JP2911172B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、SiLSI(シリコン半導体集積回路)デバ
イスにおいて、非常に浅い接合を形成するようにした半
導体装置の製造方法に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a very shallow junction is formed in a SiLSI (silicon semiconductor integrated circuit) device.

(従来の技術) 第2図は従来のMOS型半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図である。第2図(a)に示すよう
に、Si基板101の表面を選択的酸化法(LOCOS法)を用い
て、アクティブ領域102とフィールド領域103に分離する
(ここでは、フィールド領域103の酸化膜下へのチャネ
ルストップドーピングの工程を省略して示している)。
(Prior Art) FIG. 2 is a process sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a MOS type semiconductor device. As shown in FIG. 2A, the surface of the Si substrate 101 is separated into an active region 102 and a field region 103 by using a selective oxidation method (LOCOS method) (here, below the oxide film of the field region 103). The step of channel stop doping is omitted.)

次に第2図(b)に示すように、アクティブ領域102
において、ゲート酸化膜104およびゲート電極105を形成
した後、LDD(Lightly Doped Drain Structure)構造を
形成するため、ライトリ・ドープのイオン注入(n型の
場合、As+またはP+、P型の場合B+、BF2 +)を行ない、
イオン注入層106を形成し、次いで、常圧CVD法などによ
り、シリコン酸化膜によるサイドウォール107を形成す
る。
Next, as shown in FIG.
In order to form an LDD (Lightly Doped Drain Structure) structure after forming a gate oxide film 104 and a gate electrode 105, lightly-doped ion implantation (for n + type, As + or P + , P type) B + , BF 2 + )
After the ion implantation layer 106 is formed, a sidewall 107 of a silicon oxide film is formed by a normal pressure CVD method or the like.

次に、第1図(c)に示すように、高ドーズのソース
・ドレインイオン注入108を行なった後、しかるべく熱
処理ごとによって、ソース・ドレイン領域109を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 1 (c), after a high dose source / drain ion implantation 108 is performed, a source / drain region 109 is formed by appropriate heat treatment.

以下、図面では省略してあるが、この後、中間絶縁膜
の堆積、コンタクトのパターニングおよび配線を行なう
ことによって、LSI素子が完成する。
Hereinafter, although omitted in the drawings, an LSI element is completed by depositing an intermediate insulating film, patterning contacts, and wiring.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記のMOS型半導体装置の製造方法で
は、LSIが微細化するにつれて非常に浅い接合を形成す
るのが非常に困難となってきた。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described method for manufacturing a MOS type semiconductor device, it has become extremely difficult to form a very shallow junction as the LSI becomes finer.

特に、この傾向は拡散層のドーパントとしてBを用い
るP型のMOS型半導体装置を形成する際、著しく、0.1μ
m以下の高濃度接合を形成するのが非常に難しい。
In particular, this tendency is remarkable when forming a P-type MOS type semiconductor device using B as a dopant of a diffusion layer, and is 0.1 μm.
It is very difficult to form a high-concentration junction of m or less.

この発明は前記従来技術が持っている問題点のうち、
高濃度浅接合を形成するのが困難な点について解決した
半導体装置の製造方法を提供するものである。
This invention is one of the problems of the prior art.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which solves a difficulty in forming a high-concentration shallow junction.

(課題を解決するための手段) この発明は前記問題点を解決するために、半導体装置
の製造方法において、半導体基板上のアクティブ領域に
ゲート電極を形成後、TiSix層を所定の膜厚に堆積し
て、N2中またはNH3中で熱処理を行ってTiN層を形成する
工程を導入したものである。
For (SUMMARY for a) the present invention to solve the above problems, in the method of manufacturing a semiconductor device, after forming a gate electrode on the active region on the semiconductor substrate, a TiSi x layer to a predetermined thickness The step of depositing and performing a heat treatment in N 2 or NH 3 to form a TiN layer is introduced.

(作 用) この発明によれば、半導体装置の製造方法において、
以上のような工程を導入したので、TiSix層をN2中また
はNH3中で熱処理を施すことにより、TiSix層中のSiはフ
ィールド酸化膜上では多結晶SiとしてTiN層の下に形成
されるが、ソース・ドレイン等のSi上では、単結晶Siと
してエピタキシャル成長する。
(Operation) According to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device,
By introducing the above process, heat treatment of TiSi x layer in N 2 or NH 3 forms Si in TiSi x layer as polycrystalline Si on field oxide film under TiN layer However, on Si such as a source and a drain, epitaxial growth is performed as single crystal Si.

