JP2008243942A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲート電極の全領域がシリサイド化されたMISトランジスタを備える半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a MIS transistor in which an entire region of a gate electrode is silicided and a method for manufacturing the same.
MOSトランジスタに代表されるMISトランジスタでは、ゲート電極の空乏化は、ゲート絶縁膜の実効的な膜厚を増加させるため、トランジスタの性能を向上させるためには、ゲート電極の空乏化を抑えることが望ましい。そこで、ポリシリコンから成るゲート電極の全領域をシリサイド化するフルシリサイド(FUSI : Fully Silicide)化技術が提案されている。この技術は、従来のプロセスフローとの整合性が良く、ゲート電極の空乏化を抑制する有望な手段として考えられている。全領域がシリサイド化されたゲート電極は、FUSIゲート電極と呼ばれる。 In a MIS transistor typified by a MOS transistor, depletion of the gate electrode increases the effective thickness of the gate insulating film. Therefore, in order to improve transistor performance, depletion of the gate electrode must be suppressed. desirable. Therefore, a full silicide (FUSI) technology for siliciding the entire region of the gate electrode made of polysilicon has been proposed. This technique has good consistency with the conventional process flow, and is considered as a promising means for suppressing depletion of the gate electrode. A gate electrode whose entire region is silicided is called a FUSI gate electrode.
一般的に、FUSIゲート電極を備えるMISトランジスタでは、そのしきい値電圧の調整が難しいという問題がある。特に、ゲート絶縁膜に高誘電体膜(例えばHfSiON膜)を用いて、ゲート電極の全領域をNiSi(ニッケルシリサイド)で形成すると、しきい値電圧は通常用いられる値よりもかなり高くなるため、実用的なMISトランジスタを得ることは困難である。 In general, a MIS transistor having a FUSI gate electrode has a problem that it is difficult to adjust its threshold voltage. In particular, when a high dielectric film (for example, HfSiON film) is used for the gate insulating film and the entire region of the gate electrode is formed of NiSi (nickel silicide), the threshold voltage becomes considerably higher than a normally used value. It is difficult to obtain a practical MIS transistor.
そこで、非特許文献1,2では、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとで、ゲート電極を構成するシリサイドの金属組成比を変化させることによって、両トランジスタのしきい値電圧を調整する技術が提案されている。非特許文献1,2の技術では、NMOSトランジスタでのゲート電極のシリサイドにはNiSiを使用し、PMOSトランジスタでのゲート電極のシリサイドにはNi3Siを使用している。Ni3Siの仕事関数は、NiSiと比べて300mV程度高いため、PMOSトランジスタのしきい値を低減できる。
Therefore, Non-Patent
このように、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとで、ゲート電極を構成するシリサイドの金属組成比が異なった半導体装置については、例えば非特許文献2に開示されている方法で製造することができる。非特許文献2の製造方法では、FUSI化工程の直前に、NMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのゲート電極のうち、PMOSトランジスタのゲート電極だけをエッチングして、その膜厚を小さくすることによって、両トランジスタのゲート電極でのシリサイドの金属組成比を変化させている。
As described above, a semiconductor device in which the metal composition ratio of the silicide constituting the gate electrode is different between the NMOS transistor and the PMOS transistor can be manufactured by, for example, the method disclosed in Non-Patent
なお特許文献1〜3にも、FUSIゲート電極を有するMISトランジスタに関する技術が開示されている。
また特許文献4,5には、シリサイドを含むゲート電極を有するMISトランジスタに関する技術が開示されている。 Patent Documents 4 and 5 disclose techniques related to a MIS transistor having a gate electrode containing silicide.
また特許文献6,7には、シリコン窒化膜を利用してMISトランジスタのチャネル領域に局所的な歪みを発生させることにより、当該MISトランジスタの性能を向上させる技術が提案されている。 Patent Documents 6 and 7 propose a technique for improving the performance of the MIS transistor by generating local strain in the channel region of the MIS transistor using a silicon nitride film.
さて、MISトランジスタのソース・ドレイン領域は、半導体装置の微細化のためにできるだけ浅く形成する必要があり、一般的に、65nm世代のトランジスタであれば、ソース・ドレイン領域の厚み(深さ)は30nmよりも大きくすることは困難である。これに対して、MISトランジスタのゲート電極の厚みは、ソース・ドレイン領域を形成する際のイオン注入において不純物がゲート電極を突き抜けてその下方のチャネル領域まで侵入するのを防止するためやその他の理由のために、一般的に、65nm世代のトランジスタであれば、80nm以下に設定するのが困難である。 Now, it is necessary to form the source / drain region of the MIS transistor as shallow as possible for miniaturization of the semiconductor device. Generally, in the case of a 65-nm transistor, the thickness (depth) of the source / drain region is It is difficult to make it larger than 30 nm. On the other hand, the thickness of the gate electrode of the MIS transistor is used to prevent impurities from penetrating through the gate electrode and entering the channel region below it during ion implantation when forming the source / drain regions, and other reasons. Therefore, in general, it is difficult to set the transistor to 80 nm or less for a 65 nm generation transistor.
このように、ソース・ドレイン領域の厚みは、ゲート電極の厚みに比べて非常に小さいため、ゲート電極とソース・ドレイン領域とを同時にシリサイド化することは困難である。つまり、ゲート電極の厚み合わせて両方を同時にシリサイド化すると、ソース・ドレイン領域のシリサイド層が厚くなりすぎてリーク電流が増加し、逆に、ソース・ドレイン領域の深さに合わせて両方を同時にシリサイド化すると、ゲート電極の全領域をシリサイド化できなくなる。 As described above, since the thickness of the source / drain region is much smaller than the thickness of the gate electrode, it is difficult to simultaneously silicide the gate electrode and the source / drain region. In other words, if both gates are simultaneously silicided to match the thickness of the gate electrode, the silicide layer in the source / drain region becomes too thick and leakage current increases, and conversely, both are silicided simultaneously according to the depth of the source / drain region. As a result, the entire region of the gate electrode cannot be silicided.
そこで、従来では、ソース・ドレイン領域のシリサイド化を実行した後に、ゲート電極の全領域をシリサイド化している。しかしながら、この方法では、ゲート電極のシリサイド化の際に行われる熱処理によって、ソース・ドレイン領域中のシリサイドが凝集し、当該ソース・ドレイン領域の電気抵抗が上昇したり、当該電気抵抗のばらつきが大きくなったりすることがある。 Therefore, conventionally, after the silicidation of the source / drain regions is performed, the entire region of the gate electrode is silicided. However, in this method, the heat treatment performed when the gate electrode is silicided causes the silicide in the source / drain regions to agglomerate, increasing the electrical resistance of the source / drain regions, or causing a large variation in the electrical resistance. Sometimes it becomes.
また上述のように、N型MISトランジスタとP型MISトランジスタとでゲート電極でのシリサイドの金属組成比が異なった半導体装置を製造する際には、従来では、P型MISトランジスタのゲート電極をエッチングしてその膜厚を小さくしている。ゲート電極中にはエッチングストッパとなる構造が存在していないため、P型MISトランジスタのゲート電極に対するエッチング量をウェハ面内あるいはロット間で一定に保つことは困難である。そのため、フルシリサイド化前のP型MISトランジスタのゲート電極の高さは、ウェハ面内あるいはロット間でばらつきやすくなる。これは、シリサイド化する際に金属と反応するシリコンの量のばらつきを招来し、その結果、P型MISトランジスタのゲート電極でのシリサイドの金属組成比が不安定となる。 As described above, when manufacturing a semiconductor device in which the metal composition ratio of silicide at the gate electrode is different between the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor, conventionally, the gate electrode of the P-type MIS transistor is etched. And the film thickness is made small. Since there is no structure serving as an etching stopper in the gate electrode, it is difficult to keep the etching amount for the gate electrode of the P-type MIS transistor constant within the wafer surface or between lots. For this reason, the height of the gate electrode of the P-type MIS transistor before full silicidation tends to vary within the wafer surface or from lot to lot. This causes variations in the amount of silicon that reacts with the metal during silicidation, and as a result, the metal composition ratio of the silicide at the gate electrode of the P-type MIS transistor becomes unstable.
また、シリコン窒化膜を利用してMISトランジスタのチャネル領域に局所的な歪みを発生させる技術においては、チャネル領域での歪み量を大きくして、MISトランジスタのさらなる性能向上が望まれている。 Further, in a technique for generating local strain in the channel region of the MIS transistor using a silicon nitride film, it is desired to further improve the performance of the MIS transistor by increasing the amount of strain in the channel region.
そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたものであり、ゲート電極の全領域がシリサイド化されたMISトランジスタを備える半導体装置の性能を向上させる技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a technique for improving the performance of a semiconductor device including a MIS transistor in which the entire region of the gate electrode is silicided.
この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板の上面内にMISトランジスタのソース・ドレイン領域が形成されるとともに、半導体基板の上面上にMISトランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極がこの順で積層して形成される。そして、ソース・ドレイン領域上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜が形成される。次に、ゲート電極上及び拡散抑制膜上に、当該拡散抑制膜が拡散を抑制する金属から成る金属膜が形成される。その後、金属膜とゲート電極とを反応させて、ゲート電極の全領域をシリサイド化するとともに、拡散抑制膜を介して金属膜とソース・ドレイン領域とを反応させて、ソース・ドレイン領域をシリサイド化する。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the source / drain regions of the MIS transistor are formed in the upper surface of the semiconductor substrate, and the gate insulating film and the gate electrode of the MIS transistor are formed on the upper surface of the semiconductor substrate. It is formed by laminating in this order. Then, on the source / drain regions, a diffusion suppressing film that suppresses diffusion of metal necessary for the silicide reaction is formed. Next, a metal film made of a metal that suppresses diffusion is formed on the gate electrode and the diffusion suppression film. After that, the metal film and the gate electrode are reacted to silicidize the entire region of the gate electrode, and the metal film and the source / drain region are reacted via the diffusion suppression film to silicidize the source / drain region. To do.
