JP3233214B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、主にシリサイドの形成工程に特徴を有する半
導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、特にMOSデバイスの製造
においては、ソース・ドレインやゲート電極の抵抗を低
減することが重要な課題の一つとなっている。従来、ソ
ース・ドレインやゲート電極の抵抗を低減するために
は、ソース・ドレイン及びゲート電極上にシリサイドを
形成する方法が採用されており、そのシリサイドにはT
iSi2が最も広く用いられている。
【0003】しかしながら、このようなシリサイドを形
成する方法では、ソース・ドレイン及びゲートの線幅が
狭くなると急激にシリサイドの抵抗が上昇するという細
線効果が顕著になる。そのため、サブハーフミクロン世
代の微細デバイスにこの方法を適用した場合には低抵抗
化の効果は十分とは言えない。
【0004】そのため、ソース・ドレイン及びゲートを
形成後、シリサイドの形成前に、全面にヒ素を注入して
ソース・ドレイン及びゲートの上部をアモルファス化す
るアモルファス化注入という手法(1992 VLSI
Symp.on Tech.p.66−67)が用い
られ、その適用例が特開平8−330253号公報等に
開示されている。
【0005】アモルファス化注入法をCMOSデバイス
の製造に適用した一例を図3を用いて説明する。
【0006】図3(a)に示すように、CMOSが公知
の方法で形成された半導体基板表面に、アモルファス化
層を形成しやすい比較的質量の大きいドーパントである
ヒ素等を用いて、イオン注入の飛程Rpがソース・ドレ
イン9、10の表面付近にとどまるようなエネルギーと
ドーズ量でイオン注入を行う。これにより、図3(b)
に示すように、ソース・ドレイン9、10とゲート電極
7の上部にアモルファス化層11が形成される。その
後、図3(c)に示すように、公知の方法でソース・ド
レインとゲート電極の上部にシリサイド層12を形成す
る。ここで、ヒ素のイオン注入においてRpが表面近傍
にとどまるように制御する理由は、Rpがソース・ドレ
インより深い位置まで達すると、不純物であるヒ素がソ
ース・ドレインを突き抜けてジャンクションリーク等を
引き起こし、素子特性が変動したり悪化したりするため
である。
【0007】この方法によれば、図3(b)に示すよう
に、ソース・ドレイン及びゲート電極の上部がアモルフ
ァス化され、シリサイド反応が促進されるため、シリサ
イド層の抵抗が低下し、細線効果をある程度は抑制する
ことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、ヒ素を注入することによりPMOSのソース・ド
レイン10全体の寄生抵抗を悪化させるという問題を有
している。これは、図3(a)に示すように、CMOS
のソース・ドレインの表面付近にのみヒ素の注入を行う
ことによってアモルファス化を行っているため、シリサ
イド層の形成時あるいは形成後において、注入されたヒ
素がシリサイド層とソース・ドレインのシリコン層との
界面に偏析する。またアモルファス化するための相当量
のヒ素を、ソース・ドレイン領域内にRpがとどまるよ
うに注入しているため偏析するヒ素量は大きい。このよ
うなヒ素の偏析は寄生抵抗の要因となるため、トランジ
スタ性能が低下し、また信頼性や歩留まりが低下すると
いう問題を引き起こしている。
【0009】また、浅い接合化が進んでいる近年のデバ
イスの製造においては、ソース・ドレインが浅くなるほ
ど、相当量の不純物をソース・ドレイン中にとどまるよ
うにイオン注入することは困難となり、不純物がソース
・ドレインを突き抜けてジャンクションリーク等の問題
を起しやすくなる。その結果、素子特性の変動や悪化が
起こり、信頼性や歩留まりが低下する。
【0010】そこで本発明の目的は、シリサイド層の細
線効果を抑えてソース・ドレインやゲート電極の抵抗を
低減するとともに、寄生抵抗を抑え、優れた素子特性を
有した微細な半導体装置を製造する方法を提供すること
にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁体上にシ
リコン層が形成されたSOI構造を有するSOI基板を
用いた半導体装置の製造方法において、該SOI基板
に、ゲート絶縁膜、ゲート電極およびソース・ドレイン
を形成する工程と、イオン注入の飛程Rpが該シリコン
層より深い位置に達するようにイオン注入を行ってソー
ス・ドレインのシリコン層をアモルファス化する工程
と、ソース・ドレイン上に高融点金属を堆積する工程
と、該高融点金属とアモルファス化されたシリコン層と
を熱処理により反応させてソース・ドレイン上にシリサ
イド層を形成する工程を有することを特徴とする半導体
装置の製造方法に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について説明する。
【0013】本発明の主な特徴は、アモルファス化のた
めのイオン注入工程において、Rpが、SOI基板のソ
ース・ドレイン領域のシリコン層より深い位置に達する
ようにイオン注入を行うことにある。
【0014】ここで、Rpとは、イオン注入の平均射影
