JP2720677B2 - MIS transistor and method of forming the same - Google Patents

MIS transistor and method of forming the same

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はMISトランジスタ、特
に、そのソース・ドレイン構造と、その形成方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS transistor, and more particularly to a source / drain structure thereof and a method of forming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ICの高集積化に伴い、セルサイ
ズは縮小し、ゲート長が縮小し、短チャンネル効果やパ
ンチスルーの抑制が困難になっている。この問題を解決
するために、素子面積を増大させずに、チャンネル長を
稼ぐ方法として、図3(a)に示すように、ソース・ド
レイン層21をシリコン基板22上にせり上げる構造が
提案されている。図中23はゲートポリシリコン、24
は絶縁膜である。このような構造を作る場合、シリコン
の選択エピタキシャル成長を利用すると、工程が減り、
デバイス製作上有利である。
2. Description of the Related Art In recent years, as ICs have become more highly integrated, the cell size has been reduced, the gate length has been reduced, and it has become difficult to suppress the short-channel effect and punch-through. In order to solve this problem, as a method of increasing the channel length without increasing the element area, a structure in which the source / drain layer 21 is raised on the silicon substrate 22 as shown in FIG. ing. In the figure, 23 is a gate polysilicon, 24
Is an insulating film. In making such a structure, using selective epitaxial growth of silicon reduces the number of steps,
This is advantageous in device fabrication.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図3(b)に
示すように、通常、SiCl22もしくはSiCl22
とHClを用いた選択エピタキシャル成長を行うと、フ
ァセット26が形成され、SiO2とシリコンエピタキ
シャル層とが密着せず、リーク電流が極めて大きくなっ
てしまうという問題点があった。
However, as shown in FIG. 3B, usually, SiCl 2 H 2 or SiCl 2 H 2
And when a selective epitaxial growth using the HCl, facets 26 are formed, without close contact with SiO 2 and the silicon epitaxial layer, it has a problem that the leakage current becomes extremely large.

【0004】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去せしめ、絶縁膜の側壁部分に密着して、ファセット
のない、平坦なソース・ドレインせり上げ層を形成する
ために必要な構造及び形成方法を提供することにある。
[0004] An object of the present invention is to eliminate such a conventional drawback and to provide a structure and a structure necessary for forming a flat face / source / drain lift-up layer which is in close contact with a side wall portion of an insulating film and has no facets. It is to provide a forming method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるMISトランジスタにおいては、ゲー
ト電極側壁に絶縁膜を有し、この絶縁膜に接してソース
・ドレインせり上げ層を有するMISトランジスタであ
って、前記絶縁膜は、ひさし状にソース・ドレイン側に
突出しているものである。
In order to achieve the above object, a MIS transistor according to the present invention has an insulating film on a side wall of a gate electrode, and has a source / drain raised layer in contact with the insulating film. Wherein the insulating film protrudes in the shape of an eave toward the source / drain side.

【0006】また、ゲート電極側壁に絶縁膜を有し、こ
の絶縁膜に接してソース・ドレインせり上げ層を有する
MISトランジスタであって、前記絶縁膜は、逆テーパ
ー形にソース・ドレイン側に突出しているものである。
A MIS transistor having an insulating film on a side wall of a gate electrode and having a source / drain lift-up layer in contact with the insulating film, wherein the insulating film protrudes in a reverse taper shape toward the source / drain. Is what it is.

【0007】本発明によるMISトランジスタの形成方
法においては、ゲート電極側壁に形成する絶縁膜をひさ
し状にソース・ドレイン側に突出させ、シラン系ガスも
しくは、クロルシラン系ガス、又はこれにハロゲンもし
くは、ハロゲン化水素を添加したものを照射し、気相反
応が起こらないような圧力下で、ソース・ドレイン層を
選択エピタキシャル成長するものである。
In the method of forming a MIS transistor according to the present invention, the insulating film formed on the side wall of the gate electrode is projected to the source / drain side in an eaves-like manner, and a silane-based gas or a chlorosilane-based gas or a halogen or a halogen is used. The source / drain layer is selectively epitaxially grown under a pressure such that a gas phase reaction does not occur by irradiating the material to which hydrogen chloride has been added.

【0008】また、ゲート電極側壁に形成する絶縁膜を
逆テーパー形にソース・ドレイン側に突出させ、シラン
系ガスもしくは、クロルシラン系ガス、又はこれにハロ
ゲンもしくは、ハロゲン化水素を添加したものを照射
し、気相反応が起こらないような圧力下で、ソース・ド
レイン層を選択エピタキシャル成長するものである。
Further, an insulating film formed on the side wall of the gate electrode is projected to the source / drain side in a reverse taper shape, and irradiated with a silane-based gas or a chlorosilane-based gas or a gas obtained by adding halogen or hydrogen halide thereto. Then, the source / drain layers are selectively epitaxially grown under a pressure that does not cause a gas phase reaction.