また、この発明の他の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板の上面内にN型MISトランジスタ及びP型MISトランジスタのソース・ドレイン領域が形成されるととともに、半導体基板の上面上にN型MISトランジスタ及びP型MISトランジスタの各々のゲート絶縁膜及びゲート電極がこの順で積層して形成される。次に、N型MISトランジスタのゲート電極上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜が形成される。そして、拡散抑制膜上及びP型MISトランジスタのゲート電極上に、拡散抑制膜が拡散を抑制する金属から成る金属膜が形成される。その後、拡散抑制膜を介して金属膜とN型MISトランジスタのゲート電極とを反応させるとともに、金属膜とP型MISトランジスタのゲート電極とを反応させて、P型MISトランジスタのゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比が、N型MISトランジスタのゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比よりも大きくなるように、N型MISトランジスタ及びP型MISトランジスタの各々のゲート電極の全領域がシリサイド化される。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, the source / drain regions of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are formed in the upper surface of the semiconductor substrate, and the upper surface of the semiconductor substrate is formed. A gate insulating film and a gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are stacked in this order. Next, a diffusion suppressing film that suppresses the diffusion of the metal necessary for the silicide reaction is formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor. A metal film made of a metal that suppresses diffusion is formed on the diffusion suppression film and the gate electrode of the P-type MIS transistor. Thereafter, the metal film and the gate electrode of the N-type MIS transistor are reacted through the diffusion suppression film, and the metal film and the gate electrode of the P-type MIS transistor are reacted to form the gate electrode of the P-type MIS transistor. The entire region of each gate electrode of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor is silicided so that the metal composition ratio of the silicide is larger than the metal composition ratio of the silicide formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor. It becomes.
また、この発明の他の一実施形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板の上面上にN型MISトランジスタ及びP型MISトランジスタの各々のゲート絶縁膜及びゲート電極がこの順で積層して形成される。そして、N型MISトランジスタのゲート電極がシリサイド化される。次に、N型MISトランジスタのゲート電極上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を阻止する拡散阻止膜が形成される。そして、拡散阻止膜上及びP型MISトランジスタのゲート電極上に、拡散阻止膜が拡散を阻止する金属から成る金属膜が形成される。その後、金属膜とP型MISトランジスタのゲート電極とをシリサイド反応させる。得られた構造では、N型MISトランジスタ及びP型MISトランジスタの各々のゲート電極の全領域がシリサイド化されており、P型MISトランジスタに形成されるシリサイドの金属組成比が、N型MISトランジスタのゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比よりも大きくなっている。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, the gate insulating film and the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are stacked in this order on the upper surface of the semiconductor substrate. It is formed. Then, the gate electrode of the N-type MIS transistor is silicided. Next, a diffusion blocking film is formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor to block the diffusion of metal necessary for the silicide reaction. Then, a metal film made of a metal that prevents diffusion from being formed on the diffusion blocking film and the gate electrode of the P-type MIS transistor is formed. Thereafter, a silicide reaction is caused between the metal film and the gate electrode of the P-type MIS transistor. In the obtained structure, the entire region of the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor is silicided, and the metal composition ratio of silicide formed in the P-type MIS transistor is equal to that of the N-type MIS transistor. It is larger than the metal composition ratio of silicide formed in the gate electrode.
また、この発明の一実施形態に係る半導体装置では、半導体基板上に、全領域がシリサイド化されたMISトランジスタのゲート電極が形成されている。また半導体基板には、MISトランジスタのソース・ドレイン領域が形成されている。ゲート電極の側面上にはシリコン酸化膜が形成されている。そして、シリコン酸化膜及びソース・ドレイン領域に接触するように、シリコン酸化膜上からソース・ドレイン領域上にかけて一層のシリコン窒化膜が形成されている。 In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the gate electrode of the MIS transistor whose entire region is silicided is formed on the semiconductor substrate. The source / drain regions of the MIS transistor are formed on the semiconductor substrate. A silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode. A single silicon nitride film is formed from the silicon oxide film to the source / drain regions so as to be in contact with the silicon oxide film and the source / drain regions.
この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ソース・ドレイン領域上には、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜が形成されているため、比較的浅く形成されるソース・ドレイン領域のシリサイド化と、比較的厚く形成されるゲート電極のフルシリサイド化とを同じ工程で実行することができる。その結果、ゲート電極及びソース・ドレイン領域のシリサイドに不要な熱が加わることを抑制でき、当該シリサイドの特性劣化を抑制することができる。したがって、MISトランジスタの性能が向上する。さらに、シリサイド化のために、金属膜からゲート電極及びソース・ドレイン領域に金属を供給する工程が1回で済むため、本半導体装置の製造方法を簡略化できる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, since the diffusion suppression film that suppresses the diffusion of the metal necessary for the silicide reaction is formed on the source / drain region, it is formed relatively shallow. The silicidation of the source / drain regions and the full silicidation of the relatively thick gate electrode can be performed in the same process. As a result, it is possible to suppress unnecessary heat from being applied to the silicide in the gate electrode and the source / drain regions, and to suppress deterioration of the characteristics of the silicide. Therefore, the performance of the MIS transistor is improved. Further, since the process of supplying metal from the metal film to the gate electrode and the source / drain region is only required for silicidation, the method for manufacturing the semiconductor device can be simplified.
また、この発明の他の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜を使用することによって、P型MISトランジスタのゲート電極をエッチングすることなく、N型MISトランジスタとP型MISトランジスタとで、ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比を変えることができる。そのため、P型MISトランジスタのゲート電極に対するエッチング量のばらつきに起因する当該ゲート電極でのシリサイドの金属組成比の不安定化を防止することができる。その結果、本半導体装置の性能が向上する。 Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, the gate electrode of the P-type MIS transistor is etched by using the diffusion suppression film that suppresses the diffusion of the metal necessary for the silicide reaction. Without this, the metal composition ratio of the silicide formed on the gate electrode can be changed between the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor. Therefore, it is possible to prevent instability of the metal composition ratio of the silicide at the gate electrode due to the variation in the etching amount with respect to the gate electrode of the P-type MIS transistor. As a result, the performance of the semiconductor device is improved.
また、この発明の他の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、シリサイド反応に必要な金属の拡散を阻止する拡散阻止膜を使用することによって、P型MISトランジスタのゲート電極をエッチングすることなく、N型MISトランジスタとP型MISトランジスタとで、ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比を変えることができる。そのため、P型MISトランジスタのゲート電極に対するエッチング量のばらつきに起因する当該ゲート電極でのシリサイドの金属組成比の不安定化を防止することができる。その結果、本半導体装置の性能が向上する。 Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, the gate electrode of the P-type MIS transistor is etched by using the diffusion blocking film that blocks the diffusion of the metal necessary for the silicide reaction. Without this, the metal composition ratio of the silicide formed on the gate electrode can be changed between the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor. Therefore, it is possible to prevent instability of the metal composition ratio of the silicide at the gate electrode due to the variation in the etching amount with respect to the gate electrode of the P-type MIS transistor. As a result, the performance of the semiconductor device is improved.
