JP2008258423A - Semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing a difference of a threshold voltage depending on a gate length of a silicide gate electrode. <P>SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate 11; a channel region 15a wherein an impurity is doped on a surface of the semiconductor substrate 11; a channel region 15b wherein an impurity is doped on the surface of the semiconductor substrate 11 and an impurity concentration is lower than that in the channel region 15a; a gate electrode 25a which is formed on the channel region 15a via a gate insulating film 23 with a large gate length and is constituted of silicide as a whole; and a gate electrode 25b which is formed on the channel region 15b via a gate insulating film with a small gate length and is constituted of silicide as a whole. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

従来、メタルゲート電極の一種として、ゲート電極にシリサイドを用いることは良く知られている。シリサイドの形成方法は、あらかじめ、ポリシリコンでダミーのゲート電極を形成し、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のソース・ドレイン形成後、ポリシリコンにシリサイド材料となるメタルを拡散させ完全にシリサイド化(フルシリサイド化)したゲート電極を形成する。シリサイドは、既存のMISFET形成に近い技術で形成できるために、他のメタルゲート材料に比較して、適用するのが容易である。   Conventionally, it is well known to use silicide for a gate electrode as a kind of metal gate electrode. Silicide is formed in advance by forming a dummy gate electrode with polysilicon, forming the source / drain of MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), and then diffusing the metal that becomes the silicide material into the polysilicon to completely silicide it. A (fully silicided) gate electrode is formed. Since silicide can be formed by a technique close to the existing MISFET formation, it is easier to apply compared to other metal gate materials.

しかし、ゲート長方向のゲート電極寸法が異なると、メタルとシリコンとの組成比が異なるシリサイドが出現、あるいは、フルシリサイド化が起こらない場合が生じる。シリサイドの組成が異なると、ゲート長に依存して仕事関数が異なるゲート電極が形成されることになり、MISFETの閾値電圧が異なり、所望の特性を得ることが難しくなる。   However, when the gate electrode dimension in the gate length direction is different, silicide having a different composition ratio between metal and silicon may appear or full silicidation may not occur. If the silicide composition is different, gate electrodes having different work functions depending on the gate length are formed, and the threshold voltage of the MISFET is different, making it difficult to obtain desired characteristics.

そこで、ゲート電極の寸法によらずメタルを行き渡らせることが可能な半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。例えば、開示された半導体装置は、半導体基板と、ゲート絶縁膜と、第1のゲート電極と、第2のゲート電極とを備え、第2のゲート電極は、第1のゲート電極よりも面積が大きく、すなわち、奥行きを一定としたときのゲート長が大きく形成されるが、第2のゲート電極の膜厚は、第1のゲート電極の膜厚よりも薄く形成されている。   Therefore, a semiconductor device capable of spreading metal regardless of the dimensions of the gate electrode is disclosed (for example, see Patent Document 1). For example, the disclosed semiconductor device includes a semiconductor substrate, a gate insulating film, a first gate electrode, and a second gate electrode, and the second gate electrode has an area larger than that of the first gate electrode. Although the gate length is large, that is, when the depth is constant, the second gate electrode is formed thinner than the first gate electrode.

開示された半導体装置は、ある時点で、第1のゲート電極及び第2のゲート電極が共にフルシリサイド化を達成できると考えられる。しかしながら、複数のゲート長を有する半導体装置の場合、ゲート長に合わせてゲート電極の複数の膜厚を調整する必要があるために、半導体装置の製造工程が複雑になるという問題がある。一方、メタルとシリコンとの反応が進んで、ゲート長に依存して組成が異なるシリサイドが出現した場合の閾値電圧の差異等に対応する技術は、開示されていない。
特開2006−140320号公報(第6頁、図4)
In the disclosed semiconductor device, it is considered that both the first gate electrode and the second gate electrode can achieve full silicidation at a certain point in time. However, in the case of a semiconductor device having a plurality of gate lengths, it is necessary to adjust a plurality of film thicknesses of the gate electrode in accordance with the gate length, which causes a problem that the manufacturing process of the semiconductor device becomes complicated. On the other hand, there is no disclosure of a technique for dealing with a difference in threshold voltage or the like when a reaction between metal and silicon progresses and silicide having a different composition depending on the gate length appears.
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-140320 (page 6, FIG. 4)

本発明は、シリサイドゲート電極のゲート長に依存する閾値電圧の差異を小さくすることが可能な半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。   The present invention provides a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method capable of reducing a difference in threshold voltage depending on the gate length of a silicide gate electrode.