(進入深さ)をいう。
【0015】アモルファス化のためのイオン注入を行う
工程において、Rpは、前記絶縁体内にとどまるように
アモルファス化イオン注入を行うことが好ましい。さら
に、アモルファス化イオン注入によるドーパント(不純
物)の深さ方向の濃度分布のピークが絶縁体中に位置す
るようにアモルファス化イオン注入を行うことが好まし
い。これにより、ソース・ドレイン中の、アモルファス
化イオン注入による不純物の濃度を抑えることができ、
この不純物に起因するソース・ドレインとシリサイド界
面の寄生抵抗の発生を抑制できる。
【0016】本発明において、アモルファス化のための
イオン注入のドーパント(不純物)としては、ヒ素、ア
ンチモン、ゲルマニウム、インジウム等を用いることが
できる。
【0017】本発明において、シリサイド層の形成のた
めに用いる高融点金属としては、Ti(チタン)、Co
(コバルト)、Ni(ニッケル)等を用いることができ
る。
【0018】また、本発明においては、シリサイド層の
形成後、熱アニールを行うことが好ましい。この工程
は、シリサイド層をC49相から低抵抗のC54相へ変
換するために行う。
【0019】本発明は、SOI基板上にMOSトランジ
スタ、特にCMOS回路を形成する場合に好適である。
【0020】本発明は、例えば以下のプロセスにより行
うことができる。
【0021】SOI基板に、ゲート絶縁膜、ゲート電極
およびソース・ドレインを形成する工程、Rpが該シリ
コン層より深い位置に達するようにアモルファス化のた
めのイオン注入を行う工程、高融点金属を堆積する工
程、シリサイド層を形成するための熱処理を行う工程を
この順で行うことができる。なお、高融点金属を堆積す
る工程は、アモルファス化のためのイオン注入を行う工
程の前に行ってもよい。
【0022】以下、図面を用いて本発明の好適な実施の
形態についてより具体的に説明する。
【0023】図1(a)に示すように、シリコン基板等
の半導体基板1上に厚さ100nm程度のシリコン酸化
膜等からなる埋め込み絶縁膜2が形成され、さらにその
上にシリコン層が形成されたSOI(Silicon On Insul
ator)構造を有するSOI基板を準備し、このSOI基
板表面のシリコン層を50nm程度に薄膜化し、LOC
OS法などの公知の方法でフィールド酸化膜(素子分離
膜)3を形成して素子分離を行う。次いで、フォトレジ
ストをマスクとしてNMOS形成用にはボロンを、PM
OS形成用にはリンを、それぞれ1017〜1018cm-3
程度の濃度になるように注入し、P−層4とN−層5を
形成する。
【0024】次に、ゲート酸化膜6となる酸化膜を厚さ
6nm程度に形成し、さらにゲート電極7となるポリシ
リコン層をCVD法により厚さ150nm程度に形成す
る。このポリシリコン層および酸化膜をリソグラフィー
工程において異方性エッチングを行いゲート電極7及び
ゲート酸化膜6を形成する。続いて、シリコン酸化膜等
の絶縁膜を例えばCVD法により厚さ100nmに堆積
し、異方性エッチングによりエッチバックしてサイドウ
ォール8を形成する。以上のようにして図1(b)に示
す構造を形成する。
【0025】次に、フォトレジストを用いてイオン注入
を行い、PMOSの形成においては、ボロンを例えば注
入エネルギー4keVで濃度5×1020cm-3になるよ
うにイオン注入を行い、不純物活性化のためのアニール
を例えば1000℃で10秒間行って、ソース・ドレイ
ンとなるPMOS用のP+層10を形成する。NMOS
の形成においては、ヒ素を例えば注入エネルギー30k
eVで濃度3×1020cm-3になるようにイオン注入を
行い、不純物活性化のためのアニールを例えば1000
℃で20秒間行って、ソース・ドレインとなるNMOS
用のN+層9を形成する(図1(c))。
【0026】次に、アモルファス化層を形成しやすい比
較的質量の大きいドーパントであるヒ素を、イオン注入
の飛程Rpがソース・ドレインのシリコン層(シリコン
層の厚さはここでは約50nm)よりも深い位置に達す
るように、例えば70keVで3×1014cm-2程度の
ドーズ量で注入を行う(図2(d))。そして、ソース
・ドレイン全体、およびゲート電極であるポリシリコン
層の上部にアモルファス化層11が形成される(図2
(e))。
【0027】その後、公知の方法で、ソース・ドレイン
9、10とゲート電極7のポリシリコン上にTiSi2
等からなるシリサイド層12を形成する(図2
(f))。
【0028】シリサイド層12の形成方法としては、例
えば、Tiをスパッタして厚さ20nmに堆積し、窒素
雰囲気中で700℃のRTA(ラピッドサーマルアニー
リング)によりC49相のTiSi2を形成する。同時
に絶縁膜上に形成されるTiNは、例えばNH4OH+
22+H2O溶液により選択的にエッチング除去す
る。その後、窒素雰囲気中で800℃のRTAによりT
iSi2をC49相から低抵抗のC54相へ変換する。
この後、公知方法により金属配線等を形成する。
【0029】本発明では、SOI構造を有する基板を用
いるため、イオン注入によるRpがSOI構造のシリコ
ン層、すなわちソース・ドレインよりも深い位置に達し
ても、ソース・ドレイン層(シリコン層)の下層は絶縁
体であるため、ジャンクションリークを起こしにくい。