また、この発明の一実施形態に係る半導体装置によれば、一層のシリコン窒化膜が、シリコン酸化膜及びソース・ドレイン領域に接触するように当該シリコン酸化膜上から当該ソース・ドレイン領域上にかけて形成されているため、ソース・ドレイン領域に接触するシリコン窒化膜を、MISトランジスタのチャネル領域に近づけて配置することができる。そのため、シリコン窒化膜に起因する、MISトランジスタのチャネル領域に形成される歪みの量を大きくすることができる。よって、MISトランジスタの性能を向上することができる。 In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a single silicon nitride film is formed from the silicon oxide film to the source / drain regions so as to be in contact with the silicon oxide film and the source / drain regions. Therefore, the silicon nitride film in contact with the source / drain regions can be disposed close to the channel region of the MIS transistor. Therefore, the amount of strain formed in the channel region of the MIS transistor due to the silicon nitride film can be increased. Therefore, the performance of the MIS transistor can be improved.
実施の形態1.
図1〜8は本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態1では、FUSIゲート電極を有するMISトランジスタを備える半導体装置の製造方法について説明する。
1 to 8 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. In the first embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device including a MIS transistor having a FUSI gate electrode will be described.
まず、シリコン基板である半導体基板501上にシリコン酸化膜を形成し、当該シリコン酸化膜上に、ポリシリコン膜を例えば厚さ100nm程度で形成する。そして、ポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を例えば厚さ40nm程度で形成する。次に、シリコン窒化膜上に所定の開口パターンを有するフォトレジストを形成して、当該フォトレジストをマスクに用いて、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜及びシリコン酸化膜を順次エッチングして部分的に除去する。これにより、図1に示されるように、シリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜502、ポリシリコン膜から成るゲート電極503及びシリコン窒化膜から成るハードマスク膜504がこの順で積層されて半導体基板501上に形成される。
First, a silicon oxide film is formed on a
次に、ゲート絶縁膜502、ゲート電極503及びハードマスク膜504をマスクに用いて、例えばイオン注入法で、MISトランジスタの導電型の応じた導電型の不純物を半導体基板501に導入する。これにより、図1に示されるように、MISトランジスタのソース・ドレイン領域の一部となるエクステンション領域506aが形成される。半導体基板501の上面内には、2つのエクステンション領域506aが互い離れて形成される。ゲート絶縁膜502、ゲート電極503及びハードマスク膜504は、2つのエクステンション領域506aの間の半導体基板501上に積層されている。
Next, using the
次に、ゲート絶縁膜502、ゲート電極503及びハードマスク膜504を覆って半導体基板501上に全面にシリコン窒化膜を形成する。そして、当該シリコン窒化膜に対して、半導体基板501の厚さ方向にエッチングレートが高い異方性ドライエッチング法を用いてエッチングを行う。これにより、図1に示されるように、エクステンション領域506aの端部を覆うようにゲート絶縁膜502、ゲート電極503及びハードマスク膜504の側面上に、シリコン窒化膜から成るサイドウォール505が形成される。
Next, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the
次に、ゲート絶縁膜502、ゲート電極503、ハードマスク膜504及びサイドウォール505をマスクに用いて、例えばイオン注入法で、MISトランジスタの導電型の応じた導電型の不純物を半導体基板501に導入する。これにより、半導体基板501には、エクステンション領域506aよりも不純物濃度が高く、かつエクステンション領域506aよりも深い不純物領域506bが、エクステンション領域506aに接続して形成される。これにより、図2に示されるように、エクステンション領域506a及び不純物領域506bから成るソース・ドレイン領域506が形成される。その後、ソース・ドレイン領域506中の不純物の活性化を行うアニール処理を実行する。
Next, using the
次に図2に示されるように、シリサイド反応に必要な金属、例えばニッケル(Ni)の拡散を抑制する拡散抑制膜511を厚さ1nm〜15nm程度(例えば4nm)で全面に形成する。例えば、拡散抑制膜511は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの堆積法を使用して形成される。これにより、ソース・ドレイン領域506上には拡散抑制膜511が形成される。拡散抑制膜511は例えばシリコン窒化膜から成る。
Next, as shown in FIG. 2, a
次に図3に示されるように、拡散抑制膜511上に、例えばシリコン酸化膜から成る絶縁膜521を厚さ500nm程度で形成する。そして、ハードマスク膜504をストッパ膜とするCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で、絶縁膜521をその上面から研磨する。これにより、図4に示されるように、ハードマスク膜504が露出する。なお、拡散抑制膜511は、ハードマスク膜504と同様にシリコン窒化膜で構成されているが、その膜厚が小さいため、CMP法でのストッパ膜としては使用できず、ハードマスク膜504上の拡散抑制膜511は絶縁膜521と一緒に研磨される。
Next, as shown in FIG. 3, an insulating
次に、露出したハードマスク膜504を例えばドライエッチング法で除去して、ゲート電極503を露出させる。そして、残りの絶縁膜512をフッ酸を使用したウェットエッチングにて除去する。
Next, the exposed
次に図5に示されるように、拡散抑制膜511が拡散を抑制する金属から成る金属膜531を厚さ200nm程度で全面に形成する。これにより、ゲート電極503及び拡散抑制膜511上には金属膜531が形成される。金属膜531は例えばニッケルから成る。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、得られた構造に対して、280℃〜400℃程度(例えば300℃)で数分間、熱処理を行う。これにより、金属膜531と、それに接触するゲート電極503とがシリサイド反応して、図6に示されるように、ゲート電極503の中央部から上端部にかけて、Ni2Siから成るシリサイド層513が形成される。同時に、拡散抑制膜511を介して金属膜531とソース・ドレイン領域506とがシリサイド反応して、図6に示されるように、ソース・ドレイン領域506の上端部には、Ni2Siから成るシリサイド層516が形成される。ソース・ドレイン領506上には、拡散抑制膜511が厚さ4nm弱(絶縁膜521を除去する際に、フッ酸にさらされているため、堆積直後よりも若干薄くなっている)で存在しており、金属膜531を構成するニッケルのソース・ドレイン領域506への拡散は拡散抑制膜511によって抑制されるため、ソース・ドレイン領域506のシリサイド層516は、ゲート電極503のシリサイド層513よりも薄く形成される。したがって、本実施の形態1のように、比較的厚みの大きいゲート電極503と、比較的厚みの小さいソース・ドレイン領域506とを同時にシリサイド化できる。その後、シリコンとは未反応の金属膜531を、例えば燐酸と硝酸との混合液を使用したウェットエッチングにて除去する。このときの燐酸により、シリコン窒化膜から成る拡散抑制膜511は除去される。
Next, the obtained structure is heat-treated at about 280 ° C. to 400 ° C. (for example, 300 ° C.) for several minutes. As a result, a silicide reaction occurs between the
次に、得られた構造に対して、先のシリサイド化の際の熱処理温度よりも高い400℃以上の温度で数十秒間熱処理を行う。例えば500℃で熱処理を行う。これにより、ゲート電極503内及びソース・ドレイン領域506内ではそれぞれニッケルが拡散してシリサイド反応が生じ、図7に示されるように、ゲート電極503の全領域がNiSiで形成されるようになり、ソース・ドレイン領域506にはNiSiから成るシリサイド層526が形成される。シリサイド層526の厚みは例えば35nm以下である。
Next, the obtained structure is subjected to heat treatment for several tens of seconds at a temperature of 400 ° C. or higher, which is higher than the heat treatment temperature in the previous silicidation. For example, heat treatment is performed at 500 ° C. As a result, nickel diffuses in the
次に図8に示されるように、例えばシリコン窒化膜から成る第1層間絶縁膜561及び例えばシリコン酸化膜から成る第2層間絶縁膜562を順次全面に形成する。そして、第1層間絶縁膜561をエッチングストッパとして、第2層間絶縁膜562をその上面から部分的にエッチングし、それよって露出した第1層間絶縁膜561を除去する。これにより、第1及び第2層間絶縁膜561,562には、ソース・ドレイン領域506のシリサイド層526及びゲート電極503にそれぞれ達する複数のコンタクトホール563が形成される。その後、複数のコンタクトホール563をそれぞれ充填する複数のコンタクトプラグ564を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a first
以上のように、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、ソース・ドレイン領域506上には、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜511が形成されているため、比較的浅く形成されるソース・ドレイン領域506のシリサイド化と、比較的厚く形成されるゲート電極503のフルシリサイド化とを同じ工程で実行することができる。その結果、ゲート電極503及びソース・ドレイン領域506のシリサイドに不要な熱が加わることを抑制でき、当該シリサイドの特性劣化を抑制することができる。そのため、MISトランジスタの性能が向上する。また、シリサイド化のために、金属膜531からゲート電極503及びソース・ドレイン領域506に金属を供給する工程が1回で済むため、本半導体装置の製造方法を簡略化できる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
また本実施の形態1では、堆積法を用いてシリコン窒化膜から成る拡散抑制膜511が半導体基板501上に形成されるため、半導体基板501を熱窒化してシリコン窒化膜から成る拡散抑制膜511を形成する場合と比較して、拡散抑制膜511を形成する際の処理温度を低温にすることができる。よって、高温の処理温度の影響で、既に形成されているソース・ドレイン領域506の特性が劣化することを抑制できる。
In the first embodiment, since the
なお、本実施の形態1では、金属膜531をニッケルで構成したが、コバルト、チタン、モリブデン、タングステン、パラジウム、白金など、他の金属で構成しても良い。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1では、拡散抑制膜511をシリコン窒化膜で構成していたが、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する膜であれば他の膜で構成しても良い。つまり、拡散抑制膜511は、ソース・ドレイン領域506上に直接金属膜531を形成した場合と比較して、ソース・ドレイン領域506に対する金属膜531からの金属の供給量が少なくなるような膜であれば良い。
In the first embodiment, the
また本実施の形態1では、比較的低温での熱処理と、比較的高温での熱処理とを合計2回行うことによって、ゲート電極503及びソース・ドレイン領域506にNiSiを形成しているが、1回の熱処理によって、ゲート電極503及びソース・ドレイン領域506にNiSiを形成しても良い。つまり、図5のように、金属膜531をゲート電極503上及び拡散抑制膜511上に形成した後に、400℃以上の高温で熱処理を行うことによって、ゲート電極503の全領域とソース・ドレイン領域506とにNiSiを形成しても良い。この場合には、シリサイド化のための熱処理工程が1回で済むため、本半導体装置の製造方法が簡略化される。ただし、シリコン窒化膜から成る拡散抑制膜511での、シリサイド反応に必要な金属に対する拡散抑制効果は、低温での熱処理の方が制御しやすいため、本実施の形態のように、拡散抑制膜511を介して金属膜531とソース・ドレイン領域506とを比較的低温で反応させる場合の方が、ソース・ドレイン領域506に形成されるシリサイドの厚みを容易に調整することができる。
In the first embodiment, NiSi is formed in the
また本実施の形態1では、絶縁膜521を除去する際にフッ酸が使用され、このときサイドウォール505もフッ酸にさらされることになる。したがって、サイドウォール505は、本実施の形態1のように、フッ酸に対して選択性のあるシリコン窒化膜で形成する方が好ましい。しかしながら、シリコン基板から成る半導体基板501に直接シリコン窒化膜を形成すると、半導体基板501の表面に界面準位が形成され、MISトランジスタの性能や信頼性が低下することがある。そこで、シリコン窒化膜から成るサイドウォール505を外側のサイドウォール505として、図9に示されるように、サイドウォール505と半導体基板501との間、及びサイドウォール505とゲート電極503との間に、シリコン酸化膜から成るサイドウォール571を形成する。このサイドウォール571は堆積法ではなく熱酸化で形成される。具体的には、ゲート絶縁膜502、ゲート電極503及びハードマスク膜504を形成した直後に、露出しているゲート電極503の側面と、露出している半導体基板501の上面とを熱酸化して、厚さ1〜10nm程度のシリコン酸化膜を形成する。その後、全面にシリコン窒化膜を形成する。そして、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を異方性エッチングすることによって、シリコン窒化膜から成るサイドウォール505と、シリコン酸化膜から成るサイドウォール571とが形成される。熱酸化で形成されたシリコン酸化膜は、CVD法等の堆積法で形成されたシリコン酸化膜よりも、フッ酸に対する選択性が向上することから、堆積法で形成される絶縁膜521をフッ酸で除去する際に、サイドウォール571が完全に除去されることを防止でき、シリコン窒化膜から成るサイドウォール505が直接半導体基板501に接触することを防止できる。
In
実施の形態2.