本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に不純物がドープされた第1のチャネル領域と、前記半導体基板の表面に不純物がドープされ、第1のチャネル領域より不純物濃度が低い第2のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の大きい、全体がシリサイドからなる第1のゲート電極と、前記第2のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の小さい、全体がシリサイドからなる第2のゲート電極とを備えていることを特徴とする。   A semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a first channel region in which impurities are doped on a surface of the semiconductor substrate, and impurities in the surface of the semiconductor substrate. A second channel region having a low concentration; a first gate electrode having a large gate length formed on the first channel region through a gate insulating film; and made entirely of silicide; and the second channel region And a second gate electrode having a small gate length and entirely made of silicide, which is formed via a gate insulating film.

また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に第1のチャネル領域、及び、第1のチャネル領域より低い不純物濃度を有する第2のチャネル領域を形成する工程と、前記第1のチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜を介して、第1のゲート電極となる予定の第1のシリコン材料膜を形成し、前記第2のチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜を介して、前記第1のシリコン材料膜よりゲート長の小さい第2のゲート電極となる予定の第2のシリコン材料膜を形成する工程と、前記第1及び第2のシリコン材料膜の側部に、それぞれ、前記第1及び第2のチャネル領域を挟んで、互いに離間したソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記第1及び第2のシリコン材料膜上に接触して金属を堆積し、前記第1及び第2のシリコン材料膜が前記金属と化合して、それぞれ、全体が実質的にシリサイド化された前記第1及び第2のゲート電極が形成される工程とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first channel region and a second channel region having an impurity concentration lower than that of the first channel region on a surface of a semiconductor substrate; A first silicon material film to be a first gate electrode is formed on the first channel region via a gate insulating film, and a gate insulating film is formed on the second channel region. A step of forming a second silicon material film to be a second gate electrode having a gate length smaller than that of the first silicon material film, and a side portion of the first and second silicon material films. Forming a source / drain region spaced from each other across the first and second channel regions, depositing a metal in contact with the first and second silicon material films, 1st and 2nd series And emission material layer is combined with the metal, respectively, the whole is characterized by comprising the step of substantially silicided first and second gate electrodes are formed.

本発明によれば、シリサイドゲート電極のゲート長に依存する閾値電圧の差異を小さくすることが可能な半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the semiconductor device which can reduce the difference in the threshold voltage depending on the gate length of a silicide gate electrode, and the manufacturing method of a semiconductor device.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。各図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施例に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図1乃至図6を参照しながら説明する。図1は半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。図2は、半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図である。図3は、図2に続く、半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図である。図4は、図3に続く、半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図である。図5は、図4に続く、半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図である。図6は、図5に続く、半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図である。   A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a semiconductor device. FIG. 2 is a structural cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method in the order of steps. FIG. 3 is a structural cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method in the order of steps, following FIG. 2. FIG. 4 is a structural cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method in the order of steps, following FIG. 3. FIG. 5 is a structural cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method in the order of steps, following FIG. 4. FIG. 6 is a structural cross-sectional view schematically showing the semiconductor device manufacturing method in the order of steps, following FIG. 5.

図1に示すように、半導体装置1は、半導体基板11と、半導体基板11の表面に不純物がドープされた第1のチャネル領域であるチャネル領域15aと、半導体基板11の表面に不純物がドープされ、チャネル領域15aより不純物濃度が低い第2のチャネル領域であるチャネル領域15bと、チャネル領域15a上にゲート絶縁膜23を介して形成されたゲート長の大きい、全体がシリサイドからなる第1のゲート電極であるゲート電極25aと、チャネル領域15b上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の小さい、全体がシリサイドからなる第2のゲート電極であるゲート電極25bとを備えている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 11, a channel region 15 a that is a first channel region in which impurities are doped on the surface of the semiconductor substrate 11, and impurities on the surface of the semiconductor substrate 11. A channel region 15b, which is a second channel region having an impurity concentration lower than that of the channel region 15a, and a first gate formed on the channel region 15a via the gate insulating film 23 and having a large gate length and made entirely of silicide. A gate electrode 25a which is an electrode and a gate electrode 25b which is a second gate electrode made of silicide and having a small gate length formed on the channel region 15b via a gate insulating film are provided.

