JP3941135B2 - Method for manufacturing transistor element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタ素子の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化に伴い、半導体製造プロセルの寸法ルールも微細化が進行している。そのため、素子分離技術においても、従来のLOCOS法では、バーズピークの影響により、微細化に対処できなくなりつつある。それ故、0.1μmルールの半導体素子における素子分離技術として、SOI(Semiconductor On Insulator)技術が注目されている。このSOI技術を用いたトランジスタ素子はα線に対する耐性が高い。また、バルクの半導体基板を用いて作製されたトランジスタ素子に問題となるソース・ドレイン部と半導体基板との間の寄生容量の発生がないため、トランジスタ素子の高速動作を得ることができる。このように、SOI技術を用いたトランジスタ素子においては、高い信頼性と高速動作性を得ることができる。
【0003】
以下、従来のSOI技術を用いたMOS型トランジスタの作製方法を、図17及び図18を参照して、簡単に説明する。
【0004】
[工程−10]
先ず、シリコンから成る第1の半導体基板10の一方の面10Aに溝部20を形成する(図17の(A)参照)。
【0005】
[工程−20]
次に、溝部20内及び第1の半導体基板10の一方の面10Aに酸化珪素から成る絶縁層121を堆積させ、更に、この絶縁層121上にポリシリコン層23を堆積させた後、かかるポリシリコン層23の表面を平坦化する(図17の(B)参照)。
【0006】
[工程−30]
その後、第1の半導体基板10の一方の面10Aの上方に形成されたポリシリコン層23と、シリコンから成る第2の半導体基板11とを貼り合わせる(図17の(C)参照)。
【0007】
[工程−40]
次いで、第1の半導体基板10の裏面側10Bを研磨して、溝部20の底面20Aを露出させる(図17の(D)参照)。これによって、隣接する溝部20の間にシリコンから成る半導体層30が露出する。半導体層30の各々は、溝部20及び絶縁層121によって電気的に分離されている。尚、この半導体層30は第1の半導体基板10から構成されている。
【0008】
[工程−50]
その後、従来の方法にて半導体層30にゲート電極部41、ゲートサイドウオール44、チャネル部45、ソース部46及びドレイン部47を形成する(図18の(A)参照)。こうして、MOS型トランジスタが作製される。
【0009】
[工程−60]
次に、全面に層間絶縁層60を堆積させた後、ソース部46及びドレイン部47の上方の層間絶縁層60に開口部61を設け、かかる開口部61内を含む層間絶縁層60上に金属配線材料層62を形成する(図18の(B)参照)。これによってコンタクトホールが形成される。その後、金属配線材料層62をパターニングし、配線を形成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
SOI構造を有するMOS型トランジスタは、ソース部46、チャネル部45、ドレイン部47が絶縁層121上に形成されている。それ故、トランジスタ素子がオン状態で、正孔若しくは電子が半導体層30中を移動するとき、正孔若しくは電子が移動する領域におけるシリコン原子はイオン化され、半導体層30内(特にチャネル部45内)に堆積する。このため、ソース部/ドレイン部間の耐圧劣化が発生し、あるいは又、ショートチャネル効果等の問題が発生する。尚、通常のMOS型トランジスタにおいては、ウエルが半導体基板を介して接地されているため、このような問題は発生しない。
【0011】
この問題を解決する一手段として、ソース部及びドレイン部(以下、総称してソース・ドレイン部と呼ぶ場合もある)の表面をサリサイド構造とし、チャネル部に蓄積されたイオンをサリサイド構造を介して接地する技術が、例えば、文献 "SUPPRESSION OF LATCH IN SOI MOSFETs BY SILICIDATION OF SOURCE", L. J. McDAID, et al., ELECTRONICS LETTERS, 23rd May 1991, vol. 27 No. 11, pp1003-1005 に述べられている。 このサリサイド構造の形成は、上記の[工程−50]において、ソース部46及びドレイン部47を形成した後、全面に金属層を堆積させる。そして、金属層を熱処理することによって、金属層を構成する元素とソース・ドレイン部を構成するSiとを反応させ、ソース・ドレイン部の表面にシリサイド層を形成する技術である。しかしながら、このようなサリサイド構造を形成しても、チャネル部に蓄積されたイオンは完全には接地されず、ソース部/ドレイン部間の耐圧向上は不十分である。
【0012】