【0009】[0009]

【作用】本発明の原理について説明する。本発明者は、
側壁形状をひさし状とすると、絶縁膜側壁と、Siエピ
タキシャル層とが密着することを見出した。それは次の
理由に基づく。ジシランガスを用いたSiの成長は、H
の脱離によって成長速度が律速される。側壁近傍では、
原料ガスが側壁部で分解し、分解したラジカルが水素を
引抜くことによって成長を促進していると考えられる。
従って、ファセットが形成されずに、側壁にピッタリと
密着したエピタキシャル層が形成される。
The principle of the present invention will be described. The inventor has
It has been found that when the side wall shape is an eaves shape, the side wall of the insulating film and the Si epitaxial layer are in close contact with each other. It is based on the following reasons. The growth of Si using disilane gas is H
The rate of growth is limited by the desorption. Near the side wall,
It is considered that the raw material gas is decomposed on the side wall, and the decomposed radicals promote the growth by extracting hydrogen.
Therefore, no epitaxial layer is formed on the side wall without forming a facet.

【0010】図1(a)に示すように、シリコン基板1
1上に絶縁膜12でパターニングを施し、シリコンの開
口部の側壁がひさし形に形成された基板のひさし状側壁
部に反射したジシランガス13は分解し、水素を引抜
き、図1(b)に示すように側壁近傍の盛り上がったシ
リコンのエピタキシャル成長層14が形成される。絶縁
膜近傍では、側壁に反射する分、成長が速まり、ひさし
の奥まで隙間無く埋めることができ、図1(c)に示す
ようにファセットの無い、シリコンエピタキシャル層が
形成される。
As shown in FIG. 1A, a silicon substrate 1
1 is patterned with an insulating film 12 and the disilane gas 13 reflected on the eave-shaped side wall of the substrate in which the side wall of the silicon opening is formed in an eaves shape is decomposed and hydrogen is extracted, and as shown in FIG. Thus, the raised silicon epitaxial growth layer 14 near the side wall is formed. In the vicinity of the insulating film, the growth is accelerated by the amount reflected by the side walls, and the eaves can be buried without any gaps, so that a silicon epitaxial layer without facets is formed as shown in FIG. 1C.

【0011】この形成方法の第2の方法は、図2に示す
ような逆テーパー形の形状を持つ絶縁膜パターンを側壁
に用いる形成方法である。側壁の形状を逆テーパー形に
すると、前記同様にファセットが無く、側壁に密着した
エピタキシャル層が形成される。その原理は、先の方法
と同じで、ジシランガスが基板で分解し、分解したラジ
カルが水素を引抜くことによって成長を促進しているた
め、逆テーパー形の側壁近傍では、ラジカルが多くな
り、成長速度が速くなると考えられる。
The second method of this formation is a method using an insulating film pattern having a reverse tapered shape as shown in FIG. 2 for the side wall. When the shape of the side wall is reverse tapered, the facet is not formed as described above, and an epitaxial layer in close contact with the side wall is formed. The principle is the same as in the previous method.Since the disilane gas is decomposed on the substrate and the decomposed radicals accelerate the growth by extracting hydrogen, radicals increase near the reverse tapered side wall, and the growth occurs. It is thought that the speed will be faster.

【0012】また、本発明者は、絶縁膜部分をひさし状
の構造にして作ったMISトランジスタでは、リーク電
流が極めて少ないことを見出した。それは次の理由に基
づく。前述のように、ひさし状では、エピタキシャル層
と絶縁膜側壁とが密着するためである。もし、密着せず
に通常通りにエピタキシャル層が形成すると、ファセッ
ト等が発生してリークは大きくなってしまう。
Further, the present inventor has found that an MIS transistor having an insulating film portion having an overhanging structure has a very small leakage current. It is based on the following reasons. As described above, in the eaves shape, the epitaxial layer and the insulating film side wall are in close contact with each other. If the epitaxial layer is formed as usual without adhesion, facets and the like are generated, and the leakage increases.

