JP3506445B2 - 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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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】発明は、半導体基板としてSO
I基板を用いた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。特に多結晶層を形成しない方法を提供するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】高速、高集積化可能な半導体素子とし
て、SOI(Silicon on Insulato
r)構造のMOSFETが開発されている。SOI構造
は周知のように、シリコン(Si)基板に絶縁層(Si
2 ,Si3 2 など)を埋め込んだものを基板とする
ものである。 【0003】この素子の典型的な製造工程を図3に示
し、以下順に説明する。 【0004】図3(a) SOI基板として、例えばSIMOX(Separat
ion by Inplanted Oxygen)基
板10を用意する。即ち、酸化膜2が埋め込まれている
基板である。上層3の単結晶シリコン膜厚は典型的には
200nmである。このウェハを用いて、まず上層Si層
3を、例えば周知のLOCOS法により素子形成領域毎
に絶縁・分離4する。その後、10−20nmの厚さのゲ
ート絶縁膜5を形成し、さらに膜厚300nmのリンドー
プ・ポリシリコン(polySi)を用いて、ゲート電
極6を形成する。 【0005】図3(b) さらに、ソース・ドレイン(S/D)拡散層形成のため
に、例えば、As(ヒ素)を40KeV ,5×1015cm-2
の条件でイオン注入を行う。この時、イオン注入された
上層Si層3は、全領域が非晶質Si(a−Si)にな
る。 【0006】図3(c) その後、注入されたイオン種の活性化(高濃度拡散層に
する)のために熱処理を行う。この時、上層Si3は、
チャネル領域に接する箇所を除いて、すべてシリコン酸
化膜(または雰囲気)に囲まれているため、単結晶にな
らず、多結晶になる。 【0007】その後、中間絶縁膜11、配線電極12を
形成し、図3(d)のように素子として完成する。 【0008】なお、ドレイン接合近傍の電界緩和のため
に、周知のLDD構造にしてもよい。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
のべた方法では、 (1)S/D層の多結晶化により、S/Dのシート抵抗
が大幅に増大する (2)多結晶化による結晶欠陥が接合近傍に残存する という問題がある。 【0010】これは共に多結晶化に伴う問題であり、こ
の多結晶化を回避するためには、横方向固相エピタキシ
ャル成長法により活性化熱処理の前に、例えば600
℃,10H程度の熱処理を行なえばよいが、この長時間
の熱処理は現実的ではない。また、それでも、バルクS
i(厚いSi基板を一般にいう)に比べて、拡散層厚さ
が薄いため、依然としてシート抵抗値が高いという問題
が残る。また、前記(1)に対してのみはS/Dのシリ
サイド化により対応できるが依然として、(2)の問題
は残る。 【0011】本発明は以上述べた、SOI構造MOSF
ETのS/D層の多結晶化の問題を回避し、優れた接合
特性をもつ半導体素子を形成することを第1の目的とす
る。また、同時に、薄膜SOIで問題となる、S/D抵
抗の増大という問題を回避することを第2の目的とす
る。 【0012】 【課題を解決するための手段】 本発明は前記目的のた
め、絶縁層上に形成された単結晶シリコン層を有する基
板上にゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を備え
た電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方
法において、前記単結晶シリコン層上の所定領域に前記
ゲート電極のための導電層を形成する工程と、前記ゲー
ト電極をマスクとして、前記単結晶シリコン層が非晶質
化しない低濃度拡散層をイオン注入により形成する工程
と、前記ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する
工程と、前記サイドウォールが形成された領域を除く前
記ソース領域及び前記ドレイン領域上に金属層を形成す
る工程と、前記金属層と前記単結晶シリコン層とを反応
させて、前記単結晶シリコン層の膜厚の1 / 2〜1の膜
厚を有する金属シリサイド層を形成する工程と、前記金
属シリサイド層に不純物イオンを注入する工程と、高濃
度不純物層を形成するために前記金属シリサイド層内の
前記不純物イオンを前記単結晶シリコン層内の前記ソー
ス領域及び前記ドレイン領域に拡散させる工程とを備え
たものである。 【0013】 【作用】前述のように本発明は、SOI基板上に電界効
果型トランジスタを形成する半導体装置の製造方法にお
いて、金属層とシリコン層を反応させ、シリコン層の膜
厚の1/2〜1の膜厚を有する金属シリサイド層をS/
D領域上に形成するようにしたので、シリコン層の多結
晶化がなく、S/D層のシート抵抗の増大と多結晶化に
よる結晶欠陥の発生という問題を同時に解消できる。 【0014】 【実施例】図1は、本発明の実施例の構造の断面の模式
図である。シリコン基板1上に、埋込酸化膜2があり、
分離絶縁膜4に囲まれて、上層シリコン層3があること
は従来通りである。この上層シリコン層3中には、S/
Dとなる高濃度拡散領域14、低濃度拡散層13と、チ
ャネル領域16があり、チャネル領域16の上方には、
ゲート絶縁膜5を介して、ゲート電極6が存在し、他
方、高濃度拡散領域14の上方には、金属シリサイド膜
7が形成されている。さらに、中間絶縁膜11、配線電
極12が従来同様形成されている。 【0015】ここで高濃度拡散領域14は金属シリサイ
ド7からのドーパントからの固相拡散により形成されて
いる。本実施例では、後述するように従来例のイオン注
入による非晶質化を経ることがなく、このため、多結晶
化の可能性はなく、結晶欠陥のない良好な、接合が形成
できる。また、薄い拡散層によるシート抵抗の上昇、寄
生抵抗の増大、という問題については、拡散層、上方に
