JP3061118B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3061118B2
JP3061118B2 JP9188141A JP18814197A JP3061118B2 JP 3061118 B2 JP3061118 B2 JP 3061118B2 JP 9188141 A JP9188141 A JP 9188141A JP 18814197 A JP18814197 A JP 18814197A JP 3061118 B2 JP3061118 B2 JP 3061118B2
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silicon
gate
gate electrode
diffusion layer
insulating film
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特にゲート電極とソース拡散層又は
ドレイン拡散層との接続に特徴を有する半導体装置及び
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device characterized by a connection between a gate electrode and a source or drain diffusion layer and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFETを回路素子として用いる半
導体装置では、フリップフロップ等のように、ゲート電
極とソース拡散層又はドレイン拡散層とを直接接続する
場合がある。このような構成を実現するためには、いく
つかの構造及び製造方法が考えられるが、ゲート電極、
ソース拡散層及びドレイン拡散層に金属シリサイドを自
己整合的に形成する、いわゆるサリサイド構造を用いる
場合、次に説明するような例が知られている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device using a MOSFET as a circuit element, a gate electrode may be directly connected to a source diffusion layer or a drain diffusion layer, such as a flip-flop. In order to realize such a configuration, several structures and manufacturing methods can be considered.
When a so-called salicide structure in which metal silicide is formed in the source diffusion layer and the drain diffusion layer in a self-aligning manner is used, the following example is known.

【0003】図14は、この従来例の半導体装置を示し
た縦断面図である。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing this conventional semiconductor device.

【0004】p型シリコン基板1上に、フィールド酸化
膜2と、ゲート酸化膜3を介した多結晶シリコンゲート
電極4a,4bと、ゲート電極4bの側面に形成された
酸化膜のゲート側壁13bと、ゲート電極4a,4bに
自己整合的に形成されたn型の高濃度拡散層7a,7b
と、ゲート側壁を欠くゲート電極4aと高濃度拡散層7
aとを接続する金属シリサイド層14とを備えている。
On a p-type silicon substrate 1, a field oxide film 2, a polysilicon gate electrode 4a, 4b via a gate oxide film 3, and a gate sidewall 13b of the oxide film formed on the side surface of the gate electrode 4b. N-type high-concentration diffusion layers 7a, 7b formed in a self-aligned manner on gate electrodes 4a, 4b.
And the gate electrode 4a lacking the gate side wall and the high concentration diffusion layer 7
a and a metal silicide layer 14 for connecting to the metal silicide layer 14a.

【0005】図15及び図16は、図14の半導体装置
の製造方法を主要工程順に示した縦断面図である。図1
4乃至図16において、(a)〜(e)の順に工程が進
行する。
FIGS. 15 and 16 are longitudinal sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 14 in the order of main steps. FIG.
4 to 16, the steps proceed in the order of (a) to (e).

【0006】まず、図15(a)に示すように、p型の
シリコン基板1上にフィールド酸化膜2を形成し、ゲー
ト酸化膜3を介して多結晶シリコンのゲート電極4a,
4bを形成する。次に、図15(b)に示すように、イ
オン注入により、ゲート電極4a,4bの周囲に自己整
合的にn型の高濃度拡散層7a,7bを形成する。次
に、図16(c)に示すように、ゲート電極4a,4b
の側面にシリコン酸化膜のゲート側壁13a,13bを
形成する。次に、図16(d)に示すように、フォトレ
ジスト9を塗布し、ゲート側壁6a上及びその周囲の領
域に開口を設け、この領域のゲート側壁6aを除去す
る。次に、図14(e)に示すように、全面に金属膜を
被着させ、熱処理を行うことによって、ゲート電極4a
及び高濃度拡散層7aの表面に金属シリサイド化反応を
生じさせ、続いて未反応の金属を除去することによっ
て、ゲート電極4aと高濃度拡散層7aとを接続する金
属シリサイド層14を形成する。なお、ゲート電極4a
と高濃度拡散層7aとの間には、ゲート酸化膜3が介在
しているが、おのおので形成される金属シリサイドが互
いに突出するため、両者の金属シリサイド層14は接続
されることになる。
First, as shown in FIG. 15A, a field oxide film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1, and a polycrystalline silicon gate electrode 4 a,
4b is formed. Next, as shown in FIG. 15B, n-type high concentration diffusion layers 7a and 7b are formed in a self-aligned manner around the gate electrodes 4a and 4b by ion implantation. Next, as shown in FIG. 16C, the gate electrodes 4a, 4b
Gate sidewalls 13a and 13b of a silicon oxide film are formed on the side surfaces of. Next, as shown in FIG. 16D, a photoresist 9 is applied, an opening is formed on the gate side wall 6a and a region around the gate side wall 6a, and the gate side wall 6a in this region is removed. Next, as shown in FIG. 14E, a metal film is deposited on the entire surface, and heat treatment is performed to thereby form the gate electrode 4a.
Then, a metal silicidation reaction is caused on the surface of the high concentration diffusion layer 7a, and subsequently, the unreacted metal is removed, thereby forming a metal silicide layer 14 connecting the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a. The gate electrode 4a
The gate oxide film 3 is interposed between the metal silicide layer 7a and the high-concentration diffusion layer 7a, but the metal silicide formed by each protrudes from each other, so that both metal silicide layers 14 are connected.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図14乃至図16に示
す従来例の問題点は、ゲート電極4a及び高濃度拡散層
7aと、シリコン基板1との間で、ショート又はリーク
が生じやすいことである。
The problem of the prior art shown in FIGS. 14 to 16 is that short circuits or leaks are likely to occur between the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a and the silicon substrate 1. is there.

