JP3684849B2 - Ｍｉｓ型電界効果トランジスタを含む半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法が、例えば特開平９−１６２４０２号公報に開示されている。以下、この公報に開示されたＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０００３】
図４０を参照して、ｐ型のシリコン基板２００の主表面に、ｐ型ウェル２０２を形成する。ｐ型ウェル２０２の周囲に、素子分離用のフィールド酸化膜２０４を形成する。ｐ型ウェル２０２の上に、ゲート酸化膜２０６を形成する。ゲート酸化膜２０６の上に、ポリシリコン膜２０８を形成する。
【０００４】
図４１を参照して、ポリシリコン膜２０８を選択的にエッチング除去して、ゲート電極２１２を形成する。ゲート電極２１２及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に砒素をイオン注入し、ｎ-型領域２１４を形成する。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ゲート電極２１２を覆うように、シリコン基板２００の主表面にシリコン窒化膜２１０を形成する。このシリコン窒化膜２１０を異方性エッチングを用いてエッチバックし、ゲート電極２１２の側面及びゲート絶縁膜２０６の側面と面するように、厚さ１０ｎｍのシリコン窒化膜２１０を残す。シリコン窒化膜２１０を、ゲート酸化膜２０６の側面と面する位置に形成することにより、ゲート酸化膜２０６へ酸素が供給されるのを防いでいる。これにより、ゲート酸化膜２０６にゲートバーズビークが発生することを防止している。ゲートバーズビークは、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性が劣化する原因となる。シリコン窒化膜２１０の厚みを、１０ｎｍとしたのは以下の理由からである。このＭＩＳ型電界効果トランジスタのソース／ドレインは、ｎ-型領域、ｎ型領域及びｎ+型領域の３つの領域からなる。ｎ-型領域は、シリコン窒化膜２１０の下に位置する。シリコン窒化膜２１０の厚みが１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域の幅も１０ｎｍより小さくなる。ｎ-型領域の幅が１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域が隣にあるｎ型領域に吸収され、ｎ-型領域としての機能を果たせなくなるからである。
【０００５】
製造方法の説明を続ける。図４２を参照して、ゲート電極２１２、シリコン窒化膜２１０及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に、砒素をイオン注入し、ｎ型領域２１８を形成する。次に、ゲート電極２１２を覆うように、ＣＶＤ法によって、シリコン基板２００の主表面にシリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックすることにより、シリコン窒化膜２１０と面するようにサイドウォールシリコン酸化膜２１６を形成する。
【０００６】
図４３を参照して、ゲート電極２１２、シリコン窒化膜２１０、サイドウォールシリコン酸化膜２１６及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に砒素をイオン注入し、ｎ+型領域２２０を形成する。
【０００７】
図４４を参照して、ゲート電極２１２を覆うように、シリコン基板２００の主表面全面に、層間絶縁膜２２２を形成する。層間絶縁膜２２２に、ｎ+型領域２２０に到達するコンタクトホール２２４を形成する。層間絶縁膜２２２の上及びコンタクトホール２２４の中に導電膜を形成する。そして、この導電膜に所定のパターニングを施すことにより、配線膜２２６を形成する。以上の工程により、ＭＩＳ型電界効果トランジスタが製造される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４１を参照して、ゲート電極２１２をマスクとしてシリコン基板２００の主表面にイオン注入をすることにより、ｎ-型領域２１４を形成している。このイオン注入時、ゲート酸化膜２０６の側面は露出している。ゲート酸化膜２０６の側面が露出しているので、イオンがゲート酸化膜２０６の側面に衝突する。これにより、ゲート酸化膜２０６の端部において、ゲート酸化膜の結晶構造の結合が切れた個所が発生する。ゲート酸化膜の結晶構造の結合が切れることにより生じる問題は、主に次の３つである。（１）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合が切れた部分の絶縁耐圧は下がる。これにより、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧が下がる。（２）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合の切れた個所をキャリアが流れることにより、ゲート絶縁膜中にリーク電流が流れる。（３）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合が切れている個所では、チャネルを流れるキャリアが容易にトラップされる。これにより、ＭＩＳ電界効果トランジスタの特性が変化する。また、ＭＩＳ電界効果トランジスタの長期信頼性が低下する。
【０００９】
特に、図４５に示すように、斜めイオン注入２５８を用いて、ソース／ドレイン２５４を形成する場合、多数のイオンがゲート酸化膜２０６の側面に直接衝突する。よって、ゲート酸化膜２０６の端部において、結晶構造の結合が切れた個所が多数発生しやすい。斜めイオン注入を用いて、ソース／ドレインを形成す理由を説明する。斜めイオン注入２５８を用いて、ソース／ドレイン２５４を形成すると、ソース／ドレイン２５４の端部２５６は、ゲート電極２１２と重なる位置に形成される。これにより、チャネルを流れるキャリアが、ゲート酸化膜２０６に飛び込むのを防いでいる。すなわち、図４１を参照して、ソース／ドレインであるｎ-型領域２１４の側面が、ゲート電極２１２の側面の真下に位置していると、矢印Ａで示す個所で電界集中が発生する。この電界集中により、チャネルを流れるキャリアが容易に、ゲート酸化膜２０６中に飛び込む。キャリアがゲート酸化膜２０６中に飛び込むと、ゲート酸化膜２０６の特性が劣化する。
【００１０】
なお、図４１に示すｎ-型領域２１４は、拡散によっても形成することができる。ｎ-型領域２１４を拡散により形成する際においても、ゲート酸化膜２０６の側面は露出している。よって拡散させられる不純物が、ゲート酸化膜２０６の側面からゲート酸化膜２０６を構成する結晶構造中に入り込む。これによりゲート酸化膜２０６の絶縁耐圧が下がる。
【００１１】
ところで、ＭＩＳ電界効果トランジスタの製造において、ゲート電極の電気的抵抗を下げるために、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する場合がある。以下これについて説明する。
【００１２】
図４６を参照して、ｐ型のシリコン基板２３０の主表面に、ｐ型ウェル２３２を形成する。ｐ型ウェル２３２の周囲に、フィールド酸化膜２３４を形成する。シリコン基板２３０の主表面に、ゲート酸化膜２３６及びポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜に所定のパターニングを施すことにより、ゲート電極２３８を形成する。ゲート電極２３８及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面にイオン注入し、ｎ-型領域２４２を形成する。次に、ゲート電極２３８を覆うように、シリコン基板２３０の主表面に、シリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックし、ゲート電極２３８の側面及びゲート酸化膜２３６の側面と面するように、サイドウォールシリコン酸化膜２４０を形成する。例えば、Ａで示す段差部にシリコン酸化膜が残らないように、サイドウォールシリコン酸化膜２４０はオーバエッチングされる。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、ゲート電極２３８の側面と上面とで形成される角部２６０より下に位置している。次に、ゲート電極２３８、サイドウォールシリコン酸化膜２４０及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面にイオンを注入し、ｎ+型領域２４４を形成する。
【００１３】
図４７を参照して、シリコン基板２３０の主表面全面に、例えばスパッタリング法を用いてチタン膜２４６を形成する。
【００１４】
図４８を参照して、チタン膜２４６を熱処理する。これにより、ゲート電極２３８の上面上及びｎ+型領域２４４の上に位置するチタン膜が、シリコンと反応し、チタンシリサイド膜２４８、２５０となる。ゲート電極２３８の角部２６０においては、ゲート電極２３８の側面が露出している。このため、ここからもシリコンがチタン膜に供給され、チタンシリサイド膜が形成される。よって、ゲート電極２３８の角部２６０においては、ゲート電極２３８の上面及び側面からシリコンが供給される結果、チタン膜が過剰に反応し、チタンシリサイド膜２４８の端部２６２の厚みは、中央部２６３の厚みより大きくなる。
【００１５】
図４９を参照して、フィールド酸化膜２３４及びサイドウォールシリコン酸化膜２４０上にある未反応のチタン膜を除去する。
【００１６】
図５０を参照して、シリコン基板２３０の主表面全面に、例えばＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜２５２を形成する。チタンシリサイド膜２４８の端部２６２の厚みを反映して、層間絶縁膜２５２には凸部２６６が形成されている。今後、ゲート電極パターン、配線パターンが微細化されてきた場合、凸部２６６の上に配線膜を形成すると、配線膜が断線する可能性がある。また、シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、シリサイド膜に生じる熱応力は大きくなる。シリサイド膜の端部の厚みが大きくなると、その分だけシリサイド膜に生じる熱応力は大きくなる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力も大きくなる。これにより、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性変化や長期信頼性の低下を招く。
【００１７】
サイドウォールシリコン酸化膜２４０をオーバーエッチングしないときにおいても、以下に示すような問題が生じる。図５１を参照して、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、オーバーエッチングされていない。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、角部２６０と面する位置まで延びているように形成されている。
【００１８】
図５２を参照して、ゲート電極２３８、サイドウォールシリコン酸化膜２４０及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面に、イオンを注入し、ｎ+型領域２４４を形成する。次に、スパッタリング法を用いて、ゲート電極２３８を覆うように、シリコン基板２３０の主表面全面に、チタン膜２４６を形成する。
【００１９】
図５３を参照して、チタン膜を熱処理し、ゲート電極２３８の上面及びｎ+型領域２４４の上に、それぞれ、チタンシリサイド膜２４８、２５０を形成する。そして、フィールド酸化膜２３４及びサイドウォールシリコン酸化膜２４０の上に位置している未反応のチタン膜を除去する。サイドウォールシリコン酸化膜２４０が、ゲート電極２３８の角部２６０と対応する位置まで形成されている。よって、ゲート電極２３８の角部２６０付近において、ゲート電極２３８の側面は露出していない。したがって、角部２６０付近のゲート電極２３８の側面からはシリコンが供給されないので、角部２６０においてチタン膜がシリコンと過剰に反応することはない。このため、チタンシリサイド膜２４８の端部の厚みが、中央部の厚みより大きくならない。よって、チタンシリサイド膜２４８の端部の厚みが原因で、層間絶縁膜に凸部が発生するという問題は生じない。しかし次に示す問題が生じる。
【００２０】
図５４を参照して、図５４は、図５３に示す構造の部分平面図である。サイドウォールシリコン酸化膜２４０中に含まれるシリコンがチタン膜と結合する結果、サイドウォールシリコン酸化膜２４０の表面の所々にチタンシリサイドが形成される。これらのチタンシリサイドのうち、チタンシリサイド膜２４８とサイドウォールシリコン酸化膜２４０との境界において、チタンシリサイド膜２４８とサイドウォールシリコン酸化膜２４０に形成されたチタンシリサイドとが結合する。この結果、チタンシリサイド膜２４８の側部はギザギザ状となる。チタンシリサイド膜２５０の側部も同様の理由でギザギザ状となる。これらギザギザ状の個所では、静電気がショートしやすく、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性を劣化させることがある。
【００２１】
この発明は、以上説明した課題を解決するのためになされたものである。この発明の課題は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造を有するＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置において、ゲート絶縁膜の端部がダメージを受けない製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２２】
この発明の他の課題は、ゲート電極上にシリサイド膜を形成する際に、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとを同じにすることができるＭＩＳ型電界効果トランジスの製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２３】
この発明のさらに他の課題は、シリサイド膜の端部がギザギザ状になることを防止することができるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００２５】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、不純物を含むサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面に高濃度不純物領域を形成し、及び熱拡散により、サイドウォール絶縁膜中の不純物を、サイドウォール絶縁膜の下の主表面に拡散し、主表面に低濃度不純物領域を形成する工程と、を備える。
【００２６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、低濃度不純物領域を形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。熱拡散により、サイドウォール絶縁膜中の不純物を、サイドウォール絶縁膜の下の主表面に拡散する際、不純物がゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に拡散するのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物がゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００２７】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、ゲート絶縁膜が不純物、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００２８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。
【００２９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００３０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００３１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を形成する工程後、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を含む。この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。よって、ギザギザ部で静電気がショートして、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性が劣化するのを防ぐことができる。
