JP3639745B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【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、特にMOS FETの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のシリサイドトランジスタに関する製造方法は、図3(a)〜(d)に示すような製造方法がある。図3(a)に示すように、所定の領域にフィールド酸化膜202を形成した半導体基板201上に多結晶シリコン膜203を堆積する行程と、図3(b)に示すように、上記多結晶シリコン膜203上に酸化膜204を形成した後、トランジスタのチャンネル領域となる領域の上記酸化膜204及び多結晶シリコン膜203をRIEにより、シリコン基板が露出するまでエッチングする行程と、図3(c)に示すように、ゲート酸化膜205、ゲート電極206を形成し、半導体基板と逆導電型の高濃度の不純物イオンをイオン注入法によりドーピングする行程と、図3(d)に示すように、Ti金属をスパッタし、急速加熱処理(RTA)により自己整合的に上記ソース、ドレイン領域208及びゲート電極206表面をシリサイド化し、チタンシリサイド層207を形成した後、未反応のTiを選択的に除去する行程を備えている。(例えば、M.Shimizu et al., Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers,p11(1988))
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のMOS FETの製造方法では、前記トランジスタのチャンネル領域となる領域の酸化膜、及び多結晶シリコン膜を、RIEによりシリコン基板が露出するまでエッチンングする工程に於いて、RIEにより、シリコン基板がダメージを受けると共に、図3(d)A部、B部が、急峻な鋭角形状となるため、電解集中が起こりトランジスタ特性を劣化させるという問題点がある。また、シリサイド化反応を行う前に(Ti金属を堆積する前に)不純物拡散層を形成しているため、不純物の影響、及び多結晶シリコンのグレインの影響によりシリサイド化反応の制御が困難となり、TiSi2 C54結晶が安定的に形成できず抵抗が高くなるという問題点が有る。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、半導体装置のトランジスタ形成工程において、フィールド酸化膜と活性領域とを形成した半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、上部と側壁部が絶縁膜で覆われたゲート電極を形成するとともに、ゲート電極が存在しない活性領域表面を露出させる工程と、
上記活性領域と直接接するようにシリコン膜を堆積する工程と、
上記シリコン膜を堆積した直後に上記シリコン膜をエッチバックし、ゲート電極上部の絶縁膜を露出させるとともに、少なくともゲート電極の周りに、ゲート電極側壁絶縁膜を介して上記シリコン膜を残し、かつ、上記残したシリコン膜により、活性領域表面を覆う工程と、
上記シリコン膜をフィールド酸化膜上で所望のパターンにパターンニングし、ソース領域とドレイン領域となる領域に分離する工程と、
前記シリコン膜上部に、高融点金属膜を堆積する工程と、急速加熱処理により前記高融点金属膜を前記シリコン膜と反応させ高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の前記高融点金属膜をエッチング除去する工程と、
イオン注入法により半導体基板と逆導電型の不純物を前記高融点金属シリサイド膜中に注入する工程と、
層間絶縁膜を堆積する工程と、
前記不純物が導入された高融点金属シリサイド膜から前記半導体基板中に不純物を拡散させ、パターンニングされたシリコン膜を含む積み上げ拡散層領域であるソース、ドレイン領域を形成する工程とを、順次行うことを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置及びその製造方法を実施例により詳細に説明する。図1(a)〜(c)及び図2(d)〜(e)は、本発明のトランジスタの工程順断面図である。
【0006】
まず、図1(a)に示すように、周知の方法で半導体基板101(本実施例では、P型半導体基板)上にフィールド酸化膜102、ゲート酸化膜103、多結晶シリコン膜およびその上のタングステンシリサイド膜の2層構造より成るゲート電極104、ゲート電極の上部及び側壁部を覆う酸化膜105を形成する。
【0007】
次に、図1(b)に示すように、多結晶シリコン膜106を堆積した後ゲート電極上部が露出するまで異方性エッチングによりエッチバックする。
【0008】
次に、所望のパターンに上記多結晶シリコンをパターンニング(フィールド酸化膜上にて、隣接するトランジスタの活性領域とを分離するため)した後、図1(c)に示す様に、高融点金属膜(本実施例では、チタン膜107)を堆積する。
【0009】
次に、第1のRTA処理を、例えば窒素雰囲気中で、625℃、20秒程度行ない準安定なチタンシリサイド層108を形成し、未反応のチタン金属を硫酸と過酸化水素水の混合液でエッチング除去し、図2(d)を得る。
【0010】