また、寸法ルールが0.5μmの場合、必要とされる半導体層30の厚さは約100nmであり、寸法ルールが0.35μmの場合、必要とされる半導体層30の厚さは約70nmである。このように半導体層30の厚さが薄くなるに従い、ソース部46及びドレイン部47のシート抵抗が増加するという問題もある。例えば、半導体層30の厚さが約100nmの場合、シート抵抗は70Ω/□程度であるが、半導体層30の厚さが約70nmになると、シート抵抗は100Ω/□以上にまで増加する。今後、半導体層30の厚さが更に薄くなるに従い、ソース部46及びドレイン部47のシート抵抗が益々増加するといった問題がある。このようなシート抵抗の増加によりトランジスタ素子の寄生抵抗が増加し、素子特性が劣化する。
【0013】
サリサイド構造を構成するシリサイド層をソース・ドレイン部に形成することで、ソース・ドレイン部の低抵抗化を図ることができる。しかしながら、チタンシリサイドを用いた場合、寸法ルールが0.5μm以下では、チタンシリサイドの形成時に凝集が生じ易く、形成されたチタンシリサイド層の抵抗値が上昇するという問題がある。チタンシリサイドの形成時に凝集が生じると、例えば、チタンシリサイドのバルクの抵抗率は16μΩ・cm程度にまで上昇する。このような現象は、シリサイド層の厚さが薄くなっても生じる。即ち、半導体層30の厚さが薄くなるに従い、形成すべきシリサイド層の厚さも薄くなる。それに伴い、シリサイド層のシート抵抗が上昇するといった問題もある。
【0014】
また、コバルトシリサイドを形成する際、ソース・ドレイン部を構成するSiとCoとの安定した反応を促進させるために、ソース・ドレイン部上に、下からTi(チタン)及びCo(コバルト)の順に堆積させ、Co/Ti層を熱処理することによって、還元材料としてのTi層を介してCoとソース・ドレイン部を構成するSiとを反応させ、ソース・ドレイン部の表面にコバルトシリサイド層を形成する技術も知られている。しかしながら、例えば、SOI構造においてSi/SiO2層構造が形成され、SiO2層の上のシリコン半導体層とCo/Tiを全て反応させてシリサイド層を形成する場合、下地のSiO2層とも反応し、その結果、高抵抗のシリサイド層が形成され、あるいは又、部分的にボイドが発生するといった問題がある。
【0015】
本出願人は、特願平6−18991号(特開平7−211916号公報参照)において、絶縁層上に形成された半導体層にチャネル部、ソース部及びドレイン部が形成されたトランジスタ素子であって、(イ)ゲート電極部と、(ロ)該ゲート電極部の下に形成されたチャネル部と、(ハ)該チャネル部の一方の側に接して形成されたソース部と、(ニ)該ソース部の外側の半導体層に形成され、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域と、(ホ)該チャネル部の他方の側に接して形成されたドレイン部と、(ヘ)該ドレイン部の外側の半導体層に形成され、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域から成るトランジスタ素子及びその作製方法を提案した。
【0016】
かかるトランジスタ素子は、ソース部及びドレイン部の外側に第1及び第2の導電領域が形成されているので、ソース部/ドレイン部間の耐圧劣化が発生するという問題を回避することができる。また、第1及び第2の導電領域が形成されているので、半導体層を薄くしても、ソース部及びドレイン部のシート抵抗を、従来のトランジスタ素子と比較して、2桁〜4桁低減することができ、トランジスタ素子の応答速度の向上を図ることができる。
【0017】
しかしながら、第1及び第2の導電領域を形成する際、第1及び第2の導電領域を構成する元素と絶縁層を構成する元素とが反応し、その結果、第1の導電領域若しくは第2の導電領域にボイドが発生する場合があることが判明した。このように第1の導電領域若しくは第2の導電領域にボイドが発生すると、抵抗値にばらつきが生じ、トランジスタ素子の信頼性の低下を招く。
【0018】
従って、本発明の目的は、ソース部/ドレイン部間の耐圧向上を図ることができ、しかも、寸法ルールの微細化に伴いチャネル部・ソース部・ドレイン部を形成すべき半導体層の厚さが薄くなってもソース部及びドレイン部のシート抵抗の増加を抑制することができ、更には、抵抗値のばらつき発生を抑制し得るSOI構造を有するトランジスタ素子の作製方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法は、
(イ)第1の半導体基板に溝部を形成し、溝部内を絶縁材料で埋め込み、素子分離領域を形成した後、
(ロ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域の一部を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域の一部を形成し、次いで、
(ハ)全面に、窒化珪素又は酸化窒化珪素から成る絶縁層を形成し、その後、
(ニ)該絶縁層を介して第1の半導体基板を第2の半導体基板に貼り合わせ、次いで、第1の半導体基板の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板に形成された溝部の底部を露出させた後、