半導体基板11は、例えば、表面に素子形成領域を有するシリコン基板である。nチャネルMISFET(以下、n‐MISFETという。同様に、p‐MISFETという。)のチャネル領域15a、15bを含む領域には、ボロンまたはインジウム等の不純物がドープされ、p‐MISFETのチャネル領域15a、15bを含む領域には、砒素、燐、またはアンチモン等の不純物がドープされて形成されている。ゲート長(ゲート長方向のゲート電極の長さをゲート長という)が大きい(例えば、約100nm以上)MISFETが形成される領域(A領域または[A])の不純物濃度は、ゲート長の小さい(例えば、約100nm未満)MISFETが形成される領域(B領域または[B])の不純物濃度の約2倍である。   The semiconductor substrate 11 is, for example, a silicon substrate having an element formation region on the surface. The region including the channel regions 15a and 15b of the n-channel MISFET (hereinafter referred to as n-MISFET. Similarly, the p-MISFET) is doped with impurities such as boron or indium, and the channel region 15a of the p-MISFET. The region including 15b is formed by doping impurities such as arsenic, phosphorus, or antimony. The impurity concentration in the region (A region or [A]) where the MISFET is formed has a large gate length (the length of the gate electrode in the gate length direction is referred to as the gate length) (for example, about 100 nm or more). For example, it is about twice the impurity concentration of the region (B region or [B]) where the MISFET is formed.

半導体基板11の素子形成領域は、素子分離領域13で分離されている。素子形成領域には、ゲート絶縁膜23に近い側にソースまたはドレインエクステンション領域(以下、エクステンション領域17という)、エクステンション領域17と接してゲート絶縁膜23から遠い側にソースまたはドレインとなるソース・ドレイン領域19が、チャネル領域15a、15bの両側に、それぞれ、離間して形成されている。ソース・ドレイン領域19の表面に、ニッケル、コバルト、及び、パラジウムの内の少なくとも1つを有するシリサイド21が形成されている。   The element formation region of the semiconductor substrate 11 is isolated by the element isolation region 13. In the element formation region, a source or drain extension region (hereinafter referred to as an extension region 17) on the side close to the gate insulating film 23, and a source / drain which is in contact with the extension region 17 and becomes a source or drain on the side far from the gate insulating film 23 Regions 19 are formed on both sides of the channel regions 15a and 15b so as to be separated from each other. A silicide 21 having at least one of nickel, cobalt, and palladium is formed on the surface of the source / drain region 19.

チャネル領域15a、15bの上面にゲート絶縁膜23が形成されている。ゲート絶縁膜23は、シリコン酸窒化膜(SiON)、ハフニウム酸化膜(HfO)、ハフニウムシリコン酸窒化膜(HfSiON)等を含む高誘電体絶縁膜である。 A gate insulating film 23 is formed on the upper surfaces of the channel regions 15a and 15b. The gate insulating film 23 is a high dielectric insulating film including a silicon oxynitride film (SiON), a hafnium oxide film (HfO 2 ), a hafnium silicon oxynitride film (HfSiON), and the like.

A領域のゲート電極25aは、フルシリサイドであって、シリコンに対してメタルの組成比が相対的に小さな、例えば、NiSiである。一方、B領域のゲート電極25bは、フルシリサイドであって、シリコンに対してメタルの組成比が相対的に大きな、例えば、NiSiである。なお、ゲート電極25aは、シリコンが1に対してニッケルがほぼ1であるNiSiが主要なシリサイドであればよく、ゲート電極25bは、シリコンが1に対してニッケルが2以上であるNiSi(x≧2y)が主要なシリサイドであればよい。ゲート電極25aは、ゲート長が、例えば、約180nm、ゲート電極25bは、ゲート長が、例えば、約40nmに形成されている。 The gate electrode 25a in the region A is full silicide and is made of, for example, NiSi having a relatively small metal composition ratio with respect to silicon. On the other hand, the gate electrode 25b in the B region is full silicide and has a relatively large metal composition ratio with respect to silicon, for example, Ni 2 Si. The gate electrode 25a may be a main silicide of NiSi in which silicon is 1 and nickel is approximately 1, and the gate electrode 25b is Ni x Si y in which silicon is 1 and nickel is 2 or more. (X ≧ 2y) may be a main silicide. The gate electrode 25a is formed with a gate length of, for example, about 180 nm, and the gate electrode 25b is formed with a gate length of, for example, about 40 nm.