【0030】また、アモルファス化のためのイオン注入
において、注入エネルギーとドーズ量を、RpがSOI
構造のシリコン層(ソース・ドレイン)よりも深い位置
に達するように制御してイオン注入することによって、
ソース・ドレイン中のアモルファス化注入によるヒ素
(不純物)を比較的低濃度にすることができる。一般に
イオン注入を行うと注入された不純物はガウス分布とな
るが、その際、不純物の深さ方向の濃度分布のピークを
例えばSOI構造のシリコン層(ソース・ドレイン)よ
りも深い位置の絶縁体内にもっていくようにすると、S
OI構造のシリコン層の表面付近は不純物分布のテール
(tail)となり、実効的に不純物濃度を下げることがで
きる。
【0031】従来の製造法にSOI基板を適用した場
合、ヒ素の熱拡散が小さいためヒ素の偏析が起きやす
い。しかしながら本発明によれば、アモルファス化注入
のヒ素を比較的低濃度にしているとともにソース・ドレ
インの全領域に分布させているため、ヒ素の偏析を抑制
することができ、PMOSのソース・ドレインの寄生抵
抗を抑えることができる。
【0032】また、高いエネルギーでイオン注入できる
ため、ソース・ドレイン及びゲート電極に厚いアモルフ
ァス層を形成できる。そのため、厚いシリサイド層が形
成可能となり、ソース・ドレインとゲート電極の抵抗を
低減でき、細い線幅でシート抵抗が上昇する細線効果も
抑制することができる。
【0033】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、優れた半導
体特性を有した微細な半導体装置を歩留まりよく提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法の工程断面図である。
【図2】本発明の製造方法の工程断面図である。
【図3】従来の製造方法の工程断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 埋め込み絶縁膜 3 素子分離膜 4 P−層 5 N−層 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 サイドウォール 9 N+層 10 P+層 11 アモルファス化層 12 シリサイド層 31 N型半導体基板 32 P型ウェル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/28 301 H01L 21/336 H01L 29/40 H01L 29/43

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁体上にシリコン層が形成されたSO
    I構造を有するSOI基板を用いた半導体装置の製造方
    法において、 該SOI基板に、ゲート絶縁膜、ゲート電極およびソー
    ス・ドレインを形成する工程と、イオン注入の飛程Rp
    が該シリコン層より深い位置に達するようにイオン注入
    を行ってソース・ドレインのシリコン層をアモルファス
    する工程と、ソース・ドレイン上に高融点金属を堆積
    する工程と、該高融点金属とアモルファス化されたシリ
    コン層とを熱処理により反応させてソース・ドレイン上
    シリサイド層を形成する工程を有することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 アモルファス化のためのイオン注入を行
    う工程において、Rpが前記絶縁体内にとどまるように
    イオン注入を行う請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 アモルファス化のためのイオン注入を行
    う工程において、イオン注入されたドーパントの深さ方
    向の濃度分布のピークが前記絶縁体内に位置するように
    イオン注入を行う請求項2記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 アモルファス化のためのイオン注入のド
    ーパントが、ヒ素、アンチモン、ゲルマニウム、インジ
    ウムから選ばれるものである請求項1、2又は3記載の
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 シリサイド層の形成のために用いる高融
    点金属がチタンである請求項1〜4のいずれか1項に記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 シリサイド層の形成後、熱アニールを行
    う工程を有する1〜5のいずれか1項に記載の半導体装
    置の製造方法。
  7. 【請求項7】 SOI基板上に形成される素子がMOS
    トランジスタである請求項1〜6のいずれか1項に記載
    の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 SOI基板上に形成される素子がCMO
    S回路である請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導
    体装置の製造方法。
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