【0008】高濃度拡散層7aはイオン注入によってゲ
ート電極4aに自己整合的に形成されるので、ゲート電
極4aと高濃度拡散層7aとの間のオーバーラップは小
さくなっている。しかし、微細なMOSFETを形成す
るためには、短チャネル効果の防止及びオーバーラップ
容量の低減の観点から、後工程での熱処理を減らすこと
により、ゲート電極4aと高濃度拡散層7aとの間のオ
ーバーラップを極力小さくすることが望ましい。一方、
このような状況下で、ゲート電極4a及び高濃度拡散層
7aを金属シリサイド化したとき、これらの接続部12
では金属シリサイド層14が高濃度拡散層7aの接合面
に到達又は接近し、金属シリサイド層14とシリコン基
板1との間で、ショート又はリークが生じることにな
る。このことは、ゲート電極4a及び高濃度拡散層7a
とシリコン基板1との間でショート又はリークが生じる
ことを意味し、回路の誤動作などを招くことになる。
Since the high concentration diffusion layer 7a is formed in a self-aligned manner with the gate electrode 4a by ion implantation, the overlap between the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a is small. However, in order to form a fine MOSFET, from the viewpoint of preventing the short channel effect and reducing the overlap capacitance, by reducing the heat treatment in a later step, the distance between the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a is reduced. It is desirable to minimize the overlap. on the other hand,
Under these circumstances, when the gate electrode 4a and the high-concentration diffusion layer 7a are converted to metal silicide, these connection portions 12a
In this case, the metal silicide layer 14 reaches or approaches the junction surface of the high concentration diffusion layer 7a, and a short circuit or a leak occurs between the metal silicide layer 14 and the silicon substrate 1. This means that the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a
Means that a short circuit or a leak occurs between the semiconductor device 1 and the silicon substrate 1, which causes a malfunction of the circuit.

【0009】[0009]

【発明の目的】本発明の目的は、ゲート電極とソース拡
散層又はドレイン拡散層とを接続する際に、ゲート電
極、ソース拡散層及びドレイン拡散層と、シリコン基板
との間のショート又はリークを防ぐことにある。また、
本発明の目的は、工程数を大幅に増やすことなく確実
に、ゲート電極とソース拡散層又はドレイン拡散層とを
接続することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent a short circuit or a leak between a gate electrode, a source diffusion layer and a drain diffusion layer and a silicon substrate when connecting the gate electrode to the source diffusion layer or the drain diffusion layer. To prevent it. Also,
An object of the present invention is to reliably connect a gate electrode to a source diffusion layer or a drain diffusion layer without significantly increasing the number of steps.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、シリコン基板上に絶縁膜を介して形成されたゲート
電極と、このゲート電極の側面に形成された絶縁膜から
なるゲート側壁と、この前記ゲート側壁又は前記ゲート
電極の周囲の前記シリコン基板に自己整合的に形成され
た拡散層と、前記ゲート側壁上を介して前記ゲート電極
と前記拡散層とを接続する金属シリサイド層とを備えた
ものである。また、前記ゲート電極がシリコンからな
り、前記ゲート側壁がシリコン窒化膜からなるものとし
てもよい。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a gate electrode formed on a silicon substrate via an insulating film; a gate side wall made of an insulating film formed on a side surface of the gate electrode; A diffusion layer formed in a self-aligned manner on the silicon substrate around the gate sidewall or the gate electrode; and a metal silicide layer connecting the gate electrode and the diffusion layer via the gate sidewall. It is a thing. Further, the gate electrode may be made of silicon, and the gate sidewall may be made of a silicon nitride film.