図10は本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図である。本実施の形態2に係る半導体装置は、N型MISトランジスタ10n及びP型MISトランジスタ20pを備えており、P型MISトランジスタ10nのゲート電極12nでのシリサイドの金属組成比が、N型MISトランジスタ20pのゲート電極22pでのそれよりも大きく設定されている。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment includes an N-
図10に示されるように、シリコン基板である半導体基板1上には素子分離構造2が形成されている。素子分離構造2は例えばシリコン酸化膜であって、半導体基板1に、N型MISトランジスタ10nが形成される活性領域と、P型MISトランジスタ20pが形成される活性領域とを区画している。N型MISトランジスタ10n及びP型MISトランジスタ20pはそれぞれ例えばMOSトランジスタである。
As shown in FIG. 10, an
半導体基板1の上面内には、N型MISトランジスタ10nの2つのソース・ドレイン領域14nが互いに離れて形成されている。各ソース・ドレイン領域14nには、例えばNiSiから成るシリサイド層15nが形成されている。また、半導体基板1の上面内には、P型MISトランジスタ20pの2つのソース・ドレイン領域24pが互いに離れて形成されている。各ソース・ドレイン領域24pには、例えばNiSiから成るシリサイド層25pが形成されている。
In the upper surface of the
2つのソース・ドレイン領域14nの間の半導体基板1上には、N型MISトランジスタ10nのゲート絶縁膜11n及びゲート電極12nがこの順で積層して形成されている。2つのソース・ドレイン領域24pの間の半導体基板1上には、P型MISトランジスタ20pのゲート絶縁膜21p及びゲート電極22pがこの順で積層して形成されている。ゲート電極12n,22pはともにFUSIゲート電極であり、ゲート電極22pはゲート電極12nよりも厚く形成されている。例えば、ゲート電極12nはNiSiから成り、ゲート電極22pはNi3SiあるいはNi31Si12から成る。ゲート絶縁膜11n,21pのそれぞれは、例えばシリコン酸化膜から成る。
On the
ゲート絶縁膜11n及びゲート電極12nの側面上には、ソース・ドレイン領域14nの端部を覆うようにサイドウォール13nが形成されている。ゲート絶縁膜21p及びゲート電極22pの側面上には、ソース・ドレイン領域24pの端部を覆うようにサイドウォール23pが形成されている。サイドウォール13n,23pのそれぞれは例えばシリコン酸化膜から成る。
半導体基板1上には、サイドウォール13n,23pの上面とゲート電極12n,22pの上面とを露出するように、サイドウォール13n,23p及びシリサイド層15n,25pと接触して、一層のシリコン窒化膜30が形成されている。シリコン窒化膜30上と、サイドウォール13n,23p及びゲート電極12n,22pにおけるシリコン窒化膜30から露出している部分の上には、層間絶縁膜40が形成されている。層間絶縁膜40内には、ゲート電極12n,22pの上面にそれぞれ接触する複数のコンタクトプラグ50が形成されている。また、層間絶縁膜40及びシリコン窒化膜30内には、2つのソース・ドレイン領域14nの一方におけるシリサイド層15nと、2つのソース・ドレイン領域24pの一方におけるシリサイド層25pとにそれぞれ接触する複数のコンタクトプラグ50が形成されている。例えば、層間絶縁膜40はシリコン酸化膜から成り、コンタクトプラグ50は金属から成る。
On the
本実施の形態2に係る半導体装置では、シリコン窒化膜30に引張応力を発生させると、半導体基板1におけるゲート電極12nの下方部分に形成されるN型MISトランジスタ10nのチャネル領域にも引張応力が発生する。その結果、N型MISトランジスタ10nの電流駆動能力が向上し、その性能が向上する。これに対して、シリコン窒化膜30に圧縮応力を発生させると、半導体基板1におけるゲート電極22pの下方部分に形成されるP型MISトランジスタ20pのチャネル領域にも圧縮応力が発生する。その結果、P型MISトランジスタ20pの電流駆動能力が向上し、その性能が向上する。
In the semiconductor device according to the second embodiment, when tensile stress is generated in the
なお、ゲート電極がフルシリサイド化されていない通常のMISトランジスタでは、ゲート電極を覆うシリコン窒化膜には欠損部分が生じないが、本実施の形態2に係る半導体装置では、ゲート電極12n,22pを完全に覆うはずのシリコン窒化膜30がゲート電極12n,22pの上面上で欠如している。これは、後述の説明から明らかになるように、ゲート電極12n,22pをフルシリサイド化するためには避けられない構造である。ただし、ゲート電極12n,22pの上面上におけるシリコン窒化膜30の欠如によってN型MISトランジスタ10n及びP型MISトランジスタ20pのチャネル領域での歪み量が減ることはないことが、シミュレーションなどで確認されている。
In a normal MIS transistor in which the gate electrode is not fully silicided, the silicon nitride film covering the gate electrode does not have a defective portion. However, in the semiconductor device according to the second embodiment, the
本実施の形態2では、一層のシリコン窒化膜30が、サイドウォール13n及びソース・ドレイン領域14nに接触するようにサイドウォール13n上からソース・ドレイン領域14n上にかけて形成されているため、ソース・ドレイン領域14nに接触するシリコン窒化膜30のうち、ゲート電極12nの側面上にサイドウォール13nを介して設けられた部分を、ゲート電極12n下方のチャネル領域に近づけて配置することができる。
In the second embodiment, the single layer of
これに対して、上述の図9に示される構造のように、サイドウォール13n上にシリコン窒化膜から成る第2サイドウォールが形成されて、当該第2サイドウォールとソース・ドレイン領域14nに接触するように、当該第2サイドウォール上からソース・ドレイン領域14n上にかけてシリコン窒化膜30が形成されている場合には、本実施の形態2に係る半導体装置と比較して、ゲート電極12nとシリコン窒化膜30の間に存在する膜の厚みが大きくなるため、シリコン窒化膜30のうちゲート電極12nの側面上の部分と、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域との距離が大きくなる。その結果、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域に発生する歪み量が低減する。
On the other hand, as in the structure shown in FIG. 9 described above, a second sidewall made of a silicon nitride film is formed on the
本実施の形態2では、シリコン窒化膜30のうち、ゲート電極12nの側面上の部分を、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域に近づけて配置できることから、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域での歪み量を大きくすることができる。よって、シリコン窒化膜30に引張応力が発生している場合には、N型MISトランジスタ10nの性能を向上することができる。
In the second embodiment, since the portion of the
同様に、一層のシリコン窒化膜30が、サイドウォール23p及びソース・ドレイン領域24pに接触するようにサイドウォール23p上からソース・ドレイン領域24p上にかけて形成されているため、ソース・ドレイン領域24pに接触するシリコン窒化膜30のうちゲート電極22pの側面上の部分を、P型MISトランジスタ20pのチャネル領域に近づけて配置することができる。そのため、P型MISトランジスタ20pのチャネル領域での歪み量を大きくすることができる。よって、シリコン窒化膜30に圧縮応力が発生している場合には、P型MISトランジスタ20pの性能を向上することができる。
Similarly, since one layer of the
次に本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法について説明する。図11〜22は本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。まず、半導体基板1上に素子分離構造2を形成して、N型MISトランジスタ10nが形成される活性領域(以後、「N型MISトランジスタ形成領域」と呼ぶ)と、P型MISトランジスタ20pが形成される活性領域(以後、「P型MISトランジスタ形成領域」と呼ぶ)とを半導体基板1に区画する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. 11 to 22 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps. First, an
次に、半導体基板1上に全面にシリコン酸化膜を形成し、当該シリコン酸化膜上に、ポリシリコン膜を厚さ30〜60nm程度(例えば40nm)で形成する。そして、ポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を厚さ30〜90nm程度(例えば60nm)で形成する。なお、ポリシリコン膜の膜厚とその上のシリコン窒化膜の膜厚とを足し合わせた値は80nm以上が望ましい。
Next, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the
次に、シリコン窒化膜上に所定の開口パターンを有するフォトレジストを形成して、当該フォトレジストをマスクに用いて、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜及びシリコン酸化膜を順次エッチングして部分的に除去する。これにより、図11に示されるように、シリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜11n、ポリシリコン膜から成るゲート電極12n及びシリコン窒化膜から成るハードマスク膜17nがこの順で積層されて半導体基板1上に形成される。同時に、シリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜21p、ポリシリコン膜から成るゲート電極22p及びシリコン窒化膜から成るハードマスク膜27pがこの順で積層されて半導体基板1上に形成される。
Next, a photoresist having a predetermined opening pattern is formed on the silicon nitride film, and the silicon nitride film, the polysilicon film, and the silicon oxide film are sequentially etched and partially removed using the photoresist as a mask. To do. Thus, as shown in FIG. 11, a
次に、P型MISトランジスタ形成領域上をフォトレジストで覆って、当該フォトレジストと、ゲート絶縁膜11n、ゲート電極12n及びハードマスク膜17nとをマスクに用いて、例えばイオン注入法で、N型MISトランジスタ10nの導電型に応じた導電型の不純物を半導体基板1に導入する。これにより、図11に示されるように、N型MISトランジスタ10nのソース・ドレイン領域14nの一部となるエクステンション領域114nが形成される。半導体基板1の上面内には、2つのエクステンション領域114nが互い離れて形成される。ゲート絶縁膜11n、ゲート電極12n及びハードマスク膜17nは、2つのエクステンション領域114nの間の半導体基板1上に積層される。
Next, the P-type MIS transistor formation region is covered with a photoresist, and the photoresist, the
次に、N型MISトランジスタ形成領域上をフォトレジストで覆って、当該フォトレジストと、ゲート絶縁膜21p、ゲート電極22p及びハードマスク膜27pとをマスクに用いて、例えばイオン注入法で、P型MISトランジスタ20pの導電型に応じた導電型の不純物を半導体基板1に導入する。これにより、図11に示されるように、P型MISトランジスタ20pのソース・ドレイン領域24pの一部となるエクステンション領域124pが形成される。半導体基板1の上面内には、2つのエクステンション領域124pが互い離れて形成される。ゲート絶縁膜21p、ゲート電極22p及びハードマスク膜27pは、2つのエクステンション領域124pの間の半導体基板1上に積層される。
Next, the N-type MIS transistor formation region is covered with a photoresist, and the photoresist, the
次に図12に示されるように、ゲート絶縁膜11n,21p、ゲート電極12n,22p及びハードマスク膜17n,27pを覆って半導体基板1上にシリコン酸化膜60及びシリコン窒化膜61をこの順で積層する。このとき、シリコン酸化膜60は10nm程度で形成され、シリコン窒化膜61は50nm程度で形成される。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、シリコン窒化膜61及びシリコン酸化膜60に対して、半導体基板1の厚さ方向にエッチングレートが高い異方性ドライエッチング法を用いてエッチングを行う。これにより、図13に示されるように、ゲート絶縁膜11n、ゲート電極12n及びハードマスク膜17nの側面上には、エクステンション領域114nの端部を覆うように、シリコン酸化膜60から成るサイドウォール13n(以後、「第1サイドウォール13n」と呼ぶ)が形成され、第1サイドウォール13n上にはシリコン窒化膜61から成るサイドウォール16n(以後、「第2サイドウォール16n」と呼ぶ)が形成される。同時に、ゲート絶縁膜21p、ゲート電極22p及びハードマスク膜27pの側面上には、エクステンション領域124pの端部を覆うように、シリコン酸化膜60から成るサイドウォール23p(以後、「第1サイドウォール23p」と呼ぶ)が形成され、第1サイドウォール23p上にはシリコン窒化膜61から成るサイドウォール26p(以後、「第2サイドウォール26p」と呼ぶ)が形成される。
