JP2752424B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
積された半導体活性層にMOS型電界効果トランジスタ
(以下MOSFETと称す)を形成した、いわゆるSOI(Silic
on On Insulator)デバイスに関する。
サイドという)構造を有する薄膜SOI-MOSFETの断面図で
あり、第4図(b)は、その平面図である。
型薄膜SOI-MOSFETの製造工程の主なる部分を示す。以下
これら第4図および第5図を参照して従来の半導体装置
について説明する。
絶縁層2を設け、その上にSiO2等からなる分離用絶縁層
3と半導体活性層である単結晶シリコン層4を設定す
る。シリコン層4には、濃度の高い、即ち例えば1019〜
1020cm-3の第2導電型の不純物を導入したソース領域5A
及びドレイン領域5Bと、濃度の低い、即ち例えば1016〜
1017cm-3の第1導電型の不純物を導入したチャネル領域
6を設ける。シリコン層4上には薄いゲート絶縁膜8を
挟んで多結晶シリコン等からなるゲート電極9を形成す
る。
ャネル領域6に発生するキャリア数を制御し、ソース領
域5Aとドレイン領域5B間の電流を調節する働きがある。
ゲート電極9の端部にはSiO2等からなる絶縁壁11が設定
され、ゲート電極9および絶縁壁11の下部以外のシリコ
ン層4は自己整合的にチタンと反応して設けられる第1
のチタンシリサイド層17が形成される。また、ゲート電
極9上にも自己整合的に同様の第2のチタンシリサイド
層18が設けられる。絶縁層上に形成するMOSFETの場合、
半導体活性領域は適度に薄い(300〜2000Å)事が好ま
しい。
りチャネルを形成して印加状態に置いた時、チャネル領
域6下でドレイン領域5Bから伸びた空乏層がソース領域
5Aにまで届き、この領域のポテンシャル低下のためにゲ
ート電極9で制御される表面よりも深い下部の空乏領域
に直接キャリアが注入され、急激な通電領域の増加、い
わゆるパンチスルーを招き、動作耐圧が著しく低下する
という問題点があった。また、ドレイン近傍で衝突電離
して生成した電子−正孔対の内、正孔がチャネル下部の
浮動(floating)領域にまで拡散し、その部分の電位を
上げるためにチャネル電流が増加してId-Vd特性(ドレ
イン電流−ドレイン電圧特性)にくびれを生じるキンク
効果が起こるという問題もあった。
設定される(これを薄膜SOI/MOSFETという)が、膜厚が
薄いとソース領域5A及びドレイン領域5Bの抵抗が大きく
なり、十分に薄膜SOI/MOSFETの特長を生かせないため、
低抵抗化のため、ソース領域5Aおよびドレイン領域5B
は、ゲート電極9と絶縁壁11下以外の部分は自己整合的
に上述の厚い第1のチタンシリサイド(TiSi2)層17を
形成する。
合的にチタンシリサイドを形成する方法を第5図(a)
ないし第5図(c)に示す。シリコン層4上に厚いチタ
ン層19を堆積し(第5図(a))、窒素中で800℃の熱
処理を行うと、シリコン層4上のチタンはシリコンと反
応しチタンシリサイド層17となり、最表面のみ窒素と反
応し窒化チタン層16となる。絶縁層3、11上には、シリ
コンは存在しないため、チタン層の全ては窒素と反応し
窒化チタン層16となる(第5図(b))。ここで、窒化
チタン層16を硫酸等により選択的に除去すれば、シリコ
ン層4のあった部分には第1の厚いチタンシリサイド層
17が形成され、また、ゲート電極9に多結晶シリコンを
用いた時には、ゲート電極9上には、第2の厚いチタン
シリサイド層18が選択的に形成される。この場合、通常
の薄膜SOI/MOSFETではシリコン層4が300〜2000Åと非
常に薄いため、シリコン層4の深さ方向の全てにわたっ
てシリサイド化が起こり、全てチタンシリサイドとな
る。シリコン層4及び第1の厚いチタンシリサイド層17
上には、絶縁層12が設けられ、貫通孔13を介して、ソー
ス領域5A、ドレイン領域5B、ゲート電極9に接続する配
線層14が設定される。
シリサイド層と絶縁層が接触して、これらの層の間に大
きなストレスが発生していた。それによって、金属シリ
サイド層にクラックが生じたり、金属シリサイドが凝集
して、本来下がるか飽和すべきシート抵抗が上昇してし
まい、ソース/ドレイン間の電流が少なくなるだけでな
く、時として、トランジスタ動作がなされなくなり、ト
ランジスタの製造歩留が大きく低下するという問題点が
あった。
れたもので、金属シリサイド層でのクラックの発生や、
金属シリサイドの凝集を抑えることによって、シート抵
抗の上昇を防止し、十分なソース/ドレイン間の電流を
得ることができるとともに、歩留りのよい半導体装置を