次に、基板と逆導電型の不純物イオン(本実施例では、砒素イオン)をドーズ量の95%以上が、上記チタンシリサイド膜108中に注入されるようなエネルギーで、例えば、本実施例では、35Kev程度の注入エネルギーで、5E15/cm2程度のドーズ量を上記チタンシリサイド膜108中に注入した後、第2のRTA処理を行ない上記チタンシリサイド膜108を安定な、TiSi2 C54結晶構造に変化させる。
【0011】
次に、図2(e)に示すように、層間絶縁膜109を堆積した後900℃、15分程度の熱処理により、半導体基板101まで達するソース、ドレイン領域110を形成する。
【0012】
(実施例2)
本発明のシリサイド層の形成方法は、第1の実施例に限るものではない。
【0013】
第1の実施例の様に、多結晶シリコン膜106を所望のパターンにパターンニングした後、多結晶シリコン膜106中に高融点金属イオン、例えばTiイオンをイオン注入法により注入し、多結晶シリコン膜106表面を非晶質化する。次に上記高融点金属と同じ金属から成る高融点金属膜、例えば本実施例ではTi膜を堆積する。次に第1のRTA処理を、例えば窒素雰囲気中で、625℃、20秒程度行ない上記多結晶シリコン膜106中のTi及び上記Ti膜と多結晶シリコン膜中のシリコンを反応させ、準安定なチタンシリサイド層108を形成し、未反応のチタン金属を硫酸と過酸化水素水の混合液でエッチング除去し、図2(d)を得る。後は、第1の実施例と同様の工程を経て所望のトランジスタ素子を形成する。
【0014】
なお、実施例1及び実施例2において上記多結晶シリコン膜106の替りに非晶質シリコン膜を用いてもよい。非晶質シリコン膜を使用した場合、多結晶シリコン膜のようなグレインが存在しないため、シリサイド化反応が均一に起こるという利点が有る。
【0015】
また、本発明のシリサイド層の形成の為の高融点金属材料は、チタン金属に限るものではない。Co、Ni、Zr、V、Hf金属を使用してもよい。
【0016】
【発明の効果】
以上より明らかなように本発明は、トランジスタ形成工程に於て、ゲート酸化膜及びゲート電極を形成した後、多結晶シリコン膜を堆積し、エッチバックにより自己整合的に分離された積み上げ拡散層領域(ソース、ドレイン領域)を形成するため、図3の従来例のようなチャンネル部のダメージが無い。また、チャンネル部より上部に形成されたシリサイド層より不純物を拡散するため、非常に浅いジャンクションを形成することが可能となり、トランジスタの短チャンネル効果を抑制することが可能となる。また、シリサイド領域は半導体基板まで達していないため、リーク電流が少ない。さらに、非常に抵抵抗なシリサイド層が形成されており、且つ、活性領域上にコンタクト領域を設ける必要がなく、拡散層面積(活性領域)を非常に小さく設計できるため拡散層寄生抵抗を低減でき、トランジスタのスピードを向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の工程順断面図(a)〜(c)である。
【図2】本発明の実施例の工程順断面図(d)〜(e)である。
【図3】従来例のトランジスタの工程順断面図(a)〜(d)である。
【符号の説明】
101、201 半導体基板
102、202 フィールド酸化膜
203 多結晶シリコン膜
204 酸化膜
103、205 ゲート酸化膜
104、206 ゲート電極
105 酸化膜
106 多結晶シリコン膜
107 Ti膜
108、207 Tiシリサイド膜
109 層間絶縁膜
110、208 ソース、ドレイン領域

Claims (1)

  1. 半導体装置のトランジスタ形成工程において、
    フィールド酸化膜と活性領域とを形成した半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上に、上部と側壁部が絶縁膜で覆われたゲート電極を形成するとともに、ゲート電極が存在しない活性領域表面を露出させる工程と、
    上記活性領域と直接接するようにシリコン膜を堆積する工程と、
    上記シリコン膜を堆積した直後に上記シリコン膜をエッチバックし、ゲート電極上部の絶縁膜を露出させるとともに、少なくともゲート電極の周りに、ゲート電極側壁絶縁膜を介して上記シリコン膜を残し、かつ、上記残したシリコン膜により、活性領域表面を覆う工程と、
    上記シリコン膜をフィールド酸化膜上で所望のパターンにパターンニングし、ソース領域とドレイン領域となる領域に分離する工程と、
    前記シリコン膜上部に、高融点金属膜を堆積する工程と、急速加熱処理により前記高融点金属膜を前記シリコン膜と反応させ高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
    未反応の前記高融点金属膜をエッチング除去する工程と、
    イオン注入法により半導体基板と逆導電型の不純物を前記高融点金属シリサイド膜中に注入する工程と、
    層間絶縁膜を堆積する工程と、
    前記不純物が導入された高融点金属シリサイド膜から前記半導体基板中に不純物を拡散させ、パターンニングされたシリコン膜を含む積み上げ拡散層領域であるソース、ドレイン領域を形成する工程とを、順次行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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