【0011】本発明に係る半導体装置の製造方法は、次
の〜の工程を基本的に備えている。.シリコン基
板上に、絶縁膜を介してシリコンからなるゲート電極を
形成する工程。.前記ゲート電極の側面に、第一の絶
縁膜からなるゲート側壁を形成する工程。.前記ゲー
ト側壁又は前記ゲート電極の周囲の前記シリコン基板
に、自己整合的に拡散層を形成する工程。.前記シリ
コン基板全面に第二の絶縁膜を被着させた後、前記ゲー
ト側壁上及びその周囲の領域から当該第二の絶縁膜を除
去する工程。.前記第二の絶縁膜を除去した領域に、
選択的にシリコンを成長させる工程。.前記選択的に
成長したシリコン、前記ゲート電極及び前記拡散層の表
面を金属シリサイド化することにより、前記ゲート側壁
上を介して前記ゲート電極と前記拡散層とを接続する工
程。また、前記第一の絶縁膜がシリコン窒化膜であり、
前記第二の絶縁膜がシリコン酸化膜であるものとしても
よい。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention basically includes the following steps (1) to (4). . Forming a gate electrode made of silicon on the silicon substrate via an insulating film; . Forming a gate sidewall made of a first insulating film on a side surface of the gate electrode. . Forming a diffusion layer in a self-aligning manner on the gate side wall or the silicon substrate around the gate electrode. . A step of depositing a second insulating film on the entire surface of the silicon substrate, and then removing the second insulating film from a region on and around the gate sidewall. . In the area where the second insulating film is removed,
A step of selectively growing silicon. . A step of connecting the gate electrode and the diffusion layer via the side wall of the gate by converting the surfaces of the selectively grown silicon, the gate electrode, and the diffusion layer into metal silicide. Further, the first insulating film is a silicon nitride film,
The second insulating film may be a silicon oxide film.

【0012】ゲート電極とソース拡散層又はドレイン拡
散層とを接続する際に、ゲート側壁上をまたぐ形で、ゲ
ート電極と高濃度拡散層とを金属シリサイドによって接
続することにより、ゲート電極、ソース拡散層及びドレ
イン拡散層と、シリコン基板との間のショート又はリー
クを防ぐことができる。その理由は、横方向にゲート側
壁の幅だけ、金属シリサイド層と拡散層の接合面との間
の距離を余分に確保できるようになるためである。ま
た、縦方向にも選択成長シリコンの膜厚分だけ、金属シ
リサイド層と拡散層の接合面との間の距離を余分に確保
できるようになるためである。
When the gate electrode is connected to the source diffusion layer or the drain diffusion layer, the gate electrode and the high-concentration diffusion layer are connected by a metal silicide so as to straddle the gate side wall. A short circuit or a leak between the layer and the drain diffusion layer and the silicon substrate can be prevented. The reason is that an extra distance between the junction surface of the metal silicide layer and the diffusion layer can be secured by the width of the gate side wall in the lateral direction. In addition, an additional distance between the metal silicide layer and the bonding surface of the diffusion layer can be secured in the vertical direction by the thickness of the selectively grown silicon.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1及び図5は本発明の半導体装
置の第一実施形態を示し、図1は図5におけるg−g線
縦断面図、図5は平面図である。
1 and 5 show a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 is a vertical sectional view taken along the line GG in FIG. 5, and FIG. 5 is a plan view.

【0014】本実施形態の半導体装置は、p型のシリコ
ン基板1上に、フィールド酸化膜2と、ゲート酸化膜3
を介した多結晶シリコンのゲート電極4a,4bと、ゲ
ート電極4a,4bの側面に形成されたシリコン窒化膜
のゲート側壁6a,6bと、ゲート電極4a,4bの周
囲のシリコン基板1に自己整合的に形成されたn型の高
濃度拡散層7a,7bと、ゲート側壁6a上をまたぐ形
でゲート電極4aと高濃度拡散層7aとを接続するチタ
ンシリサイド層11とを備えている。
The semiconductor device according to the present embodiment has a field oxide film 2 and a gate oxide film 3 on a p-type silicon substrate 1.
Self-alignment with gate electrodes 4a, 4b of polycrystalline silicon, gate sidewalls 6a, 6b of silicon nitride film formed on side surfaces of gate electrodes 4a, 4b, and silicon substrate 1 around gate electrodes 4a, 4b. N-type high-concentration diffusion layers 7a and 7b, and a titanium silicide layer 11 connecting the gate electrode 4a and the high-concentration diffusion layer 7a over the gate sidewall 6a.

【0015】図2乃至図4及び図6乃至図8は本発明に
係る半導体装置の製造方法の第一実施形態を示し、図2
乃至図4は図6乃至図8におけるa−a線〜f−f線縦
断面図、図6乃至図8は平面図である。図1乃至図8に
おいて、各工程は(a)〜(g)の順に進行する。
FIGS. 2 to 4 and FIGS. 6 to 8 show a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
4 to 4 are longitudinal sectional views taken along lines aa to ff in FIGS. 6 to 8, and FIGS. 6 to 8 are plan views. 1 to 8, each step proceeds in the order of (a) to (g).