(ホ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第1の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第2の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域を形成し、その後、
(ヘ)露出した第1の半導体基板の領域上にゲート電極部を形成し、次いで、露出した第1の半導体基板の領域にソース部及びドレイン部を形成する、
ことを特徴とする。
【0020】
また、上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法は、
(イ)第1の半導体基板に溝部を形成し、溝部内を絶縁材料で埋め込み、素子分離領域を形成した後、
(ロ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域の一部を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域の一部を形成し、次いで、
(ハ)全面に、窒化珪素又は酸化窒化珪素から成る絶縁層を形成し、その後、
(ニ)該絶縁層を介して第1の半導体基板を第2の半導体基板に貼り合わせ、次いで、第1の半導体基板の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板に形成された溝部の底部を露出させた後、
(ホ)露出した第1の半導体基板の領域上にゲート電極部を形成し、次いで、露出した第1の半導体基板の領域にソース部及びドレイン部を形成した後、ゲート電極部の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオールを形成し、次いで、
(ヘ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第1の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第2の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域を形成する、
ことを特徴とする。
【0021】
本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法において、前記工程(ロ)は、ソース部及びドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域の表面上に、第1の半導体基板を構成する元素と反応する元素から成る金属層を形成した後、熱処理を施し、該金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させ、以て、金属化合物から成る第1の導電領域及び第2の導電領域を形成する工程から成ることが好ましい。
【0022】
本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法においては、前記工程(ロ)で、第1の半導体基板の厚さ方向の全てにおいて第1及び第2の導電領域を形成するのではなく、第1の半導体基板の一方の面から或る程度の深さまでの第1の半導体基板に第1及び第2の導電領域を形成し、本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法にあっては工程(ホ)において、また、本発明の第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法にあっては工程(ヘ)において、更に、ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域に金属化合物から成る第1の導電領域の(厚さ方向の)残りの部分を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域に金属化合物から成る第2の導電領域の(厚さ方向の)残りの部分を形成する。これらの工程においては、少なくともソース部の外側の第1の半導体基板及びドレイン部の外側の第1の半導体基板の他方の面上に、第1の半導体基板を構成する元素と反応する元素から成る金属層を堆積させた後、熱処理を施し、該金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させ、以て、金属化合物から成る第1の導電領域及び第2の導電領域の残りの部分を形成する。あるいは又、CVD法によって、ソース部及びドレイン部の外側の領域の第1の半導体基板を金属層に置換し、以て、金属から成る第1の導電領域及び第2の導電領域を形成する。
【0023】
