JP3308082B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,半導体装置およびその
製造方法,特にMOS型電界効果トランジスタおよびそ
の製造方法に関する。
【0002】近年,半導体デバイス,特にトランジスタ
の動作速度の向上に対する要求はとどまるところを知ら
ない。今まで高速トランジスタの代名詞ともなっていた
バイポーラトランジスタは,発熱量が大きいために高集
積化することが困難になりつつある。そこで,消費電力
が少なく発熱量が小さなCMOSトランジスタによっ
て,高速化と高集積化とを両立させることが求められて
いる。
【0003】
【従来の技術】図12は,通常のMOSFET(電界効
果トランジスタ)構造を示す図である。
【0004】図中,41はフィールド酸化膜,42はソ
ース領域,43はドレイン領域,44はゲート酸化膜,
45はゲート電極,46はサイドウォールである。
【0005】図12に示す通常のMOSFET構造で
は,ゲート電極45の両側に酸化膜によってサイドウォ
ール46a,46bが形成されている。サイドウォール
46a,46bは,素子の微細化に伴って生じる短チャ
ネル効果を抑制するためのLDD( Lightly Doped Dra
in )構造を形成するために用いられる。すなわち,ゲー
ト電極45をパターニングした後,ゲート電極45をマ
スクとしてドーパントをイオン注入して低濃度のソース
/ドレイン領域を形成する。その後,ゲート電極45の
両側に酸化膜によってサイドウォール46a,46bを
形成した後,ゲート電極45およびサイドウォール46
a,46bをマスクとしてドーパントをイオン注入して
高濃度のソース/ドレイン領域を形成する。このように
して,LDD構造が形成される。
【0006】今までのCMOSトランジスタの高速化
は,主に素子の微細化によってなされてきたが,素子の
微細化が進むにつれて,ゲート長が短くなり,その結果
ゲート電極の抵抗値が増大し,動作速度の高速化を妨げ
る要因となってきた。そこで,ゲート電極の抵抗値を下
げるために,ポリサイドゲート電極等が用いられるよう
になってきたが,近年,素子の微細化によりゲートのサ
イズが細くなるにつれて,ポリサイドゲート電極上のシ
リサイドのシート抵抗値が上昇する等の問題点が顕在化
してきた。
【0007】しかしながら,依然として,ゲート電極の
形状には変化がなかった。ただし,図13に示すelevat
ed-source/drain MOSFETは,図12に示した通常
のMOSFET構造とは異なる構造をしている。
【0008】図13において,51はフィールド酸化
膜,52はソース領域,53はドレイン領域,54はゲ
ート酸化膜,55はゲート電極である。
【0009】図13に示すelevated-source/drain MO
SFETは,図12に示した通常のMOSFET構造と
は異なり,出来上がったゲート電極は,ゲートのサイズ
よりもゲート電極の面積が大きくなっており,その形状
もT字型に近くゲート電極の抵抗値の低下も期待できる
が,RIE( Reactive Ion Etching ) で開口したシリ
コン基板面にゲート酸化膜を形成するため,RIE損傷
によるゲート酸化膜の信頼性の低下が懸念されており,
実用化に至っていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように,図
12に示した通常のMOSFET構造では,ゲート電極
の形状が変わらないとすると,MOSトランジスタのゲ
ートサイズが小さくなるにつれて,ゲート電極の抵抗値
が大きくなってしまう。
【0011】さらに,微細なポリサイドゲート電極上の
シリサイドのシート抵抗値の上昇効果(1μm以下で徐
々に顕在化し,サブクォーターミクロン領域ではバルク
のシート抵抗値の数倍にもなる)も相まってMOSFE
Tの動作速度の向上を阻害する要因の一つとなってい
た。
【0012】本発明は,上記の問題点を解決して,ゲー
ト電極のシート抵抗値を下げ,動作速度を高速化できる
ようにした,半導体装置およびその製造方法,特にMO
S型電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに,本発明に係る半導体装置およびその製造方法は,
次のように構成する。
【0014】(1)ソース領域およびドレイン領域を有
し,該ソース領域およびドレイン領域間のチャネル領域
上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMO
S型電界効果トランジスタであって,該ゲート絶縁膜上
に形成された第1のゲート電極と,該第1のゲート電極
の側壁に、その側壁上部を残して形成されたサイドウォ
ールと, 該第1のゲート電極の上面及び側壁上部を被覆
する第2のゲート電極を有し、 該第2のゲート電極はS
iGe膜から成り、その表面がシリサイド化されている
ように構成する。
【0015】(2) ソース領域およびドレイン領域を
有し,該ソース領域およびドレイン領域間のチャネル領
域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたM
OS型電界効果トランジスタの製造方法であって,シリ
コン基板の表面に酸化膜を形成して素子形成領域を画定
する工程と,該画定されたシリコン基板上にゲート酸化
膜を形成する工程と,該ゲート酸化膜上にポリシリコン
膜を堆積する工程と,該ポリシリコン膜をパターニング
して第1のゲート電極を形成する工程と,該第1のゲー
ト電極の側壁に、その側壁上部を残してサイドウォール