【0016】まず、図2(a)及び図6(a)に示すよ
うに、p型のシリコン基板1上に厚さ300nmのフィ
ールド酸化膜2を選択酸化法により形成し、厚さ5nm
のゲート酸化膜3を介して、厚さ200nmの多結晶シ
リコンのゲート電極4a,4bをCVD法とリソグラフ
ィ及び異方性エッチングとにより形成する。
First, as shown in FIGS. 2A and 6A, a field oxide film 2 having a thickness of 300 nm is formed on a p-type silicon substrate 1 by a selective oxidation method.
Through the gate oxide film 3, gate electrodes 4a and 4b of polycrystalline silicon having a thickness of 200 nm are formed by CVD, lithography and anisotropic etching.

【0017】次に、図2(b)及び図6(b)に示すよ
うに、ヒ素イオンを40keVの加速エネルギーで3×
1015cm-2注入することにより、ゲート電極4a,4
bの周囲のシリコン基板1に自己整合的にn型高濃度拡
散層7a,7bを形成する。
Next, as shown in FIGS. 2 (b) and 6 (b), arsenic ions are converted to 3 × at an acceleration energy of 40 keV.
By implanting 10 15 cm -2 , the gate electrodes 4a, 4
The n-type high-concentration diffusion layers 7a and 7b are formed in a self-aligned manner on the silicon substrate 1 around b.

【0018】次に、図3(c)及び図7(c)に示すよ
うに、ゲート電極4a,4bの側面に幅100nmのシ
リコン窒化膜のゲート側壁6a,6bをCVD法と異方
性エッチングとにより形成する。
Next, as shown in FIGS. 3C and 7C, gate sidewalls 6a, 6b of a silicon nitride film having a width of 100 nm are formed on the side surfaces of the gate electrodes 4a, 4b by CVD and anisotropic etching. And formed.

【0019】次に、図3(d)及び図7(d)に示すよ
うに、シリコン基板1の全面をCVD法で形成した厚さ
10nmのシリコン酸化膜8で被う。ただし、便宜上、
図7(d)〜図8(f)ではシリコン酸化膜8を省略し
て示している。その後、図4(e)及び図8(e)に示
すように、フォトレジスト9を塗布し、ゲート側壁6a
上及びその周囲の領域に開口を設け、この領域のシリコ
ン酸化膜8を異方性エッチングにより除去する。図8
(e)では、ハッチングを施した部分が、開口を設けた
後のフォトレジスト9を示している。
Next, as shown in FIGS. 3D and 7D, the entire surface of the silicon substrate 1 is covered with a 10 nm-thick silicon oxide film 8 formed by a CVD method. However, for convenience,
7D to 8F, the silicon oxide film 8 is omitted. Thereafter, as shown in FIGS. 4E and 8E, a photoresist 9 is applied and the gate side wall 6a is formed.
An opening is provided in the upper and peripheral regions, and the silicon oxide film 8 in this region is removed by anisotropic etching. FIG.
In (e), the hatched portion shows the photoresist 9 after the opening is provided.

【0020】次に、フォトレジスト9を除去した後、図
4(f)、図8(f)に示すように、シラン又はジシラ
ンを反応ガスとしたUHV−CVD法により、シリコン
酸化膜8を除去した領域のシリコン窒化膜上及びシリコ
ン上に、厚さ30nmのシリコン10を選択的に成長さ
せる。図4(f)では、ハッチングを施した部分が、選
択成長したシリコン10を示している。
Next, after the photoresist 9 is removed, as shown in FIGS. 4F and 8F, the silicon oxide film 8 is removed by UHV-CVD using silane or disilane as a reaction gas. The silicon 10 having a thickness of 30 nm is selectively grown on the silicon nitride film and the silicon in the region thus formed. In FIG. 4F, the hatched portion indicates the selectively grown silicon 10.

【0021】ここで、シリコン窒化膜上及びシリコン上
にのみシリコンを選択的に成長させるためには、図9に
示すように、成長時間は、シリコン窒化膜上の潜伏時間
より長く、かつシリコン酸化膜上の潜伏時間より短く設
定すればよい。
Here, in order to selectively grow silicon only on the silicon nitride film and only on the silicon, as shown in FIG. 9, the growth time is longer than the incubation time on the silicon nitride film and the silicon oxide film is formed. What is necessary is just to set it shorter than the incubation time on a film.

