an acceleration energy of 5 keV, a dose of 1 × 10 15 cm −2 , 5 × 10 15 cm −2 , 1 × on polysilicon having a thickness of about 100 nm formed on a silicon substrate through a gate insulating film. The results of SIMS measurement are shown for a sample obtained by performing RTA at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds after boron is ion-implanted under each condition of 10 16 cm −2 .

図15より、ドーズ量を1×1015cm-2から5×1015cm-2へ5倍に増加すると、ポリシリコン内のボロン濃度も増加するようになる。
しかし、ドーズ量を5×1015cm-2から1×1016cm-2へさらに2倍に増加しても、ポリシリコン内のボロン濃度、特にポリシリコンとゲート絶縁膜との界面領域におけるボロン濃度は、ほとんど変化していない。これは、ポリシリコン内を熱拡散できるボロンの最大濃度が、RTAの温度による固溶限界によって制限を受けるためである。
From FIG. 15, when the dose is increased from 1 × 10 15 cm −2 to 5 × 10 15 cm −2 five times, the boron concentration in the polysilicon also increases.
However, even if the dose amount is further doubled from 5 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 , the boron concentration in the polysilicon, particularly boron in the interface region between the polysilicon and the gate insulating film is increased. The concentration has hardly changed. This is because the maximum concentration of boron that can be thermally diffused in the polysilicon is limited by the solid solution limit depending on the temperature of the RTA.

図16はボロンのドーズ量とフラットバンド電圧の関係を示す図である。
図16より、ポリシリコンに所定ドーズ量のボロンをイオン注入した後、そのフルシリサイド化を行うと、フラットバンド電圧がボロンのドーズ量の増加に伴って増加していく傾向が見られる。ただし、ボロンのドーズ量がある程度以上になると、フラットバンド電圧が0.4eV程度で飽和する傾向が見られる。これはすなわち、ポリシリコンへのボロンのドーズ量を増加していっても、そのドーズ量が一定以上になると、フルシリサイド化後のゲート電極とゲート絶縁膜との界面領域における不純物濃度が飽和してしまっているということを示している。なお、ボロンをn型不純物であるヒ素(As)に替えて同じ測定を行った場合にも、この図16と同様の結果が得られた。
FIG. 16 shows the relationship between the dose of boron and the flat band voltage.
FIG. 16 shows that when a predetermined dose of boron is ion-implanted into polysilicon and then fully silicided, the flat band voltage tends to increase with an increase in the dose of boron. However, when the boron dose exceeds a certain level, the flat band voltage tends to saturate at about 0.4 eV. In other words, even if the dose of boron to polysilicon is increased, if the dose exceeds a certain level, the impurity concentration in the interface region between the gate electrode and the gate insulating film after full silicidation is saturated. It shows that it has been. When the same measurement was performed by replacing boron with arsenic (As), which is an n-type impurity, the same result as in FIG. 16 was obtained.

また、図17はフルシリサイド化後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。
図17には、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成した膜厚約100nmのポリシリコンに、加速エネルギー3keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件でボロンをイオン注入した後に、RTAを行い、フルシリサイド化まで行った試料について、SIMS測定を行った結果を示している。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the sample depth after full silicidation and the boron concentration.
In FIG. 17, boron is ion-implanted under conditions of an acceleration energy of 3 keV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 into polysilicon having a thickness of about 100 nm formed on a silicon substrate through a gate insulating film, and then RTA. This shows the result of SIMS measurement on a sample that has been subjected to full silicidation.

図17より、フルシリサイド化後に得られるボロンの濃度は、試料のフルシリサイドゲート電極表面からゲート絶縁膜との界面の方に向かって、一旦フルシリサイドゲート電極の真ん中辺りで低下し、その後増加して、界面領域でパイルアップするようになる。この測定結果から、界面領域にパイルアップするボロンは、ポリシリコンに導入された全不純物ではなく、フルシリサイド化前にポリシリコンの真ん中辺りよりゲート絶縁膜側に存在していた不純物が主であると推察することができる。   From FIG. 17, the boron concentration obtained after full silicidation once decreases from the surface of the full silicide gate electrode of the sample toward the interface with the gate insulating film, and then decreases around the center of the full silicide gate electrode. And pile up in the interface region. From this measurement result, boron that piles up in the interface region is not all impurities introduced into the polysilicon, but mainly impurities that existed on the gate insulating film side from the middle of the polysilicon before full silicidation. Can be inferred.

しかし、フルシリサイド化前のポリシリコン内の不純物の量、特にその真ん中辺りよりゲート絶縁膜側に存在する不純物の量を増加させるために、たとえイオン注入時のドーズ量を上げても、図15および図16に示したように、ドーズ量が一定以上では、RTAでの固溶限界により、界面領域の不純物濃度を上げることができず、一定以上の仕事関数を得ることができない。そのため、この方法を用いてCMOS用のフルシリサイドゲート電極を形成しても、これまでのところnMOSとpMOSで得られている仕事関数差は最大で約0.8eVである。   However, in order to increase the amount of impurities in the polysilicon before full silicidation, particularly the amount of impurities existing on the gate insulating film side from the middle, even if the dose amount during ion implantation is increased, FIG. As shown in FIG. 16 and FIG. 16, when the dose amount is a certain value or more, the impurity concentration in the interface region cannot be increased due to the solid solution limit in RTA, and a work function exceeding a certain value cannot be obtained. Therefore, even when a full silicide gate electrode for CMOS is formed using this method, the work function difference obtained so far between nMOS and pMOS is about 0.8 eV at the maximum.

このように、従来、所望の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を形成することができず、したがって、nMOSとpMOSの間で大きな仕事関数差を得ることができないため、フルシリサイドゲート電極を、低消費電力デバイスには適用できても、高速デバイスに適用することは極めて難しかった。しかし、フルシリサイドゲート電極は、ポリシリコンゲート電極で問題となり得るゲート空乏化に対して非常に効果的であり、しかも、本来ゲート空乏化が効果的に抑えられるべきは、むしろそのような高速デバイスの方である。   Thus, conventionally, a full silicide gate electrode having a desired work function cannot be formed, and therefore a large work function difference cannot be obtained between the nMOS and the pMOS. Although it can be applied to a power consumption device, it is extremely difficult to apply it to a high-speed device. However, the full silicide gate electrode is very effective for the gate depletion that can be a problem in the polysilicon gate electrode, and it is rather such a high-speed device that the gate depletion should be effectively suppressed. It is the direction.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、所望の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を備えた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including a full silicide gate electrode having a desired work function.