存在する金属シリサイド層7による低抵抗化により解決
できる。 【0016】次に本実施例の製造工程について、図2を
用いて順に説明する。 【0017】図2(a) まず、埋込酸化膜2の上層に結晶Si層3を有するSO
I基板として、従来同様例えば、SIMOX基板を用意
する。上層の単結晶シリコン層3の膜厚は、典型的には
200nmである。このウェハ(基板)を用いて、まず、
上層Si層3を、従来同様例えば周知のLOCOS法に
より、素子形成領域毎に分離絶縁4を行う。その後膜厚
10−20nm厚さのゲート絶縁膜5を形成し、さらに、
膜厚300nmのリンドープpolySiを使用して、ゲ
ート電極6を形成する。以上は従来と変るところはな
い。 【0018】図2(b) 次いで、S/D領域にドーズ量2×1013cm-2、加速電
圧30KeV の条件でリンをイオン注入し、上層Si層3
にn- 拡散層(低濃度拡散層)13を形成した後、サイ
ドウォール8を既知の方法で形成する。 【0019】図2(c) さらに、厚さ10−15nmのCo(コバルト)を全面に
堆積した後、600−700℃、30秒程度のRTA
(Rapid Thermal Anneal)法によ
り、Coとシリコンを反応させて、CoSi2 (コバル
トシリサイド)15を形成する。この時膜厚は、30−
50nmとなる。そして、未反応のCoをH2 SO4 /H
2 2 の混合液により除去する。 【0020】図2(d) その後、Asを40KeV 、0.5〜1.0×1016cm-2
の条件でイオン注入する。この時、AsのCoSi2
の投影飛程(Rp)は約15nmであり、このため、イオ
ン注入されたAsは、ほぼ全てがCoシリサイド15中
に存在するようになる。上層シリコン層3は、Asがイ
オン注入されることがないため、非晶質とならず、単結
晶のままで残る。 【0021】図2(e) その後、CoSi2 15中のAsを、熱処理により、上
層Si層3中に固相、熱拡散させる。熱処理の典型的な
条件は、900℃30分または1050℃10秒であ
る。これにより、上層Si層3中には高濃度拡散領域1
4が形成される(図3(e))。固相での熱拡散である
ため、上層Si層3の結晶性を劣化させることはなく、
このため、従来例で問題となったような、結晶欠陥は発
生しない。 【0022】図2(f) 最後に、中間絶縁膜11、配線電極12を従来同様形成
し、素子として完成する。 【0023】以上、NMOS型素子について、CoSi
2 とAsを利用した例について説明したが、本実施例は
これに限るものではない。NMOSだけではなくPMO
Sにも適用可能であり、この場合、Asではなく、B
(ボロン)を使用すればよい。また、金属シリサイドと
して、CoSi2 を例に挙げたが、これに限るものでは
なく、Siと比較的低温で反応し、不純物原子に対し
て、Si基体への拡散源となりうる条件を満足すればよ
く、例えば、TiSi2 ,TaSi2 ,ZrSi2,M
oSi2 ,W1 Si2 などが候補として挙げることがで
きる。 【0024】また、プロセスの条件については、典型的
な例を挙げただけであり、この条件に限定するわけでは
ないのはもちろんである。例えば、上層Si層3の厚さ
として200nmを例示したが、これは、高濃度拡散層1
4が上層Si層3の厚さ方向にわたって、全面に形成さ
れていればよい。また、形成されたCoSi2 層15の
厚さとして30−50nmを例示したが、この値は、必要
なシート抵抗値と、イオンが金属シリサイド中にイオン
注入されるという条件より最小値が決まり、上層Si層
をシリサイド化によりすべて消費することのないという
条件で最大値が決定される。金属シリサイドの膜厚はこ
の間の任意の値を選択することが可能であるが、上層S
i膜厚の1/2〜1倍であることが望ましい。また、ゲ
ート電極上のシリサイドの有無は本発明とは直接的に関
与しないのはもちろんである。 【0025】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればシリコン層の膜厚の1/2〜1の膜厚を有する金属
シリサイド層をS/D領域上に形成するようにしたの
で、シリコン層の多結晶化がなく、S/D層のシート抵
抗の増大と多結晶化による結晶欠陥の発生という問題を
同時に解消できる。 【0026】しかも、本発明は従来に比べて、特段の製
造工程の増加を招くことなく、これを達成しているもの
である。 【0027】これにより従来型の素子に比べてリーク電
流が小さく、ドライブ電流の大きな素子を得ることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例の構造 【図2】本発明の実施例の製造工程 【図3】従来例 【符号の説明】 1 Si基板 2 埋込酸化膜 3 上層Si層 4 分離絶縁膜 7 金属シリサイド膜 8 サイドウォール 10 SOI基板

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 絶縁層上に形成された単結晶シリコン層
    を有する基板上にゲート電極、ソース領域及びドレイン
    領域を備えた電界効果トランジスタを形成する半導体装
    置の製造方法において、 前記単結晶シリコン層上の所定領域に前記ゲート電極の
    ための導電層を形成する工程と、前記ゲート電極をマス
    クとして、前記単結晶シリコン層が非晶質化しない低濃
    度拡散層をイオン注入により形成する工程と、 前記ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程
    と、 前記サイドウォールが形成された領域を除く 前記ソース
    領域及び前記ドレイン領域上に金属層を形成する工程
    と、 前記金属層と前記単結晶シリコン層とを反応させて、前
    単結晶シリコン層の膜厚の1/2〜1の膜厚を有する
    金属シリサイド層を形成する工程と、 前記金属シリサイド層に不純物イオンを注入する工程
    と、高濃度不純物層を形成するために 前記金属シリサイド層
    内の前記不純物イオンを前記単結晶シリコン層内の前記
    ソース領域及び前記ドレイン領域に拡散させる工程とを
    備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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