【0022】次に、図1(g)及び図5(g)に示すよ
うに、シリコン酸化膜8の残りの部分を異方性エッチン
グにより除去し、全面に厚さ30nmのチタン膜をスパ
ッタ法により被着させ、700℃で20秒間熱処理を行
うことによって、選択成長したシリコン10、ゲート電
極4a及び高濃度拡散層7aの表面にチタンシリサイド
化反応を生じさせ、続いて水酸化アンモニウムと過酸化
水素水との混合液に浸して未反応のチタンを除去するこ
とによって、ゲート側壁6a上をまたぐ形でゲート電極
4aと高濃度拡散層7aとを接続する厚さ45nmのチ
タンシリサイド層11を形成する。図5(g)では、ハ
ッチングを施した部分が、チタンシリサイド層11を示
している。この後、850℃で20秒間熱処理を行うこ
とによって、相転移を生じさせ、チタンシリサイド層1
1の抵抗率を下げる。
Next, as shown in FIGS. 1G and 5G, the remaining portion of the silicon oxide film 8 is removed by anisotropic etching, and a 30 nm-thick titanium film is formed on the entire surface by sputtering. And a heat treatment at 700 ° C. for 20 seconds to cause a titanium silicidation reaction on the surface of the selectively grown silicon 10, gate electrode 4a and high concentration diffusion layer 7a, followed by ammonium hydroxide and peroxide. By removing the unreacted titanium by immersing it in a mixed solution with hydrogen water, a titanium silicide layer 11 having a thickness of 45 nm connecting the gate electrode 4a and the high-concentration diffusion layer 7a is formed so as to extend over the gate side wall 6a. I do. In FIG. 5G, a hatched portion indicates the titanium silicide layer 11. Thereafter, a heat treatment is performed at 850 ° C. for 20 seconds to cause a phase transition, and the titanium silicide layer 1
1 lower the resistivity.

【0023】なお、本実施形態では金属シリサイドとし
てチタンシリサイドを用いているが、多少のプロセス条
件の変更を行うのみで、コバルトシリサイドやニッケル
シリサイドなど、他の金属シリサイドを用いることも可
能である。
Although titanium silicide is used as the metal silicide in this embodiment, other metal silicides such as cobalt silicide and nickel silicide can be used only by slightly changing the process conditions.

【0024】図10は、本発明に係る半導体装置の第二
実施形態を示す縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【0025】本実施形態の半導体装置は、p型のシリコ
ン基板1上に、フィールド酸化膜2及びゲート酸化膜3
を介した多結晶シリコンのゲート電極4a,4bと、ゲ
ート電極4a,4bの側面に形成されたシリコン窒化膜
のゲート側壁6a,6bと、ゲート電極4a,4bの周
囲のシリコン基板1に自己整合的に形成されたn型の低
濃度拡散層5a,5bと、ゲート側壁6a,6bの周囲
のシリコン基板1に自己整合的に形成されたn型の高濃
度拡散層7a,7bと、ゲート側壁6a上をまたぐ形で
ゲート電極4aと高濃度拡散層7aとを接続するチタン
シリサイド層11とを備えている。
The semiconductor device of the present embodiment has a field oxide film 2 and a gate oxide film 3 on a p-type silicon substrate 1.
Self-alignment with gate electrodes 4a, 4b of polycrystalline silicon, gate sidewalls 6a, 6b of silicon nitride film formed on side surfaces of gate electrodes 4a, 4b, and silicon substrate 1 around gate electrodes 4a, 4b. N-type low-concentration diffusion layers 5a and 5b, n-type high-concentration diffusion layers 7a and 7b formed in a self-aligned manner on silicon substrate 1 around gate sidewalls 6a and 6b, and gate sidewalls There is provided a titanium silicide layer 11 that connects the gate electrode 4a and the high concentration diffusion layer 7a so as to straddle over the portion 6a.

【0026】図11乃至図13は、本発明に係る半導体
装置の製造方法の第二実施形態を示す縦断面図である。
図10乃至図13において、各工程は(a)〜(g)の
順に進行する。なお、これらの図面に対応する平面図
は、省略するが、図5乃至図8の(a)〜(g)に準じ
たものとなる。
FIGS. 11 to 13 are vertical sectional views showing a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
10 to 13, each step proceeds in the order of (a) to (g). Although plan views corresponding to these drawings are omitted, they are based on FIGS. 5 to 8A to 8G.

【0027】まず、図11(a)に示すように、p型の
シリコン基板1上に厚さ300nmのフィールド酸化膜
2を選択酸化法により形成し、厚さ5nmのゲート酸化
膜3を介して、厚さ200nmの多結晶シリコンのゲー
ト電極4a,4bをCVD法とリソグラフィ及び異方性
エッチングとにより形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a field oxide film 2 having a thickness of 300 nm is formed on a p-type silicon substrate 1 by a selective oxidation method, and is interposed via a gate oxide film 3 having a thickness of 5 nm. And 200 nm thick polycrystalline silicon gate electrodes 4a and 4b are formed by CVD, lithography and anisotropic etching.

【0028】次に、図11(b)に示すように、ヒ素イ
オンを20keVの加速エネルギーで3×1013cm-2
注入することにより、ゲート電極4a,4bの周囲のシ
リコン基板1に自己整合的にn型の低濃度拡散層5a,
5bを形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (b), arsenic ions are accelerated to 3 × 10 13 cm −2 at an acceleration energy of 20 keV.
By implantation, n-type low concentration diffusion layers 5a, 5a are self-aligned with silicon substrate 1 around gate electrodes 4a, 4b.
5b is formed.