本発明では上記課題を解決するために、フルシリサイドゲート電極を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を形成する工程と、形成された前記ゲート電極材料に不純物を導入する工程と、前記不純物が導入された前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するためにレーザを照射する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   In the present invention, in order to solve the above problems, in a method of manufacturing a semiconductor device having a full silicide gate electrode, a step of forming a gate electrode material on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the formed gate electrode material There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: introducing an impurity into the substrate; and irradiating a laser to fully silicide the gate electrode material into which the impurity has been introduced.

このような半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極材料に不純物を導入した後、そのゲート電極材料にレーザを照射する。これにより、ゲート電極材料に導入された不純物が、レーザ照射によるゲート電極材料の例えば溶融や加熱によって、固溶限界の制限を受けずにゲート電極材料内に分布されるようになる。このような分布状態からフルシリサイド化を行うことにより、フルシリサイド化の進行と共に、ゲート電極材料への導入量に応じた量の不純物がゲート絶縁膜との界面領域へ運ばれるようになる。   According to such a method for manufacturing a semiconductor device, after introducing impurities into the gate electrode material, the gate electrode material is irradiated with a laser. Thereby, the impurities introduced into the gate electrode material are distributed in the gate electrode material without being limited by the solid solution limit due to, for example, melting or heating of the gate electrode material by laser irradiation. By performing full silicidation from such a distributed state, as the full silicidation progresses, an amount of impurities corresponding to the amount introduced into the gate electrode material is carried to the interface region with the gate insulating film.

本発明では、不純物を導入したゲート電極材料にレーザを照射した後、そのゲート電極材料をフルシリサイド化するようにした。これにより、不純物を固溶限界の制限を受けずにゲート電極材料内に分布させることが可能になり、導入した不純物の量に応じた仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を形成することが可能になる。したがって、所望の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を備えた半導体装置が実現可能になる。   In the present invention, the gate electrode material into which impurities are introduced is irradiated with laser, and then the gate electrode material is fully silicided. As a result, impurities can be distributed in the gate electrode material without being limited by the solid solution limit, and a full silicide gate electrode having a work function corresponding to the amount of introduced impurities can be formed. Become. Therefore, a semiconductor device including a full silicide gate electrode having a desired work function can be realized.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1はフルシリサイドゲート電極の形成方法の原理説明図である。
まず、半導体基板上に、ゲート絶縁膜を介し、ゲート電極材料であるポリシリコンを所定の膜厚で形成する(ステップS1)。なお、後述のように、最終的に、このポリシリコンがフルシリサイド化されることによって、フルシリサイドゲート電極が形成されるようになる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a method for forming a full silicide gate electrode.
First, polysilicon, which is a gate electrode material, is formed on a semiconductor substrate with a predetermined film thickness via a gate insulating film (step S1). As will be described later, this polysilicon is finally fully silicided to form a full silicide gate electrode.

そして、形成したポリシリコンに対し、最終的に目的の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極が得られる量のボロンやヒ素等の不純物を所定の条件でイオン注入する(ステップS2)。   Then, an impurity such as boron or arsenic is ion-implanted into the formed polysilicon under predetermined conditions so that a full silicide gate electrode having a target work function can be finally obtained (step S2).

このようにして所定の不純物を所定の条件でイオン注入したポリシリコンに対し、所定のパワーのレーザを照射する(ステップS3)。このレーザ照射により、そのポリシリコンを、全体的にまたは部分的に、溶融させる。または、このレーザ照射により、そのポリシリコンを高温・短時間で加熱する。   In this way, a laser having a predetermined power is irradiated to the polysilicon in which predetermined impurities are ion-implanted under a predetermined condition (step S3). By this laser irradiation, the polysilicon is melted in whole or in part. Alternatively, the polysilicon is heated at a high temperature in a short time by this laser irradiation.

レーザ照射後は、そのポリシリコン上に所定の金属、例えばニッケル(Ni)等の金属を所定の膜厚で堆積し、所定の条件のRTAを行ってポリシリコンとその金属を反応させ、ポリシリコンをその表面から内部に向かってフルシリサイド化していく(ステップS4)。ポリシリコンに導入されていた不純物は、このフルシリサイド化の進行と共に、ゲート絶縁膜との界面領域へと運ばれる。最後に、未反応の金属を除去し、所定の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を得る。   After the laser irradiation, a predetermined metal, for example, a metal such as nickel (Ni), is deposited on the polysilicon with a predetermined film thickness, and RTA is performed under a predetermined condition to cause the polysilicon and the metal to react with each other. Is fully silicided from the surface toward the inside (step S4). The impurities introduced into the polysilicon are carried to the interface region with the gate insulating film as the full silicidation proceeds. Finally, unreacted metal is removed to obtain a full silicide gate electrode having a predetermined work function.

このような形成方法によれば、不純物をイオン注入したポリシリコンに対してレーザを照射し、そのポリシリコンを溶融させる、あるいは加熱する。そして、このようなレーザ照射の後、そのポリシリコンをフルシリサイド化する。従来のように、イオン注入後のポリシリコンに対してRTAを行うと、ポリシリコンに不純物を多量にイオン注入しても、固溶限界により、フルシリサイド化後も不純物をゲート絶縁膜との界面領域に高濃度で分布させることができなかった(図15および図16)。しかし、このようにイオン注入後のポリシリコンをレーザ照射によって溶融させる、あるいは加熱することにより、ポリシリコンに不純物を固溶限界の制限を受けずに分布させることができるようになる。   According to such a forming method, the polysilicon into which impurities are ion-implanted is irradiated with a laser to melt or heat the polysilicon. Then, after such laser irradiation, the polysilicon is fully silicided. If RTA is performed on polysilicon after ion implantation as in the prior art, even if a large amount of impurities are implanted into the polysilicon, the impurities are still in contact with the gate insulating film even after full silicidation due to the solid solution limit. It could not be distributed at a high concentration in the region (FIGS. 15 and 16). However, by melting or heating the polysilicon after ion implantation in this way, it becomes possible to distribute impurities in the polysilicon without being restricted by the solid solution limit.