【００３２】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程及びサイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。よって、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは、ほぼ同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００３４】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００３５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタンを含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００３６】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００３７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００３８】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００３９】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつ低濃度不純物領域の上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、低濃度不純物領域上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００４０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態において、サイドウォール絶縁膜は、シリコン酸化膜を含み、不純物は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００４１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００４２】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、主表面に低濃度不純物領域を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面に高濃度不純物領域を形成する工程と、を備える。
【００４３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、低濃度不純物領域を形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。低濃度不純物領域を熱拡散やイオン注入により形成する場合、不純物やイオンがゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に入るのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物やイオンがゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００４４】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、ゲート絶縁膜が不純物、イオン、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。
【００４６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００４７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００４８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。高濃度不純物領域を形成する工程後、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を含む。
【００４９】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００５０】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程及びサイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００５１】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００５２】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００５３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタンを含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００５４】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００５５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。低濃度不純物領域を形成する工程は、主表面に、不純物を斜めイオン注入して形成する工程を含む。斜めイオン注入とは、半導体基板の主表面に対して、一定の角度傾けてイオン注入する方法である。
【００５６】
斜めイオン注入を用いて、低濃度不純物領域を形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜がないと、イオンがゲート絶縁膜の側面に直接衝突する。よって、ゲート絶縁膜の端部において、結晶構造が切れた個所が多数発生しやすい。この態様では、ゲート絶縁膜保護膜があるので、イオンがゲート絶縁膜の側面に直接衝突するのを防ぐことができる。
【００５７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００５８】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００５９】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつ低濃度不純物領域の上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、低濃度不純物領域上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００６０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００６１】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面にソース／ドレインを形成する工程と、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を備える。
【００６２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、ソース／ドレインを形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。ソース／ドレインを熱拡散やイオン注入により形成する場合、不純物やイオンがゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に入るのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物やイオンがゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００６３】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、ゲート絶縁膜が不純物、イオン、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００６４】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。この態様では、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００６５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００６６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００６７】
この態様では、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングしているが、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００６８】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００６９】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００７０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタン膜を含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００７１】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００７２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００７３】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００７４】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００７５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜と、ゲート電極とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように形成されたサイドウォール絶縁膜と、ゲート電極の前記上面に形成されたシリサイド膜と、を備える。
【００７６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましい態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するように形成されている。
【００７７】
この態様は、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜がある。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００７８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましい他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部と対応する位置まで延びているように形成されている。
【００７９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている。この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するように形成されている態様と、を組み合わせれば、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００８０】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００８１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を含む。
【００８２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極とゲート絶縁膜保護膜との間に位置し、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面を覆うように形成された酸化絶縁膜を含む。ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００８３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びている。ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。
【００８４】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さい。厚さ２ｎｍ以上としたのは、これよりゲート絶縁膜保護膜の厚みが小さいと、ゲート絶縁膜を保護する膜としての役割を、十分果たさなくなると考えられるからである。特開平９−１６２４０２号公報に開示された技術では、シリコン窒化膜の厚みを１０ｎｍとしている。この公報に開示された技術においては、シリコン窒化膜の厚みを１０ｎｍより小さくすることは困難と考えられる。すなわち、図４０で示すように、シリコン窒化膜２１０の真下の領域にｎ-型領域２１４を形成している。シリコン窒化膜２１０の厚みが１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域２１４がｎ型領域２１８に吸収されると考えられる。この態様は、ゲート絶縁膜保護膜の下に、このような独立の不純物領域を形成していないので、ゲート絶縁膜保護膜の厚みを、１０ｎｍより小さくすることができる。
【００８５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むシリコン酸化膜を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは端部を備え、端部は、前記ゲート電極と重なる位置にある。
【００８６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含む厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいゲート絶縁膜保護膜と、を備える。
【００８７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態において、ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さい。理由は、上記したこの発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態で説明した数値限定の理由と同じである。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましい態様として、以下の構成がある。ゲート電極とゲート絶縁膜保護膜との間に位置し、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面を覆うように形成された酸化絶縁膜を含む。ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００８８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましい他の態様として、以下の構成がある。酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びている。ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。
【００８９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように形成されたサイドウォール絶縁膜を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは、低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部と対応する位置まで延びているように形成されている。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている。
【００９０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極の上面に形成されたシリサイド膜を含む。この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている態様と、を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜が存在することになる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。 また、この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている態様と、サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている態様と、を組み合わせれば、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が受ける熱応力を小さくできる。また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これに反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００９１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは端部を備え、端部は、ゲート電極と重なる位置にある。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むシリコン酸化膜を含む。
【００９２】
この発明に適用されるゲート絶縁膜の材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、酸化タンタル膜などがある。低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域とは、例えば、ＬＤＤ構造を意味している。ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいは、この発明の方法の形態にも適用できる。
【００９３】
この発明において、ゲート電極の上面にシリサイドをセルファラインで形成する場合、少なくともゲート電極の上面は、シリコンを含む材料で構成されている必要がある。
【００９４】