を形成する工程と、 該第1のゲート電極上にSiGe膜
を堆積して、該第1のゲート電極の上面及び側壁上部を
被覆するように第2のゲート電極を形成する工程と、
第2のゲート電極の表面をシリサイド化する工程とを含
よう構成する。図1は,本発明の基本構成を示す図で
ある。
【0016】図中,1はフィールド酸化膜,2はソース
領域,3はドレイン領域,4はゲート酸化膜,5は第1
ゲート電極,6はサイドウォール,7は第2ゲート電極
である。
【0017】
【作用】本発明では,今まで特に考慮されてこなかった
シリサイド化前のゲート電極を,その面積を大きくした
構造としているので,シリサイド化を行うことが容易に
なる。その結果,微細なゲートサイズのゲート電極のシ
リサイド化時におけるシート抵抗値の上昇効果を抑制す
ることが可能になるので,ゲート電極の抵抗値を低下さ
せることが可能になり,MOSFETの動作速度の向上
が実現する。
【0018】本発明に係るMOSFETは,図1に示す
ように,ゲート酸化膜4上に形成された第1ゲート電極
5と,この第1ゲート電極5の側壁をその上部を残して
被覆するサイドウォール6a,6bと,第1ゲート電極
5の上面及び側壁上部を被覆する第2ゲート電極7とか
ら構成されている。
【0019】すなわち,本発明に係るMOSFETで
は,ゲート電極の形成を2段階に分けて選択的手法を用
いることにより,図12に示した通常のMOSFET構
造のゲート電極に比べて,ゲート電極の面積が大きくな
るようにしている。この結果,ゲートのサイズは変化さ
せずに,ゲート電極の面積を増大させることが可能にな
るので,ゲート電極の抵抗値を低下させることが可能に
なり,信号遅延時間を減少させることができるので,動
作速度の向上が実現する。
【0020】なお,図1に示す構造から分かるように,
本発明に係るMOSFETは,図13に示したelevated
-source/drain MOSFETとは異なるものである。ま
た,ゲート電極の形成方法も全く異なる。
【0021】
【実施例】図2は,本発明の一実施例構成を示す図であ
る。
【0022】図中,11は第1フィールド酸化膜,12
は第2フィールド酸化膜,13はソース領域,14はド
レイン領域,15はゲート酸化膜,16は第1ゲート電
極,17はサイドウォール,18は第2ゲート電極,1
9はシリサイドである。
【0023】図2に示す本発明に係るMOSFETは,
ゲート酸化膜15上に形成されたポリシリコンから成る
第1ゲート電極16と,この第1ゲート電極16の側壁
その上部を残して被覆するシリコン酸化膜から成るサ
イドウォール17a,17bと,第1ゲート電極16の
上面及び側壁上部を被覆するポリSiGeから成る第2
ゲート電極18とから構成されている。そして,第2ゲ
ート電極18の表面,並びに,ソース領域13の表面お
よびドレイン領域14の表面はシリサイド化されてい
る。
【0024】次に,図2に示す本発明に係るMOSFE
Tを製造方法を,図3〜図11を用いて工程順に説明す
る。以下では,PチャネルMOSFETの場合について
説明するが,NチャネルMOSFETも,ドーパントに
逆導電型のものを用いるだけで同様にして製造すること
ができる。
【0025】[工程1,図3] n型シリコン基板21の表面にLOCOS法により,例
えば厚さ3000Åの第1フィールド酸化膜22a,2
2bを形成して,素子形成領域を画定する。
【0026】全面に,As+ イオンをイオン注入してパ
ンチスルーストッパーを形成する。
【0027】[工程2,図4] 全面に,ノンドープのシリコン膜23を,例えば厚さ5
00Åにエピタキシャル成長させる。第1フィールド酸
化膜22a,22b上の部分は,ポリシリコン膜とな
る。
【0028】[工程3,図5] 第1フィールド酸化膜22a,22b上のポリシリコン
膜23にLOCOS法を適用して,第2フィールド酸化
膜24a,24bを形成する。これは,隣接する素子と
の導通を防止するために行う。
【0029】[工程4,図6] エピタキシャルシリコン膜23上にゲート酸化膜24を
形成する。
【0030】全面に,ポリシリコン層25を成長させ
る。
【0031】全面に,BF2 + イオンをイオン注入して
ポリシリコン層25の抵抗値を下げる。
【0032】フォトリソグラフィ技術およびエッチング
技術によって,ポリシリコンゲート電極25を,例えば
ゲート長0.1μmにパターニングする。このポリシリ
コンゲート電極25が第1ゲート電極と成る。
【0033】[工程5,図7] 全面に,CVD法により,シリコン酸化膜を堆積する。
【0034】堆積したシリコン酸化膜に対して,異方性
エッチングを施して,第1ゲート電極25の側壁に,そ
の上部を残してサイドウォール酸化膜26a,26bを
形成する。
【0035】[工程6,図8] 第1ゲート電極25の上面及び側壁上部の表面,および
エピタキシャルシリコン膜23の表面に,例えば厚さ5
00ÅのポリSiGe膜27a,27b,27cを選択
成長させる。
【0036】[工程7,図9] 全面に,BF2 + イオンをイオン注入して,第1ゲート
電極25の上面及び側壁上部の表面に成長されたポリS
iGe膜27bの抵抗値を下げると共に,エピタキシャ
ルシリコン膜23上に成長されたポリSiGe膜27
a,27cにソース領域およびドレイン領域を形成す
る。
【0037】[工程8,図9,図10] 第1ゲート電極25の上面及び側壁上部の表面,および
エピタキシャルシリコン膜23の表面に成長されたポリ
SiGe膜27a,27b,27cをTiでシリサイド
化して,Tiシリサイド28a,28b,28cを形成