【0013】また本発明者は、絶縁膜部分を逆テーパー
形の構造に形成すると、絶縁膜部分をひさし状の構造に
した場合より、さらにリーク電流が少ないことを見出し
た。それは次のような理由に基づく。ひさし形の場合
は、絶縁膜側壁とエピタキシャル層の境目の部分が鋭
く、電界集中を起こし易いのに比べ、逆テーパー形を用
いると、絶縁膜とエピタキシャル層の境目がなめらかに
なり電界集中が起こりにくくなるためである。
Further, the present inventor has found that when the insulating film portion is formed in a reverse tapered structure, the leak current is further reduced as compared with the case where the insulating film portion is formed in an eaves-like structure. It is based on the following reasons. In the case of the eaves type, the boundary between the insulating film side wall and the epitaxial layer is sharp and the electric field concentration is easy to occur. This is because it becomes difficult.

【0014】[0014]

【実施例】以下に本発明の実施例について具体的に説明
する。ここではベースプレッシャー1×10-9Torr
で、ジシランガスを供給するためのノズルを備えた真空
装置を用いて行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below. Here, base pressure 1 × 10 -9 Torr
, Using a vacuum apparatus equipped with a nozzle for supplying disilane gas.

【0015】試料ウエハーには、表面上に熱酸化膜20
00オングストローム(以下、Åと記載)を形成し、こ
れをパターニングしてシリコンの開口部を形成した試料
には、6インチn型Si(100)基板を用いた。
The sample wafer has a thermal oxide film 20 on its surface.
A 6-inch n-type Si (100) substrate was used for a sample in which 00 angstrom (hereinafter referred to as Å) was formed and patterned to form a silicon opening.

【0016】試料ウエハーは、RCA洗浄後、形成室内
に搬送し、800℃,10分間の加熱による清浄化を行
った。基板温度を578℃(エピタキシャル成長する温
度)に下げ、ジシランガス分圧1×10-3Torrを基
板に照射した。Si膜厚が約2000Åに成長した時点
の断面のSEM観察を行ったところ、図1(a),
(b),(c)及び図2(a),(b),(c)に示し
た概略図と同様のSEM像を得ることができ、本発明の
効果を確認した。(a)は約500Å,(b)は約15
00Å,(c)は約2000Å成長した場合を示す。
After the RCA cleaning, the sample wafer was transported into a forming chamber and cleaned by heating at 800 ° C. for 10 minutes. The substrate temperature was lowered to 578 ° C. (temperature for epitaxial growth), and the substrate was irradiated with a disilane gas partial pressure of 1 × 10 −3 Torr. SEM observation of the cross section at the time when the Si film thickness was grown to about 2000 ° showed that FIG.
SEM images similar to those shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c) and FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) were obtained, confirming the effects of the present invention. (A) is about 500Å, (b) is about 15
00 ° and (c) show the case where the growth is about 2000 °.

【0017】次に、ゲート酸化膜厚60Å,チャネル長
0.4μmのMISトランジスタのソース・ドレインを
上記の方法で形成した。ジシランガス照射中に不純物も
ドープした。比較のためにSiCl22を用いて形成し
た従来のファセットのあるものと、基板にイオン注入し
てソース・ドレインを形成した通常のMISトランジス
タとを測定した。その時の電気特性を図4に示す。
Next, the source / drain of the MIS transistor having a gate oxide film thickness of 60 ° and a channel length of 0.4 μm was formed by the above method. Impurities were also doped during irradiation with disilane gas. For comparison, measurements were made of a conventional facet formed using SiCl 2 H 2 and a normal MIS transistor having a source / drain formed by ion implantation into a substrate. FIG. 4 shows the electrical characteristics at that time.

【0018】従来の方法に比べ、本方法により形成した
トランジスタ特性は、良好であり、リーク電流が少な
い、これは、側壁部分に密着して、ソース・ドレイン層
が形成されていることを示している。また、側壁形状が
ひさし形のものに比べ、逆テーパー形のものの方がリー
ク電流が少ないのは、電界集中が無いために、より良好
なトランジスタ特性を示している。
As compared with the conventional method, the characteristics of the transistor formed by this method are good and the leakage current is small. This indicates that the source / drain layer is formed in close contact with the side wall. I have. In addition, the reverse tapered type has a smaller leakage current than the eave type side wall shape because of the absence of electric field concentration, indicating better transistor characteristics.

【0019】なお、本実施例では、ジシラン(Si
26)を用いた例を示したが、SiH4,Si38,S
iH2Cl2,SiCl4等でもよく、またこれにCl2
2等のハロゲンやHCl,HF等のハロゲン化水素を
添加してもよい。
In this embodiment, disilane (Si
Although an example of using the 2 H 6), SiH 4, Si 3 H 8, S
iH 2 Cl 2, may be SiCl 4, etc., and this Cl 2,
A halogen such as F 2 or a hydrogen halide such as HCl or HF may be added.