この発明のゲート電極の上面にシリサイドを含む構成において、シリサイドの過剰反応の防止や静電気発生の防止の効果を得るためには、ゲート絶縁膜保護膜は、シリコン窒化膜を含む必要がある。
【００９５】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
図１は、この発明の第１実施例の断面図である。半導体基板の一例であるシリコン基板１０の主表面には、ゲート絶縁膜の一例であるゲート酸化膜２０が形成されている。ゲート酸化膜２０の上には、ゲート電極２６が形成されている。ゲート電極２６を構成する材料としては、以下の材料がある。（１）リン、砒素、ホウ素などを含む多結晶シリコン。（２）タングステン、モリブデン、プラチナ、ニッケル、チタン、コバルトなどの高融点金属とシリコンとを反応させたシリサイド。（３）高融点金属、アルミニウムなどの導電性を有する金属。ゲート電極２６として、（１）（２）（３）を単独で用いたものでもよいし、これらを組み合わせて積層構造としたものでもよい。ゲート電極２６の側面と上面とで形成される角部４２と対応する位置からゲート酸化膜２０の側面と対応する位置にわたって、ゲート酸化膜２０の側面及びゲート電極２６の側面と面するシリコン窒化膜２４が形成されている。シリコン基板１０の主表面の上に、直接シリコン窒化膜２４が乗っている。よって、シリコン窒化膜２４は、ゲート酸化膜２０の側面を完全に覆っている。シリコン窒化膜２４は、ゲート絶縁膜保護膜の一例である。なお、シリコン窒化膜２４の矢印ｔで示す厚みとして、２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいが好ましい。
【００９６】
ゲート電極２６の側面とによって、シリコン窒化膜２４を挟むように、サイドウォール絶縁膜の一例であるサイドウォールシリコン酸化膜２２が形成されている。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされている。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２は、角部４２より下に位置している。ゲート電極２６の上面には、シリサイド膜の一例であるチタンシリサイド膜２８が形成されている。
【００９７】
サイドウォールシリコン酸化膜２２の下に位置するシリコン基板１０の主表面には、ｎ-型領域１６が形成されている。シリコン基板１０の主表面であって、ｎ-型領域１６の隣には、ｎ+型領域１４が形成されている。ｎ+型領域１４及びｎ-型領域１６とで、ＬＤＤ構造のソース／ドレインが構成されている。ｎ+型領域１４の上には、チタンシリサイド膜１８が形成されている。ゲート電極２６及びソース／ドレインを覆うように、シリコン基板１０の主表面は、層間絶縁膜３４が形成されている。層間絶縁膜３４の材料としては、例えばシリコン酸化膜、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜がある。これらの膜を単独で用いて層間絶縁膜３４としてもよいし、これらの膜を組み合わせることにより多層構造の層間絶縁膜３４としてもよい。層間絶縁膜３４には、チタンシリサイド膜１８に到達するコンタクトホール３０が形成されている。層間絶縁膜３４の上には、配線膜３２が形成されている。配線膜３２は、コンタクトホール３０の内部にも形成され、これにより、配線膜３２とチタンシリサイド膜１８とが電気的に接続されている。配線膜３２の材料として、アルミニウム、アルミニウムに銅などを含むアルミ合金、チタンなどの高融点金属などがある。これらのものを単独で用いて配線膜３２としてもよいし、組み合わせて用いてもよい。なお１２はフィールド酸化膜である。
【００９８】
次に、図１に示す構造の製造方法を説明する。図２を参照して、シリコン基板１０の主表面に、素子分離のためのフィールド酸化膜１２を形成する。そして、例えば熱酸化法を用いて、シリコン基板１０の主表面に、ゲート酸化膜２０を形成する。ゲート酸化膜２０の厚みとしては、数ｎｍ〜１００ｎｍである。シリコン基板１０の主表面全面に、例えばＣＶＤ法を用いてポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜にはリンが不純物として含まれており、これによりポリシリコン膜は導電性を有する。このポリシリコン膜の上にフォトレジストを塗布し、所定のパターニングを施す。パターニングされたフォトレジストをマスクとして、ポリシリコン膜を異方性エッチングを用いて選択的にエッチング除去し、ゲート電極２６を形成する。ポリシリコン膜を異方性エッチングする方法としては、数１０ｍトル程度の減圧化において、フロンやハロゲンなどのガスを流し、高周波プラズマを発生させ、この高周波プラズマでエッチングするのが一般的である。
【００９９】
図３を参照して、ゲート酸化膜２０及びゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、シリコン窒化膜２４を形成する。シリコン窒化膜２４を形成する方法としては、例えば材料ガスとしてジクロルシランとアンモニアを用いたＣＶＤ法がある。
【０１００】
図４を参照して、シリコン窒化膜２４を異方性エッチングによりエッチバックする。これにより、ゲート電極２６の側面及びゲート酸化膜２０の側面と面する位置に、シリコン窒化膜２４を残す。シリコン窒化膜２４を、異方性エッチングする方法としては、例えば、０．１トル程度の減圧化にフロン系ガスを流し、高周波プラズマを発生させ、この高周波プラズマによりエッチングする方法がある。
【０１０１】
図５を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えば、ＣＶＤ法を用いて、リンを含むシリコン酸化膜３６を形成する。シリコン酸化膜３６を形成するＣＶＤ法として、例えば、モノシラン、酸素及び少量のホスフィンを窒素キャリアガスを用いて熱化学反応させる方法がある。シリコン酸化膜３６中のリン濃度は２〜１０モル％にされている。
【０１０２】
図６を参照して、シリコン酸化膜３６を異方性エッチングを用いてエッチバックし、シリコン窒化膜２４の周囲に、サイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされているため、角部４２より下に位置している。ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に砒素をイオン注入する。このイオン注入は、シリコン基板１０の主表面に対して垂直にされている。砒素のイオン注入量は、１×１０15／ｃｍ2〜１×１０16／ｃｍ2である。
【０１０３】
図７を参照して、シリコン基板１０を熱処理することにより、シリコン基板１０に注入された砒素を活性化し、ｎ+型領域１４を形成する。この熱処理により、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に含まれるリンがシリコン基板１０の主表面に拡散し、ｎ-型領域１６が形成される。このリンの拡散の際に、サイドウォールシリコン酸化膜２２とゲート酸化膜２０の側面との間には、シリコン窒化膜２４がある。よって、リンがゲート酸化膜２０の端部に拡散するのを防ぐことができる。サイドウォールシリコン酸化膜２２中に砒素やホウ素を不純物として含めた場合も、ゲート酸化膜２０の端部には砒素やホウ素は拡散していかない。
【０１０４】
図８を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えばスパッタリング法を用いてチタン膜３８を形成する。
【０１０５】
図９を参照して、チタン膜３８を６００〜７５０℃のランプアニールで熱処理し、ゲート電極２６の上面及びｎ+型領域１４の上に、それぞれチタンシリサイド膜２８、１８を形成する。チタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ４９である。
【０１０６】
図１０を参照して、アンモニア系の物質を用いて、フィールド酸化膜１２及びサイドウォールシリコン酸化膜２２上に位置している未反応のチタン膜を除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を、７００〜９００℃で熱処理する。この熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４に変わる。Ｃ５４はＣ４９に比べ電気的抵抗が小さい。ところで、チタンシリサイド膜の結晶構造がＣ４９になるとき、チタンシリサイド膜には熱応力が発生し、その影響がゲート酸化膜に及ぶ。チタンシリサイド膜の結晶構造がＣ４９からＣ５４に変わったときも、チタンシリサイド膜には熱応力が発生する。この熱応力もゲート酸化膜に影響を及ぼす。よって、角部４２に位置するチタン膜が過剰に反応し、チタンシリサイド膜２８の端部の厚みが大きくなると、以上説明した熱応力も大きくなる。この第１実施例では、シリコン窒化膜２４により、角部４２においてチタン膜が過剰に反応することを防いでいる。
【０１０７】
再び製造工程の説明に戻る。図１を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面、例えばシリコン酸化膜を含む層間絶縁膜３４を形成する。層間絶縁膜３４を選択的にエッチング除去し、チタンシリサイド膜１８に到達するコンタクトホール３０を形成する。次に、層間絶縁膜３４の上に、例えばスパッタリング法を用いてアルミニウムを形成する。アルミニウムはコンタクトホール３０内も形成される。そして、このアルミニウムに所定のパターニングを施すことにより、配線膜３２を形成する。
【０１０８】
（第２実施例）
この発明の第２実施例を説明する。第１実施例と同じ方法を用いて、図４に示す構造を製造する。図１１を参照して、ゲート電極２６及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に、斜めイオン注入をする。斜めイオン注入とは、シリコン基板１０の主表面に対して一定の角度、例えば、７度傾けてイオンを注入する方法である。イオン注入量は、１×１０12／ｃｍ2〜１×１０14／ｃｍ2である。チャネルがｎチャネルの場合、ホスフィンやアルシンなどの原料ガスをプラズマ化することにより取り出されるリンや砒素を、加速してシリコン基板中に打ち込む。チャネルがｐチャネルの場合、ジボランなどの原料ガスをプラズマ化することにより取り出されるホウ素などのイオンを、加速してシリコン基板中に打ち込む。ゲート酸化膜２０の側面と面するように、シリコン窒化膜２４がある。よって、注入されたイオンは、シリコン窒化膜２４に衝突し、ゲート酸化膜２０の側面に衝突するのを防ぐことができる。これにより、ゲート酸化膜２０の端部に結晶構造の結合が切れている個所が発生するということを防止することができる。
【０１０９】
図１２を参照して、シリコン基板１０中に注入されたイオンを熱処理する。これによりイオンが活性化され、シリコン基板１０の主表面に、ｎ-型領域１６が形成される。ｎ-型領域１６を形成する他の方法として、例えば拡散がある。拡散として、例えば、オキシ塩化リン、酸素、窒素の混合気体を熱分解することにより発生するリンを、シリコン基板１０中に拡散する方法がある。この場合においても、ゲート酸化膜２０の側面と面するようにシリコン窒化膜２４があるので、リンが、ゲート酸化膜２０の側面からゲート酸化膜２０の端部に入り込むのを防ぐことができる。
【０１１０】
図１３を参照して、例えばＣＶＤ法を用いて、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面にシリコン酸化膜３６を形成する。なお、サイドウォールシリコン酸化膜となる部分の下には、すでにｎ-型領域１６が形成されている。よって、シリコン酸化膜３６中に、不純物を含ませなくてもよい。但し、シリコン酸化膜３６の膜質向上のために、シリコン酸化膜３６中に不純物を含めてもよい。
【０１１１】
図１４を参照して、第１実施例と同じ方法を用いて、シリコン酸化膜３６をエッチングし、シリコン窒化膜２４の周囲にサイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされ、角部４２より下に位置している。そして、第１実施例と同様の方法を用いて、シリコン基板１０の主表面に不純物をイオン注入する。
【０１１２】
図１５を参照して、シリコン基板１０を熱処理する。これによりシリコン基板１０中に注入されたイオンが活性化し、ｎ+型領域１４が形成される。なお、ゲート電極２６の上面にシリサイド膜を形成する場合、第１実施例の図８〜図１０で示す工程と同じ工程を用いればよい。
【０１１３】
（第３実施例）
第１実施例と同じ方法を用いて、図５に示す構造を製造する。そしてシリコン酸化膜３６を異方性エッチングを用いてエッチバックし、図１６に示すように、サイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。なお、この実施例では、サイドウォールシリコン酸化膜２２をオーバエッチングしていない。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２は、角部４２と面する位置まで延びている。次に、ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に第１実施例の図６に示す工程と同じ方法を用いて不純物をイオン注入する。
【０１１４】
図１７を参照して、第１実施例の図７に示す工程と同じように、シリコン基板１０を熱処理する。これにより、シリコン基板１０中に打ち込まれたイオンが活性化し、ｎ+型領域１４が形成される。同時に、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に含まれている不純物がシリコン基板１０の主表面に拡散し、ｎ-型領域１６が形成される。この拡散の際に、サイドウォールシリコン酸化膜２２とゲート酸化膜２０との間にはシリコン窒化膜２４がある。よって、不純物がゲート酸化膜２０の側面からゲート酸化膜２０の端部に入り込むのを防ぐことができる。なお、サイドウォールシリコン酸化膜２２形成前に、シリコン基板１０中にイオンを注入することにより、ｎ-型領域１６を形成してもよい。
【０１１５】
図１８を参照して、例えばスパッタリング法を用いて、シリコン基板１０の主表面全面に、高融点金属膜の一例であるチタン膜３８を形成する。
【０１１６】
図１９を参照して、チタン膜３８を熱処理する。これにより、ゲート電極２６の上面及びｎ+型領域１４の上には、それぞれチタンシリサイド膜２８、１８が形成される。このチタンシリサイド膜の結晶構造は、Ｃ４９である。
【０１１７】
図２０を参照して、アンモニア系の物質を用いて、未反応のチタン膜３８を除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を再び熱処理する。これによりチタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４となる。サイドウォールシリコン酸化膜２２が、角部４２と対応する位置まで形成されている。従って、シリコン窒化膜２４がなくても、チタンシリサイド膜２８の端部の厚みが、中央部の厚みと比べて厚くなるということはない。但し、シリコン窒化膜２４を角部４２の位置まで形成すると、以下に示す効果がある。図２１は、図２０に示す構造の部分平面図である。チタンシリサイド膜２８とサイドウォールシリコン酸化膜２２との間には、シリコン窒化膜２４がある。このシリコン窒化膜２４が存在することにより、チタンシリサイド膜２８とサイドウォールシリコン酸化膜２２との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【０１１８】
（第４実施例）
図２２は、この発明の第４実施例の断面図である。図１に示す第１実施例との違いは、ゲート電極２６の側面からｎ-型領域１６の上にわたって、酸化絶縁膜４０を形成したことである。これ以外の構造は、図１に示す構造と同じなので同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１１９】
ポリシリコン膜を選択的にエッチング除去し、ゲート電極２６を形成するとき、ポリシリコン膜はオーバエッチングされる。これは、段差部、例えばフィールド酸化膜と活性領域との境界にポリシリコン膜が残らないようにするためである。ゲート電極２６を形成する際には、ゲート酸化膜２０の側面は露出している。よって、エッチングの際に発生するイオンや原子などがゲート酸化膜２０の側面に衝突し、ゲート酸化膜２０の端部にダメージを与える。このダメージを回復するため、酸素や水蒸気を含む酸化雰囲気中で、ゲート酸化膜２０を熱処理して、ダメージの回復を図っている。この熱処理により、シリコン基板１０の主表面、ゲート酸化膜２０の側面、ゲート電極２６の側面及びゲート電極２６の上面に、酸化絶縁膜４０が形成される。一般に、酸化絶縁膜４０の厚みは、ゲート酸化膜の膜厚の半分〜ゲート酸化膜の膜厚よりも小さい。酸化絶縁膜４０が、ゲート電極２６とシリコン窒化膜２４との間に位置することにより以下の効果が生じる。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接シリコン窒化膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からシリコン窒化膜を通り、シリコン基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【０１２０】
次に、図２２に示す構造の製造方法を説明する。まず、図２で示す構造を製造する。図２３を参照して、ゲート酸化膜２０の端部が受けたダメージを回復するため、ゲート酸化膜２０に熱処理を行う。これにより、シリコン基板１０の主表面、ゲート酸化膜２０の側面、ゲート電極２６の側面及びゲート電極２６の上面に、酸化絶縁膜の一例であるシリコン酸化膜４０が形成される。熱処理の条件は、温度が６００〜９００℃であり、時間が６０ｍｉｎ以下であり、雰囲気が酸素または水蒸気を含む酸素雰囲気である。