得ることを目的とするものである。
くとも表面が絶縁物質である基板と、基板上に設けられ
た薄い半導体活性層と、半導体活性層上に薄い絶縁膜を
挟んで配置されたゲート電極と、ゲート電極の側部に設
けられた絶縁壁と、ゲート電極の下の活性層中に形成さ
れた第1導電型のチャネル領域と、チャネル領域以外の
半導体活性層に第2導電型の不純物を分布させて形成さ
れたソース領域およびドレイン領域と、ソース領域およ
びドレイン領域の上部に、ソース領域およびドレイン領
域の上部に、ソース領域のチャネル領域側部分およびド
レイン領域のチャネル領域側部分を除いて、半導体活性
層の表面から、ソース領域およびドレイン領域における
シート抵抗が最小値となる時の厚さを含めた近傍であっ
て、基板と間隔を隔てた所定深さにわたって選択的に設
けられた金属シリサイド層と、半導体活性層上に設けら
れた絶縁層と、ゲート電極、ソース領域、およびドレイ
ン領域にそれぞれ絶縁層にもうけた貫通孔を介して接続
された配線層とを備えたことを特徴とするものである。
ド層を、ソース領域およびドレイン領域におけるシート
抵抗が最小値となる時の厚さを含めた近傍の所定深さに
わたって形成したため、シート抵抗が抑制されるととも
に、金属シリサイド層が絶縁物質に接触しないため、金
属シリサイド層でのクラックの発生や、金属シリサイド
の凝集を抑えることができる。
サイド型SOI/MOSFETを示す図であり、第1図(a)は構
造の断面図、第1図(b)は平面図、第2図(a)ない
し第2図(c)はその主な製造工程における断面図であ
る。第3図(a)(b)は従来および本発明のSOI/MOSF
ETのトランジスタ特性(Id-Vd特性)を示す図である。
以下、これら第1図ないし第3図を参照してこの発明の
一実施例について説明する。
第4図および第5図に示す従来例と同様であり、相当す
る部分には同一の参照番号を付しその説明を省略する。
的に反応して形成される第1のチタンシリサイド層7を
シリコン層4全てと反応して絶縁層2上にまで達すると
いうことのない様に薄く設定する。本実施例の製造方法
は、第2図(a)に示した様にチタン層15を薄く堆積
し、従来例と同一フローの工程により自己整合的にシリ
コン層4の途中にまでチタンシリサイド層7を薄く形成
する。この様にシリサイド層7を薄く設定すると、シリ
サイド層7と半導体との接触面積が非常に増大し、接触
抵抗が低減されるため、第3図(a)の従来例に比し、
第3図(b)に示した様にソース・ドレイン間の電流が
増加し、トランジスタの駆動能力が向上する。
てはシリサイド系の金属は、界面の電気的な障壁が高
く、従来例では良好な接触を非常に得にくく、そのため
シリサイド層と半導体であるソース・ドレイン領域との
接触抵抗が非常に大きかったことを考えると、本実施例
の効果は大きいものである。
1図あるいは第4図の装置におけるシート抵抗のチタン
シリサイド膜厚依存性を示す図、第7図は同じくトラン
ジスタの歩留のチタンシリサイド膜厚依存性を示す図で
ある。
かるものである。
Si2膜厚)がシリコン層の膜厚(SOI膜厚=1000Å)にま
で増大する、すなわち、シリコン層の下まで到達する
と、該シリコン層の本来下がるか飽和すべきシート抵抗
が上昇してしまう。これは、チタンシリサイド層17が下
まで達すると、絶縁層2とチタンシリサイド層17との間
に大きなストレスが発生し、チタンシリサイド層17にク
ラックが発生するか、あるいはチタンシリサイドが凝集
することが原因であると考えられる。そしてこのように
チタンシリサイド層17が絶縁層2上にまで達すると、時
として、トランジスタ動作がなされなくなり、第7図に
示すようにトランジスタの製造歩留が大きく低下すると
いう現象となって現れているものである。
く、その下面はシリコン4と接しているため、密着性が
良く、チタンシリサイド層が下まで到達していた時に発
生していたクラックや凝集が無くなり、第6図に示され
るようにシート抵抗の増加が抑えられる。このため、第
7図に示されるようにトランジスタの歩留は非常に良
く、上述の効果と合わせて本発明の効果は非常に大なる
ものとなる。なおこの両図から本発明のTiSi2膜厚は薄
い方ではシート抵抗が約50Ω以下となる厚さ、厚い方で
は1000Åより小さい厚さであればよいものである。
リサイド型薄膜SOI/MOSFETはショートチャネル効果やキ
ンク効果を制御するという薄膜SOI/MOSFETの秀れた特徴
を最大限に引き出す事が可能であり、ゲート長が0.5μ
m等のサブミクロントランジスタを形成した場合にも十
分に実用的な特性を提供できるものである。
イド化する金属としてチタンを選択したが、この金属は