【0029】次に、図12(c)に示すように、ゲート
電極4a,4bの側面に幅l00nmのシリコン窒化膜
のゲート側壁6a,6bをCVD法と異方性エッチング
とにより形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, gate sidewalls 6a and 6b of a silicon nitride film having a width of 100 nm are formed on the side surfaces of the gate electrodes 4a and 4b by CVD and anisotropic etching.

【0030】次に、図12(d)に示すように、全面を
CVD法で形成した厚さ10nmのシリコン酸化膜8で
被った後、ヒ素イオンを40keVの加速エネルギーで
3×1015cm-2注入することにより、ゲート側壁6
a,6bに自己整合的にn型の高濃度拡散層7a,7b
を形成する。
Next, as shown in FIG. 12 (d), after suffering a silicon oxide film 8 having a thickness of 10nm was formed on the entire surface by CVD, arsenic ions at an acceleration energy of 40keV 3 × 10 15 cm - By implanting two , the gate sidewall 6
n-type high concentration diffusion layers 7a, 7b
To form

【0031】次に、図13(e)に示すように、フォト
レジスト9を塗布し、ゲート側壁6a上及びその周囲の
領域に開口を設け、この領域のシリコン酸化膜8を異方
性エッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 13E, a photoresist 9 is applied, an opening is formed on the gate side wall 6a and a region around the gate side wall 6a, and the silicon oxide film 8 in this region is anisotropically etched. Remove.

【0032】次に、フォトレジスト9を除去した後、図
13(f)に示すように、シラン又はジシランを反応ガ
スとしたUHV−CVD法により、シリコン酸化膜8を
除去した領域のシリコン窒化膜上及びシリコン上に、厚
さ30nmのシリコン10を選択的に成長させる。
Next, after the photoresist 9 is removed, as shown in FIG. 13 (f), the silicon nitride film in the region where the silicon oxide film 8 has been removed by UHV-CVD using silane or disilane as a reaction gas. A 30 nm thick silicon 10 is selectively grown on the top and the silicon.

【0033】ここで、シリコン窒化膜上及びシリコン上
にのみ、シリコンを選択的に成長させるためには、図9
に示すように、成長時間は、シリコン窒化膜上の潜伏時
間より長く、かつシリコン酸化膜上の潜伏時間より短く
設定すればよい。
Here, in order to selectively grow silicon only on the silicon nitride film and the silicon, FIG.
As shown in (1), the growth time may be set longer than the incubation time on the silicon nitride film and shorter than the incubation time on the silicon oxide film.

【0034】次に、図10(g)に示すように、シリコ
ン酸化膜8の残りの部分を異方性エッチングにより除去
し、全面に厚さ30nmのチタン膜をスパッタ法により
被着させ、700℃で20秒間熱処理を行うことによっ
て、選択成長したシリコンl0、ゲート電極4a及び高
濃度拡散層7aの表面にチタンシリサイド化反応を生じ
させ、続いて水酸化アンモニウムと過酸化水素水との混
合液に浸して未反応のチタンを除去することによって、
ゲート側壁6a上をまたぐ形でゲート電極4aと高濃度
拡散層7aとを接続する厚さ45nmのチタンシリサイ
ド層11を形成する。この後、850℃で20秒間熱処
理を行うことによって、相転移を生じさせ、チタンシリ
サイド層11の抵抗率を下げる。
Next, as shown in FIG. 10 (g), the remaining portion of the silicon oxide film 8 is removed by anisotropic etching, and a titanium film having a thickness of 30 nm is deposited on the entire surface by a sputtering method. Heat treatment at 20 ° C. for 20 seconds to cause a titanium silicidation reaction on the surface of the selectively grown silicon 10, gate electrode 4 a and high concentration diffusion layer 7 a, followed by a mixed solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution To remove unreacted titanium
A titanium silicide layer 11 having a thickness of 45 nm connecting the gate electrode 4a and the high-concentration diffusion layer 7a is formed so as to straddle the gate side wall 6a. Thereafter, a heat treatment is performed at 850 ° C. for 20 seconds to cause a phase transition and lower the resistivity of the titanium silicide layer 11.

【0035】なお、本実施形態では金属シリサイドとし
てチタンシリサイドを用いているが、多少のプロセス条
件の変更を行うのみで、コバルトシリサイドやニッケル
シリサイドなど、他の金属シリサイドを用いることも可
能である。
Although titanium silicide is used as the metal silicide in this embodiment, other metal silicides such as cobalt silicide and nickel silicide can be used only by slightly changing the process conditions.