【０１２１】
図２４を参照して、シリコン基板１０の主表面に、ゲート電極２６を覆うようにシリコン窒化膜２４を形成する。形成条件は、図３に示す工程と同じである。
【０１２２】
図２５を参照して、シリコン窒化膜２４を異方性エッチングを用いてエッチバックする。これにより、角部４２と対応する位置からゲート酸化膜２０の側面と対応する位置にわたって、シリコン窒化膜２４が残る。シリコン窒化膜２４は、シリコン基板１０の主表面上のシリコン酸化膜４０上に位置する。よって、シリコン窒化膜２４は、ゲート酸化膜２０の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート酸化膜２０を保護する効果はある。但し、シリコン窒化膜２４が、ゲート酸化膜２０の側面の全面と面する場合の方が、ゲート酸化膜２０を保護する効果は大きい。シリコン窒化膜２４のエッチングの条件は、図４で示す工程と同じである。
【０１２３】
図２６を参照して、シリコン基板１０の主表面に、ゲート電極２６及びフィールド酸化膜１２をマスクとして不純物を斜めイオン注入する。イオン注入の条件は、図１１で示す工程と同じである。ゲート酸化膜２０の側面と面するように、シリコン窒化膜２４が形成されている。よって、イオンはシリコン窒化膜２４に衝突する。したがって、イオンがゲート酸化膜２０の側面に衝突するのを防ぐことができる。シリコン基板１０の主表面にイオン注入をする代わりに、不純物を拡散した場合でも、シリコン窒化膜２４により、ゲート酸化膜２０の端部に不純物が入るのを防ぐことが可能となる。
【０１２４】
図２７に示すように、シリコン基板１０を熱処理し、ｎ-型領域１６を形成する。
【０１２５】
図２８を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えば、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックし、シリコン窒化膜２４の周囲にサイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされているので、角部４２より下に位置している。次に、ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に不純物をイオン注入する。イオン注入の条件は、図１４で説明する工程のイオン注入の条件と同じである。
【０１２６】
図２９を参照して、シリコン基板１０中に注入されたイオンを活性化し、ｎ+型領域１４を形成する。
【０１２７】
図３０を参照して、ゲート電極２６及びｎ+型領域１４を覆うように、例えば、スパッタリング法を用いてチタン膜３８を形成する。
【０１２８】
図３１を参照して、チタン膜３８を熱処理する。これにより、ゲート電極２６の上面にチタンシリサイド膜２８が形成され、ｎ+型領域１４の上にチタンシリサイド膜１８が形成される。チタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ４９である。シリコン窒化膜２４は、ゲート電極２６の角部に位置している。このため、チタンシリサイド膜２８の端部の膜厚が、中央部の膜厚と比べて大きくなることはない。
【０１２９】
図３２を参照して、未反応のチタン膜３８を、アンモニア系の物質を用いて除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を熱処理する。これによりチタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ５４となる。
【０１３０】
（第５実施例）
図３３は、この発明の第５実施例の断面図である。図２２で示す第４実施例との違いは、サイドウォールシリコン酸化膜２２が角部４２と対応する位置まで延びている点である。これ以外の点については図２２に示す構造と同じなので、同一符号を付することによりその説明は省略する。図３３に示す構造の製造方法は、図２２〜図３２に示す第４実施例の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２８において、サイドウォールシリコン酸化膜２２をオーバエッチングしない点である。よって、図３３に示すように、サイドウォールシリコン酸化膜２２は角部４２と対応する位置まで延びている。
【０１３１】
（第６実施例）
図３４は、この発明の第６実施例の断面図である。図１に示す第１実施例との違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造になっている点である。これ以外の構造については、図１に示す第１実施例と同じなので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３４に示す構造の製造方法は、図１〜図１０で示すこの発明の第１実施例とほぼ同じである。相違する点は、サイドウォールシリコン酸化膜２２に不純物を含めていない点である。よって、図７で示す工程において、シリコン基板１０を熱処理するとき、サイドウォールシリコン酸化膜２２の下にｎ-型領域１６が形成されることはない。
【０１３２】
（第７実施例）
図３５は、この発明の第７実施例の断面図である。図２０で示す第３実施例との違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。その他については、第３実施例と同じなので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１３３】
図３５で示す構造の製造方法は、ほぼ図１６〜図２０で示す第３実施例と同じである。違いは、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に不純物を含めていない点である。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２の下に、拡散によってｎ-型領域が形成されることはない。
【０１３４】
（第８実施例）
図３６は、この発明の第８実施例の断面図である。第８実施例の構造は、図２２で示す第４実施例の構造とほぼ同じである。違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。それ以外の点については、第４実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３６で示す構造は、図２２で示す構造の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２６及び図２７で示すようにｎ-型領域形成工程を省略する点である。
【０１３５】
（第９実施例）
図３７は、この発明の第９実施例の断面図である。第９実施例の構造は、図３３で示す第５実施例の構造とほぼ同じである。相違する点は、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。それ以外の点については、第５実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３７で示す構造は、図３３で示す構造の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２６及び図２７で示すようにｎ-型領域形成工程を省略する点である。
【０１３６】
（第１０実施例）
図３８は、この発明の第１０実施例の断面図である。第１０実施例の構造が、図３４で示す第６実施例の構造と相違する点は、チタンシリサイド１８、２８及びサイドウォールシリコン酸化膜２２がない点である。それ以外の点については、第６実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。シリコン窒化膜２４の矢印ｔで示す厚みとして、２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいが好ましい。
【０１３７】
（第１１実施例）
図３９は、この発明の第１１実施例の断面図である。第１１実施例の構造が、図３６で示す第８実施例の構造と相違する点は、チタンシリサイド１８、２８及びサイドウォールシリコン酸化膜２２がない点である。それ以外の点については、第８実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の断面図である。
【図２】この発明の第１実施例の第１工程図である。
【図３】この発明の第１実施例の第２工程図である。
【図４】この発明の第１実施例の第３工程図である。
【図５】この発明の第１実施例の第４工程図である。
【図６】この発明の第１実施例の第５工程図である。
【図７】この発明の第１実施例の第６工程図である。
【図８】この発明の第１実施例の第７工程図である。
【図９】この発明の第１実施例の第８工程図である。
【図１０】この発明の第１実施例の第９工程図である。
【図１１】この発明の第２実施例の第１工程図である。
【図１２】この発明の第２実施例の第２工程図である。
【図１３】この発明の第２実施例の第３工程図である。
【図１４】この発明の第２実施例の第４工程図である。
【図１５】この発明の第２実施例の第５工程図である。
【図１６】この発明の第３実施例の第１工程図である。
【図１７】この発明の第３実施例の第２工程図である。
【図１８】この発明の第３実施例の第３工程図である。
【図１９】この発明の第３実施例の第４工程図である。
【図２０】この発明の第３実施例の第５工程図である。
【図２１】図２０に示す構造の部分平面図である。
【図２２】この発明の第４実施例の断面図である。
【図２３】この発明の第４実施例の第１工程図である。
【図２４】この発明の第４実施例の第２工程図である。
【図２５】この発明の第４実施例の第３工程図である。
【図２６】この発明の第４実施例の第４工程図である。
【図２７】この発明の第４実施例の第５工程図である。
【図２８】この発明の第４実施例の第６工程図である。
【図２９】この発明の第４実施例の第７工程図である。
【図３０】この発明の第４実施例の第８工程図である。
【図３１】この発明の第４実施例の第９工程図である。
【図３２】この発明の第４実施例の第１０工程図である。
【図３３】この発明の第５実施例の断面図である。
【図３４】この発明の第６実施例の断面図である。
【図３５】この発明の第７実施例の断面図である。
【図３６】この発明の第８実施例の断面図である。
【図３７】この発明の第９実施例の断面図である。
【図３８】この発明の第１０実施例の断面図である。
【図３９】この発明の第１１実施例の断面図である。
【図４０】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第１工程図である。
【図４１】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第２工程図である。
【図４２】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第３工程図である。
【図４３】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第４工程図である。
【図４４】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第５工程図である。
【図４５】斜めイオン注入工程を示す断面図である。
【図４６】シリサイド構造の製造方法の一例の第１工程図である。
【図４７】シリサイド構造の製造方法の一例の第２工程図である。
【図４８】シリサイド構造の製造方法の一例の第３工程図である。
【図４９】シリサイド構造の製造方法の一例の第４工程図である。
【図５０】シリサイド構造の製造方法の一例の第５工程図である。
【図５１】シリサイド構造の製造方法の他の例の第１工程図である。
【図５２】シリサイド構造の製造方法の他の例の第２工程図である。
【図５３】シリサイド構造の製造方法の他の例の第３工程図である。
【図５４】図５３に示す構造の部分平面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板
１４ ｎ+ 型領域
１６ ｎ- 型領域
１８、２８ チタンシリサイド膜
２０ ゲート酸化膜
２２ サイドウォールシリコン酸化膜
２４ シリコン窒化膜
２６ ゲート電極
３８ チタン膜
４０ 酸化絶縁膜
４２ 角部
４４ ソース／ドレイン
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法が、例えば特開平９−１６２４０２号公報に開示されている。以下、この公報に開示されたＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０００３】
図４０を参照して、ｐ型のシリコン基板２００の主表面に、ｐ型ウェル２０２を形成する。ｐ型ウェル２０２の周囲に、素子分離用のフィールド酸化膜２０４を形成する。ｐ型ウェル２０２の上に、ゲート酸化膜２０６を形成する。ゲート酸化膜２０６の上に、ポリシリコン膜２０８を形成する。
【０００４】
図４１を参照して、ポリシリコン膜２０８を選択的にエッチング除去して、ゲート電極２１２を形成する。ゲート電極２１２及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に砒素をイオン注入し、ｎ-型領域２１４を形成する。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ゲート電極２１２を覆うように、シリコン基板２００の主表面にシリコン窒化膜２１０を形成する。このシリコン窒化膜２１０を異方性エッチングを用いてエッチバックし、ゲート電極２１２の側面及びゲート絶縁膜２０６の側面と面するように、厚さ１０ｎｍのシリコン窒化膜２１０を残す。シリコン窒化膜２１０を、ゲート酸化膜２０６の側面と面する位置に形成することにより、ゲート酸化膜２０６へ酸素が供給されるのを防いでいる。これにより、ゲート酸化膜２０６にゲートバーズビークが発生することを防止している。ゲートバーズビークは、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性が劣化する原因となる。シリコン窒化膜２１０の厚みを、１０ｎｍとしたのは以下の理由からである。このＭＩＳ型電界効果トランジスタのソース／ドレインは、ｎ-型領域、ｎ型領域及びｎ+型領域の３つの領域からなる。ｎ-型領域は、シリコン窒化膜２１０の下に位置する。シリコン窒化膜２１０の厚みが１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域の幅も１０ｎｍより小さくなる。ｎ-型領域の幅が１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域が隣にあるｎ型領域に吸収され、ｎ-型領域としての機能を果たせなくなるからである。
【０００５】
製造方法の説明を続ける。図４２を参照して、ゲート電極２１２、シリコン窒化膜２１０及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に、砒素をイオン注入し、ｎ型領域２１８を形成する。次に、ゲート電極２１２を覆うように、ＣＶＤ法によって、シリコン基板２００の主表面にシリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックすることにより、シリコン窒化膜２１０と面するようにサイドウォールシリコン酸化膜２１６を形成する。
【０００６】
図４３を参照して、ゲート電極２１２、シリコン窒化膜２１０、サイドウォールシリコン酸化膜２１６及びフィールド酸化膜２０４をマスクとして、シリコン基板２００の主表面に砒素をイオン注入し、ｎ+型領域２２０を形成する。
【０００７】
図４４を参照して、ゲート電極２１２を覆うように、シリコン基板２００の主表面全面に、層間絶縁膜２２２を形成する。層間絶縁膜２２２に、ｎ+型領域２２０に到達するコンタクトホール２２４を形成する。層間絶縁膜２２２の上及びコンタクトホール２２４の中に導電膜を形成する。そして、この導電膜に所定のパターニングを施すことにより、配線膜２２６を形成する。以上の工程により、ＭＩＳ型電界効果トランジスタが製造される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４１を参照して、ゲート電極２１２をマスクとしてシリコン基板２００の主表面にイオン注入をすることにより、ｎ-型領域２１４を形成している。このイオン注入時、ゲート酸化膜２０６の側面は露出している。ゲート酸化膜２０６の側面が露出しているので、イオンがゲート酸化膜２０６の側面に衝突する。これにより、ゲート酸化膜２０６の端部において、ゲート酸化膜の結晶構造の結合が切れた個所が発生する。ゲート酸化膜の結晶構造の結合が切れることにより生じる問題は、主に次の３つである。（１）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合が切れた部分の絶縁耐圧は下がる。これにより、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧が下がる。（２）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合の切れた個所をキャリアが流れることにより、ゲート絶縁膜中にリーク電流が流れる。（３）ゲート絶縁膜の結晶構造の結合が切れている個所では、チャネルを流れるキャリアが容易にトラップされる。これにより、ＭＩＳ電界効果トランジスタの特性が変化する。また、ＭＩＳ電界効果トランジスタの長期信頼性が低下する。
【０００９】