ここで、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成したポリシリコンにp型不純物であるボロンをイオン注入し、レーザ照射を行った試料について、SIMS測定を行った結果を示す。   Here, the results of SIMS measurement of a sample in which boron, which is a p-type impurity, is ion-implanted into polysilicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film and laser irradiation is performed are shown.

図2はレーザ照射後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。
図2には、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1015cm-2,5×1015cm-2,1×1016cm-2の各条件でボロンをイオン注入した後に、1500mJ/cm2のパワーでレーザ照射を行った試料の深さとボロン濃度の関係を示している。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the sample depth and the boron concentration after laser irradiation.
FIG. 2 shows that after ion implantation of boron under conditions of acceleration energy 5 keV, dose amount 1 × 10 15 cm −2 , 5 × 10 15 cm −2 , and 1 × 10 16 cm −2 , 1500 mJ / cm 2 . The relationship between the depth of the sample irradiated with laser with power and the boron concentration is shown.

図2より、ポリシリコンへのボロンのドーズ量を1×1015cm-2,5×1015cm-2,1×1016cm-2と増加させていくのに伴い、ポリシリコン内のボロン濃度も増加していく傾向が見られる。ここでは、その傾向が、試料表面側の領域で特に顕著に見られている。なお、ヒ素等のn型不純物の場合にも、同様の傾向が認められた。 As shown in FIG. 2, as the dose of boron into the polysilicon is increased to 1 × 10 15 cm −2 , 5 × 10 15 cm −2 , and 1 × 10 16 cm −2 , the boron in the polysilicon is increased. The concentration tends to increase. Here, this tendency is particularly noticeable in the region on the sample surface side. The same tendency was observed for n-type impurities such as arsenic.

このように、イオン注入後のポリシリコンをレーザ照射によって溶融させる、あるいは加熱することにより、ポリシリコンに不純物を固溶限界の制限を受けずに分布させることができるようになる。したがって、このような不純物の濃度分布からポリシリコンのフルシリサイド化を行えば、ポリシリコンに導入した不純物の量に依存して、ゲート絶縁膜との界面領域における不純物の濃度を線形に増加させることが可能になる。そして、ゲート絶縁膜との界面領域に不純物を従来よりも高濃度にパイルアップさせたフルシリサイドゲート電極の形成が可能になる。   Thus, by melting or heating the polysilicon after ion implantation by laser irradiation, it becomes possible to distribute impurities in the polysilicon without being limited by the solid solution limit. Therefore, if polysilicon is fully silicided from such impurity concentration distribution, the impurity concentration in the interface region with the gate insulating film is increased linearly depending on the amount of impurity introduced into the polysilicon. Is possible. In addition, it is possible to form a full silicide gate electrode in which impurities are piled up at a higher concentration than in the prior art in the interface region with the gate insulating film.

このような方法を用いることにより、フルシリサイドゲート電極の仕事関数を、ポリシリコンへの不純物の導入量によって制御することが可能になる。その結果、不純物の導入量に応じた様々な仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極を形成することが可能になり、それを用いた高速デバイスが実現可能になる。   By using such a method, the work function of the full silicide gate electrode can be controlled by the amount of impurities introduced into the polysilicon. As a result, it is possible to form full silicide gate electrodes having various work functions depending on the amount of introduced impurities, and a high-speed device using the same can be realized.

なお、上記の形成方法の説明においては、ゲート電極材料としてポリシリコンを用いた場合を例にして述べたが、ポリシリコンに替えてアモルファスシリコンを用い、アモルファスシリコンに対し、上記のようなイオン注入、レーザ照射およびフルシリサイド化を行うようにしてもよい。その場合も、上記のポリシリコンの場合と同様の効果を得ることができる。   In the above description of the formation method, the case where polysilicon is used as the gate electrode material has been described as an example. However, amorphous silicon is used instead of polysilicon, and the above-described ion implantation is performed on amorphous silicon. Laser irradiation and full silicidation may be performed. In this case, the same effect as that of the above polysilicon can be obtained.

また、フルシリサイドゲート電極の形成に当たり、半導体基板としては、シリコン基板、ゲルマニウム(Ge)基板、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板のほか、SOI(Silicon On Insulator)基板、GOI(Germanium On Insulator)基板、SGOI(Silicon Germanium On Insulator)基板等を用いることができる。また、ゲート絶縁膜には、酸化シリコン(SiO2)膜のほか、酸化膜と窒化膜の積層膜(ON膜)やハフニウム(Hf)系絶縁膜等を用いることができる(なお、この場合も、ここでは、便宜上MOSとして説明する。)。 In forming the full silicide gate electrode, the semiconductor substrate may be a silicon substrate, germanium (Ge) substrate, silicon germanium (SiGe) substrate, SOI (Silicon On Insulator) substrate, GOI (Germanium On Insulator) substrate, SGOI. A (Silicon Germanium On Insulator) substrate or the like can be used. The gate insulating film may be a silicon oxide (SiO 2 ) film, a laminated film of an oxide film and a nitride film (ON film), a hafnium (Hf) insulating film, or the like (in this case also, Here, it is described as MOS for convenience.)

また、ポリシリコン等に導入する不純物には、種々の元素あるいは分子を用いることが可能である。p型不純物としては、例えば、上記のボロンのほか、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、二フッ化ボロン(BF2)等、またはそれらの組み合わせを用いることができる。また、n型不純物としては、例えば、上記のヒ素のほか、リン(P)、アンチモン(Sb)等、またはそれらの組み合わせを用いることができる。 Various elements or molecules can be used as impurities introduced into polysilicon or the like. As the p-type impurity, for example, in addition to the above boron, indium (In), aluminum (Al), gallium (Ga), boron difluoride (BF 2 ), or a combination thereof can be used. As the n-type impurity, for example, phosphorus (P), antimony (Sb), or a combination thereof can be used in addition to the above arsenic.