ゲート電極25a、25b及びゲート絶縁膜23の両側部、エクステンション領域17及びソース・ドレイン領域19の上部に、シリコン窒化膜からなる側壁絶縁膜31が形成されている。なお、側壁絶縁膜31は、シリコン酸化膜、または、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層構造等であってもよい。   A sidewall insulating film 31 made of a silicon nitride film is formed on both sides of the gate electrodes 25 a and 25 b and the gate insulating film 23, and on the extension region 17 and the source / drain region 19. The sidewall insulating film 31 may be a silicon oxide film or a laminated structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film.

ゲート電極25a、25b、側壁絶縁膜31、及び、半導体基板11の表面等を覆うように、シリコン窒化膜等からなるライナ膜33が形成されている。ライナ膜33の上部に、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜41が形成されている。なお、図示を省略するが、半導体装置1は、層間絶縁膜41及びライナ膜33等を貫通して、コンタクトプラグがシリサイド膜21に接続するように形成され、層間絶縁膜41の上部には配線層等が形成されている。   A liner film 33 made of a silicon nitride film or the like is formed so as to cover the gate electrodes 25a and 25b, the sidewall insulating film 31, the surface of the semiconductor substrate 11, and the like. An interlayer insulating film 41 made of a silicon oxide film or the like is formed on the liner film 33. Although not shown, the semiconductor device 1 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film 41 and the liner film 33 and the like so that the contact plug is connected to the silicide film 21. Layers and the like are formed.

次に、半導体装置1の製造方法について説明する。図2(a)に示すように、半導体基板11上に素子分離領域13を形成する。以降、各図において、ゲート長が大きいA領域を[A]、ゲート長が小さいB領域を[B]で示す。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described. As shown in FIG. 2A, the element isolation region 13 is formed on the semiconductor substrate 11. Hereinafter, in each figure, the A region having a large gate length is indicated by [A], and the B region having a small gate length is indicated by [B].

図2(b)に示すように、半導体基板11の表面にシリコン酸化膜51を形成し、ウェルを形成するためのイオン注入を行う。   As shown in FIG. 2B, a silicon oxide film 51 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11, and ion implantation for forming a well is performed.

図2(c)に示すように、フォトレジスト53を塗布し、A領域のフォトレジスト53が残るように、パターニングを行う。その後、B領域に素子の閾値電圧を決めるのに大きな役割を持つチャネルを形成するためのイオン注入(矢印の方向)を行う。n‐MISFETのチャネルとなる領域には、ボロンまたはインジウム等の不純物を、p‐MISFETのチャネルとなる領域には、砒素、燐、またはアンチモン等の不純物をイオン注入する。   As shown in FIG. 2C, a photoresist 53 is applied, and patterning is performed so that the photoresist 53 in the region A remains. Thereafter, ion implantation (in the direction of the arrow) is performed to form a channel having a large role in determining the threshold voltage of the element in the B region. Impurities such as boron or indium are ion-implanted into the region that becomes the channel of the n-MISFET, and impurities such as arsenic, phosphorus, or antimony are ion-implanted into the region that becomes the channel of the p-MISFET.

図2(d)に示すように、フォトレジスト53を剥離後、フォトレジスト55を塗布し、B領域のフォトレジスト55が残るように、パターニングを行う。その後、A領域に素子の閾値電圧を決めるのに大きな役割を持つチャネルを形成するためのイオン注入(矢印の方向)を行う。B領域と同様、n‐MISFETのチャネルとなる領域には、ボロンまたはインジウム等の不純物を、p‐MISFETのチャネルとなる領域には、砒素、燐、またはアンチモン等の不純物をイオン注入する。A領域及びB領域のイオン注入は、どちらが先でも差し支えない。   As shown in FIG. 2D, after removing the photoresist 53, a photoresist 55 is applied and patterning is performed so that the photoresist 55 in the B region remains. Thereafter, ion implantation (in the direction of the arrow) is performed to form a channel having a large role in determining the threshold voltage of the element in the A region. Similar to the B region, an impurity such as boron or indium is ion-implanted into a region that becomes a channel of the n-MISFET, and an impurity such as arsenic, phosphorus, or antimony is ion-implanted into a region that becomes a channel of the p-MISFET. Either ion implantation in the A region or the B region can be performed first.