特に、図４５に示すように、斜めイオン注入２５８を用いて、ソース／ドレイン２５４を形成する場合、多数のイオンがゲート酸化膜２０６の側面に直接衝突する。よって、ゲート酸化膜２０６の端部において、結晶構造の結合が切れた個所が多数発生しやすい。斜めイオン注入を用いて、ソース／ドレインを形成す理由を説明する。斜めイオン注入２５８を用いて、ソース／ドレイン２５４を形成すると、ソース／ドレイン２５４の端部２５６は、ゲート電極２１２と重なる位置に形成される。これにより、チャネルを流れるキャリアが、ゲート酸化膜２０６に飛び込むのを防いでいる。すなわち、図４１を参照して、ソース／ドレインであるｎ-型領域２１４の側面が、ゲート電極２１２の側面の真下に位置していると、矢印Ａで示す個所で電界集中が発生する。この電界集中により、チャネルを流れるキャリアが容易に、ゲート酸化膜２０６中に飛び込む。キャリアがゲート酸化膜２０６中に飛び込むと、ゲート酸化膜２０６の特性が劣化する。
【００１０】
なお、図４１に示すｎ-型領域２１４は、拡散によっても形成することができる。ｎ-型領域２１４を拡散により形成する際においても、ゲート酸化膜２０６の側面は露出している。よって拡散させられる不純物が、ゲート酸化膜２０６の側面からゲート酸化膜２０６を構成する結晶構造中に入り込む。これによりゲート酸化膜２０６の絶縁耐圧が下がる。
【００１１】
ところで、ＭＩＳ電界効果トランジスタの製造において、ゲート電極の電気的抵抗を下げるために、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する場合がある。以下これについて説明する。
【００１２】
図４６を参照して、ｐ型のシリコン基板２３０の主表面に、ｐ型ウェル２３２を形成する。ｐ型ウェル２３２の周囲に、フィールド酸化膜２３４を形成する。シリコン基板２３０の主表面に、ゲート酸化膜２３６及びポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜に所定のパターニングを施すことにより、ゲート電極２３８を形成する。ゲート電極２３８及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面にイオン注入し、ｎ-型領域２４２を形成する。次に、ゲート電極２３８を覆うように、シリコン基板２３０の主表面に、シリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックし、ゲート電極２３８の側面及びゲート酸化膜２３６の側面と面するように、サイドウォールシリコン酸化膜２４０を形成する。例えば、Ａで示す段差部にシリコン酸化膜が残らないように、サイドウォールシリコン酸化膜２４０はオーバエッチングされる。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、ゲート電極２３８の側面と上面とで形成される角部２６０より下に位置している。次に、ゲート電極２３８、サイドウォールシリコン酸化膜２４０及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面にイオンを注入し、ｎ+型領域２４４を形成する。
【００１３】
図４７を参照して、シリコン基板２３０の主表面全面に、例えばスパッタリング法を用いてチタン膜２４６を形成する。
【００１４】
図４８を参照して、チタン膜２４６を熱処理する。これにより、ゲート電極２３８の上面上及びｎ+型領域２４４の上に位置するチタン膜が、シリコンと反応し、チタンシリサイド膜２４８、２５０となる。ゲート電極２３８の角部２６０においては、ゲート電極２３８の側面が露出している。このため、ここからもシリコンがチタン膜に供給され、チタンシリサイド膜が形成される。よって、ゲート電極２３８の角部２６０においては、ゲート電極２３８の上面及び側面からシリコンが供給される結果、チタン膜が過剰に反応し、チタンシリサイド膜２４８の端部２６２の厚みは、中央部２６３の厚みより大きくなる。
【００１５】
図４９を参照して、フィールド酸化膜２３４及びサイドウォールシリコン酸化膜２４０上にある未反応のチタン膜を除去する。
【００１６】
図５０を参照して、シリコン基板２３０の主表面全面に、例えばＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜２５２を形成する。チタンシリサイド膜２４８の端部２６２の厚みを反映して、層間絶縁膜２５２には凸部２６６が形成されている。今後、ゲート電極パターン、配線パターンが微細化されてきた場合、凸部２６６の上に配線膜を形成すると、配線膜が断線する可能性がある。また、シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、シリサイド膜に生じる熱応力は大きくなる。シリサイド膜の端部の厚みが大きくなると、その分だけシリサイド膜に生じる熱応力は大きくなる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力も大きくなる。これにより、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性変化や長期信頼性の低下を招く。
【００１７】
サイドウォールシリコン酸化膜２４０をオーバーエッチングしないときにおいても、以下に示すような問題が生じる。図５１を参照して、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、オーバーエッチングされていない。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２４０は、角部２６０と面する位置まで延びているように形成されている。
【００１８】
図５２を参照して、ゲート電極２３８、サイドウォールシリコン酸化膜２４０及びフィールド酸化膜２３４をマスクとして、シリコン基板２３０の主表面に、イオンを注入し、ｎ+型領域２４４を形成する。次に、スパッタリング法を用いて、ゲート電極２３８を覆うように、シリコン基板２３０の主表面全面に、チタン膜２４６を形成する。
【００１９】
図５３を参照して、チタン膜を熱処理し、ゲート電極２３８の上面及びｎ+型領域２４４の上に、それぞれ、チタンシリサイド膜２４８、２５０を形成する。そして、フィールド酸化膜２３４及びサイドウォールシリコン酸化膜２４０の上に位置している未反応のチタン膜を除去する。サイドウォールシリコン酸化膜２４０が、ゲート電極２３８の角部２６０と対応する位置まで形成されている。よって、ゲート電極２３８の角部２６０付近において、ゲート電極２３８の側面は露出していない。したがって、角部２６０付近のゲート電極２３８の側面からはシリコンが供給されないので、角部２６０においてチタン膜がシリコンと過剰に反応することはない。このため、チタンシリサイド膜２４８の端部の厚みが、中央部の厚みより大きくならない。よって、チタンシリサイド膜２４８の端部の厚みが原因で、層間絶縁膜に凸部が発生するという問題は生じない。しかし次に示す問題が生じる。
【００２０】
図５４を参照して、図５４は、図５３に示す構造の部分平面図である。サイドウォールシリコン酸化膜２４０中に含まれるシリコンがチタン膜と結合する結果、サイドウォールシリコン酸化膜２４０の表面の所々にチタンシリサイドが形成される。これらのチタンシリサイドのうち、チタンシリサイド膜２４８とサイドウォールシリコン酸化膜２４０との境界において、チタンシリサイド膜２４８とサイドウォールシリコン酸化膜２４０に形成されたチタンシリサイドとが結合する。この結果、チタンシリサイド膜２４８の側部はギザギザ状となる。チタンシリサイド膜２５０の側部も同様の理由でギザギザ状となる。これらギザギザ状の個所では、静電気がショートしやすく、ＭＩＳ型電界効果トランジスタの特性を劣化させることがある。
【００２１】
この発明は、以上説明した課題を解決するのためになされたものである。この発明の課題は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造を有するＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置において、ゲート絶縁膜の端部がダメージを受けない製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２２】
この発明の他の課題は、ゲート電極上にシリサイド膜を形成する際に、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとを同じにすることができるＭＩＳ型電界効果トランジスの製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２３】
この発明のさらに他の課題は、シリサイド膜の端部がギザギザ状になることを防止することができるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置製造方法及びその製造方法により製造されたＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００２５】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、不純物を含むサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面に高濃度不純物領域を形成し、及び熱拡散により、サイドウォール絶縁膜中の不純物を、サイドウォール絶縁膜の下の主表面に拡散し、主表面に低濃度不純物領域を形成する工程と、を備える。
【００２６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、低濃度不純物領域を形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。熱拡散により、サイドウォール絶縁膜中の不純物を、サイドウォール絶縁膜の下の主表面に拡散する際、不純物がゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に拡散するのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物がゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００２７】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態は、ゲート絶縁膜が不純物、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００２８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。
【００２９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００３０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００３１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を形成する工程後、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を含む。この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。よって、ギザギザ部で静電気がショートして、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性が劣化するのを防ぐことができる。
【００３２】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程及びサイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。よって、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは、ほぼ同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００３４】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００３５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタンを含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００３６】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００３７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００３８】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００３９】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつ低濃度不純物領域の上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、低濃度不純物領域上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００４０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第１形態において、サイドウォール絶縁膜は、シリコン酸化膜を含み、不純物は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００４１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００４２】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、主表面に低濃度不純物領域を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面に高濃度不純物領域を形成する工程と、を備える。
【００４３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、低濃度不純物領域を形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。低濃度不純物領域を熱拡散やイオン注入により形成する場合、不純物やイオンがゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に入るのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物やイオンがゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００４４】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態は、ゲート絶縁膜が不純物、イオン、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。
【００４６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００４７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００４８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。高濃度不純物領域を形成する工程後、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を含む。
【００４９】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００５０】
この態様に、ゲート電極の角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程及びサイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を組み合わせた場合、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００５１】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００５２】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００５３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタンを含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００５４】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００５５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。低濃度不純物領域を形成する工程は、主表面に、不純物を斜めイオン注入して形成する工程を含む。斜めイオン注入とは、半導体基板の主表面に対して、一定の角度傾けてイオン注入する方法である。
【００５６】
斜めイオン注入を用いて、低濃度不純物領域を形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜がないと、イオンがゲート絶縁膜の側面に直接衝突する。よって、ゲート絶縁膜の端部において、結晶構造が切れた個所が多数発生しやすい。この態様では、ゲート絶縁膜保護膜があるので、イオンがゲート絶縁膜の側面に直接衝突するのを防ぐことができる。
【００５７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００５８】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００５９】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつ低濃度不純物領域の上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、低濃度不純物領域上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００６０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、を含むＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００６１】