Next, the
次に、P型MISトランジスタ形成領域上をフォトレジストで覆って、当該フォトレジストと、ゲート絶縁膜11n、ゲート電極12n、ハードマスク膜17n、第1サイドウォール13n及び第2サイドウォール16nとをマスクに用いて、例えばイオン注入法で、N型MISトランジスタ10nの導電型の応じた導電型の不純物を半導体基板1に導入する。これにより、半導体基板1には、エクステンション領域114nよりも不純物濃度が高く、かつエクステンション領域114nよりも深い不純物領域115nが、エクステンション領域114nに接続して形成される。これにより、図14に示されるように、エクステンション領域114n及び不純物領域115nから成るソース・ドレイン領域14nが形成される。
Next, the P-type MIS transistor formation region is covered with a photoresist, and the photoresist, the
次に、N型MISトランジスタ形成領域上をフォトレジストで覆って、当該フォトレジストと、ゲート絶縁膜21p、ゲート電極22p、ハードマスク膜27p、第1サイドウォール23p及び第2サイドウォール26pとをマスクに用いて、例えばイオン注入法で、P型MISトランジスタ20pの導電型の応じた導電型の不純物を半導体基板1に導入する。これにより、半導体基板1には、エクステンション領域124pよりも不純物濃度が高く、かつエクステンション領域124pよりも深い不純物領域125pが、エクステンション領域124pに接続して形成される。これにより、図14に示されるように、エクステンション領域124p及び不純物領域125pから成るソース・ドレイン領域24pが形成される。その後、ソース・ドレイン領域14n,24p中の不純物の活性化を行うアニール処理を行う。
Next, the N-type MIS transistor formation region is covered with a photoresist, and the photoresist, the
次に、シリサイド反応に必要なニッケルから成る金属膜を全面に形成する。そして、得られた構造に対して熱処理を行って、金属膜とソース・ドレイン領域14n,24pのそれぞれとをシリサイド反応させる。その後、未反応の金属膜を除去する。これにより、図15に示されるように、ソース・ドレイン領域14nにはNiSiから成るシリサイド層15nが形成され、ソース・ドレイン領域24pにはNiSiから成るシリサイド層25pが形成される。なお、ゲート電極12n,22p上にはシリコン窒化膜から成るハードマスク膜17n,27pがそれぞれ形成されているため、ゲート電極12n,22pでのシリサイド反応は抑制される。
Next, a metal film made of nickel necessary for the silicide reaction is formed on the entire surface. Then, heat treatment is performed on the obtained structure to cause a silicide reaction between the metal film and each of the source /
次に図16に示されるように、シリコン窒化膜から成るハードマスク膜17n,27pと、同じくシリコン窒化膜から成る第2サイドウォール16n,26pとを除去する。このき、シリコン酸化膜、NiSi及びシリコンに対して選択性のある等方性ドライエッチングが行われる。したがって、露出しているシリコン窒化膜のみが除去される。
Next, as shown in FIG. 16, the
なお、上記例では、ソース・ドレイン領域14n,24pをシリサイド化した後に、ハードマスク膜17n,27pと第2サイドウォール16n,26pとをドライエッチングで除去したが、他の方法を用いても良い。例えば、ソース・ドレイン領域14n,24pをシリサイド化する前に、燐酸を用いてシリコン窒化膜から成る第2サイドウォール16n,26pを除去し、その後、ソース・ドレイン領域14n,24pをシリサイド化し、ハードマスク膜17n,27pを除去しても良い。この場合には、燐酸で第2サイドウォール16n,26pを除去する際にハードマスク膜17n,27pが除去されると、その後のソース・ドレイン領域14n,24pのシリサイド化の際にゲート電極12n,22pも一緒にシリサイド化されることから、これを防止するために、ハードマスク膜17n,27pを燐酸に対して選択性のあるシリコン酸化膜で形成する。第2サイドウォール16n,26pの下層はシリコン酸化膜から成る第1サイドウォール13n,23pがそれぞれ形成されているため、第2サイドウォール16n,26pを燐酸で除去した後に、ゲート電極12n,22pの側面が露出することはない。
In the above example, after the source /
次に図17に示されるように、シリコン窒化膜30及びシリコン酸化膜41をこの順で全面に積層する。このとき、シリコン窒化膜30は厚さ10〜50nm程度(例えば25nm)で形成され、シリコン酸化膜41は厚さ数百nm(例えば250nm)で形成される。
Next, as shown in FIG. 17, a
次に、シリコン窒化膜30をストッパ膜とするCMP法で、シリコン酸化膜41をその上面から研磨する。これにより、図18に示されるように、第1サイドウォール13n,23p上及びゲート電極12n,22p上のシリコン窒化膜30が露出する。なお、CMP法を用いてシリコン窒化膜30を露出する際に、半導体基板1の上面と素子分離構造2の上面とで形成される段差に起因して、ゲート電極12n,22p上の一部のシリコン窒化膜30が露出しない場合には、当該シリコン窒化膜30上に存在するシリコン酸化膜41をウェットエッチングにて除去する。
Next, the
次に図19に示されるように、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いて、ゲート電極12n,22p上のシリコン窒化膜30を除去して、ゲート電極12n,22pを露出させる。
Next, as shown in FIG. 19, the
次に図20に示されるように、シリサイド反応に必要な金属、本例ではニッケルの拡散を抑制する拡散抑制膜100を厚さ1nm〜15nm程度(例えば3nm)で全面に形成する。例えば、拡散抑制膜100は、シリコン窒化膜から成り、プラズマCVD法や原子層成長法(ALD:Atomic Layer Deposition)などを使用して形成される。その後、拡散抑制膜100上に、N型MISトランジスタ形成領域上を覆うフォトレジスト110を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, a
次に、フォトレジスト110をマスクに用いて、当該フォトレジスト110から露出する拡散抑制膜100をエッチングして除去する。これにより、図21に示されるように、ゲート電極12n,22pのうちゲート電極12nのみの上面上に拡散抑制膜100が形成される。その後、ニッケルから成る金属膜120を厚さ100nm程度で全面に形成する。
Next, using the
次に、得られた構造に対して熱処理を行う。これにより、金属膜120と、それに接触するゲート電極22pがシリサイド反応して、図22に示されるように、ゲート電極22pの全領域がシリサイド化される。同時に、拡散抑制膜100を介して金属膜120とゲート電極12nとがシリサイド反応して、図22に示されるように、ゲート電極12nの全領域がシリサイド化される。
Next, heat treatment is performed on the obtained structure. As a result, the
ここで、本実施の形態2では、ゲート電極12n上には拡散抑制膜100が形成されているため、金属膜120を構成するニッケルのゲート電極12nへの拡散は拡散抑制膜100で抑制される。したがって、ゲート電極22pに供給されるニッケルの量は、ゲート電極12nに供給されるニッケルの量よりも大きくなる。そのため、ゲート電極22pでは、ゲート電極12nと比較して、多量のニッケルとシリコンとが反応する。その結果、ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比が、ゲート電極12nでのそれよりも大きくなる。つまり、ゲート電極22pはNi3SiあるいはNi31Si12で構成され、ゲート電極12nはNiSiで構成されるようになる。
Here, in the present second embodiment, since the
なお本例のように、拡散抑制膜100を通じてニッケルとシリコンとを反応させる場合には、通常700℃以上などの高温アニールでなければ形成されないとされているNiSi2を、比較的低温の熱処理によって形成することができる。NiSi2は、仕事関数がNiSiよりも小さいため、N型MISトランジスタのFUSIゲート電極に使用する材料としては好ましい材料であるが、通常、層間絶縁膜を形成する工程以降においては、700℃以上の熱処理は行われないため、N型MISトランジスタのFUSIゲート電極をNiSi2で形成することは困難である。しなしながら、上述のように、拡散抑制膜100を通じてゲート電極12nにニッケルを供給する場合には、ニッケルの供給量が少ない状態でゲート電極12nではシリサイド反応が進行するため、300℃〜550℃程度の熱処理温度でもゲート電極12nにNiSi2を形成することが可能となる。
As in this example, when nickel and silicon are reacted through the
また、ゲート電極では、反応する金属の量に応じて体積膨張量が大きくなるため、フルシリサイド化された後では、ゲート電極22pはゲート電極12nよりも厚くなる。
Further, since the volume expansion amount of the gate electrode increases according to the amount of the reacting metal, the
次に、シリコンとは未反応の金属膜120を、例えば燐酸と硝酸との混合液を使用したウェットエッチングにて除去する。このときの燐酸により、シリコン窒化膜から成る、ゲート電極12n上の拡散抑制膜100は除去される。そして、全面にシリコン酸化膜を形成すると、当該シリコン酸化膜とシリコン酸化膜41から成る層間絶縁膜40が完成する。その後、層間絶縁膜40内及びシリコン窒化膜30内に複数のコンタクトホールを形成し、当該複数のコンタクトホールをそれぞれ充填する複数のコンタクトプラグ50を形成する。これにより、図10に示される構造が完成する。
Next, the
以上のように、本実施の形態2に係る半導体装置の製造方法では、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜100を使用することによって、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22pをエッチングすることなく、N型MISトランジスタ10nとP型MISトランジスタ20pとで、ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比を変えることができる。そのため、P型MISトランジスタ10nのゲート電極22pに対するエッチング量のばらつきに起因する当該ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比の不安定化を防止することができる。その結果、本半導体装置の性能が向上する。
As described above, in the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, the
また、上述の非特許文献2の技術では、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22pをエッチングする必要があることから、N型MISトランジスタ10n及びP型MISトランジスタ20pのゲート電極12n,22pとなるポリシリコン膜を予め厚めに形成する必要がある。
In the technique of
これに対して、本実施の形態2では、ゲート電極22pをエッチングする必要がないことから、ゲート電極12n,22pとなるポリシリコン膜を薄く形成することができる。そのため、ゲート電極12n,22pの厚みを小さくすることができる。ゲート電極12n,22pの厚みが小さくなると、シリコン窒化膜30で覆われたゲート電極12n,22pの上面を露出する際に必要なシリコン酸化膜41の膜厚を小さくすることができる。例えば、上述の実施の形態1のように、ゲート電極12n,22pの厚みを100nm程度に設定すると、シリコン酸化膜41の厚みは500nm程度必要となるが、本実施の形態2のように、ゲート電極12n,22pの厚みを30nm程度に設定すると、シリコン酸化膜41の厚みは200nm程度で済む。さらに、本実施の形態2では、シリコン酸化膜41を形成する前にハードマスク膜17n,27pを除去しているため、シリコン酸化膜41の厚みをさらに小さくすることができる。したがって、成膜直後のシリコン酸化膜41の膜厚のばらつきを低減できる。さらには、CMP法を用いたシリコン酸化膜41に対する研磨量を少なくすることができ、研磨量のばらつきも低減できる。その結果、研磨後のシリコン酸化膜41の膜厚のばらつきを低減でき、上述の図19でのゲート電極12n,22pの露出度のばらつきを低減できる。ゲート電極12n,22pの露出度がばらつくと、ゲート電極12n,22pでのニッケルとの反応量がばらつくことから、本実施の形態2のように、ゲート電極12n,22pの露出度のばらつきを低減することによって、ゲート電極12n,22pでのシリサイドの金属組成比が安定する。
On the other hand, in the second embodiment, it is not necessary to etch the
また、上述の図19に示される構造において、非特許文献2の技術のように、ゲート電極22pをエッチングしてその膜厚を小さくしようとすると、ゲート電極22pだけではなく、その周辺の第1サイドウォール23p、シリコン窒化膜30及びシリコン酸化膜41もエッチングされてしまう。したがって、第1サイドウォール23p、シリコン窒化膜30及びシリコン酸化膜41に対するエッチング量のばらつきによっても、ゲート電極22pの露出度がばらつく。さらに、ゲート電極22pをエッチングする際には、N型MISトランジスタ形成領域上の構造はフォトレジストでマスクされ、当該構造はエッチングされないことから、N型MISトランジスタ形成領域上と、P型MISトランジスタ形成領域上との間で、ゲート電極の側面上のサイドウォールの高さや、シリコン窒化膜30及びシリコン酸化膜41の厚みが異なるようになる。その結果、層間絶縁膜40及びシリコン窒化膜30内において、N型MISトランジスタ形成領域上とP型MISトランジスタ形成領域上の両方に同時にコンタクトホールを形成しにくくなる。