する。
【0038】第1ゲート電極25の上面及び側壁上部の
表面に形成されたTiシリサイド28bが第2ゲート電
極と成る。
【0039】[工程9,図11] 全面に,CVD−SiO2 などから成る層間絶縁膜29
を堆積した後,ソース領域を構成するTiシリサイド2
8aおよびドレイン領域を構成するTiシリサイド28
cに到達する開口部を設け,アルミニウム(Al)など
から成るソース電極30およびドレイン電極31を形成
する。
【0040】以上の各工程を経て,本発明に係るMOS
FETが完成する。
【0041】以上の製造方法では,ポリシリコンから成
る第1ゲート電極25の上面及び側壁上部の表面,およ
びエピタキシャルシリコン膜23の表面およびポリシリ
コン膜の表面にSiGeを成長させる例を示したが,S
iGeに限らず,シリコンを用いても良いし,また,M
o,W,Tiなどの高融点金属を用いることもできる。
さらに,Tiでシリサイド化する例を示したが,シリサ
イド化は,Tiの他にMo,Wなどの高融点金属を用い
ることができる。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば,MOS型電界効果トラ
ンジスタ(MOSFET)のゲート電極の抵抗値を,ゲ
ートサイズを変えることなく低減させることが可能にな
るので,素子の高集積化が可能になる。
【0043】また,ゲート電極の抵抗値を低減すること
ができる結果,信号遅延時間を減少させることができる
ようになり,MOSFETの動作速度を高速化すること
が可能になる。
【0044】以上のように,本発明は,MOS型半導体
装置の性能向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す図である。
【図2】本発明の一実施例構成を示す図である。
【図3】本発明の製造方法の工程1を示す図である。
【図4】本発明の製造方法の工程2を示す図である。
【図5】本発明の製造方法の工程3を示す図である。
【図6】本発明の製造方法の工程4を示す図である。
【図7】本発明の製造方法の工程5を示す図である。
【図8】本発明の製造方法の工程6を示す図である。
【図9】本発明の製造方法の工程7を示す図である。
【図10】本発明の製造方法の工程8を示す図である。
【図11】本発明の製造方法の工程9を示す図である。
【図12】通常のMOSFET構造を示す図である。
【図13】提案されているMOSFET構造を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 フィールド酸化膜 2 ソース領域 3 ドレイン領域 4 ゲート酸化膜 5 第1ゲート電極 6 サイドウォール 7 第2ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−186733(JP,A) 特開 昭61−29176(JP,A) 特開 平5−109757(JP,A) 特開 平5−275546(JP,A) 特開 昭63−196075(JP,A) 特開 平1−189919(JP,A) 特開 平4−343230(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/28 301 H01L 21/336 H01L 29/43

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソース領域およびドレイン領域を有し,
    該ソース領域およびドレイン領域間のチャネル領域上に
    ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOS型
    電界効果トランジスタであって, 該ゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と,該第1のゲート電極の側壁に、その側壁上部を残して形
    成されたサイドウォールと, 該第1のゲート電極の上面及び側壁上部を被覆する第2
    のゲート電極を有し、 該第2のゲート電極はSiGe膜から成り、その表面が
    シリサイド化されている ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 ソース領域およびドレイン領域を有し,
    該ソース領域およびドレイン領域間のチャネル領域上に
    ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたMOS型
    電界効果トランジスタの製造方法であって, シリコン基板の表面に酸化膜を形成して素子形成領域を
    画定する工程と, 該画定されたシリコン基板上にゲート酸化膜を形成する
    工程と, 該ゲート酸化膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と, 該ポリシリコン膜をパターニングして第1のゲート電極
    を形成する工程と,該第1のゲート電極の側壁に、その側壁上部を残してサ
    イドウォールを形成する工程と、 該第1のゲート電極上にSiGe膜を堆積して、該第1
    のゲート電極の上面及び側壁上部を被覆するように第2
    のゲート電極を形成する工程と、 該第2のゲート電極の表面をシリサイド化する工程とを
    含む ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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