主表面にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、主表面にソース／ドレインを形成する工程と、サイドウォール絶縁膜及びゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にシリサイド膜を形成する工程と、を備える。
【００６２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、ソース／ドレインを形成する前に、ゲート絶縁膜保護膜を形成している。ソース／ドレインを熱拡散やイオン注入により形成する場合、不純物やイオンがゲート絶縁膜の側面を通って、ゲート絶縁膜の端部に入るのを防ぐことができる。これは、ゲート絶縁膜保護膜を構成するシリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜、ノンドープドアモルファスシリコン膜は、膜質が非常に緻密であるので、不純物やイオンがゲート絶縁膜保護膜を通過しにくいからである。これらの膜は、水分や酸素も通しにくいので、水分や酸素がゲート絶縁膜の端部にダメージを与えるのを防ぐことができる。三つの膜のうち、シリコン窒化膜が最も効果的である。また、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチングの選択性がある。
【００６３】
以上説明したように、この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態は、ゲート絶縁膜が不純物、イオン、水分、酸素等からダメージを受けるのを防ぐことができる。よって、ゲート絶縁膜がダメージを受けることにより生じるＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の特性変化や長期信頼性の低下を防ぐことができる。
【００６４】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましい態様として、以下の工程がある。ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように、主表面にゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、膜を異方性エッチングし、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含む。この態様では、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜を形成することができる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００６５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましい他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜を角部と対応する位置まで延びているように形成する工程を含む。
【００６６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、サイドウォール絶縁膜を角部より下に位置するように形成する工程を含む。
【００６７】
この態様では、サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングしているが、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００６８】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００６９】
高融点金属膜は、チタン、コバルト、モリブデン、プラチナ、ニッケル及びタングステンのうち、少なくとも一つを含むのが好ましい。
【００７０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。高融点金属膜は、チタン膜を含む。シリサイド膜を形成する工程は、高融点金属膜を熱処理し、ゲート電極の上面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、サイドウォール絶縁膜の上の高融点金属膜を除去する工程と、チタンシリサイド膜を熱処理し、チタンシリサイド膜の抵抗を下げる工程と、を含む。
【００７１】
高融点金属膜として、チタンを含むのが好ましい。最初の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ４９になる。このとき、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。この熱応力はゲート絶縁膜に悪影響を及ぼす。次の熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４になる。チタンシリサイド膜Ｃ５４はチタンシリサイド膜Ｃ４９に比べ電気的抵抗が小さいので、このような処理をするのである。このときにも、チタンシリサイド膜には、熱応力が生じる。よって、ゲート絶縁膜は二度熱応力を受ける。この態様では、チタンシリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、ゲート絶縁膜が受ける二度の熱応力を小さくできる。
【００７２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法の第３形態の好ましいさらに他の態様として、以下の工程がある。ゲート電極を形成する工程とゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む。
【００７３】
ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００７４】
なお、酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びるように形成する場合、ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。よって、ゲート絶縁膜保護膜は、ゲート絶縁膜の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート絶縁膜を保護する効果はある。但し、ゲート絶縁膜保護膜が、ゲート絶縁膜の側面の全面と面する場合の方が、ゲート絶縁膜を保護する効果は大きい。
【００７５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含むゲート絶縁膜保護膜と、ゲート電極とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように形成されたサイドウォール絶縁膜と、ゲート電極の前記上面に形成されたシリサイド膜と、を備える。
【００７６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましい態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するように形成されている。
【００７７】
この態様は、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜がある。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【００７８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましい他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部と対応する位置まで延びているように形成されている。
【００７９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている。この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面と面するように形成されている態様と、を組み合わせれば、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。この態様では、シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が、シリサイド膜から受ける熱応力を小さくできる。
【００８０】
また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これを反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００８１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは、主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を含む。
【００８２】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極とゲート絶縁膜保護膜との間に位置し、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面を覆うように形成された酸化絶縁膜を含む。ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００８３】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びている。ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。
【００８４】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さい。厚さ２ｎｍ以上としたのは、これよりゲート絶縁膜保護膜の厚みが小さいと、ゲート絶縁膜を保護する膜としての役割を、十分果たさなくなると考えられるからである。特開平９−１６２４０２号公報に開示された技術では、シリコン窒化膜の厚みを１０ｎｍとしている。この公報に開示された技術においては、シリコン窒化膜の厚みを１０ｎｍより小さくすることは困難と考えられる。すなわち、図４０で示すように、シリコン窒化膜２１０の真下の領域にｎ-型領域２１４を形成している。シリコン窒化膜２１０の厚みが１０ｎｍより小さいと、ｎ-型領域２１４がｎ型領域２１８に吸収されると考えられる。この態様は、ゲート絶縁膜保護膜の下に、このような独立の不純物領域を形成していないので、ゲート絶縁膜保護膜の厚みを、１０ｎｍより小さくすることができる。
【００８５】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むシリコン酸化膜を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは端部を備え、端部は、前記ゲート電極と重なる位置にある。
【００８６】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態は、主表面を有する半導体基板と、側面を有し、主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、主表面に形成されたソース／ドレインと、ゲート絶縁膜の側面と面するように形成され、シリコン窒化膜、ノンドープドポリシリコン膜及びノンドープドアモルファスシリコン膜のうち、少なくとも一つを含む厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいゲート絶縁膜保護膜と、を備える。
【００８７】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態において、ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さい。理由は、上記したこの発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第１形態で説明した数値限定の理由と同じである。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましい態様として、以下の構成がある。ゲート電極とゲート絶縁膜保護膜との間に位置し、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面を覆うように形成された酸化絶縁膜を含む。ゲート絶縁膜保護膜は、酸化絶縁膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接ゲート絶縁膜保護膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からゲート絶縁膜保護膜を通り、半導体基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。この態様では、ゲート絶縁膜の側面及びゲート電極の側面を覆うように酸化絶縁膜を形成しているので、これらの問題を解決できる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【００８８】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましい他の態様として、以下の構成がある。酸化絶縁膜は、その厚みが、ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつソース／ドレインの上まで延びている。ゲート絶縁膜保護膜は、ソース／ドレイン上の酸化絶縁膜上に位置する。
【００８９】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極とによって、ゲート絶縁膜保護膜を挟むように形成されたサイドウォール絶縁膜を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは、低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を含む。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部と対応する位置まで延びているように形成されている。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている。
【００９０】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ゲート電極の上面に形成されたシリサイド膜を含む。この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている態様と、を組み合わせた場合、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との間に、ゲート絶縁膜保護膜が存在することになる。このゲート絶縁膜保護膜が存在することにより、シリサイド膜とサイドウォール絶縁膜との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。 また、この態様と、ゲート絶縁膜保護膜は、角部と対応する位置からゲート絶縁膜の側面と対応する位置にわたって形成されている態様と、サイドウォール絶縁膜は、角部より下に位置するように形成されている態様と、を組み合わせれば、シリサイド膜の端部の厚みが中央部の厚みに比べて大きくなるということはない。なぜなら、ゲート電極の角部と対応する位置にゲート絶縁膜保護膜があるので、シリサイド膜形成の際、ゲート電極の側面で高融点金属膜がシリサイド化しないからである。シリサイド膜の膜厚が大きいと、膜厚が小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。シリサイド膜の端部の厚みを小さくすることができるので、シリサイド膜に生じる熱応力を小さくできる。このため、ゲート絶縁膜が受ける熱応力を小さくできる。また、シリサイド膜の端部の厚みと中央部の厚みとは同じなので、シリサイド膜は平坦となる。シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜も、これに反映して平坦となる。よって、シリサイド膜の上に位置する層間絶縁膜の上に、配線膜を形成する場合、配線膜の断線等の問題を回避できる。
【００９１】
この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。ソース／ドレインは端部を備え、端部は、ゲート電極と重なる位置にある。この発明に従うＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の第２形態の好ましいさらに他の態様として、以下の構成がある。サイドウォール絶縁膜は、リン及びホウ素のうち、少なくとも一つを含むシリコン酸化膜を含む。
【００９２】
この発明に適用されるゲート絶縁膜の材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜、酸化タンタル膜などがある。低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域とは、例えば、ＬＤＤ構造を意味している。ゲート絶縁膜保護膜は、厚さ２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいは、この発明の方法の形態にも適用できる。