なお、一般的にインジウムやアンチモン等の不純物はポリシリコン等における固溶限界が低いが、上記の形成方法によれば、レーザ照射によって固溶限界の制限を受けずに不純物をポリシリコン等に分布させることができ、そのような不純物をゲート絶縁膜との界面領域に高濃度にパイルアップさせることができる。   In general, impurities such as indium and antimony have a low solid solution limit in polysilicon and the like, but according to the above formation method, impurities are distributed in polysilicon and the like without being limited by the solid solution limit by laser irradiation. Such impurities can be piled up at a high concentration in the interface region with the gate insulating film.

また、ポリシリコン等に窒素(N)を導入することによっても、仕事関数を制御することが可能である。
なお、ポリシリコン等をレーザ照射によって溶融させる場合には、必ずしもポリシリコン等の全体を溶融させることを要せず、部分的に、例えば表面からある深さまで、溶融させるようにしても構わない。
The work function can also be controlled by introducing nitrogen (N) into polysilicon or the like.
When polysilicon or the like is melted by laser irradiation, it is not always necessary to melt the whole polysilicon or the like, and may be partially melted, for example, to a certain depth from the surface.

また、溶融させるところまでいかなくても、レーザ照射による高温加熱によって、高い固溶限界の処理が可能である。さらに、レーザは、RTAに比べ、そのような高温処理を非常に短時間で行うことができるため、高温処理によってポリシリコン等内部の不純物がゲート絶縁膜を突き抜けて半導体基板(あるいはその半導体層)にまで達してしまう等の事態を効果的に回避することができる。   Moreover, even if it does not go to the point where it melts, the process of the high solid solution limit is possible by the high temperature heating by laser irradiation. Further, since the laser can perform such a high-temperature treatment in a very short time compared to the RTA, impurities inside the polysilicon or the like penetrate through the gate insulating film by the high-temperature treatment and the semiconductor substrate (or its semiconductor layer). It is possible to effectively avoid situations such as reaching the above.

レーザ照射条件は、照射する膜の種類、その膜の膜質、その膜の下地となるゲート絶縁膜の種類、フルシリサイドゲート電極を適用するデバイスの用途や要求特性等を考慮し、最終的にフルシリサイドゲート電極とゲート絶縁膜との界面領域に所定濃度の不純物が存在しかつゲート絶縁膜に損傷が発生しないような最適条件に設定する。   The laser irradiation conditions should be determined in consideration of the type of film to be irradiated, the film quality of the film, the type of gate insulating film that is the base of the film, the application of the device to which the full silicide gate electrode is applied, the required characteristics, etc. Optimum conditions are set such that impurities of a predetermined concentration exist in the interface region between the silicide gate electrode and the gate insulating film and the gate insulating film is not damaged.

また、必要に応じ、不純物導入後のポリシリコン等に対してレーザ照射を行った後、RTAを行ってさらに不純物を拡散させてから、そのポリシリコン等をフルシリサイド化することも可能である。このようにレーザ照射後さらにRTAを行うことにより、フルシリサイド化前のポリシリコン等とゲート絶縁膜との界面領域における不純物の存在確率を高めることが可能になり、フルシリサイド化後のその界面領域におけるその不純物の濃度を高めることが可能になる。   In addition, if necessary, after irradiating the polysilicon or the like after introducing the impurity with laser, RTA is performed to further diffuse the impurity, and then the polysilicon or the like can be fully silicided. By further performing RTA after laser irradiation in this way, it becomes possible to increase the probability of existence of impurities in the interface region between polysilicon and the like before full silicidation and the gate insulating film, and the interface region after full silicidation. It is possible to increase the concentration of the impurities in.

以下、上記のフルシリサイドゲート電極の形成方法を、MOSトランジスタの形成に適用した場合を例に、具体的に説明する。
まず、第1の実施例について、図3から図11を参照して説明する。
Hereinafter, the case where the above-described method for forming a full silicide gate electrode is applied to the formation of a MOS transistor will be described in detail.
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS.

ここで、図3はポリシリコン形成工程の要部断面模式図、図4はソース・ドレイン・エクステンション領域形成工程の要部断面模式図、図5はサイドウォール形成工程の要部断面模式図、図6はポリシリコンおよびソース・ドレイン領域のイオン注入工程の要部断面模式図、図7はレーザ照射工程の要部断面模式図、図8は層間絶縁膜形成工程の要部断面模式図、図9はニッケル膜堆積工程の要部断面模式図、図10はフルシリサイド化工程の要部断面模式図、図11は未反応ニッケル膜除去工程の要部断面模式図である。   3 is a schematic cross-sectional view of the main part of the polysilicon forming process, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the main part of the source / drain / extension region forming process, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the main part of the side wall forming process. 6 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an ion implantation process of polysilicon and source / drain regions, FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a laser irradiation process, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an interlayer insulating film forming process. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the main part of the nickel film deposition process, FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the main part of the full silicidation process, and FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the main part of the unreacted nickel film removal process.

まず、図3に示すように、シリコン基板1に対し、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて素子分離領域2を形成した後、全面にON膜等のゲート絶縁膜3を所定の膜厚で形成し、その上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いてポリシリコン4を膜厚約100nmで堆積する。そして、リソグラフィおよびRIE(Reactive Ion Etching)を用い、ポリシリコン4およびゲート絶縁膜3を所定の形状にパターニングする。なお、素子分離領域2の形成には、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)法を用いてもよい。   First, as shown in FIG. 3, after an element isolation region 2 is formed on a silicon substrate 1 by using, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method, a gate insulating film 3 such as an ON film is formed on the entire surface with a predetermined film thickness. Then, polysilicon 4 is deposited to a thickness of about 100 nm using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Then, the polysilicon 4 and the gate insulating film 3 are patterned into a predetermined shape using lithography and RIE (Reactive Ion Etching). Note that a LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) method may be used to form the element isolation region 2.

次いで、図4に示すように、所定の不純物を所定の条件でイオン注入し、パターニング後のポリシリコン4両側のシリコン基板1内に、ソース・ドレイン・エクステンション領域5を形成する。   Next, as shown in FIG. 4, a predetermined impurity is ion-implanted under a predetermined condition to form a source / drain / extension region 5 in the silicon substrate 1 on both sides of the patterned polysilicon 4.