シリコンと反応して自己整合的にシリコン部のみに導電
性の物質を形成できるものであればチタンに限定される
ものではなく、コバルト、又はタングステンでもよく、
また上記チタンシリサイド層自体の代わりにタングステ
ン層を用いてもよい。
おいて、金属シリサイド層を、ソース領域およびドレイ
ン領域におけるシート抵抗が最小値となる時の厚さを含
めた近傍の所定深さにわたって形成したため、シート抵
抗が抑制されるとともに、金属シリサイド層が基板表面
の絶縁物質に接触しないため、金属シリサイド層でのク
ラックの発生や、金属シリサイドの凝集を抑えて、シー
ト抵抗の上昇を防ぎ、ソース・ドレイン間の電流が増加
し、トランジスタの駆動能力が向上するという効果を奏
する。
半導体装置を示す断面図および平面図、第2図は上記実
施例の半導体装置の製造方法を示す断面図、第3図は従
来および本発明のSOI/MOSFETのトランジスタ特性(Id-V
d特性)を示す図、第4図(a)および(b)は従来の
半導体装置の一例を示す断面図及び平面図、第5図は従
来の半導体装置の製造方法を示す断面図、第6図は第1
図および第4図の装置におけるチタンシリサイド膜厚依
存性を示す図、第7図は同じくトランジスタの歩留のチ
タンシリサイド膜厚依存性を示す図である。 1……シリコン基板、2……絶縁層、3……分離用絶縁
層、4……シリコン層、5A……ソース領域、5B……ドレ
イン領域、6……チャネル領域、7……第1の薄いチタ
ンシリサイド層、8……ゲート絶縁膜、9……ゲート電
極、10……第2の薄いチタンシリサイド層、11……絶縁
壁、12……層間絶縁層、13……貫通孔、14……配線層、
15……薄いチタン層、16……窒化チタン層、17……第1
の厚いチタンシリサイド層、18……第2の厚いチタンシ
リサイド層である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】主表面を有しかつ少なくとも表面が絶縁物
質である基板と、 前記基板上に設けられた薄い半導体活性層と、 前記半導体活性層上に薄い絶縁膜を挟んで配置されたゲ
ート電極と、 前記ゲート電極の側部に設けられた絶縁壁と、 前記ゲート電極の下の前記活性層中に形成された第1導
電型のチャネル領域と、 前記チャネル領域以外の前記半導体活性層に第2導電型
の不純物を分布させて形成されたソース領域およびドレ
イン領域と、 前記ソース領域およびドレイン領域の上部に、前記ソー
ス領域の前記チャネル領域側部分および前記ドレイン領
域の前記チャネル領域側部分を除いて、上記半導体活性
層の表面から、前記ソース領域およびドレイン領域にお
けるシート抵抗が最小値となる時の厚さを含めた近傍で
あって、前記基板と間隔を隔てた所定深さにわたって選
択的に設けられた金属シリサイド層と、 前記半導体活性層上に設けられた絶縁層と、 前記ゲート電極、前記ソース領域、および前記ドレイン
領域にそれぞれ前記絶縁層に設けた貫通孔を介して接続
された配線層とを備えたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
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JP8328089A JP2752424B2 (ja) | 1988-05-11 | 1989-03-31 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
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JP11528588 | 1988-05-11 | ||
JP8328089A JP2752424B2 (ja) | 1988-05-11 | 1989-03-31 | 半導体装置 |
Publications (2)
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Family
ID=26424331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8328089A Expired - Lifetime JP2752424B2 (ja) | 1988-05-11 | 1989-03-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1989
- 1989-03-31 JP JP8328089A patent/JP2752424B2/ja not_active Expired - Lifetime
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