ここで、A領域の不純物濃度は、チャネル領域に同種の不純物を有するB領域の不純物濃度よりも大きくなるように、例えば、2倍乃至それ以上となるように、イオン注入条件を設定する。そして、フォトレジスト55を剥離した後、ウェル及びチャネル領域のイオン注入された不純物の活性化を行う。   Here, the ion implantation conditions are set so that the impurity concentration of the A region is larger than the impurity concentration of the B region having the same kind of impurities in the channel region, for example, twice or more. Then, after the photoresist 55 is removed, the ion-implanted impurities in the well and channel regions are activated.

図3(a)に示すように、シリコン酸化膜51を除去し、ゲート絶縁膜23となるSiON、HfO、HfSiON等を含む高誘電体絶縁膜からなる絶縁膜123を半導体基板11の表面に形成する。 As shown in FIG. 3A, the silicon oxide film 51 is removed, and an insulating film 123 made of a high-dielectric insulating film containing SiON, HfO 2 , HfSiON, or the like that becomes the gate insulating film 23 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11. Form.

図3(b)に示すように、絶縁膜123の上に、ゲート電極25となるポリシリコン膜125を成長させる。そして、n‐MISFETとなるポリシリコン膜125の領域に、砒素または燐等の不純物を、p‐MISFETとなるポリシリコン膜125の領域に、ボロンまたはフッ化ボロン(BF)等の不純物をイオン注入する。その後、ポリシリコン膜125をゲート電極形状とするための加工用マスク材として、シリコン窒化膜58を形成する。なお、ポリシリコン膜125は、アモルファスシリコン膜で代替することが可能である。 As shown in FIG. 3B, a polysilicon film 125 to be the gate electrode 25 is grown on the insulating film 123. Then, an impurity such as arsenic or phosphorus is ionized in the region of the polysilicon film 125 to be an n-MISFET, and an impurity such as boron or boron fluoride (BF 2 ) is ionized in the region of the polysilicon film 125 to be a p-MISFET. inject. Thereafter, a silicon nitride film 58 is formed as a processing mask material for making the polysilicon film 125 into a gate electrode shape. The polysilicon film 125 can be replaced with an amorphous silicon film.

図3(c)に示すように、フォトリソグラフィ工程を用いてシリコン窒化膜58のパターニングを行い、RIE(Reactive Ion Etching)工程等を経て、ポリシリコン膜125を加工してゲート電極25の形状をなす第1のシリコン材料膜であるポリシリコン膜125a、第2のシリコン材料膜であるポリシリコン膜125bを形成し、絶縁膜123を加工してゲート絶縁膜23を形成する。マスク材のシリコン窒化膜58は取り除かず、残しておく。   As shown in FIG. 3C, the silicon nitride film 58 is patterned using a photolithography process, and the polysilicon film 125 is processed through a RIE (Reactive Ion Etching) process or the like to change the shape of the gate electrode 25. A polysilicon film 125a which is a first silicon material film and a polysilicon film 125b which is a second silicon material film are formed, and the insulating film 123 is processed to form a gate insulating film 23. The silicon nitride film 58 of the mask material is not removed but left.

図3(d)に示すように、半導体基板11の表面の浅い位置に、エクステンション領域17を形成するために、n‐MISFETの場合、砒素または燐等の不純物を、p‐MISFETの場合、ボロンまたはフッ化ボロン等の不純物をイオン注入する。この際、パンチスルーを抑制するために、n‐MISFETの場合、ボロン、インジウム、またはフッ化ボロン等の不純物を、p‐MISFETの場合、砒素または燐等の不純物をイオン注入する。   As shown in FIG. 3D, in order to form the extension region 17 at a shallow position on the surface of the semiconductor substrate 11, an impurity such as arsenic or phosphorus is used in the case of n-MISFET, and boron is used in the case of p-MISFET. Alternatively, impurities such as boron fluoride are ion-implanted. At this time, in order to suppress punch-through, an impurity such as boron, indium, or boron fluoride is ion-implanted in the case of n-MISFET, and an impurity such as arsenic or phosphorus is ion-implanted in the case of p-MISFET.