次いで、全面に酸化シリコン等の絶縁膜を形成してそのエッチバックを行い、図5に示すように、ポリシリコン4の側壁にサイドウォール6を形成する。
次いで、図6に示すように、ポリシリコン4およびシリコン基板1にボロンやヒ素等の不純物をイオン注入し、ポリシリコン4に対して目的の仕事関数が得られる量の不純物を導入すると共に、シリコン基板1にソース・ドレイン領域7を形成する。例えば、ボロンの場合には、加速エネルギー3keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で、イオン注入を行う。また、ヒ素の場合には、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で、イオン注入を行う。
Next, an insulating film such as silicon oxide is formed on the entire surface and etched back to form sidewalls 6 on the sidewalls of the polysilicon 4 as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 6, impurities such as boron and arsenic are ion-implanted into the polysilicon 4 and the silicon substrate 1 to introduce impurities into the polysilicon 4 in an amount capable of obtaining a desired work function, and silicon. Source / drain regions 7 are formed on the substrate 1. For example, in the case of boron, ion implantation is performed under the conditions of an acceleration energy of 3 keV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 . In the case of arsenic, ion implantation is performed under the conditions of an acceleration energy of 5 keV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 .

そして、このイオン注入後、図7に示すように、ポリシリコン4に対してレーザを照射し、そのポリシリコン4を溶融させる。レーザのパワーは、例えば、2500mJ/cm2とする。このレーザ照射により、ポリシリコン4に導入されていた不純物は、固溶限界の制限を受けずにポリシリコン4内に分布されるようになる。 Then, after this ion implantation, as shown in FIG. 7, the polysilicon 4 is irradiated with a laser to melt the polysilicon 4. The laser power is, for example, 2500 mJ / cm 2 . By this laser irradiation, the impurities introduced into the polysilicon 4 are distributed in the polysilicon 4 without being restricted by the solid solution limit.

レーザ照射後は、図8に示すように、まず、全面を膜厚約150nmの層間絶縁膜8で覆い、次いで、その層間絶縁膜8をポリシリコン4が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって平坦化する。その後は、希フッ酸(HF)で処理し、露出したポリシリコン4の表面に形成される酸化膜(図示せず。)の除去を行う。   After the laser irradiation, as shown in FIG. 8, first, the entire surface is covered with an interlayer insulating film 8 having a film thickness of about 150 nm, and then the interlayer insulating film 8 is subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the polysilicon 4 is exposed. Flatten. Thereafter, treatment with dilute hydrofluoric acid (HF) is performed, and an oxide film (not shown) formed on the exposed surface of the polysilicon 4 is removed.

その後、図9に示すように、全面にニッケル膜9を膜厚約60nmで堆積する。そして、温度400℃、60秒間程度のRTAを行ってポリシリコン4をフルシリサイド化し、図10に示すように、フルシリサイドゲート電極10を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 9, a nickel film 9 is deposited on the entire surface with a film thickness of about 60 nm. Then, RTA is performed at a temperature of 400 ° C. for about 60 seconds to fully silicide the polysilicon 4 to form a full silicide gate electrode 10 as shown in FIG.

最後に、硫酸(H2SO4)と過酸化水素(H22)の混合液等の硫酸系の溶液に浸漬し、フルシリサイドゲート電極10の形成後に残る未反応のニッケル膜9を除去し、図11に示すようなフルシリサイドゲート電極10を有するMOSトランジスタを形成する。 Finally, it is immersed in a sulfuric acid-based solution such as a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to remove the unreacted nickel film 9 remaining after the formation of the full silicide gate electrode 10. Then, a MOS transistor having a full silicide gate electrode 10 as shown in FIG. 11 is formed.

その後は、常法に従い、層間絶縁膜形成、コンタクト形成、配線形成等の各工程を経て、このようなMOSトランジスタを備えるデバイスを完成すればよい。
この第1の実施例に示したような方法によれば、ポリシリコン4に対する仕事関数制御のためのイオン注入を、ソース・ドレイン領域7を形成するためのイオン注入と兼ねて行うため(図6)、所定の仕事関数を有するフルシリサイドゲート電極10を備えたMOSトランジスタを効率的に形成することが可能になる。ただし、この方法の場合、イオン注入条件の設定に当たっては、このイオン注入によってポリシリコン4に導入される不純物の量と、ソース・ドレイン領域7に導入される不純物の量が、実質同じになる点に留意する。
Thereafter, a device including such a MOS transistor may be completed through processes such as interlayer insulating film formation, contact formation, and wiring formation according to a conventional method.
According to the method shown in the first embodiment, the ion implantation for controlling the work function for the polysilicon 4 is performed in combination with the ion implantation for forming the source / drain regions 7 (FIG. 6). ), It is possible to efficiently form a MOS transistor including the full silicide gate electrode 10 having a predetermined work function. However, in the case of this method, when setting the ion implantation conditions, the amount of impurities introduced into the polysilicon 4 by this ion implantation is substantially the same as the amount of impurities introduced into the source / drain region 7. Keep in mind.

なお、この第1の実施例に示した方法を適用してCMOSデバイスを形成する場合には、まず、図3に示した工程において、nMOSの形成領域とpMOSの形成領域にそれぞれポリシリコン4のゲートパターンを形成する。そして、図4および図6に示したイオン注入工程においては、例えば、nMOS形成領域をマスクしてpMOS形成領域に所定のイオン注入を行い、次いでpMOS形成領域をマスクしてnMOS形成領域に所定のイオン注入を行うようにすればよい。   When a CMOS device is formed by applying the method shown in the first embodiment, first, in the step shown in FIG. 3, the polysilicon 4 is formed in the nMOS formation region and the pMOS formation region, respectively. A gate pattern is formed. In the ion implantation process shown in FIGS. 4 and 6, for example, the nMOS formation region is masked and predetermined ion implantation is performed in the pMOS formation region, and then the pMOS formation region is masked and predetermined in the nMOS formation region. Ion implantation may be performed.