この後、TiN,Siをエッチングすると、多結晶Siと単結
晶Siとのエッチレート差により、フィールド酸化膜上の
多結晶シリコンがエッチングされた後も、Siの単結晶Si
は全部がエッチングされずに残り、この残った単結晶Si
上から、イオン注入、熱処理を行うと、実効的に浅い接
合の形成が可能となり、したがって、前記問題点を除去
できる。
Thereafter, when TiN and Si are etched, due to the difference in etch rate between the polycrystalline Si and the single-crystal Si, even after the polycrystalline silicon on the field oxide film is etched, the single-crystal Si
Are all left unetched and the remaining single-crystal Si
When ion implantation and heat treatment are performed from above, a shallow junction can be effectively formed, and the above problem can be eliminated.

(実施例) 以下、この発明の半導体装置の製造方法の実施例につ
いて図面に基づき説明する。第1図(a)ないし第1図
(d)はその一実施例の工程断面図であり、MOS半導体
素子の製造方法に適用した場合の工程断面図である。
(Example) Hereinafter, an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (a) to 1 (d) are process cross-sectional views of one embodiment, and are process cross-sectional views when applied to a method of manufacturing a MOS semiconductor device.

まず、第1図(a)において、Si基板201の表面を選
択的酸化法(LOCOS法)を用いて、アクティブ領域202と
フィールド領域203に分離する(ここでは、フィールド
酸化膜下へのチャネルストップドーピングを省略して示
している)。
First, in FIG. 1A, the surface of a Si substrate 201 is separated into an active region 202 and a field region 203 by using a selective oxidation method (LOCOS method) (here, a channel stop under a field oxide film). Doping is omitted).

次に、アクティブ領域202において、Si基板201上にゲ
ート酸化膜204およびゲート電極205を形成した後、LDD
構造を形成するために、ライトリ・ドープのイオン注入
(n型の場合、As+またはP+、P型の場合B+、BF2 +)を
行ない、イオン注入層206を形成する。次にサイドウォ
ール207を形成する。
Next, in the active region 202, after forming a gate oxide film 204 and a gate electrode 205 on the Si substrate 201, the LDD
In order to form a structure, lightly-doped ion implantation (As + or P + for n-type, B + , BF 2 + for P-type) is performed to form an ion implantation layer 206. Next, a sidewall 207 is formed.

次に、第1図(b)に示すように、第1図(a)で形
成された構造上にTiSix層208を形成する。この時のTiSi
x層208の厚さは最後に形成するソース・ドレインの接合
の深さに依存する。また、TiSix層208のTiとSiの構成比
によってもTiSix層208の厚さは変化する。例としてスト
イキオメトリ(直訳的には、化学理論的という意味であ
るが、ここでは構成している原子の比が次の化合物の組
成比に合っているということであり、この実施例ではTi
Si2のみで、TiSiやTiSi3は含まないということを意味し
ている)なTiSi2の場合を例として考える。ここでは、T
iSi2層208を約2000Å堆積した場合として説明を進め
る。
Next, as shown in FIG. 1B, a TiSi x layer 208 is formed on the structure formed in FIG. 1A. TiSi at this time
The thickness of the x layer 208 depends on the depth of the source / drain junction formed last. Further, the thickness of the TiSi x layer 208 varies depending on the composition ratio of Ti and Si TiSi x layer 208. As an example, stoichiometry (literally, in the sense of chemical theory, here means that the ratio of the constituent atoms matches the composition ratio of the following compound.
(It means that only Si 2 is included and does not include TiSi or TiSi 3 ). Consider the case of TiSi 2 as an example. Where T
The description will be given on the assumption that the iSi 2 layer 208 is deposited for about 2000 °.

次に、第1図(c)に示すように、N2中もしくはNH3
中で900〜1000℃の温度で熱処理を行なうと、TiSi2層20
8はTiN化する。この時、TiSi2中のSiはTiN層209の下にS
iO2によるフィールド酸化膜203上またはゲート電極205
上(WSi2,MOSi2等の高融点金属シリサイドまたは多結晶
Si)では、多結晶Si層210となり、単結晶Si上(ソース
・ドレイン領域)では単結晶Si層211となる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), in N 2 or NH 3
Heat treatment at a temperature of 900 to 1000 ° C. in the TiSi 2 layer 20
8 is converted to TiN. At this time, Si in TiSi 2
iO 2 on field oxide 203 or gate electrode 205
Above (high melting point metal silicide such as WSi 2 , MOSi 2 or polycrystalline
In the case of Si), a polycrystalline Si layer 210 is formed, and on single crystal Si (source / drain region), a single crystal Si layer 211 is formed.

この時の多結晶Si層210と単結晶Si層211の厚さは、単
位厚さ「1」のTiがTiSi2化する時のTiSi2の厚さ「2.5
1」とその時、消費するSiの厚さ「2.27」から換算する
と、2000×2.27/2.51=1808Å程度となる。
At this time, the thicknesses of the polycrystalline Si layer 210 and the single-crystal Si layer 211 are set to the thickness of TiSi 2 when the unit thickness “1” is changed to TiSi 2 , ie, “2.5”
When converted from “1” and the thickness of the consumed silicon “2.27”, it is about 2000 × 2.27 / 2.51 = 1808Å.