本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法においては、前記工程(ヘ)の後に、ゲート電極部の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオールを形成する工程が含まれていてもよい。この場合、前記工程(ロ)で、第1の半導体基板の厚さ方向の全てにおいて第1及び第2の導電領域を形成するのではなく、第1の半導体基板の一方の面から或る程度の深さまでの第1の半導体基板に第1及び第2の導電領域を形成し、ゲートサイドウオールを形成する工程に引き続き、ソース部の外側の第1の半導体基板に金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域を形成し、併せて、ドレイン部の外側の第1の半導体基板に金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域を形成する工程(ホ)が含まれる。この工程(ホ)においても、少なくともソース部の外側の第1の半導体基板及びドレイン部の外側の第1の半導体基板の他方の面上に、第1の半導体基板を構成する元素と反応する元素から成る金属層を堆積させた後、熱処理を施し、該金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させ、以て、金属化合物から成る第1の導電領域及び第2の導電領域を形成する。
【0024】
本発明の第1若しくは第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法においては、第1の半導体基板と第2の半導体基板とが貼り合わされた構造を有し、絶縁層は、第2の半導体基板との貼り合わせ部分の近傍の第1の半導体基板に設けられている、所謂ボンドSOI構造を形成する。
【0025】
尚、本発明の第1及び第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法においては、ソース部及びドレイン部の外側の第1の半導体基板の全ては、金属若しくは金属化合物から成る第1及び第2の導電領域によって置き換えられていることが好ましい。本発明においては、第1の導電領域及び第2の導電領域を、単層構造とするだけでなく、2層構造とすることもできる。この場合、各導電領域を構成する各層における金属若しくは金属化合物は同種であっても異種であってもよい。
【0026】
本発明の第1及び第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法においては、金属層は遷移金属若しくは貴金属から成り、本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法の前記(ロ)の工程あるいは前記(ホ)の工程、本発明の第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法の前記(ロ)の工程あるいは前記(ヘ)の工程は、
(A)第1の半導体基板を構成する元素と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とが反応し、且つ、第1の半導体基板を構成する元素から成る酸化物と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とは反応しない温度で、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させる第1の熱処理を行い、次いで、
(B)未反応の金属層を除去した後、
(C)更に金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させるために、第2の熱処理を行う、
過程から成る態様とすることができる。また、金属化合物を、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、白金シリサイド、ジルコニウムシリサイド、ハフニウムシリサイド等から構成することが望ましいが、中でも、金属層を主にコバルトから構成し、シリサイドを主にコバルトシリサイドから構成することが好ましい。ここで、金属層を主にコバルトから構成し、あるいは、シリサイドを主にコバルトシリサイドから構成するとは、金属層中に他の金属若しくは金属化合物が含まれていてもよく、また、コバルトシリサイド中に他のシリサイド(例えば、チタンシリサイド)やその他の金属化合物が含まれていてもよいことを意味する。
【0027】
本発明においては、第1及び第2の導電領域を構成する金属元素と反応し難い材料から成る絶縁層が形成されているので、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させ、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域及び第2の導電領域を形成したとき、形成された第1及び第2の導電領域にボイドが発生することを効果的に抑制することができる。
【0028】
【実施例】