【００９３】
この発明において、ゲート電極の上面にシリサイドをセルファラインで形成する場合、少なくともゲート電極の上面は、シリコンを含む材料で構成されている必要がある。
【００９４】
この発明のゲート電極の上面にシリサイドを含む構成において、シリサイドの過剰反応の防止や静電気発生の防止の効果を得るためには、ゲート絶縁膜保護膜は、シリコン窒化膜を含む必要がある。
【００９５】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
図１は、この発明の第１実施例の断面図である。半導体基板の一例であるシリコン基板１０の主表面には、ゲート絶縁膜の一例であるゲート酸化膜２０が形成されている。ゲート酸化膜２０の上には、ゲート電極２６が形成されている。ゲート電極２６を構成する材料としては、以下の材料がある。（１）リン、砒素、ホウ素などを含む多結晶シリコン。（２）タングステン、モリブデン、プラチナ、ニッケル、チタン、コバルトなどの高融点金属とシリコンとを反応させたシリサイド。（３）高融点金属、アルミニウムなどの導電性を有する金属。ゲート電極２６として、（１）（２）（３）を単独で用いたものでもよいし、これらを組み合わせて積層構造としたものでもよい。ゲート電極２６の側面と上面とで形成される角部４２と対応する位置からゲート酸化膜２０の側面と対応する位置にわたって、ゲート酸化膜２０の側面及びゲート電極２６の側面と面するシリコン窒化膜２４が形成されている。シリコン基板１０の主表面の上に、直接シリコン窒化膜２４が乗っている。よって、シリコン窒化膜２４は、ゲート酸化膜２０の側面を完全に覆っている。シリコン窒化膜２４は、ゲート絶縁膜保護膜の一例である。なお、シリコン窒化膜２４の矢印ｔで示す厚みとして、２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいが好ましい。
【００９６】
ゲート電極２６の側面とによって、シリコン窒化膜２４を挟むように、サイドウォール絶縁膜の一例であるサイドウォールシリコン酸化膜２２が形成されている。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされている。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２は、角部４２より下に位置している。ゲート電極２６の上面には、シリサイド膜の一例であるチタンシリサイド膜２８が形成されている。
【００９７】
サイドウォールシリコン酸化膜２２の下に位置するシリコン基板１０の主表面には、ｎ-型領域１６が形成されている。シリコン基板１０の主表面であって、ｎ-型領域１６の隣には、ｎ+型領域１４が形成されている。ｎ+型領域１４及びｎ-型領域１６とで、ＬＤＤ構造のソース／ドレインが構成されている。ｎ+型領域１４の上には、チタンシリサイド膜１８が形成されている。ゲート電極２６及びソース／ドレインを覆うように、シリコン基板１０の主表面は、層間絶縁膜３４が形成されている。層間絶縁膜３４の材料としては、例えばシリコン酸化膜、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜がある。これらの膜を単独で用いて層間絶縁膜３４としてもよいし、これらの膜を組み合わせることにより多層構造の層間絶縁膜３４としてもよい。層間絶縁膜３４には、チタンシリサイド膜１８に到達するコンタクトホール３０が形成されている。層間絶縁膜３４の上には、配線膜３２が形成されている。配線膜３２は、コンタクトホール３０の内部にも形成され、これにより、配線膜３２とチタンシリサイド膜１８とが電気的に接続されている。配線膜３２の材料として、アルミニウム、アルミニウムに銅などを含むアルミ合金、チタンなどの高融点金属などがある。これらのものを単独で用いて配線膜３２としてもよいし、組み合わせて用いてもよい。なお１２はフィールド酸化膜である。
【００９８】
次に、図１に示す構造の製造方法を説明する。図２を参照して、シリコン基板１０の主表面に、素子分離のためのフィールド酸化膜１２を形成する。そして、例えば熱酸化法を用いて、シリコン基板１０の主表面に、ゲート酸化膜２０を形成する。ゲート酸化膜２０の厚みとしては、数ｎｍ〜１００ｎｍである。シリコン基板１０の主表面全面に、例えばＣＶＤ法を用いてポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜にはリンが不純物として含まれており、これによりポリシリコン膜は導電性を有する。このポリシリコン膜の上にフォトレジストを塗布し、所定のパターニングを施す。パターニングされたフォトレジストをマスクとして、ポリシリコン膜を異方性エッチングを用いて選択的にエッチング除去し、ゲート電極２６を形成する。ポリシリコン膜を異方性エッチングする方法としては、数１０ｍトル程度の減圧化において、フロンやハロゲンなどのガスを流し、高周波プラズマを発生させ、この高周波プラズマでエッチングするのが一般的である。
【００９９】
図３を参照して、ゲート酸化膜２０及びゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、シリコン窒化膜２４を形成する。シリコン窒化膜２４を形成する方法としては、例えば材料ガスとしてジクロルシランとアンモニアを用いたＣＶＤ法がある。
【０１００】
図４を参照して、シリコン窒化膜２４を異方性エッチングによりエッチバックする。これにより、ゲート電極２６の側面及びゲート酸化膜２０の側面と面する位置に、シリコン窒化膜２４を残す。シリコン窒化膜２４を、異方性エッチングする方法としては、例えば、０．１トル程度の減圧化にフロン系ガスを流し、高周波プラズマを発生させ、この高周波プラズマによりエッチングする方法がある。
【０１０１】
図５を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えば、ＣＶＤ法を用いて、リンを含むシリコン酸化膜３６を形成する。シリコン酸化膜３６を形成するＣＶＤ法として、例えば、モノシラン、酸素及び少量のホスフィンを窒素キャリアガスを用いて熱化学反応させる方法がある。シリコン酸化膜３６中のリン濃度は２〜１０モル％にされている。
【０１０２】
図６を参照して、シリコン酸化膜３６を異方性エッチングを用いてエッチバックし、シリコン窒化膜２４の周囲に、サイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされているため、角部４２より下に位置している。ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に砒素をイオン注入する。このイオン注入は、シリコン基板１０の主表面に対して垂直にされている。砒素のイオン注入量は、１×１０15／ｃｍ2〜１×１０16／ｃｍ2である。
【０１０３】
図７を参照して、シリコン基板１０を熱処理することにより、シリコン基板１０に注入された砒素を活性化し、ｎ+型領域１４を形成する。この熱処理により、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に含まれるリンがシリコン基板１０の主表面に拡散し、ｎ-型領域１６が形成される。このリンの拡散の際に、サイドウォールシリコン酸化膜２２とゲート酸化膜２０の側面との間には、シリコン窒化膜２４がある。よって、リンがゲート酸化膜２０の端部に拡散するのを防ぐことができる。サイドウォールシリコン酸化膜２２中に砒素やホウ素を不純物として含めた場合も、ゲート酸化膜２０の端部には砒素やホウ素は拡散していかない。
【０１０４】
図８を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えばスパッタリング法を用いてチタン膜３８を形成する。
【０１０５】
図９を参照して、チタン膜３８を６００〜７５０℃のランプアニールで熱処理し、ゲート電極２６の上面及びｎ+型領域１４の上に、それぞれチタンシリサイド膜２８、１８を形成する。チタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ４９である。
【０１０６】
図１０を参照して、アンモニア系の物質を用いて、フィールド酸化膜１２及びサイドウォールシリコン酸化膜２２上に位置している未反応のチタン膜を除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を、７００〜９００℃で熱処理する。この熱処理により、チタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４に変わる。Ｃ５４はＣ４９に比べ電気的抵抗が小さい。ところで、チタンシリサイド膜の結晶構造がＣ４９になるとき、チタンシリサイド膜には熱応力が発生し、その影響がゲート酸化膜に及ぶ。チタンシリサイド膜の結晶構造がＣ４９からＣ５４に変わったときも、チタンシリサイド膜には熱応力が発生する。この熱応力もゲート酸化膜に影響を及ぼす。よって、角部４２に位置するチタン膜が過剰に反応し、チタンシリサイド膜２８の端部の厚みが大きくなると、以上説明した熱応力も大きくなる。この第１実施例では、シリコン窒化膜２４により、角部４２においてチタン膜が過剰に反応することを防いでいる。
【０１０７】
再び製造工程の説明に戻る。図１を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面、例えばシリコン酸化膜を含む層間絶縁膜３４を形成する。層間絶縁膜３４を選択的にエッチング除去し、チタンシリサイド膜１８に到達するコンタクトホール３０を形成する。次に、層間絶縁膜３４の上に、例えばスパッタリング法を用いてアルミニウムを形成する。アルミニウムはコンタクトホール３０内も形成される。そして、このアルミニウムに所定のパターニングを施すことにより、配線膜３２を形成する。
【０１０８】
（第２実施例）
この発明の第２実施例を説明する。第１実施例と同じ方法を用いて、図４に示す構造を製造する。図１１を参照して、ゲート電極２６及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に、斜めイオン注入をする。斜めイオン注入とは、シリコン基板１０の主表面に対して一定の角度、例えば、７度傾けてイオンを注入する方法である。イオン注入量は、１×１０12／ｃｍ2〜１×１０14／ｃｍ2である。チャネルがｎチャネルの場合、ホスフィンやアルシンなどの原料ガスをプラズマ化することにより取り出されるリンや砒素を、加速してシリコン基板中に打ち込む。チャネルがｐチャネルの場合、ジボランなどの原料ガスをプラズマ化することにより取り出されるホウ素などのイオンを、加速してシリコン基板中に打ち込む。ゲート酸化膜２０の側面と面するように、シリコン窒化膜２４がある。よって、注入されたイオンは、シリコン窒化膜２４に衝突し、ゲート酸化膜２０の側面に衝突するのを防ぐことができる。これにより、ゲート酸化膜２０の端部に結晶構造の結合が切れている個所が発生するということを防止することができる。
【０１０９】
図１２を参照して、シリコン基板１０中に注入されたイオンを熱処理する。これによりイオンが活性化され、シリコン基板１０の主表面に、ｎ-型領域１６が形成される。ｎ-型領域１６を形成する他の方法として、例えば拡散がある。拡散として、例えば、オキシ塩化リン、酸素、窒素の混合気体を熱分解することにより発生するリンを、シリコン基板１０中に拡散する方法がある。この場合においても、ゲート酸化膜２０の側面と面するようにシリコン窒化膜２４があるので、リンが、ゲート酸化膜２０の側面からゲート酸化膜２０の端部に入り込むのを防ぐことができる。
【０１１０】
図１３を参照して、例えばＣＶＤ法を用いて、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面にシリコン酸化膜３６を形成する。なお、サイドウォールシリコン酸化膜となる部分の下には、すでにｎ-型領域１６が形成されている。よって、シリコン酸化膜３６中に、不純物を含ませなくてもよい。但し、シリコン酸化膜３６の膜質向上のために、シリコン酸化膜３６中に不純物を含めてもよい。
【０１１１】
図１４を参照して、第１実施例と同じ方法を用いて、シリコン酸化膜３６をエッチングし、シリコン窒化膜２４の周囲にサイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされ、角部４２より下に位置している。そして、第１実施例と同様の方法を用いて、シリコン基板１０の主表面に不純物をイオン注入する。
【０１１２】
図１５を参照して、シリコン基板１０を熱処理する。これによりシリコン基板１０中に注入されたイオンが活性化し、ｎ+型領域１４が形成される。なお、ゲート電極２６の上面にシリサイド膜を形成する場合、第１実施例の図８〜図１０で示す工程と同じ工程を用いればよい。
【０１１３】
（第３実施例）
第１実施例と同じ方法を用いて、図５に示す構造を製造する。そしてシリコン酸化膜３６を異方性エッチングを用いてエッチバックし、図１６に示すように、サイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。なお、この実施例では、サイドウォールシリコン酸化膜２２をオーバエッチングしていない。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２は、角部４２と面する位置まで延びている。次に、ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に第１実施例の図６に示す工程と同じ方法を用いて不純物をイオン注入する。
【０１１４】
図１７を参照して、第１実施例の図７に示す工程と同じように、シリコン基板１０を熱処理する。これにより、シリコン基板１０中に打ち込まれたイオンが活性化し、ｎ+型領域１４が形成される。同時に、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に含まれている不純物がシリコン基板１０の主表面に拡散し、ｎ-型領域１６が形成される。この拡散の際に、サイドウォールシリコン酸化膜２２とゲート酸化膜２０との間にはシリコン窒化膜２４がある。よって、不純物がゲート酸化膜２０の側面からゲート酸化膜２０の端部に入り込むのを防ぐことができる。なお、サイドウォールシリコン酸化膜２２形成前に、シリコン基板１０中にイオンを注入することにより、ｎ-型領域１６を形成してもよい。
【０１１５】
図１８を参照して、例えばスパッタリング法を用いて、シリコン基板１０の主表面全面に、高融点金属膜の一例であるチタン膜３８を形成する。
【０１１６】
図１９を参照して、チタン膜３８を熱処理する。これにより、ゲート電極２６の上面及びｎ+型領域１４の上には、それぞれチタンシリサイド膜２８、１８が形成される。このチタンシリサイド膜の結晶構造は、Ｃ４９である。
【０１１７】
図２０を参照して、アンモニア系の物質を用いて、未反応のチタン膜３８を除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を再び熱処理する。これによりチタンシリサイド膜の結晶構造はＣ５４となる。サイドウォールシリコン酸化膜２２が、角部４２と対応する位置まで形成されている。従って、シリコン窒化膜２４がなくても、チタンシリサイド膜２８の端部の厚みが、中央部の厚みと比べて厚くなるということはない。但し、シリコン窒化膜２４を角部４２の位置まで形成すると、以下に示す効果がある。図２１は、図２０に示す構造の部分平面図である。チタンシリサイド膜２８とサイドウォールシリコン酸化膜２２との間には、シリコン窒化膜２４がある。このシリコン窒化膜２４が存在することにより、チタンシリサイド膜２８とサイドウォールシリコン酸化膜２２との境界にギザギザ部が発生するのを防ぐことができる。
【０１１８】
（第４実施例）
図２２は、この発明の第４実施例の断面図である。図１に示す第１実施例との違いは、ゲート電極２６の側面からｎ-型領域１６の上にわたって、酸化絶縁膜４０を形成したことである。これ以外の構造は、図１に示す構造と同じなので同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１１９】
ポリシリコン膜を選択的にエッチング除去し、ゲート電極２６を形成するとき、ポリシリコン膜はオーバエッチングされる。これは、段差部、例えばフィールド酸化膜と活性領域との境界にポリシリコン膜が残らないようにするためである。ゲート電極２６を形成する際には、ゲート酸化膜２０の側面は露出している。よって、エッチングの際に発生するイオンや原子などがゲート酸化膜２０の側面に衝突し、ゲート酸化膜２０の端部にダメージを与える。このダメージを回復するため、酸素や水蒸気を含む酸化雰囲気中で、ゲート酸化膜２０を熱処理して、ダメージの回復を図っている。この熱処理により、シリコン基板１０の主表面、ゲート酸化膜２０の側面、ゲート電極２６の側面及びゲート電極２６の上面に、酸化絶縁膜４０が形成される。一般に、酸化絶縁膜４０の厚みは、ゲート酸化膜の膜厚の半分〜ゲート酸化膜の膜厚よりも小さい。酸化絶縁膜４０が、ゲート電極２６とシリコン窒化膜２４との間に位置することにより以下の効果が生じる。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜より誘電率が高いので、膜表面において微少電流を流しやすい。従って、ゲート電極に直接シリコン窒化膜を接触させると、ゲート電極の寄生容量が大きくなる。これがＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の高速動作を阻害する要因となる。また、ゲート電極からシリコン窒化膜を通り、シリコン基板に到達するリーク電流が発生する。このリーク電流は、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の消費電流を増加させる原因となる。なお、ゲート電極がポリシリコンやシリサイドで構成されている場合、酸化絶縁膜はシリコン酸化膜となる。