Further, in the structure shown in FIG. 19 described above, when the
本実施の形態2では、ゲート電極22pをエッチングする必要がないことから、このような問題が生じることはなく、ゲート電極22pの露出度のばらつきを低減することができる。よって、ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比が安定する。また、N型MISトランジスタ形成領域上と、P型MISトランジスタ形成領域上の両方において、層間絶縁膜40及びシリコン窒化膜30にコンタクトホールを形成しやすくなる。
In the second embodiment, since it is not necessary to etch the
また、第2サイドウォール16nは、シリコン窒化膜61をエッチングすることによって形成されていることから、第2サイドウォール16nの膜厚は不均一となる。具体的には、第2サイドウォール16nは、半導体基板1の厚み方向にエッチングレートが高い異方性エッチング法を用いてシリコン窒化膜61をエッチングすることによって形成されていることから、第2サイドウォール16nの膜厚は、ゲート電極12nの上面から底面に向かうほど大きくなっている(図13等参照)。したがって、図23に示されるように、ゲート電極12nの側面上に第2サイドウォール16nを残したままで本半導体装置を製造する場合には、ゲート電極12n上のシリコン窒化膜30を除去する際に、第2サイドウォール16nに対するエッチング量が多くなると、ゲート電極12nの露出度が大きく変化する。よって、第2サイドウォール16nに対するエッチング量のばらつきによって、ゲート電極12nの露出度が大きくばらつくことになる。なお図23は、上述の図19に対応する図である。
Further, since the
本実施の形態2では、第2サイドウォール16nを除去した後に、シリコン窒化膜30を全面に形成しているため、ゲート電極12nの側面上では、シリコン窒化膜30の膜厚はほぼ均一となる。したがって、ゲート電極12n上のシリコン窒化膜30を除去する際に、ゲート電極12nの側面上のシリコン窒化膜30に対するエッチング量がばらついた場合であっても、ゲート電極12nの露出度のばらつきを抑えることができる。よって、ゲート電極12nでのシリサイドの金属組成比が安定する。なお、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22pについても同様である。
In the second embodiment, since the
また、図23に示されるように、第2サイドウォール16n,26pを除去せずに本半導体装置を製造する場合には、ゲート電極22pの周辺には、シリコン酸化膜から成る第1サイドウォール23pと、シリコン窒化膜から成る第2サイドウォール26pと、シリコン窒化膜30と、シリコン酸化膜41とが存在しており、ゲート電極22pの周辺の膜構造は非常に複雑である。シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とはエッチングレートが異なり、また同じ材料であっても成膜方法によってエッチングレートが異なることから、ゲート電極22pの周辺の膜構造が図23のように複雑であると、ゲート電極22pの周辺構造に凹凸を発生させる要因が多いことになる。そのため、ゲート電極22pの周辺構造に形成される凹凸のばらつきが大きくなり、ゲート電極22pの露出度のばらつきが増大する。その結果、ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比が不安定となる。
As shown in FIG. 23, when the semiconductor device is manufactured without removing the
本実施の形態2では、第2サイドウォール26pを除去した後に、シリコン窒化膜30を形成しているため、図23に示される構造と比較して、ゲート電極22p周辺の膜構造が簡素化される。したがって、ゲート電極22pの周辺構造に凹凸を発生させる要因が少なくなり、ゲート電極22pの周辺構造に形成される凹凸のばらつきを低減できる。よって、ゲート電極22pの露出度のばらつきを低減でき、ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比が安定する。
In the second embodiment, since the
また本実施の形態2では、第2サイドウォール16nが除去された後に、シリコン窒化膜30が全面に形成されるため、N型MISトランジスタ10nのソース・ドレイン領域14nと接触するシリコン窒化膜30のうち、ゲート電極12nの側面上の部分を、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域に近づけて配置することができる。その結果、N型MISトランジスタ10nのチャネル領域での歪み量を大きくすることができる。よって、シリコン窒化膜30に引張応力が発生している場合には、N型MISトランジスタ10nの性能を向上することができる。
In the second embodiment, since the
同様に、本実施の形態2では、P型MISトランジスタ20pのソース・ドレイン領域24pと接触するシリコン窒化膜30のうち、ゲート電極22pの側面上の部分を、P型MISトランジスタ20pのチャネル領域に近づけて配置することができることから、P型MISトランジスタ20pのチャネル領域での歪み量を大きくすることができる。よって、シリコン窒化膜30に圧縮応力が発生している場合には、P型MISトランジスタ20pの性能を向上することができる。
Similarly, in the second embodiment, a portion of the
なお、シリコン窒化膜から成る拡散抑制膜100は原子層成長法で形成することが望ましい。シリコン窒化膜を原子層成長法を形成する際には、その膜厚を高い精度で制御することができるため、拡散抑制膜100の膜厚のばらつきを小さくすることができる。拡散抑制膜100の膜厚のばらつきが大きくなると、当該拡散抑制膜100での拡散抑制効果がばらつき、ゲート電極12nでのシリサイドの金属組成比がばらつくことになる。よって、本実施の形態2のように、拡散抑制膜100の膜厚のばらつきを小さくすることによって、ゲート電極12nでのシリサイドの金属組成比が安定する。
Note that the
また、拡散抑制膜100を原子層成長法で形成した場合には、当該拡散抑制膜100をエッチングする際には、フッ酸を用いてウェットエッチングすることが望ましい。原子層成長法で形成したシリコン窒化膜をフッ酸を用いてウェットエッチングする場合には、当該シリコン窒化膜を精度良く加工できるため、拡散抑制膜100の加工性が向上する。
Further, when the
実施の形態3.
図24〜27は本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。上述の実施の形態2では、拡散抑制膜100を使用することによって、N型MISトランジスタ10nとP型MISトランジスタ20pとで、ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比を変えていたが、本実施の形態3では、シリサイド反応に必要な金属の拡散を阻止する拡散阻止膜を使用して、N型MISトランジスタ10nとP型MISトランジスタ20pとで、ゲート電極でのシリサイドの金属組成比を相違させる。以下に、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法について詳細に説明する。なお、最終的に製造される構造は実施の形態2と同様であって、図10に示される構造である。
Embodiment 3 FIG.
24 to 27 are cross-sectional views showing the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps. In
まず、実施の形態2に係る製造方法と同様にして、図19に示される構造を製作する。次に図24に示されるように、ニッケルから成る金属膜200を厚さ100nm程度で全面に形成する。そして、得られた構造に対して、例えば350℃で100秒の間、熱処理を行う。これにより、ゲート電極12nとそれに接触する金属膜200とがシリサイド反応を生じて、図25に示されるように、ゲート電極12nの上部にNi2Siから成るシリサイド層112nが形成される。同時に、ゲート電極22pとそれに接触する金属膜200とがシリサイド反応を生じて、図25に示されるように、ゲート電極22pの上部にNi2Siから成るシリサイド層122pが形成される。その後、シリコンとは未反応の金属膜200を、例えば燐酸と硝酸との混合液でウェットエッチングにて除去する。
First, the structure shown in FIG. 19 is manufactured in the same manner as in the manufacturing method according to the second embodiment. Next, as shown in FIG. 24, a
次に図25に示されるように、シリサイド反応に必要な金属、本例ではニッケルの拡散を阻止する拡散阻止膜210を厚さ10nm程度で全面に形成する。拡散阻止膜210は例えばシリコン酸化膜から成る。そして、拡散阻止膜210上に、N型MISトランジスタ形成領域上を覆うフォトレジスト220を形成する。
Next, as shown in FIG. 25, a
次に、フォトレジスト220をマスクに用いて、当該フォトレジスト220から露出する拡散阻止膜210をエッチングして除去する。これにより、図26に示されるように、ゲート電極12n,22pのうちゲート電極12nのみの上面上に拡散阻止膜210が形成される。その後、シリサイド反応に必要なニッケルから成る金属膜230を厚さ100nm程度で全面に形成する。
Next, using the
次に、得られた構造に対して、例えば500℃で60秒間、熱処理を行う。これにより、ゲート電極22pにはそれに接触する金属膜230からニッケルが供給され、ゲート電極22pの全領域がシリサイド化され、ゲート電極22pがNi3SiあるいはNi31Si12で構成されるようになる。これに対して、ゲート電極12n上には拡散阻止膜210が形成されているため、当該拡散阻止膜210の働きにより、ゲート電極12nには金属膜230からのニッケルの供給が無い。したがって、ゲート電極12nでは、先の工程で形成された上部のシリサイド層112nから下部に向かってニッケルが拡散する。その結果、ゲート電極12nの全領域がシリサイド化され、ゲート電極12nがNiSiで構成されるようになる。なお上述のように、ゲート電極では、反応するシリコンの量に応じて体積膨張量が大きくなることから、フルシリサイド化された後では、ゲート電極22pはゲート電極12nよりも厚くなる。その後、シリコンとは未反応の金属膜230を、例えば燐酸と硝酸との混合液でウェットエッチングにて除去する。これにより、図27に示される構造が得られる。以後、実施の形態2と同様にして、層間絶縁膜40及びコンタクトプラグ50を形成する。
Next, the obtained structure is heat-treated at 500 ° C. for 60 seconds, for example. As a result, nickel is supplied to the
このように、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法では、シリサイド反応に必要な金属の拡散を阻止する拡散阻止膜210を使用することによって、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22pをエッチングすることなく、N型MISトランジスタ10nとP型MISトランジスタ20pとで、ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比を変えることができる。そのため、実施の形態2と同様に、P型MISトランジスタ10nのゲート電極22pに対するエッチング量のばらつきに起因する当該ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比の不安定化を防止することができる。その結果、本半導体装置の性能が向上する。
Thus, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, the
また、本実施の形態3では、ゲート電極22pをエッチングする必要がないことから、実施の形態2と同様に、ゲート電極22pの露出度のばらつきを低減することができる。よって、ゲート電極22pでのシリサイドの金属組成比が安定するとともに、N型MISトランジスタ形成領域上と、P型MISトランジスタ形成領域上の両方において、層間絶縁膜40及びシリコン窒化膜30にコンタクトホールを形成しやすくなる。
In the third embodiment, since it is not necessary to etch the
なお本実施の形態3では、拡散阻止膜210をシリコン酸化膜で構成したが、ニッケル等のシリサイド反応に必要な金属がゲート電極に拡散しなくなるような膜であれば、他の膜で構成しても良い。
In the third embodiment, the
また本実施の形態3では、2回の熱処理を行うことによって、最終的に、ゲート電極12nにNiSiを形成し、ゲート電極22pにNi3SiあるいはNi31Si12を形成している。ここで、2回目の熱処理において、Ni3SiあるいはNi31Si12が生じるだけのニッケルの量をゲート電極22pに供給する最適な処理温度が350℃程度の低温である場合には、ゲート電極12nにはNiSiが生じない可能性がある。この場合には、未反応の金属膜230を除去した後に、500℃程度のより高い処理温度で3回目の熱処理を行うことによって、ゲート電極12nでは確実にNiSiが生じるようになる。
In addition the embodiment 3, by performing two times the heat treatment, and finally, NiSi is formed on the
また、N型MISトランジスタ10nのゲート電極12nに関しては、1回目の熱処理でその一部にNi2Siから成るシリサイド層112nを形成し、2回目の熱処理でシリサイド層112nのニッケルを拡散させてゲート電極12nの全領域をNiSiで形成しているが、1回目の熱処理でゲート電極12nの全領域をNiSiで形成しても良い。この場合には、1回目の熱処理で、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22pもその全領域がNiSiで形成されるようになるが、2回目の熱処理の温度及び時間を調整し、2回目の熱処理でゲート電極22pに供給されるニッケルの量を調整することによって、2回目の熱処理でゲート電極22pの全領域がNi3SiあるいはNi31Si12で形成されるようになる。
As for the
実施の形態4.