以下、図面を参照して、実施例及び参考例に基づき本発明を説明する。各実施例及び参考例においては、トランジスタ素子としてMOS型トランジスタを例にとり説明する。尚、参考例1及び参考例2は、参考のためのトランジスタ素子の作製方法に関する。即ち、ゲート電極部が形成された側の半導体層の面から第1及び第2の導電領域を形成する。参考例3は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法を説明するための参考例に関する。即ち、ゲート電極部が形成される側とは反対側の半導体層の面から第1及び第2の導電領域を形成する。実施例1及び実施例2は、それぞれ、本発明の第1の態様及び第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法に関する。また、実施例3は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法に関する。
【0029】
(参考例1)
参考例1のトランジスタ素子は、図1に模式的な一部断面図を示すように、絶縁層21上に形成された半導体層30にチャネル部45、ソース部46及びドレイン部47が形成された、SOI構造を有するMOS型トランジスタであり、ゲート電極部41が半導体層30上に形成されている。即ち、第1の半導体基板10と第2の半導体基板11とが貼り合わされた、所謂ボンドSOI構造を有し、半導体層30は第1の半導体基板10から構成され、絶縁層21は、第2の半導体基板11との貼り合わせ部分の近傍の第1の半導体基板10に設けられている。チャネル部45は、ゲート電極部41の下に形成されている。また、ソース部46がチャネル部45の一方の側に接して形成されており、ドレイン部47がチャネル部45の他方の側に接して形成されている。
【0030】
参考例1のトランジスタ素子を特徴付ける要素は、ソース部46の外側の半導体層30に形成された、金属化合物から成る第1の導電領域51と、ドレイン部47の外側の半導体層30に形成された、金属化合物から成る第2の導電領域52である。参考例1におけるこれらの第1及び第2の導電領域51,52は、シリサイドから成る金属化合物、より具体的にはコバルトシリサイド(CoSi2)から構成されている。更に、絶縁層21は、第1及び第2の導電領域を構成する金属元素(Co)と反応し難い材料、具体的には窒化珪素(SiN)から成る。第1の導電領域51は、絶縁層21とソース部46によって囲まれている。一方、第2の導電領域52は、絶縁層21とドレイン部47によって囲まれている。
【0031】
参考例1においては、更に、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料(例えばSiO2)から成るゲートサイドウオール44が形成されており、このゲートサイドウオール44はソース部46及びドレイン部47を被覆している。
【0032】
参考例1のトランジスタ素子は、以下に説明するトランジスタ素子の作製方法によって作製される。尚、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する工程を含む。
【0033】
金属化合物(具体的にはコバルトシリサイド,CoSi2)から成る第1の導電領域51及び第2の導電領域52は、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の他方の面30B上に、半導体層30を構成する元素(具体的にはSi)と反応する元素(具体的にはCo)から成る金属層50を堆積させた後、熱処理を施し、金属層を構成する元素(具体的にはCo)と半導体層を構成する元素(具体的にはSi)とを反応させることによって形成される。
【0034】
以下、図2〜図5を参照して、参考例1のトランジスタ素子の作製方法を説明する。
【0035】
[工程−A−10]
半導体層30の一方の面上に絶縁層21を形成する。具体的には、先ず、Si(100)から成る第1の半導体基板10を準備する。そして、かかる第1の半導体基板10の一方の面10Aにレジストを塗布・乾燥した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストをパターニングする。次いで、このパターニングされたレジストをマスクとして第1の半導体基板10をドライエッチングし、第1の半導体基板10の一方の面10Aに溝部20を形成した後、レジストを除去する。第1の半導体基板10のエッチング条件を以下に例示する。
使用ガス : SiCl4/N2=10/10sccm
圧力 : 1.3Pa
マイクロ波パワー: 850W
RFパワー : 200W
【0036】
その後、溝部20内を含む第1の半導体基板10の一方の面10A上に、窒化珪素(SiN)から成る絶縁層21をLP−CVD法にて堆積させる。こうして、図2の(A)に示す構造を得ることができる。絶縁層21の堆積条件を以下に例示する。この絶縁層21は、後に説明する[工程−A−80]における第1及び第2の熱処理において、第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素(具体的にはCo)と反応し難い材料(具体的にはSiN)から成る。従って、第1の導電領域51や第2の導電領域52にボイドが発生することを、確実に防止することができる。