【0036】本実施形態の第1実施形態との相違点は、
ソース拡散層及びドレイン拡散層の構造にある。実際の
微細なMOSFETでは、短チャネル効果の抑制及びホ
ットキャリア耐性の向上の観点から、本実施形態のよう
に低濃度拡散層と高濃度拡散層とを有する、いわゆるL
DD構造のソース・ドレインを採用することが多い。こ
のような場合でも、本発明によれば、チタンシリサイド
層11とシリコン基板1との間のショート又はリークを
防ぐことができるのは明らかである。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that
In the structure of the source diffusion layer and the drain diffusion layer. In an actual fine MOSFET, from the viewpoint of suppressing a short channel effect and improving hot carrier resistance, a so-called L having a low concentration diffusion layer and a high concentration diffusion layer as in this embodiment is used.
In many cases, a source / drain having a DD structure is employed. Even in such a case, according to the present invention, it is apparent that a short circuit or a leak between the titanium silicide layer 11 and the silicon substrate 1 can be prevented.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明の効果は、ゲート電極とソース拡
散層又はドレイン拡散層とを接続する際に、ゲート電
極、ソース拡散層及びドレイン拡散層と、シリコン基板
との間のショート又はリークを防ぐことができることで
ある。その第1の理由は、ゲート側壁上をまたぐ形で、
ゲート電極と高濃度拡散層とを金属シリサイドによって
接続するからである。このため、横方向にゲート側壁の
幅だけ、金属シリサイド層と拡散層の接合面との間の距
離を余分に確保できるようになる。第2の理由は、シリ
コン窒化膜でゲート側壁を形成し、このシリコン窒化膜
上を含む形で、選択的にシリコンを成長させ、選択成長
したシリコン、ゲート電極及び拡散層の表面を金属シリ
サイド化するからである。このため、ゲート電極と高濃
度拡散層との接続部では、選択成長したシリコンを金属
シリサイド化することになり、縦方向にも選択成長シリ
コンの膜厚分だけ、金属シリサイド層と拡散層の接合面
との間の距離を余分に確保できるようになる。
The effect of the present invention is that when the gate electrode is connected to the source diffusion layer or the drain diffusion layer, short-circuit or leakage between the gate electrode, the source diffusion layer and the drain diffusion layer and the silicon substrate is prevented. That can be prevented. The first reason is that it straddles over the gate sidewall,
This is because the gate electrode and the high concentration diffusion layer are connected by metal silicide. Therefore, an extra distance between the metal silicide layer and the junction surface of the diffusion layer can be secured by the width of the gate side wall in the lateral direction. The second reason is that a gate sidewall is formed of a silicon nitride film, silicon is selectively grown so as to include the silicon nitride film, and the surfaces of the selectively grown silicon, the gate electrode, and the diffusion layer are made of metal silicide. Because you do. For this reason, at the connection between the gate electrode and the high-concentration diffusion layer, the selectively grown silicon is converted into metal silicide. An extra distance from the surface can be secured.

【0038】また、本発明の効果は、工程数を大幅に増
やすことなく、確実に、ゲート電極とソース拡散層又は
ドレイン拡散層とを接続することができることである。
その理由は、シリコン窒化膜でゲート側壁を形成し、こ
のシリコン窒化膜上を含む形で、選択的にシリコンを成
長させ、選択成長したシリコン、ゲート電極及び拡散層
の表面を金属シリサイド化するからである。このため、
新たに付け加わる工程は、基本的には、シリコンの選択
成長のみであり、また、この選択成長シリコンを金属シ
リサイド化するため、確実にゲート電極とソース拡散層
又はドレイン拡散層とを接続することができるようにな
る。
An advantage of the present invention is that the gate electrode can be reliably connected to the source diffusion layer or the drain diffusion layer without significantly increasing the number of steps.
The reason is that the gate sidewall is formed of a silicon nitride film, silicon is selectively grown so as to include the silicon nitride film, and the surface of the selectively grown silicon, the gate electrode, and the diffusion layer are converted into metal silicide. It is. For this reason,
The newly added step is basically only selective growth of silicon, and in order to convert the selectively grown silicon into metal silicide, it is necessary to surely connect the gate electrode to the source diffusion layer or the drain diffusion layer. Will be able to

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

【図1】本発明の半導体装置の第一実施形態を示す縦断
面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】図1の半導体装置の製造方法を示す縦断面図で
あり、図2(a)、図2(b)の順に工程が進行する。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b).

【図3】図1の半導体装置の製造方法を示す縦断面図で
あり、図3(c)、図3(d)の順に工程が進行する。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIG. 3 (c) and FIG. 3 (d).

【図4】図1の半導体装置の製造方法を示す縦断面図で
あり、図4(e)、図4(f)の順に工程が進行する。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIG. 4 (e) and FIG. 4 (f).

【図5】本発明の半導体装置の第一実施形態を示す平面
図である。
FIG. 5 is a plan view showing a first embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図6】図1の半導体装置の製造方法を示す平面図であ
り、図6(a)、図6(b)の順に工程が進行する。
FIG. 6 is a plan view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIGS. 6 (a) and 6 (b).

【図7】図1の半導体装置の製造方法を示す平面図であ
り、図7(c)、図7(d)の順に工程が進行する。
FIG. 7 is a plan view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIGS. 7 (c) and 7 (d).