また、図8に示したような層間絶縁膜8の形成を行わずに、図9に示すようなニッケル膜9の形成を行うようにすれば、フルシリサイドゲート電極10の形成と共に、ソース・ドレイン領域7をシリサイド化することも可能である。ただし、この場合は、ソース・ドレイン領域7が深くシリサイド化されて接合リークが発生してしまわないように、ポリシリコン4の膜厚を薄くする等の適当な条件変更を行うことが望ましい。   If the nickel film 9 as shown in FIG. 9 is formed without forming the interlayer insulating film 8 as shown in FIG. 8, the source / drain is formed together with the formation of the full silicide gate electrode 10. It is also possible to silicide the region 7. However, in this case, it is desirable to change the conditions appropriately such as reducing the thickness of the polysilicon 4 so that the source / drain region 7 is not silicided deeply and junction leakage occurs.

ソース・ドレイン領域7のシリサイド化は、フルシリサイドゲート電極10と別の工程で行うことも可能であり、例えば、ソース・ドレイン領域7をシリサイド化する段階で、ポリシリコン4上に絶縁膜等が形成されている状態としておけば、ポリシリコン4をシリサイド化せずにソース・ドレイン領域7を選択的にシリサイド化することができる。そして、その後、図8から図11に示したように、ポリシリコン4のフルシリサイド化を行うようにすればよい。なお、ソース・ドレイン領域7のシリサイド化のためにポリシリコン4上に形成した絶縁膜等は、図8に示した層間絶縁膜8の平坦化の際、併せて除去するようにすればよい。   The silicidation of the source / drain region 7 can also be performed in a separate process from the full silicide gate electrode 10. For example, an insulating film or the like is formed on the polysilicon 4 at the stage of silicidation of the source / drain region 7. If formed, the source / drain region 7 can be selectively silicided without siliciding the polysilicon 4. Thereafter, as shown in FIGS. 8 to 11, the polysilicon 4 may be fully silicided. The insulating film or the like formed on the polysilicon 4 for silicidation of the source / drain regions 7 may be removed together when the interlayer insulating film 8 shown in FIG. 8 is planarized.

次に、第2の実施例について、図12から図14、並びに上記の図3から図6および図8から図11を参照して説明する。
ここで、図12はポリシリコン堆積工程の要部断面模式図、図13はポリシリコンのイオン注入工程の要部断面模式図、図14はレーザ照射工程の要部断面模式図である。なお、図12から図14では、図3から図11に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14 and FIGS. 3 to 6 and FIGS. 8 to 11 described above.
Here, FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the main part of the polysilicon deposition process, FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the main part of the ion implantation process of polysilicon, and FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the main part of the laser irradiation process. 12 to 14, the same elements as those shown in FIGS. 3 to 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

まず、図12に示すように、シリコン基板1に素子分離領域2を形成した後、全面にゲート絶縁膜3を所定の膜厚で形成し、その上にポリシリコン4を膜厚約100nmで堆積する。   First, as shown in FIG. 12, after an element isolation region 2 is formed on a silicon substrate 1, a gate insulating film 3 is formed on the entire surface with a predetermined thickness, and polysilicon 4 is deposited thereon with a thickness of about 100 nm. To do.

次いで、図13に示すように、堆積したポリシリコン4に対し、ボロンやヒ素等の不純物を、目的の仕事関数が得られるように、イオン注入によって導入する。
そして、このイオン注入後、図14に示すように、ポリシリコン4の全面にレーザを照射し、ポリシリコン4を溶融させる。レーザのパワーは、第1の実施例と同じく、例えば、2500mJ/cm2とする。
Next, as shown in FIG. 13, impurities such as boron and arsenic are introduced into the deposited polysilicon 4 by ion implantation so as to obtain a target work function.
Then, after this ion implantation, as shown in FIG. 14, the entire surface of the polysilicon 4 is irradiated with a laser to melt the polysilicon 4. The laser power is, for example, 2500 mJ / cm 2 as in the first embodiment.

以降は、第1の実施例で述べたのと同様、まず図3に示したように、ポリシリコン4(この第2の実施例では、すでに仕事関数制御のための不純物が導入されている。)およびゲート絶縁膜3を所定の形状にパターニングし、続いて図4に示したように、イオン注入を行ってソース・ドレイン・エクステンション領域5を形成し、図5に示したように、ポリシリコン4の側壁にサイドウォール6を形成する。なお、ソース・ドレイン・エクステンション領域5のイオン注入の際には、ソース・ドレイン・エクステンション領域5と共に、ポリシリコン4へのイオン注入も行われるが、この点については後述する。   Thereafter, as described in the first embodiment, first, as shown in FIG. 3, polysilicon 4 (impurities for work function control have already been introduced in this second embodiment). ) And the gate insulating film 3 are patterned into a predetermined shape, and then ion implantation is performed to form source / drain / extension regions 5 as shown in FIG. 4, and polysilicon is formed as shown in FIG. Side walls 6 are formed on the side walls 4. In the ion implantation of the source / drain / extension region 5, ion implantation into the polysilicon 4 is also performed together with the source / drain / extension region 5, which will be described later.

そして、図6に示したように、イオン注入を行ってソース・ドレイン領域7を形成する。なお、このイオン注入の際にも、ソース・ドレイン領域7へのイオン注入と共に、ポリシリコン4へのイオン注入が行われるが、この点についても後述する。ソース・ドレイン領域7の形成後は、その不純物を、所定の条件のRTAによって活性化する。   Then, as shown in FIG. 6, ion implantation is performed to form source / drain regions 7. In this ion implantation, the ion implantation into the polysilicon 4 is performed together with the ion implantation into the source / drain region 7, which will be described later. After the formation of the source / drain region 7, the impurity is activated by RTA under a predetermined condition.

以後は、第1の実施例と同じく、まず図8に示したように、層間絶縁膜8を形成し、次いで図9に示したように、ニッケル膜9を形成して、図10および図11に示したように、フルシリサイドゲート電極10を形成する。   Thereafter, as in the first embodiment, first, the interlayer insulating film 8 is formed as shown in FIG. 8, and then the nickel film 9 is formed as shown in FIG. As shown in FIG. 2, a full silicide gate electrode 10 is formed.