図4(a)に示すように、シリコン窒化膜等の絶縁膜を全面に形成し、その後、RIE工程にて、シリコン窒化膜58、ポリシリコン膜125a、125b、及び、ゲート絶縁膜23の側部に、側壁絶縁膜31を形成する。なお、側壁絶縁膜31は、ゲート電極に接する膜がシリコン窒化膜であれば、その上にシリコン酸化膜等を積層した多層構造であってもよい。   As shown in FIG. 4A, an insulating film such as a silicon nitride film is formed on the entire surface, and then in the RIE process, the silicon nitride film 58, the polysilicon films 125a and 125b, and the gate insulating film 23 side. A sidewall insulating film 31 is formed on the part. The sidewall insulating film 31 may have a multilayer structure in which a silicon oxide film or the like is laminated on the sidewall insulating film 31 as long as the film in contact with the gate electrode is a silicon nitride film.

図4(b)に示すように、ソース・ドレイン領域19となる領域に、n‐MISFETの場合、砒素または燐等の不純物を、p‐MISFETの場合、ボロンまたはフッ化ボロン等の不純物をイオン注入する。その後、イオン注入した不純物を活性化するために、アニールを行い、エクステンション領域17及びソース・ドレイン領域19が形成される。   As shown in FIG. 4B, impurities such as arsenic or phosphorus in the case of n-MISFET and impurities such as boron or boron fluoride in the case of p-MISFET are ionized in the region to be the source / drain region 19. inject. Thereafter, in order to activate the implanted impurity, annealing is performed, and the extension region 17 and the source / drain region 19 are formed.

図4(c)に示すように、ソース・ドレイン領域19の表面等に、ニッケル、コバルト、及び、パラジウムをスパッタリング法で形成し、その後、アニールを行い、ソース・ドレイン領域19の表面に、シリサイド膜21を形成する。その後、シリサイド膜21の形成に使用されなかったメタルは除去される。   As shown in FIG. 4C, nickel, cobalt, and palladium are formed on the surface of the source / drain region 19 by sputtering, and then annealed to form silicide on the surface of the source / drain region 19. A film 21 is formed. Thereafter, the metal not used for forming the silicide film 21 is removed.

図5(a)に示すように、シリコン窒化膜59、及び、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜60を、順次形成し、絶縁膜60の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等で平坦化する。   As shown in FIG. 5A, a silicon nitride film 59 and an insulating film 60 made of a silicon oxide film or the like are sequentially formed, and the surface of the insulating film 60 is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. .

図5(b)に示すように、RIE工程にて、ポリシリコン膜125a、125b上のシリコン窒化膜58等を取り除く。   As shown in FIG. 5B, the silicon nitride film 58 and the like on the polysilicon films 125a and 125b are removed in the RIE process.

図5(c)に示すように、RIE工程にて、絶縁膜60を取り除く。   As shown in FIG. 5C, the insulating film 60 is removed in the RIE process.

図6(a)に示すように、ポリシリコン膜125a、125bの上面等を含む全面にニッケル61をスパッタリング法で形成し、次に、アニールを行って、ポリシリコン膜125a、125b表面のニッケルとシリコンとを反応させる。ポリシリコン膜125a、125bの膜厚に対して、例えば、ニッケル61の膜厚は約60%である。ゲート長が大きいMISFETの場合、NiSiが主に形成される。一方、ゲート長が小さいMISFETの場合、NiSi及びNixSiy(x>2y)が主に形成される。つまり、ポリシリコン膜125a、125bは、全面的にシリサイド化されたゲート電極25a、25bとなる。 As shown in FIG. 6A, nickel 61 is formed on the entire surface including the upper surfaces of the polysilicon films 125a and 125b by a sputtering method, and then annealed so that nickel on the surfaces of the polysilicon films 125a and 125b and React with silicon. For example, the thickness of the nickel 61 is about 60% of the thickness of the polysilicon films 125a and 125b. In the case of a MISFET having a large gate length, NiSi is mainly formed. On the other hand, in the case of a MISFET having a small gate length, Ni 2 Si and NixSiy (x> 2y) are mainly formed. That is, the polysilicon films 125a and 125b become the gate electrodes 25a and 25b which are silicided on the entire surface.