【0020】なお、本実施例ではシリコンウエハーを対
象としたが、本発明の方法は表面にシリコンが存在する
SOS(Silicon on Sapphire)基
板や、さらに一般にSOI(Silicon on I
nsulator)基板等にも当然適用できる。
Although the present embodiment is directed to a silicon wafer, the method of the present invention employs an SOS (Silicon on Sapphire) substrate having silicon on its surface or, more generally, an SOI (Silicon on I).
Of course, the present invention can be applied to an nsulator substrate.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上、詳細に述べた通り本発明によれ
ば、側壁部分をひさし形もしくは逆テーパー形にし、シ
ラン系ガスを原料ガスとして選択エピタキシャル成長す
ることによって、ファセットの無い、平坦な、側壁部に
密着したせり上げソース・ドレイン層を形成させること
ができる。
As described above in detail, according to the present invention, a flat, side wall without facets can be obtained by forming the side wall portion into an eaves shape or a reverse taper shape and performing selective epitaxial growth using a silane-based gas as a source gas. The raised source / drain layer can be formed in close contact with the portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a),(b),(c)は、本発明の第1の実
施例のエピタキシャル成長過程を示す図である。
FIGS. 1A, 1B, and 1C are diagrams showing an epitaxial growth process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a),(b),(c)は、本発明の第2の実
施例のエピタキシャル成長過程を示す図である。
FIGS. 2A, 2B, and 2C are diagrams showing an epitaxial growth process according to a second embodiment of the present invention.

【図3】(a)は、従来のソース・ドレインを有するト
ランジスタの概念図、(b)はその問題点を示す図であ
る。
FIG. 3A is a conceptual diagram of a conventional transistor having a source and a drain, and FIG. 3B is a diagram showing the problem.

【図4】トランジスタのリーク電流特性を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing leakage current characteristics of a transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 絶縁膜 13 側壁に反射しているジシラン 14 成長したシリコン層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Silicon substrate 12 Insulating film 13 Disilane reflecting on the side wall 14 Grown silicon layer

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲート電極側壁に絶縁膜を有し、この絶
縁膜に接してソース・ドレインせり上げ層を有するMI
Sトランジスタであって、 前記絶縁膜は、ひさし状にソース・ドレイン側に突出し
ているものであることを特徴とするMISトランジス
タ。
An MI having an insulating film on a side wall of a gate electrode and having a source / drain lift-up layer in contact with the insulating film.
An S transistor, wherein the insulating film protrudes in the shape of an eave toward the source / drain side.
【請求項2】 ゲート電極側壁に絶縁膜を有し、この絶
縁膜に接してソース・ドレインせり上げ層を有するMI
Sトランジスタであって、 前記絶縁膜は、逆テーパー形にソース・ドレイン側に突
出しているものであることを特徴とするMISトランジ
スタ。
2. An MI having an insulating film on a side wall of a gate electrode and having a source / drain lift-up layer in contact with the insulating film.
An S transistor, wherein the insulating film protrudes in a reverse taper shape toward the source / drain side.
【請求項3】 ゲート電極側壁に形成する絶縁膜をひさ
し状にソース・ドレイン側に突出させ、シラン系ガスも
しくは、クロルシラン系ガス、又はこれにハロゲンもし
くは、ハロゲン化水素を添加したものを照射し、気相反
応が起こらないような圧力下で、ソース・ドレイン層を
選択エピタキシャル成長することを特徴とするMISト
ランジスタの形成方法。
3. An insulating film formed on the side wall of the gate electrode is projected to the source / drain side in an eaves-like manner, and irradiated with a silane-based gas or a chlorosilane-based gas or a gas obtained by adding halogen or hydrogen halide thereto. A method of forming a MIS transistor, wherein a source / drain layer is selectively epitaxially grown under a pressure at which a gas phase reaction does not occur.
【請求項4】 ゲート電極側壁に形成する絶縁膜を逆テ
ーパー形にソース・ドレイン側に突出させ、シラン系ガ
スもしくは、クロルシラン系ガス、又はこれにハロゲン
もしくは、ハロゲン化水素を添加したものを照射し、気
相反応が起こらないような圧力下で、ソース・ドレイン
層を選択エピタキシャル成長することを特徴とするMI
Sトランジスタの形成方法。
4. An insulating film formed on the side wall of the gate electrode is projected in a reverse taper shape toward the source / drain, and irradiated with a silane-based gas or a chlorosilane-based gas or a gas obtained by adding halogen or hydrogen halide thereto. A source / drain layer is selectively epitaxially grown under a pressure at which a gas phase reaction does not occur.
A method for forming an S transistor.
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