図28〜33は本発明の実施の形態4に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。上述の実施の形態3では、N型MISトランジスタ10nとP型MISトランジスタ20pとで、ゲート電極でのシリサイドの金属組成比を相違させるために、1回目の熱処理では拡散阻止膜を使用せず、2回目の熱処理に拡散阻止膜を使用していたが、本実施の形態4では、1回目と2回目の両方の熱処理において拡散阻止膜を使用する。以下に、本実施の形態4に係る半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
Embodiment 4 FIG.
28 to 33 are cross-sectional views showing the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps. In the above-described third embodiment, since the metal composition ratio of silicide at the gate electrode is different between the N-
まず、実施の形態2に係る製造方法と同様にして、図19に示される構造を製作する。次に図28に示されるように、シリサイド反応に必要なニッケルの拡散を阻止する拡散阻止膜300を厚さ5nm程度で全面に形成する。拡散阻止膜300は例えばシリコン酸化膜から成る。そして、拡散阻止膜300上に、P型MISトランジスタ形成領域上を覆うフォトレジスト310を形成する。
First, the structure shown in FIG. 19 is manufactured in the same manner as in the manufacturing method according to the second embodiment. Next, as shown in FIG. 28, a
次に、フォトレジスト310をマスクに用いて、当該フォトレジスト310から露出する拡散阻止膜300をエッチングして除去する。これにより、図29に示されるように、ゲート電極12n,22pのうちゲート電極22pのみの上面上に拡散阻止膜300が形成される。その後、シリサイド反応に必要なニッケルから成る金属膜320を厚さ100nm程度で全面に形成する。
Next, using the
次に、得られた構造に対して、例えば350℃で100秒間、熱処理を行う。これにより、ゲート電極12nにはそれに接触する金属膜320からニッケルが供給され、図30に示されるように、ゲート電極12nの上部がシリサイド化され、当該上部にNi2Siから成るシリサイド層412nが形成される。なお、このときに、ゲート電極12nの全領域をNiSiで形成しても良い。
Next, the obtained structure is heat-treated at 350 ° C. for 100 seconds, for example. Thereby, nickel is supplied to the
これに対して、ゲート電極22p上には拡散阻止膜300が形成されているため、当該拡散阻止膜300の働きにより、ゲート電極22pには金属膜320からのニッケルの供給が無い。したがって、この工程では、ゲート電極22pはシリサイド化されない。その後、シリコンとは未反応の金属膜320と、ゲート電極22p上の拡散阻止膜300を除去する。
On the other hand, since the
次に図31に示されるように、シリサイド反応に必要なニッケルの拡散を阻止する拡散阻止膜330を厚さ5nm程度で全面に形成する。拡散阻止膜330は例えばシリコン酸化膜から成る。そして、拡散阻止膜330上に、N型MISトランジスタ形成領域上を覆うフォトレジスト340を形成する。
Next, as shown in FIG. 31, a
次に、フォトレジスト340をマスクに用いて、当該フォトレジスト340から露出する拡散阻止膜330をエッチングして除去する。これにより、図32に示されるように、ゲート電極12n,22pのうちゲート電極12nのみの上面上に拡散阻止膜330が形成される。その後、シリサイド反応に必要なニッケルから成る金属膜350を厚さ100nm程度で全面に形成する。
Next, using the
次に、得られた構造に対して、例えば500℃で60秒間、熱処理を行う。これにより、ゲート電極22pにはそれに接触する金属膜350からニッケルが供給され、ゲート電極22pの全領域がシリサイド化され、ゲート電極22pがNi3SiあるいはNi31Si12で構成されるようになる。これに対して、ゲート電極12n上には拡散阻止膜330が形成されているため、当該拡散阻止膜330の働きにより、ゲート電極12nには金属膜350からのニッケルの供給が無い。したがって、ゲート電極12nでは、先の工程で形成された上部のシリサイド層412nから下部に向かってニッケルが拡散する。その結果、ゲート電極12nの全領域がシリサイド化され、ゲート電極12nがNiSiで構成されるようになる。その後、シリコンとは未反応の金属膜350を除去する。これにより、図33に示される構造が得られる。以後、実施の形態2と同様にして、層間絶縁膜40及びコンタクトプラグ50を形成する。
Next, the obtained structure is heat-treated at 500 ° C. for 60 seconds, for example. As a result, nickel is supplied to the
このように、本実施の形態4に係る製造方法では、N型MISトランジスタ10nのゲート電極12n上と、P型MISトランジスタ20pのゲート電極22p上とに、別個独立して拡散阻止膜を形成することによって、ゲート電極12nのシリサイド化と、ゲート電極22pのシリサイド化とを別個に独立して行っている。そのため、ゲート電極12n,22pでのシリサイドの金属組成比の制御が容易となる。
As described above, in the manufacturing method according to the fourth embodiment, the diffusion prevention film is formed independently and independently on the
これに対して、上述の実施の形態3に係る製造方法では、1回目の熱処理ではゲート電極12n,22pがともにシリサイド化されるため、1回目の熱処理では拡散阻止膜を形成する必要がない。したがって、本実施の形態4と比較して製造方法を簡略化できる。
On the other hand, in the manufacturing method according to the above-described third embodiment, since the
1,501 半導体基板、10n N型MISトランジスタ、11n,21p,502 ゲート絶縁膜、12n,22p,503 ゲート電極、13n,23p 第1サイドウォール、14n,24p,506 ソース・ドレイン領域、16n,26p 第2サイドウォール、20p P型MISトランジスタ、30,61 シリコン窒化膜、60 シリコン酸化膜、100,511 拡散抑制膜、115n,125p 不純物領域、120,230,320,350,531 金属膜、210,330 拡散阻止膜、521 絶縁膜。 1,501 Semiconductor substrate, 10n N-type MIS transistor, 11n, 21p, 502 Gate insulating film, 12n, 22p, 503 Gate electrode, 13n, 23p First sidewall, 14n, 24p, 506 Source / drain region, 16n, 26p Second sidewall, 20p P-type MIS transistor, 30, 61 silicon nitride film, 60 silicon oxide film, 100, 511 diffusion suppression film, 115n, 125p impurity region, 120, 230, 320, 350, 531 metal film, 210, 330 Diffusion blocking film, 521 Insulating film.
Claims (22)
(b)前記ソース・ドレイン領域上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜を形成する工程と、
(c)前記ゲート電極上及び前記拡散抑制膜上に、前記金属から成る金属膜を形成する工程と、
(d)前記金属膜と前記ゲート電極とを反応させて、前記ゲート電極の全領域をシリサイド化するとともに、前記拡散抑制膜を介して前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域とを反応させて、当該ソース・ドレイン領域を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。 (A) preparing a semiconductor substrate in which the source / drain regions of the MIS transistor are formed in the upper surface, and the gate insulating film and the gate electrode of the MIS transistor are stacked in this order on the upper surface;
(B) forming a diffusion suppression film on the source / drain region to suppress diffusion of a metal necessary for the silicide reaction;
(C) forming a metal film made of the metal on the gate electrode and the diffusion suppressing film;
(D) reacting the metal film with the gate electrode to silicidize the entire region of the gate electrode, and reacting the metal film with the source / drain regions through the diffusion suppressing film; And a step of siliciding the source / drain regions.
前記金属はニッケルである、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal is nickel.
前記拡散抑制膜はシリコン窒化膜から成る、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 and 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the diffusion suppression film is made of a silicon nitride film.
前記工程(d)は、
(d−1)第1の処理温度で熱処理を行うことによって、前記金属膜と前記ゲート電極及び前記ソース・ドレイン領域のそれぞれとを反応させて、前記ゲート電極を部分的にシリサイド化するとともに前記ソース・ドレイン領域をシリサイド化する工程と、
(d−2)前記工程(d−1)で未反応の前記金属膜を除去する工程と、
(d−3)前記工程(d−2)の後に、前記第1の処理温度よりも高い第2の処理温度で熱処理を行うことによって、前記ゲート電極内で前記金属を拡散させ、当該ゲート電極の全領域をシリサイド化する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
The step (d)
(D-1) By performing a heat treatment at a first processing temperature, the metal film reacts with the gate electrode and the source / drain regions to partially silicide the gate electrode and A step of siliciding the source / drain regions;
(D-2) removing the unreacted metal film in the step (d-1);
(D-3) After the step (d-2), by performing a heat treatment at a second processing temperature higher than the first processing temperature, the metal is diffused in the gate electrode, and the gate electrode And a step of silicidizing the entire region of the semiconductor device.
前記工程(a)では、シリコン窒化膜から成る第1絶縁膜が前記ゲート電極上に形成された前記半導体基板が準備され、
前記工程(b)は、
(b−1)前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極及び前記第1絶縁膜を覆って前記半導体基板上に全面に前記拡散抑制膜を堆積法で形成する工程と、
(b−2)前記拡散抑制膜上に全面に第2絶縁膜を形成する工程と、
(b−3)前記工程(b−2)で得られた構造をその上面から研磨して、前記第1絶縁膜を露出させる工程と、
(b−4)前記工程(b−3)において露出した前記第1絶縁膜を除去する工程と、
(b−5)前記工程(b−4)の後に、残りの前記第2絶縁膜を除去する工程と
を有する、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
In the step (a), the semiconductor substrate in which a first insulating film made of a silicon nitride film is formed on the gate electrode is prepared,
The step (b)
(B-1) forming the diffusion suppression film on the entire surface of the semiconductor substrate by a deposition method so as to cover the gate insulating film, the gate electrode, and the first insulating film;
(B-2) forming a second insulating film on the entire surface of the diffusion suppressing film;
(B-3) polishing the structure obtained in the step (b-2) from its upper surface to expose the first insulating film;
(B-4) removing the first insulating film exposed in the step (b-3);
(B-5) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of removing the remaining second insulating film after the step (b-4).