図6(b)に示すように、表面のシリサイド化されなかったニッケル61を除去し、ゲート電極25a、25b、及び、シリコン窒化膜59等の上に、シリコン窒化膜を堆積する。シリコン窒化膜59の上に新しいシリコン窒化膜が積層され、両者を合わせたライナ膜33が形成される。ライナ膜33の上に、層間絶縁膜41が形成され、表面がCMP法等で平坦化され、その後、図示を省略するが、周知のコンタクトプラグ形成工程、配線工程等を行い、図1に示すように、半導体装置1が完成する。   As shown in FIG. 6B, the nickel 61 that has not been silicided on the surface is removed, and a silicon nitride film is deposited on the gate electrodes 25a and 25b, the silicon nitride film 59, and the like. A new silicon nitride film is laminated on the silicon nitride film 59, and a liner film 33 is formed by combining the two. An interlayer insulating film 41 is formed on the liner film 33, and the surface is flattened by a CMP method or the like. Thereafter, although not shown in the figure, a well-known contact plug forming process, a wiring process, etc. are performed, as shown in FIG. Thus, the semiconductor device 1 is completed.

上述したように、半導体装置1は、半導体基板11の表面に不純物がドープされたチャネル領域15aと、半導体基板11の表面に不純物がドープされ、チャネル領域15aより不純物濃度が低いチャネル領域15bと、チャネル領域15a上にゲート絶縁膜23を介して形成されたゲート長の大きい、NiSiが主であるフルシリサイド化されたゲート電極25aと、第2のチャネル領域15b上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の小さい、NiSi(x≧2y)が主であるフルシリサイド化されたゲート電極25bとを備えている。 As described above, the semiconductor device 1 includes the channel region 15a in which the surface of the semiconductor substrate 11 is doped with impurities, the channel region 15b in which the surface of the semiconductor substrate 11 is doped with impurities and has a lower impurity concentration than the channel region 15a, Formed on the channel region 15a through the gate insulating film 23 and having a large gate length, a fully silicided gate electrode 25a mainly made of NiSi, and formed on the second channel region 15b through the gate insulating film. And a fully silicided gate electrode 25b mainly composed of Ni x Si y (x ≧ 2y) having a small gate length.

つまり、半導体装置1は、ゲート長が大きいNiSiを主とするフルシリサイドのゲート電極25aとチャネル領域15aの高い不純物濃度を組み合わせ、ゲート長が小さいNiSiを主とするフルシリサイドのゲート電極25bとチャネル領域15bの低い不純物濃度を組み合わせる結果、組成の異なるシリサイドの仕事関数が変調されて、A領域とB領域との閾値電圧の差を小さくすることが可能となる。閾値電圧の差を小さくできるために、半導体装置1は、ゲート長の異なるMISFETを混載可能となり、使い勝手のよい半導体装置となる。 In other words, the semiconductor device 1 combines the full silicide gate electrode 25a mainly composed of NiSi having a large gate length and the high impurity concentration of the channel region 15a, and the full silicide gate electrode 25b mainly composed of Ni 2 Si having a small gate length. As a result of combining the low impurity concentration of the channel region 15b, the work function of silicides having different compositions is modulated, and the difference in threshold voltage between the A region and the B region can be reduced. Since the difference in threshold voltage can be reduced, the semiconductor device 1 can be mounted with MISFETs having different gate lengths, and is an easy-to-use semiconductor device.

また、ゲート長が、例えば、約100nm以上であるか、約100nmより小さいかを境界として、大きいゲート長を有するチャネル領域15aの不純物濃度を、小さいゲート長を有するチャネル領域15bの不純物濃度の約2倍とするように、チャネル領域15a、15b形成時にイオン注入条件を変えるだけで、比較的容易に、半導体装置1を形成することが可能となる。すなわち、半導体装置1の製造方法は、従来の半導体装置の製造工程を、大きく変更する必要がないので、半導体装置1の製造方法は、製造歩留まり低下等を抑制することが可能となる。   In addition, the impurity concentration of the channel region 15a having a large gate length is set to be approximately equal to the impurity concentration of the channel region 15b having a small gate length, with the gate length being, for example, about 100 nm or more or less than about 100 nm. The semiconductor device 1 can be formed relatively easily only by changing the ion implantation conditions when forming the channel regions 15a and 15b so as to be doubled. That is, since the manufacturing method of the semiconductor device 1 does not need to greatly change the manufacturing process of the conventional semiconductor device, the manufacturing method of the semiconductor device 1 can suppress a decrease in manufacturing yield.