使用ガス:SiH2Cl2/NH3/N2=90/600/1000sccm
圧力 :53Pa
温度 :700゜C
膜厚 :50nm
【0037】
[工程−A−20]
その後、絶縁層21上に酸化珪素(SiO2)から成る第2の絶縁層22をCVD法にて堆積させる。第2の絶縁層22のCVD条件を以下に例示する。尚、溝部20に埋め込まれた第2の絶縁層22は、素子分離領域として機能する。
使用ガス:SiH4/O2=100/1000sccm
N2=30slm
圧力 :13Pa
温度 :420゜C
膜厚 :0.4μm
【0038】
あるいは又、以下の条件のバイアスECR CVD法にて、絶縁層21上に酸化珪素(SiO2)から成る第2の絶縁層22を堆積させてもよい。
使用ガス:SiH4/N2O/Ar=14/35/72sccm
圧力 :0.093Pa
温度 :400゜C
マイクロ波:1000W
膜厚 :0.4μm
【0039】
[工程−A−30]
次いで、第2の絶縁層22の上にポリシリコン層23を、例えば以下の条件のLP−CVD法にて堆積させる。このポリシリコン層23は、後の工程で第2の半導体基板11を第1の半導体基板10と貼り合わせる際の界面となり、第1の半導体基板10と第2の半導体基板11とを貼り合わせるための接着層としての機能を有する。
使用ガス: SiH4/H2/N2=100/400/200sccm
温度 : 610゜C
圧力 : 70Pa
膜厚 : 0.2μm
【0040】
その後、ポリシリコン層23の表面にレジストを塗布し、全面をエッチバックすることによって、ポリシリコン層23を平坦化する。この状態を、図2の(B)に模式的な一部断面図で示す。エッチバックの条件を以下に例示する。
使用ガス : C2Cl3F3/SF6=60/10sccm
圧力 : 1.3Pa
マイクロ波パワー: 850W
RFパワー : 150W
【0041】
次に、ポリシリコン層23の表面を研磨し、かかるポリシリコン層23の表面とシリコンから成る第2の半導体基板11とを貼り合わせる(図2の(C)参照)。貼り合わせは、第1及び第2の半導体基板10,11を重ね合わせた状態で、例えば1100゜C×30分の熱処理を施すことによって行うことができる。
【0042】
[工程−A−40]
その後、第1の半導体基板10の裏面側10Bから第1の半導体基板10を研磨し、隣接する溝部20の間にシリコン(より具体的には第1の半導体基板10を構成していたシリコン)から成る半導体層30を露出させる(図3の(A)参照)。溝部20の底面20Aまで研磨が進むと、溝部20内に形成されたSiNから成る絶縁層21が露出する。SiNはSiより硬いので、SiNが研磨ストッパーとなり、半導体層30が研磨され過ぎることを防ぐことができる。こうして、半導体層30の一方の面30A上に絶縁層21が形成された、SOI構造を有する基板が作製される。
【0043】
[工程−A−50]
次に、半導体層30の他方の面30B上にポリサイド構造を有するゲート電極部41を形成する。そのために、半導体層30の他方の面30B上に、先ず、従来の方法を用いてSiO2から成るゲート酸化膜40を形成する。その後、ゲート酸化膜40上に不純物をドープしたポリシリコン膜(DOPOS)42をCVD法にて堆積させる。ポリシリコン膜42は、例えば以下の条件で成膜することができる。
使用ガス: SiH4/PH3/He=500/0.35/50sccm
温度 : 580゜C
圧力 : 80Pa
膜厚 : 0.15μm
【0044】
次いで、ポリシリコン膜42上にWSi2層43をCVD法にて成膜する。WSi2層43は、例えば以下の条件で成膜することができる。
使用ガス: WF6/SiH4/He=10/1000/360sccm
温度 : 360゜C
圧力 : 27Pa
膜厚 : 0.15μm
【0045】
その後、WSi2層43上にレジストを塗布し、レジストをパターニングし、ドライエッチングによって、WSi2層43、ポリシリコン膜42を例えば下記の条件にてエッチングし、レジストを除去する。これによって、ゲート酸化膜40、ポリシリコン膜42及びWSi2層43から構成されたゲート電極部41が形成される(図3の(B)参照)。
使用ガス : C2Cl3F3/SF6=65/5sccm
圧力 : 1.3Pa
マイクロ波パワー: 700W
RFパワー : 100W
【0046】
[工程−A−60]
その後、半導体層30にソース部46及びドレイン部47を形成し、ゲート電極部41の下の半導体層30にチャネル部45を形成する。具体的には、レジストによるマスクを形成して、n型又はp型のソース部46/ドレイン部47を、例えばイオン注入法にて形成した後(図4の(A)参照)、1000゜C×10秒間のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を施し、イオン注入された不純物の活性化処理を行う。尚、イオン注入される領域は、半導体層30のソース部46及びドレイン部47を形成すべき領域の外側に広がってもよい。イオン注入の条件を以下に例示する。