その後は、常法に従い、層間絶縁膜形成、コンタクト形成、配線形成等の各工程を経て、このようなMOSトランジスタを備える半導体装置を完成すればよい。
この第2の実施例に示したような方法では、ゲートパターニング前のポリシリコン4に対して仕事関数制御のためのイオン注入およびそのレーザ照射を行っておき、その後、そのポリシリコン4のゲートパターニングを行う(図12から図14および図3)。したがって、ポリシリコン4に対するレーザ照射の工程を簡便に実施することができる。
Thereafter, a semiconductor device including such a MOS transistor may be completed through steps such as interlayer insulation film formation, contact formation, and wiring formation according to a conventional method.
In the method as shown in the second embodiment, ion implantation for work function control and laser irradiation thereof are performed on the polysilicon 4 before gate patterning, and then the gate patterning of the polysilicon 4 is performed. (FIGS. 12 to 14 and FIG. 3). Therefore, the laser irradiation process for the polysilicon 4 can be easily performed.

また、この第2の実施例では、上記の第1の実施例とは異なり、ポリシリコン4に対するイオン注入およびレーザ照射を行った後に、そのイオン注入とは別に、ソース・ドレイン領域7を形成するためのイオン注入を行う。したがって、ポリシリコン4に導入する不純物の量とソース・ドレイン領域7に導入する不純物の量をそれぞれ独立に設定することができる。また、導入する不純物の種類もそれぞれ独立に設定することができる。   Further, in the second embodiment, unlike the first embodiment, after ion implantation and laser irradiation are performed on the polysilicon 4, the source / drain regions 7 are formed separately from the ion implantation. For ion implantation. Therefore, the amount of impurities introduced into the polysilicon 4 and the amount of impurities introduced into the source / drain regions 7 can be set independently. Also, the types of impurities to be introduced can be set independently.

なお、前述のように、このソース・ドレイン領域7を形成する際のイオン注入、およびその前に行われるソース・ドレイン・エクステンション領域5を形成する際のイオン注入では、すでに仕事関数制御に要する量の不純物が導入されているポリシリコン4に対してもイオン注入が行われる。ソース・ドレイン・エクステンション領域5およびソース・ドレイン領域7の形成時のイオン注入条件の設定に当たっては、それらのドーズ量を、イオン注入の結果ポリシリコン4内の不純物の量を大きく変化させない、換言すればフルシリサイドゲート電極10の仕事関数を大きく変化させない値に設定する。あるいは、ソース・ドレイン・エクステンション領域5およびソース・ドレイン領域7のイオン注入によって導入される不純物の量を加味して、あらかじめポリシリコン4への不純物の導入量を設定しておくようにしてもよい。   As described above, in the ion implantation for forming the source / drain region 7 and the ion implantation for forming the source / drain / extension region 5 performed before the source / drain region 7, the amount required for work function control has already been obtained. Ions are also implanted into the polysilicon 4 into which the impurities are introduced. In setting the ion implantation conditions at the time of forming the source / drain / extension region 5 and the source / drain region 7, the dose amount thereof does not greatly change the amount of impurities in the polysilicon 4 as a result of the ion implantation. For example, the work function of the full silicide gate electrode 10 is set to a value that does not greatly change. Alternatively, the amount of impurities introduced into the polysilicon 4 may be set in advance in consideration of the amount of impurities introduced by ion implantation of the source / drain / extension region 5 and the source / drain region 7. .

なお、この第2の実施例に示した方法を適用してCMOSデバイスを形成する場合には、図13に示したポリシリコン4に対するイオン注入工程、図4に示したソース・ドレイン・エクステンション領域5のイオン注入工程、および図6に示したソース・ドレイン領域7のイオン注入工程の各工程において、上記の第1の実施例で述べたのと同様、例えば、nMOS形成領域をマスクしてpMOS形成領域に所定のイオン注入を行い、次いでpMOS形成領域をマスクしてnMOS形成領域に所定のイオン注入を行うようにすればよい。   When the CMOS device is formed by applying the method shown in the second embodiment, the ion implantation process for the polysilicon 4 shown in FIG. 13 and the source / drain / extension region 5 shown in FIG. In each step of the ion implantation step of FIG. 6 and the ion implantation step of the source / drain region 7 shown in FIG. The predetermined ion implantation may be performed on the region, and then the pMOS formation region may be masked to perform the predetermined ion implantation on the nMOS formation region.

さらに、この第2の実施例に示した方法を適用してCMOSデバイスを形成する場合、図3に示したポリシリコン4のゲートパターニング工程においても、nMOS形成領域とpMOS形成領域について、それぞれゲートパターニングを行う。これは、ポリシリコン4にイオン注入によって導入された不純物がn型かp型かによって、ポリシリコン4のエッチングレートが異なるためである。したがって、この第2の実施例の場合には、ゲートパターニングの際に、nMOS用、pMOS用の2枚のマスクが必要になる点に留意する。   Further, when a CMOS device is formed by applying the method shown in the second embodiment, the gate patterning is performed for the nMOS formation region and the pMOS formation region in the gate patterning step of the polysilicon 4 shown in FIG. I do. This is because the etching rate of the polysilicon 4 differs depending on whether the impurity introduced into the polysilicon 4 by ion implantation is n-type or p-type. Therefore, in the case of the second embodiment, it should be noted that two masks for nMOS and pMOS are required for gate patterning.

また、この第2の実施例の場合においても、上記の第1の実施例で述べたのと同様、フルシリサイドゲート電極10の形成と共に、あるいはフルシリサイドゲート電極10の形成とは別に、ソース・ドレイン領域7をシリサイド化することが可能である。   In the case of the second embodiment as well, as described in the first embodiment, the source and source are formed together with the formation of the full silicide gate electrode 10 or separately from the formation of the full silicide gate electrode 10. The drain region 7 can be silicided.

なお、以上の説明では、ゲート電極材料として、ポリシリコンやアモルファスシリコンといったシリコン材料を用いた場合について述べたが、上記の形成原理や形成方法は、ゲルマニウムやシリコンゲルマニウムをゲート電極材料に用いた場合にも、同様に適用可能である。   In the above description, the case where a silicon material such as polysilicon or amorphous silicon is used as the gate electrode material is described. However, the above formation principle and method are based on the case where germanium or silicon germanium is used as the gate electrode material. The same applies to the above.