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施例に係る半導体装置の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention in order of a process. 本発明の実施例に係る半導体装置の図2に続く製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図。FIG. 3 is a structural cross-sectional view schematically showing a manufacturing method subsequent to FIG. 2 for a semiconductor device according to an example of the present invention in order of steps. 本発明の実施例に係る半導体装置の図3に続く製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図。FIG. 4 is a structural cross-sectional view schematically showing the manufacturing method subsequent to FIG. 3 for the semiconductor device according to the example of the present invention in order of steps. 本発明の実施例に係る半導体装置の図4に続く製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図。FIG. 5 is a structural cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention following FIG. 本発明の実施例に係る半導体装置の図5に続く製造方法を工程順に模式的に示す構造断面図。FIG. 6 is a structural cross-sectional view schematically showing a manufacturing method subsequent to FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
11 半導体基板
13 素子分離領域
15a、15b チャネル領域
17 エクステンション領域
19 ソース・ドレイン領域
21 シリサイド膜
23 ゲート絶縁膜
25a、25b ゲート電極
31 側壁絶縁膜
33 ライナ膜
41 層間絶縁膜
51 シリコン酸化膜
53、55 フォトレジスト
58、59 シリコン窒化膜
60、123 絶縁膜
61 ニッケル
125、125a、125b ポリシリコン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 11 Semiconductor substrate 13 Element isolation region 15a, 15b Channel region 17 Extension region 19 Source / drain region 21 Silicide film 23 Gate insulating film 25a, 25b Gate electrode 31 Side wall insulating film 33 Liner film 41 Interlayer insulating film 51 Silicon oxide film 53, 55 Photoresist 58, 59 Silicon nitride film 60, 123 Insulating film 61 Nickel 125, 125a, 125b Polysilicon film

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板の表面に不純物がドープされた第1のチャネル領域と、
前記半導体基板の表面に不純物がドープされ、第1のチャネル領域より不純物濃度が低い第2のチャネル領域と、
前記第1のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の大きい、全体がシリサイドからなる第1のゲート電極と、
前記第2のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート長の小さい、全体がシリサイドからなる第2のゲート電極と、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first channel region doped with impurities on the surface of the semiconductor substrate;
A second channel region doped with impurities on the surface of the semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the first channel region;
A first gate electrode having a large gate length formed on the first channel region via a gate insulating film and made entirely of silicide;
A second gate electrode having a small gate length formed on the second channel region through a gate insulating film and made entirely of silicide;
A semiconductor device comprising:
前記第1のゲート電極の主要なシリサイドは、前記第2のゲート電極の主要なシリサイドより、シリコンに対する金属組成比が小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the main silicide of the first gate electrode has a metal composition ratio with respect to silicon smaller than that of the main silicide of the second gate electrode. 前記第1のゲート電極の主要なシリサイドは、シリコンが1に対してニッケルがほぼ1であり、前記第2のゲート電極の主要なシリサイドは、シリコンが1に対してニッケルが2以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The main silicide of the first gate electrode is about 1 for nickel with respect to silicon, and the main silicide of the second gate electrode is about 2 for nickel with respect to silicon. The semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記第1のチャネル領域の不純物濃度は、前記第2のチャネル領域の不純物濃度のほぼ2倍またはそれ以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the first channel region is approximately twice or more than an impurity concentration of the second channel region. 5. 半導体基板の表面に第1のチャネル領域、及び、第1のチャネル領域より低い不純物濃度を有する第2のチャネル領域を形成する工程と、
前記第1のチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜を介して、第1のゲート電極となる予定の第1のシリコン材料膜を形成し、前記第2のチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜を介して、前記第1のシリコン材料膜よりゲート長の小さい第2のゲート電極となる予定の第2のシリコン材料膜を形成する工程と、
前記第1及び第2のシリコン材料膜の側部に、それぞれ、前記第1及び第2のチャネル領域を挟んで、互いに離間したソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記第1及び第2のシリコン材料膜上に接触して金属を堆積し、前記第1及び第2のシリコン材料膜が前記金属と化合して、それぞれ、全体が実質的にシリサイド化された前記第1及び第2のゲート電極が形成される工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first channel region and a second channel region having an impurity concentration lower than that of the first channel region on a surface of the semiconductor substrate;
A first silicon material film to be a first gate electrode is formed on the first channel region via a gate insulating film, and a gate insulating film is formed on the second channel region. A step of forming a second silicon material film to be a second gate electrode having a gate length smaller than that of the first silicon material film,
Forming source and drain regions spaced apart from each other across the first and second channel regions, respectively, on the side portions of the first and second silicon material films;
A metal is deposited on and in contact with the first and second silicon material films, and the first and second silicon material films combine with the metal, respectively, so that the whole is substantially silicided. Forming first and second gate electrodes;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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