(b)前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を抑制する拡散抑制膜を形成する工程と、
(c)前記拡散抑制膜上及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極上に、前記金属から成る金属膜を形成する工程と、
(d)前記拡散抑制膜を介して前記金属膜と前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極とを反応させるとともに、前記金属膜と前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極とを反応させて、前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比が、前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比よりも大きくなるように、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの各々の前記ゲート電極の全領域を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。 (A) preparing a semiconductor substrate in which the gate insulating film and the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are stacked on the upper surface in this order;
(B) forming a diffusion suppression film on the gate electrode of the N-type MIS transistor, which suppresses diffusion of a metal necessary for the silicidation;
(C) forming a metal film made of the metal on the diffusion suppression film and on the gate electrode of the P-type MIS transistor;
(D) The metal film and the gate electrode of the N-type MIS transistor are reacted through the diffusion suppression film, and the metal film and the gate electrode of the P-type MIS transistor are reacted to form the P The N-type MIS transistor and the metal composition ratio of the silicide formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor are larger than the metal composition ratio of the silicide formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor. And siliciding the entire region of the gate electrode of each P-type MIS transistor.
前記金属はニッケルである、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal is nickel.
前記拡散抑制膜はシリコン窒化膜から成る、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 6 and 7,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the diffusion suppression film is made of a silicon nitride film.
前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極はNiSi2から成る、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, comprising:
Wherein the gate electrode of the N-type MIS transistor consists of NiSi 2, the method of manufacturing a semiconductor device.
前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極は、Ni3SiあるいはNi31Si12から成る、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein:
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode of the P-type MIS transistor is made of Ni 3 Si or Ni 31 Si 12 .
前記工程(b)では、シリコン窒化膜から成る前記拡散抑制膜を原子層成長法で形成する、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, comprising:
In the step (b), the diffusion suppression film made of a silicon nitride film is formed by an atomic layer growth method.
前記工程(b)は、
(b−1)前記工程(a)で得られた構造の全面にシリコン窒化膜から成る前記拡散抑制膜を原子層成長法で形成する工程と、
(b−2)前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極上の前記拡散抑制膜をフッ酸を用いたウェットエッチングを行って除去する工程と
を備える、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising:
The step (b)
(B-1) forming the diffusion suppression film made of a silicon nitride film on the entire surface of the structure obtained in the step (a) by an atomic layer growth method;
(B-2) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing the diffusion suppression film on the gate electrode of the P-type MIS transistor by performing wet etching using hydrofluoric acid.
(b)前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタのうち、少なくとも前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極をシリサイド化する工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極上に、シリサイド反応に必要な金属の拡散を阻止する拡散阻止膜を形成する工程と、
(d)前記拡散阻止膜上及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極上に、前記金属から成る金属膜を形成する工程と、
(e)前記金属膜と前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極とをシリサイド反応させる工程と
を備え、
前記工程(e)の後では、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの各々の前記ゲート電極の全領域がシリサイド化されており、前記P型MISトランジスタに形成されるシリサイドの金属組成比は、前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極に形成されるシリサイドの金属組成比よりも大きくなっている、半導体装置の製造方法。 (A) preparing a semiconductor substrate in which the gate insulating film and the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are stacked on the upper surface in this order;
(B) siliciding at least the gate electrode of the N-type MIS transistor among the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor;
(C) after the step (b), forming a diffusion blocking film on the gate electrode of the N-type MIS transistor to prevent diffusion of a metal necessary for a silicide reaction;
(D) forming a metal film made of the metal on the diffusion barrier film and on the gate electrode of the P-type MIS transistor;
(E) a step of causing a silicide reaction between the metal film and the gate electrode of the P-type MIS transistor,
After the step (e), the entire region of the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor is silicided, and the metal composition ratio of silicide formed in the P-type MIS transistor Is a method for manufacturing a semiconductor device, which is larger than a metal composition ratio of silicide formed on the gate electrode of the N-type MIS transistor.
前記工程(b)及び(e)ではニッケルシリサイドが形成される、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein nickel silicide is formed in the steps (b) and (e).
前記拡散阻止膜はシリコン酸化膜から成る、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein:
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the diffusion barrier film is made of a silicon oxide film.
前記工程(b)では、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの各々の前記ゲート電極がシリサイド化される、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 13 to 15,
In the step (b), the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor is silicided.
前記工程(b)は、
(b−1)前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極上に、前記金属の拡散を阻止する第2拡散阻止膜を形成する工程と、
(b−2)前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極上及び前記第2拡散阻止膜上に、前記金属から成る第2金属膜を形成する工程と、
(b−3)前記第2金属膜と前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極とをシリサイド反応させる工程と
を有する、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 13 to 15,
The step (b)
(B-1) forming a second diffusion blocking film for blocking the diffusion of the metal on the gate electrode of the P-type MIS transistor;
(B-2) forming a second metal film made of the metal on the gate electrode and the second diffusion blocking film of the N-type MIS transistor;
(B-3) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of silicidating the second metal film and the gate electrode of the N-type MIS transistor.
(f)前記工程(a)及び(b)の間に、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極を覆って前記半導体基板上に全面に第1絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記工程(b)の前に、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記工程(b)の前に、前記工程(g)で得られた構造をその上面から研磨して、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極の上面上の前記第1絶縁膜を露出させる工程と、
(i)前記工程(b)の前に、前記工程(h)で露出した、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極の上面上の前記第1絶縁膜を除去して、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極を露出させる工程と
をさらに備える、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 6 and 13,
(F) forming a first insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrodes of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor between the steps (a) and (b); ,
(G) before the step (b), forming a second insulating film on the first insulating film;
(H) Before the step (b), the structure obtained in the step (g) is polished from the upper surface, and the upper surface of the gate electrode of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor is Exposing the first insulating film;
(I) Before the step (b), the first insulating film on the upper surface of the gate electrode of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor exposed in the step (h) is removed, And a step of exposing the gate electrodes of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor.
(j)前記工程(a)及び(f)の間に、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極を覆って前記半導体基板上に全面に第3絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記工程(f)の前に、前記第3絶縁膜をエッチングして、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極の側面上に、前記第3絶縁膜から成るサイドウォールを形成する工程と、
(l)前記工程(f)の前に、前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極及び当該ゲート電極の側面上の前記サイドウォールをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を導入し、前記N型MISトランジスタのソース・ドレイン領域を前記半導体基板に形成する工程と、
(m)前記工程(f)の前に、前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極及び当該ゲート電極の側面上の前記サイドウォールをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を導入し、前記P型MISトランジスタのソース・ドレイン領域を前記半導体基板に形成する工程と、
(n)前記工程(l)及び(m)の後であって前記工程(f)の前に、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極の側面上の前記サイドウォールを除去する工程と
をさらに備える、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18,
(J) forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrodes of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor between the steps (a) and (f); ,
(K) Before the step (f), the third insulating film is etched to form a side made of the third insulating film on the side surface of the gate electrode of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor. Forming a wall;
(L) Before the step (f), an impurity is introduced into the semiconductor substrate using the gate electrode of the N-type MIS transistor and the sidewall on the side surface of the gate electrode as a mask, and the N-type Forming a source / drain region of a MIS transistor on the semiconductor substrate;
(M) Before the step (f), impurities are introduced into the semiconductor substrate using the gate electrode of the P-type MIS transistor and the sidewall on the side surface of the gate electrode as a mask, and the P-type Forming a source / drain region of a MIS transistor on the semiconductor substrate;
(N) After the steps (l) and (m) and before the step (f), the sidewalls on the side surfaces of the gate electrodes of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor are removed. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1絶縁膜はシリコン窒化膜から成り、
(j)前記工程(a)及び(f)の間に、前記N型MISトランジスタ及び前記P型MISトランジスタの各々の前記ゲート電極の側面上に、当該ゲート電極側から順にシリコン酸化膜から成る第3絶縁膜とシリコン窒化膜から成る第4絶縁膜とが積層されたサイドウォールを形成する工程と、
(k)前記工程(f)の前に、前記N型MISトランジスタの前記ゲート電極及び当該ゲート電極の側面上の前記サイドウォールをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を導入し、前記N型MISトランジスタのソース・ドレイン領域を前記半導体基板に形成する工程と、
(l)前記工程(f)の前に、前記P型MISトランジスタの前記ゲート電極及び当該ゲート電極の側面上の前記サイドウォールをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を導入し、前記P型MISトランジスタのソース・ドレイン領域を前記半導体基板に形成する工程と、
(m)前記工程(k)及び(l)の後であって前記工程(f)の前に、前記サイドウォールの前記第4絶縁膜を除去する工程と
をさらに備える、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18,
The first insulating film is made of a silicon nitride film,
(J) During the steps (a) and (f), on the side surface of the gate electrode of each of the N-type MIS transistor and the P-type MIS transistor, a silicon oxide film is formed in order from the gate electrode side. Forming a sidewall in which three insulating films and a fourth insulating film made of a silicon nitride film are stacked;
(K) Before the step (f), impurities are introduced into the semiconductor substrate using the gate electrode of the N-type MIS transistor and the sidewall on the side surface of the gate electrode as a mask, and the N-type Forming a source / drain region of a MIS transistor on the semiconductor substrate;
(L) Before the step (f), impurities are introduced into the semiconductor substrate using the gate electrode of the P-type MIS transistor and the sidewall on the side surface of the gate electrode as a mask, and the P-type Forming a source / drain region of a MIS transistor on the semiconductor substrate;
(M) A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of removing the fourth insulating film on the sidewall after the steps (k) and (l) and before the step (f).
前記半導体基板上に形成され、全領域がシリサイド化されたMISトランジスタのゲート電極と、
前記半導体基板に形成された、前記MISトランジスタのソース・ドレイン領域と、
前記ゲート電極の側面上に形成されたシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜及び前記ソース・ドレイン領域に接触するように、前記シリコン酸化膜上から前記ソース・ドレイン領域上にかけて形成された一層のシリコン窒化膜と
を備える、半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode of a MIS transistor formed on the semiconductor substrate and silicided in its entire region;
A source / drain region of the MIS transistor formed in the semiconductor substrate;
A silicon oxide film formed on a side surface of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a silicon nitride film formed on the silicon oxide film and the source / drain regions so as to be in contact with the silicon oxide film and the source / drain regions.
前記ゲート電極の全領域はニッケルシリサイドから成る、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 21, wherein
A semiconductor device, wherein the entire region of the gate electrode is made of nickel silicide.
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