この後、第1図(d)に示すごとく、TiN層209、多結
晶Si層210をエッチングする。この時、Si上の単結晶Si
層211は多結晶Si層210に比較し、エッチレートが遅く、
その差は1/1.5〜1/2程度、エッチング条件を制御するこ
とにより、とることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, the TiN layer 209 and the polycrystalline Si layer 210 are etched. At this time, single crystal Si on Si
Layer 211 has a lower etch rate than polycrystalline Si layer 210,
The difference can be made about 1 / 1.5 to 1/2 by controlling the etching conditions.

ここで、エッチレートが1/2とすると、TiN層204、多
結晶Si層210を完全にエッチオフした後、ソース・ドレ
イン部では、約900Å程度の単結晶Si層212が残留する。
Here, assuming that the etch rate is 1/2, after the TiN layer 204 and the polycrystalline Si layer 210 are completely etched off, a single-crystal Si layer 212 of about 900 ° remains in the source / drain portion.

この後、ソース・ドレインのイオン注入213を行な
い、熱処理を行なうと、ソース・ドレイン領域214が形
成される。ソース・ドレイン領域214では実効的な拡散
深さが900Åのびたことになり、CMOSでの得にP型のMOS
ソース・ドレインを形成する際、その熱処理マージンが
拡がることになる。
Thereafter, source / drain ion implantation 213 is performed and heat treatment is performed, so that source / drain regions 214 are formed. In the source / drain region 214, the effective diffusion depth has increased by 900 mm.
When forming the source / drain, the heat treatment margin is increased.

(発明の効果) 以上のように、この発明によれば、ソース・ドレイン
領域の形成前にTiSix層を形成し、これをTiN化した際形
成されるTiN下のSiのフィールド領域上およびSi上の結
晶性の違いにより、エッチングに際し、Si上にのみ単結
晶Siを残留させるようにしたので、ソース・ドレイン領
域形成に際し、拡散させる領域を実効的に長くとること
ができるため、MOS形成に際し、問題となる浅いソース
・ドレイン形成における注入エネルギマージン、熱処理
マージンが緩和される。特にボロンを不純物として用い
るPMOSのソース・ドレイン形成が容易となる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a TiSi x layer is formed before forming a source / drain region, and when the TiSi x layer is formed into a TiN, the Ti field is formed on the Si field region under the TiN and the Due to the above difference in crystallinity, single-crystal Si is left only on Si during etching, so that the region to be diffused can be made longer effectively when forming source / drain regions. In addition, the implantation energy margin and the heat treatment margin in the formation of the shallow source / drain, which are problems, are alleviated. In particular, it becomes easy to form the source and drain of a PMOS using boron as an impurity.

また、同一注入条件、熱処理を用いた場合、最初に形
成するTiSix層の組成比、厚さにより形成される接合深
さを変化させることができ、プロセスの自由度が増す。
In addition, when the same implantation conditions and heat treatment are used, the junction depth to be formed can be changed depending on the composition ratio and thickness of the TiSi x layer to be formed first, thereby increasing the degree of freedom in the process.

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

第1図(a)ないし第1図(d)はこの発明の半導体装
置の製造方法の一実施例を説明するための工程断面図、
第2図(a)ないし第2図(c)は従来のMOS型半導体
装置の製造方法の工程断面図である。 201……Si基板、202……アクティブ領域、203……フィ
ールド領域、204……ゲート酸化膜、205……ゲート電
極、206,213……イオン注入層、207……サイドウォー
ル、208……TiSix層、209……TiN層、210,212……多結
晶Si層、211……単結晶Si層、214……ソース・ドレイン
領域。
1 (a) to 1 (d) are process cross-sectional views for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
2 (a) to 2 (c) are process sectional views of a conventional method for manufacturing a MOS semiconductor device. 201: Si substrate, 202: Active region, 203: Field region, 204: Gate oxide film, 205: Gate electrode, 206, 213: Ion implantation layer, 207: Side wall, 208: TiSi x layer , 209: TiN layer; 210, 212: polycrystalline Si layer; 211: single crystal Si layer; 214: source / drain region.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上をアクティブおよびフィール
ド領域に分離した後、上記アクティブ領域にゲート絶縁
膜とゲート電極を順次形成する工程と、 上記工程により形成された構造上の全面にTiSix層を形
成する工程と、 前記TiSix層を窒化する工程と、 上記工程により形成されたTiN層と、このTiN層下に形成
された多結晶Si層を除去する工程と、 前記半導体基板にイオン注入する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode in the active region after separating the semiconductor substrate into an active region and a field region; and forming a TiSix layer on the entire surface of the structure formed by the above step. Performing the step of: nitriding the TiSix layer; removing the TiN layer formed by the above step; removing the polycrystalline Si layer formed under the TiN layer; and performing ion implantation on the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを
形成する工程を有することを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of forming a sidewall on a side wall of said gate electrode.
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