【図8】図1の半導体装置の製造方法を示す平面図であ
り、図8(e)、図8(f)の順に工程が進行する。
FIG. 8 is a plan view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIGS. 8 (e) and 8 (f).

【図9】選択成長シリコンの膜厚と成長時間との関係を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the thickness of selective growth silicon and the growth time.

【図10】本発明の半導体装置の第二実施形態を示す縦
断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図11】図10の半導体装置の製造方法を示す縦断面
図であり、図11(a)、図11(b)の順に工程が進
行する。
11 is a longitudinal sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 10, and the process proceeds in the order of FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b).

【図12】図10の半導体装置の製造方法を示す縦断面
図であり、図12(c)、図12(d)の順に工程が進
行する。
12 is a longitudinal sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 10, and the process proceeds in the order of FIG. 12 (c) and FIG. 12 (d).

【図13】図10の半導体装置の製造方法を示す縦断面
図であり、図13(e)、図13(f)の順に工程が進
行する。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 10, and the process proceeds in the order of FIGS. 13 (e) and 13 (f).

【図14】従来の半導体装置を示す縦断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a conventional semiconductor device.

【図15】図14の半導体装置の製造方法を示す縦断面
図であり、図15(a)、図15(b)の順に工程が進
行する。
15 is a longitudinal sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 14, and the process proceeds in the order of FIGS. 15 (a) and 15 (b).

【図16】図14の半導体装置の製造方法を示す縦断面
図であり、図16(c)、図16(d)の順に工程が進
行する。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 14, and the process proceeds in the order of FIG. 16 (c) and FIG. 16 (d).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4a,4b ゲート電極 5a,5b 低濃度拡散層 6a,6b ゲート側壁 7a,7b 高濃度拡散層 8 シリコン酸化膜 9 フォトレジスト 10 選択成長シリコン 11 チタンシリサイド層 12 ゲート電極と拡散層との接続部分 13a,13b ゲート側壁 14 金属シリサイド層 Reference Signs List 1 silicon substrate 2 field oxide film 3 gate oxide film 4a, 4b gate electrode 5a, 5b low concentration diffusion layer 6a, 6b gate side wall 7a, 7b high concentration diffusion layer 8 silicon oxide film 9 photoresist 10 selective growth silicon 11 titanium silicide layer 12 Connection between gate electrode and diffusion layer 13a, 13b Gate side wall 14 Metal silicide layer

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁膜を介して形成さ
れたゲート電極と、このゲート電極の側面に形成された
絶縁膜からなるゲート側壁と、この前記ゲート側壁又は
前記ゲート電極の周囲の前記シリコン基板に自己整合的
に形成された拡散層と、前記ゲート側壁上を介して前記
ゲート電極と前記拡散層とを接続する金属シリサイド層
とを備えた半導体装置。
A gate electrode formed on a silicon substrate with an insulating film interposed therebetween; a gate side wall made of an insulating film formed on a side surface of the gate electrode; A semiconductor device comprising: a diffusion layer formed in a silicon substrate in a self-aligned manner; and a metal silicide layer connecting the gate electrode and the diffusion layer via the gate sidewall.
【請求項2】 前記ゲート電極がシリコンからなり、前
記ゲート側壁がシリコン窒化膜からなる、請求項1記載
の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is made of silicon, and said gate side wall is made of a silicon nitride film.
【請求項3】 シリコン基板上に絶縁膜を介してシリコ
ンからなるゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面に第一の絶縁膜からなるゲート側
壁を形成する工程と、 前記ゲート側壁又は前記ゲート電極の周囲の前記シリコ
ン基板に自己整合的に拡散層を形成する工程と、 前記シリコン基板全面に第二の絶縁膜を被着させた後、
前記ゲート側壁上及びその周囲の領域から当該第二の絶
縁膜を除去する工程と、 前記第二の絶縁膜を除去した領域に選択的にシリコンを
成長させる工程と、 前記選択的に成長したシリコン、前記ゲート電極及び前
記拡散層の表面を金属シリサイド化することにより、前
記ゲート側壁上を介して前記ゲート電極と前記拡散層と
を接続する工程と、 を備えた半導体装置の製造方法。
A step of forming a gate electrode made of silicon on a silicon substrate via an insulating film; a step of forming a gate side wall made of a first insulating film on a side surface of the gate electrode; A step of forming a diffusion layer in a self-aligned manner on the silicon substrate around the gate electrode, and after depositing a second insulating film on the entire surface of the silicon substrate,
Removing the second insulating film from a region on and around the gate sidewall; selectively growing silicon in a region from which the second insulating film has been removed; and selectively growing the silicon. Connecting the gate electrode and the diffusion layer via the gate side wall by converting the surfaces of the gate electrode and the diffusion layer into metal silicide.
【請求項4】 前記第一の絶縁膜がシリコン窒化膜であ
り、前記第二の絶縁膜がシリコン酸化膜である、請求項
3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the first insulating film is a silicon nitride film, and the second insulating film is a silicon oxide film.
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