【０１２０】
次に、図２２に示す構造の製造方法を説明する。まず、図２で示す構造を製造する。図２３を参照して、ゲート酸化膜２０の端部が受けたダメージを回復するため、ゲート酸化膜２０に熱処理を行う。これにより、シリコン基板１０の主表面、ゲート酸化膜２０の側面、ゲート電極２６の側面及びゲート電極２６の上面に、酸化絶縁膜の一例であるシリコン酸化膜４０が形成される。熱処理の条件は、温度が６００〜９００℃であり、時間が６０ｍｉｎ以下であり、雰囲気が酸素または水蒸気を含む酸素雰囲気である。
【０１２１】
図２４を参照して、シリコン基板１０の主表面に、ゲート電極２６を覆うようにシリコン窒化膜２４を形成する。形成条件は、図３に示す工程と同じである。
【０１２２】
図２５を参照して、シリコン窒化膜２４を異方性エッチングを用いてエッチバックする。これにより、角部４２と対応する位置からゲート酸化膜２０の側面と対応する位置にわたって、シリコン窒化膜２４が残る。シリコン窒化膜２４は、シリコン基板１０の主表面上のシリコン酸化膜４０上に位置する。よって、シリコン窒化膜２４は、ゲート酸化膜２０の側面の全面と面するように形成されず、側面の一部の面と面するように形成される。この場合であっても、ゲート酸化膜２０を保護する効果はある。但し、シリコン窒化膜２４が、ゲート酸化膜２０の側面の全面と面する場合の方が、ゲート酸化膜２０を保護する効果は大きい。シリコン窒化膜２４のエッチングの条件は、図４で示す工程と同じである。
【０１２３】
図２６を参照して、シリコン基板１０の主表面に、ゲート電極２６及びフィールド酸化膜１２をマスクとして不純物を斜めイオン注入する。イオン注入の条件は、図１１で示す工程と同じである。ゲート酸化膜２０の側面と面するように、シリコン窒化膜２４が形成されている。よって、イオンはシリコン窒化膜２４に衝突する。したがって、イオンがゲート酸化膜２０の側面に衝突するのを防ぐことができる。シリコン基板１０の主表面にイオン注入をする代わりに、不純物を拡散した場合でも、シリコン窒化膜２４により、ゲート酸化膜２０の端部に不純物が入るのを防ぐことが可能となる。
【０１２４】
図２７に示すように、シリコン基板１０を熱処理し、ｎ-型領域１６を形成する。
【０１２５】
図２８を参照して、ゲート電極２６を覆うように、シリコン基板１０の主表面全面に、例えば、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜を異方性エッチングを用いてエッチバックし、シリコン窒化膜２４の周囲にサイドウォールシリコン酸化膜２２を形成する。サイドウォールシリコン酸化膜２２はオーバエッチングされているので、角部４２より下に位置している。次に、ゲート電極２６、サイドウォールシリコン酸化膜２２及びフィールド酸化膜１２をマスクとして、シリコン基板１０の主表面に不純物をイオン注入する。イオン注入の条件は、図１４で説明する工程のイオン注入の条件と同じである。
【０１２６】
図２９を参照して、シリコン基板１０中に注入されたイオンを活性化し、ｎ+型領域１４を形成する。
【０１２７】
図３０を参照して、ゲート電極２６及びｎ+型領域１４を覆うように、例えば、スパッタリング法を用いてチタン膜３８を形成する。
【０１２８】
図３１を参照して、チタン膜３８を熱処理する。これにより、ゲート電極２６の上面にチタンシリサイド膜２８が形成され、ｎ+型領域１４の上にチタンシリサイド膜１８が形成される。チタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ４９である。シリコン窒化膜２４は、ゲート電極２６の角部に位置している。このため、チタンシリサイド膜２８の端部の膜厚が、中央部の膜厚と比べて大きくなることはない。
【０１２９】
図３２を参照して、未反応のチタン膜３８を、アンモニア系の物質を用いて除去する。そして、チタンシリサイド膜１８、２８を熱処理する。これによりチタンシリサイド膜１８、２８の結晶構造はＣ５４となる。
【０１３０】
（第５実施例）
図３３は、この発明の第５実施例の断面図である。図２２で示す第４実施例との違いは、サイドウォールシリコン酸化膜２２が角部４２と対応する位置まで延びている点である。これ以外の点については図２２に示す構造と同じなので、同一符号を付することによりその説明は省略する。図３３に示す構造の製造方法は、図２２〜図３２に示す第４実施例の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２８において、サイドウォールシリコン酸化膜２２をオーバエッチングしない点である。よって、図３３に示すように、サイドウォールシリコン酸化膜２２は角部４２と対応する位置まで延びている。
【０１３１】
（第６実施例）
図３４は、この発明の第６実施例の断面図である。図１に示す第１実施例との違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造になっている点である。これ以外の構造については、図１に示す第１実施例と同じなので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３４に示す構造の製造方法は、図１〜図１０で示すこの発明の第１実施例とほぼ同じである。相違する点は、サイドウォールシリコン酸化膜２２に不純物を含めていない点である。よって、図７で示す工程において、シリコン基板１０を熱処理するとき、サイドウォールシリコン酸化膜２２の下にｎ-型領域１６が形成されることはない。
【０１３２】
（第７実施例）
図３５は、この発明の第７実施例の断面図である。図２０で示す第３実施例との違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。その他については、第３実施例と同じなので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１３３】
図３５で示す構造の製造方法は、ほぼ図１６〜図２０で示す第３実施例と同じである。違いは、サイドウォールシリコン酸化膜２２中に不純物を含めていない点である。よって、サイドウォールシリコン酸化膜２２の下に、拡散によってｎ-型領域が形成されることはない。
【０１３４】
（第８実施例）
図３６は、この発明の第８実施例の断面図である。第８実施例の構造は、図２２で示す第４実施例の構造とほぼ同じである。違いは、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。それ以外の点については、第４実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３６で示す構造は、図２２で示す構造の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２６及び図２７で示すようにｎ-型領域形成工程を省略する点である。
【０１３５】
（第９実施例）
図３７は、この発明の第９実施例の断面図である。第９実施例の構造は、図３３で示す第５実施例の構造とほぼ同じである。相違する点は、ソース／ドレイン４４がシングル構造という点である。それ以外の点については、第５実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。図３７で示す構造は、図３３で示す構造の製造方法とほぼ同じである。違いは、図２６及び図２７で示すようにｎ-型領域形成工程を省略する点である。
【０１３６】
（第１０実施例）
図３８は、この発明の第１０実施例の断面図である。第１０実施例の構造が、図３４で示す第６実施例の構造と相違する点は、チタンシリサイド１８、２８及びサイドウォールシリコン酸化膜２２がない点である。それ以外の点については、第６実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。シリコン窒化膜２４の矢印ｔで示す厚みとして、２ｎｍ以上、かつ１０ｎｍより小さいが好ましい。
【０１３７】
（第１１実施例）
図３９は、この発明の第１１実施例の断面図である。第１１実施例の構造が、図３６で示す第８実施例の構造と相違する点は、チタンシリサイド１８、２８及びサイドウォールシリコン酸化膜２２がない点である。それ以外の点については、第８実施例と同じ構造なので、同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【０１３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の断面図である。
【図２】この発明の第１実施例の第１工程図である。
【図３】この発明の第１実施例の第２工程図である。
【図４】この発明の第１実施例の第３工程図である。
【図５】この発明の第１実施例の第４工程図である。
【図６】この発明の第１実施例の第５工程図である。
【図７】この発明の第１実施例の第６工程図である。
【図８】この発明の第１実施例の第７工程図である。
【図９】この発明の第１実施例の第８工程図である。
【図１０】この発明の第１実施例の第９工程図である。
【図１１】この発明の第２実施例の第１工程図である。
【図１２】この発明の第２実施例の第２工程図である。
【図１３】この発明の第２実施例の第３工程図である。
【図１４】この発明の第２実施例の第４工程図である。
【図１５】この発明の第２実施例の第５工程図である。
【図１６】この発明の第３実施例の第１工程図である。
【図１７】この発明の第３実施例の第２工程図である。
【図１８】この発明の第３実施例の第３工程図である。
【図１９】この発明の第３実施例の第４工程図である。
【図２０】この発明の第３実施例の第５工程図である。
【図２１】図２０に示す構造の部分平面図である。
【図２２】この発明の第４実施例の断面図である。
【図２３】この発明の第４実施例の第１工程図である。
【図２４】この発明の第４実施例の第２工程図である。
【図２５】この発明の第４実施例の第３工程図である。
【図２６】この発明の第４実施例の第４工程図である。
【図２７】この発明の第４実施例の第５工程図である。
【図２８】この発明の第４実施例の第６工程図である。
【図２９】この発明の第４実施例の第７工程図である。
【図３０】この発明の第４実施例の第８工程図である。
【図３１】この発明の第４実施例の第９工程図である。
【図３２】この発明の第４実施例の第１０工程図である。
【図３３】この発明の第５実施例の断面図である。
【図３４】この発明の第６実施例の断面図である。
【図３５】この発明の第７実施例の断面図である。
【図３６】この発明の第８実施例の断面図である。
【図３７】この発明の第９実施例の断面図である。
【図３８】この発明の第１０実施例の断面図である。
【図３９】この発明の第１１実施例の断面図である。
【図４０】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第１工程図である。
【図４１】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第２工程図である。
【図４２】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第３工程図である。
【図４３】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第４工程図である。
【図４４】従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタの製造方法の第５工程図である。
【図４５】斜めイオン注入工程を示す断面図である。
【図４６】シリサイド構造の製造方法の一例の第１工程図である。
【図４７】シリサイド構造の製造方法の一例の第２工程図である。
【図４８】シリサイド構造の製造方法の一例の第３工程図である。
【図４９】シリサイド構造の製造方法の一例の第４工程図である。
【図５０】シリサイド構造の製造方法の一例の第５工程図である。
【図５１】シリサイド構造の製造方法の他の例の第１工程図である。
【図５２】シリサイド構造の製造方法の他の例の第２工程図である。
【図５３】シリサイド構造の製造方法の他の例の第３工程図である。
【図５４】図５３に示す構造の部分平面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板
１４ ｎ+ 型領域
１６ ｎ- 型領域
１８、２８ チタンシリサイド膜
２０ ゲート酸化膜
２２ サイドウォールシリコン酸化膜
２４ シリコン窒化膜
２６ ゲート電極
３８ チタン膜
４０ 酸化絶縁膜
４２ 角部
４４ ソース／ドレイン
Claims (5)
- 主表面を有する半導体基板と、側面を有し、前記主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、側面と上面とで形成される角部を有し、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、前記主表面に形成された低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、を含む、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、
前記主表面に前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極の前記側面と面するように形成され、少なくともシリコン窒化膜を含むゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の前記側面とによって、前記ゲート絶縁膜保護膜を挟むように、不純物を含むサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記主表面に前記高濃度不純物領域を形成し、および、熱拡散により、前記サイドウォール絶縁膜中の前記不純物を、前記サイドウォール絶縁膜の下の前記主表面に拡散し、前記主表面に前記低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記低濃度不純物領域および前記高濃度不純物領域を形成する工程後に、前記サイドウォール絶縁膜および前記ゲート電極を覆うように、高融点金属膜を形成する工程と、
前記高融点金属膜を熱処理し、前記ゲート電極の前記上面にシリサイド膜を形成する工程と、を含み、
前記ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程は、
前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を覆うように、前記主表面に前記ゲート絶縁膜保護膜となる膜を形成する工程と、
前記膜を異方性エッチングし、前記角部と対応する位置から前記ゲート絶縁膜の前記側面と対応する位置にわたって、前記ゲート電極の前記側面および前記ゲート絶縁膜の前記側面と面する前記ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程と、を含み、
前記サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、前記サイドウォール絶縁膜をオーバエッチングし、前記サイドウォール絶縁膜を前記角部より下に位置するように、かつ、前記ゲート絶縁膜保護膜の側面の一部を露出させるように形成する工程を含む、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法。 - 請求項１において、
前記ゲート電極を形成する工程と前記ゲート絶縁膜保護膜を形成する工程との間に、熱酸化により、前記ゲート絶縁膜の前記側面および前記ゲート電極の前記側面を覆うように酸化絶縁膜を形成する工程を含む、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法。 - 請求項２において、
前記酸化絶縁膜は、その厚みが、前記ゲート絶縁膜の厚みより小さく、かつ前記低濃度不純物領域の上まで延びるように形成する工程を含む、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法。 - 主表面を有する半導体基板と、
側面を有し、前記主表面の上に形成されたゲート絶縁膜と、
側面と上面とで形成される角部を有し、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、
前記主表面に形成された低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を有するソース／ドレインと、
前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極の前記側面と面するように形成され、少なくともシリコン窒化膜を含むゲート絶縁膜保護膜と、
前記ゲート電極の前記側面とによって、前記ゲート絶縁膜保護膜を挟むように形成された不純物を含むサイドウォール絶縁膜と、
前記ゲート電極の前記上面に形成されたシリサイド膜と、を備え、
前記ゲート絶縁膜保護膜は、前記角部と対応する位置から前記ゲート絶縁膜の前記側面と対応する位置にわたって、前記ゲート電極の側面および前記ゲート絶縁膜の前記側面と面するように形成され、
前記サイドウォール絶縁膜は、前記角部より下に位置するように、かつ、前記ゲート絶縁膜保護膜の側面の一部を露出させるように形成されている、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置。 - 請求項４において、
前記ソース／ドレインは端部を備え、前記端部は、前記ゲート電極と重なる位置にある、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを含む半導体装置。
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