(付記1) フルシリサイドゲート電極を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を形成する工程と、
形成された前記ゲート電極材料に不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するためにレーザを照射する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 1) In the manufacturing method of the semiconductor device which has a full silicide gate electrode,
Forming a gate electrode material on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Introducing impurities into the formed gate electrode material;
Irradiating a laser to fully silicide the gate electrode material into which the impurity has been introduced;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記2) 前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程においては、
前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料が溶融する条件で、前記レーザを照射することを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 2) In the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the laser is irradiated under a condition that the gate electrode material melts when the laser is irradiated.

(付記3) 前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料が溶融する条件で、前記レーザを照射する際には、
前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料表層が溶融する条件で、前記レーザを照射することを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 3) When irradiating the laser under the condition that the gate electrode material melts when irradiated with the laser,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the laser is irradiated under a condition that the surface layer of the gate electrode material melts when the laser is irradiated.

(付記4) 前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程においては、
前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料が溶融しない条件で、前記レーザを照射することを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 4) In the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the laser is irradiated under a condition that the gate electrode material is not melted when the laser is irradiated.

(付記5) 前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程後に、
前記ゲート電極材料をアニールするアニール工程を有することを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 5) After the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising an annealing step of annealing the gate electrode material.

(付記6) 前記ゲート電極材料を形成する工程においては、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極材料を堆積してパターニングすることによって、前記ゲート電極材料を形成し、
前記ゲート電極材料に不純物を導入する工程においては、
パターニングされた前記ゲート電極材料に前記不純物を導入すると共に、前記ゲート電極材料両側の前記半導体基板内に前記不純物を導入することを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 6) In the step of forming the gate electrode material,
Depositing and patterning the gate electrode material on the gate insulating film to form the gate electrode material;
In the step of introducing impurities into the gate electrode material,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity is introduced into the patterned gate electrode material, and the impurity is introduced into the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode material.

(付記7) 前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程後に、
前記ゲート電極材料をパターニングする工程と、
パターニングされた前記ゲート電極材料両側の前記半導体基板内に前記ゲート電極材料に導入された不純物と同じかまたは異なる不純物を導入する工程と、
を有することを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 7) After the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
Patterning the gate electrode material;
Introducing the same or different impurity as the impurity introduced into the gate electrode material into the semiconductor substrate on both sides of the patterned gate electrode material;
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein:

(付記8) 前記ゲート電極材料は、ポリシリコンまたはアモルファスシリコンであることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記不純物は、p型不純物またはn型不純物であることを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 8) The said gate electrode material is a polysilicon or an amorphous silicon, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 9) The said impurity is a p-type impurity or an n-type impurity, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.

フルシリサイドゲート電極の形成方法の原理説明図である。It is principle explanatory drawing of the formation method of a full silicide gate electrode. レーザ照射後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sample depth after a laser irradiation, and a boron density | concentration. ポリシリコン形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a polysilicon formation process. ソース・ドレイン・エクステンション領域形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a source-drain extension region formation process. サイドウォール形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a side wall formation process. ポリシリコンおよびソース・ドレイン領域のイオン注入工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of the ion implantation process of polysilicon and a source / drain region. レーザ照射工程の要部断面模式図(その1)である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of the laser irradiation process (the 1). 層間絶縁膜形成工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of an interlayer insulation film formation process. ニッケル膜堆積工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a nickel film deposition process. フルシリサイド化工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a full silicidation process. 未反応ニッケル膜除去工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of an unreacted nickel film removal process. ポリシリコン堆積工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of a polysilicon deposition process. ポリシリコンのイオン注入工程の要部断面模式図である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of the ion implantation process of polysilicon. レーザ照射工程の要部断面模式図(その2)である。It is a principal part cross-sectional schematic diagram of the laser irradiation process (the 2). RTA後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sample depth after RTA, and a boron concentration. ボロンのドーズ量とフラットバンド電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dose amount of boron, and a flat band voltage. フルシリサイド化後の試料深さとボロン濃度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sample depth after full silicidation, and a boron concentration.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 素子分離領域
3 ゲート絶縁膜
4 ポリシリコン
5 ソース・ドレイン・エクステンション領域
6 サイドウォール
7 ソース・ドレイン領域
8 層間絶縁膜
9 ニッケル膜
10 フルシリサイドゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation region 3 Gate insulating film 4 Polysilicon 5 Source / drain / extension region 6 Side wall 7 Source / drain region 8 Interlayer insulating film 9 Nickel film 10 Full silicide gate electrode

Claims (5)

フルシリサイドゲート電極を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を形成する工程と、
形成された前記ゲート電極材料に不純物を導入する工程と、
前記不純物が導入された前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するためにレーザを照射する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device having a full silicide gate electrode,
Forming a gate electrode material on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Introducing impurities into the formed gate electrode material;
Irradiating a laser to fully silicide the gate electrode material into which the impurity has been introduced;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程においては、
前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料が溶融する条件で、前記レーザを照射することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
In the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the laser is irradiated under a condition that the gate electrode material melts when the laser is irradiated.
前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程においては、
前記レーザを照射したときに前記ゲート電極材料が溶融しない条件で、前記レーザを照射することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
In the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the laser is irradiated under a condition that the gate electrode material does not melt when the laser is irradiated.
前記ゲート電極材料を形成する工程においては、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極材料を堆積してパターニングすることによって、前記ゲート電極材料を形成し、
前記ゲート電極材料に不純物を導入する工程においては、
パターニングされた前記ゲート電極材料に前記不純物を導入すると共に、前記ゲート電極材料両側の前記半導体基板内に前記不純物を導入することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the gate electrode material,
Depositing and patterning the gate electrode material on the gate insulating film to form the gate electrode material;
In the step of introducing impurities into the gate electrode material,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity is introduced into the patterned gate electrode material, and the impurity is introduced into the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode material.
前記ゲート電極材料をフルシリサイド化するために前記レーザを照射する工程後に、
前記ゲート電極材料をパターニングする工程と、
パターニングされた前記ゲート電極材料両側の前記半導体基板内に前記ゲート電極材料に導入された不純物と同じかまたは異なる不純物を導入する工程と、
を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
After the step of irradiating the laser to fully silicide the gate electrode material,
Patterning the gate electrode material;
Introducing the same or different impurity as the impurity introduced into the gate electrode material into the semiconductor substrate on both sides of the patterned gate electrode material;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
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