n型ソース部/ドレイン部の形成
イオン : As
ドーズ量 : 5×1014/cm2
加速電圧 : 30keV
p型ソース部/ドレイン部の形成
イオン : BF2
ドーズ量 : 1×1014/cm2
加速電圧 : 30keV
【0047】
[工程−A−70]
次に、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する(図4の(B)参照)。具体的には、全面にSiO2から成る絶縁材料層を、以下に例示するCVD法にて堆積させる。
使用ガス: SiH4/O2/N2=250/250/100sccm
温度 : 420゜C
膜厚 : 0.35μm
【0048】
その後、異方性ドライエッチングによって、絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する。ドライエッチングの条件を、例えば以下のとおりとすることができる。
使用ガス : C4F8=50sccm
圧力 : 2Pa
RFパワー : 1200W
【0049】
こうして、参考例1においては、ゲートサイドウオール44によってソース部46及びドレイン部47が被覆される。この状態では、半導体層30の内、露出した領域は、ゲートサイドウオール44と溝部20に挟まれた領域である。この領域に、次の工程で第1及び第2の導電領域を形成する。
【0050】
[工程−A−80]
即ち、ソース部46の外側の半導体層30に金属化合物から成る第1の導電領域51を形成し、併せて、ドレイン部47の外側の半導体層30に金属化合物から成る第2の導電領域52を形成する。参考例1においては、そのために、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の他方の面30B上に金属層50を形成した後、金属層50を構成する元素であるコバルト(Co)と半導体層30を構成する元素であるSiとを反応させる。即ち、金属層50はコバルト(Co)から成り、第1及び第2の導電領域51,52はコバルトシリサイド(CoSi2)から成る。
【0051】
具体的には、先ず、スパッタ法にて全面にコバルトから成る金属層50を堆積させる(図5の(A)参照)。金属層50の厚さは、Siから成る半導体層30の膜厚分のSi全てを反応させるのに必要な厚さ以上の厚さとする。例えば0.1μmの厚さのCoから成る金属層50の成膜条件を以下に例示する。
使用ガス : Ar=100sccm
圧力 : 0.47Pa
DCパワー: 8kW
膜厚 : 0.1μm
【0052】
次に、金属層50を構成する元素であるCoと半導体層30を構成する元素であるSiとを反応させて、金属化合物(具体的にはコバルトシリサイド,CoSi2)を生成させる。金属層50と反応する半導体層30の領域は、ゲートサイドウオール44と溝部20で挟まれた領域であり、この領域に第1及び第2の導電領域が形成される。金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素との反応は、以下の過程にて行うことが望ましいが、条件は以下の例示に限定されるものではない。
【0053】
先ず、半導体層30を構成する元素(具体的にはSi)と金属層50を構成する遷移金属(具体的にはCo)とが反応し、且つ、半導体層30を構成する元素(具体的にはSi)から成る酸化物(具体的にはSiO2)と金属層50を構成する遷移金属(具体的にはCo)とが反応しない温度で、金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させることが望ましい。尚、この処理を第1の熱処理と呼ぶ。具体的には、窒素ガス(流量:5リットル/分)中で、例えば550゜C×30秒の熱処理を行う。これによって、CoSiXが生成される。
【0054】
次に、未反応の金属層を、例えばアンモニア過水(NH4OHとH2O2の混合水溶液)に10分程度浸漬することによって除去する。この未反応の金属層は、溝部20上、ゲートサイドウオール44上及びゲート電極部41上に堆積した金属層である。こうして、ソース部46の外側の半導体層30に金属化合物から成る第1の導電領域51が形成され、併せて、ドレイン部47の外側の半導体層30に金属化合物から成る第2の導電領域52が形成される。
【0055】
その後、アルゴンガス雰囲気中で、例えば700゜C×30秒の第2の熱処理を行い、CoSiXをCoSi2とする。尚、これらの第1及び第2の熱処理においては、第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素(具体的にはCo)と反応し難い材料(具体的にはSiN)から成る絶縁層21が形成されているので、第1の導電領域51や第2の導電領域52にボイドが発生することを、確実に防止することができる。その結果、第1及び第2の導電領域51,52の抵抗値にばらつきが生じることがなくなり、高い信頼性を有するトランジスタ素子を作製することができる。こうして、図1に示したトランジスタ素子が作製される。
【0056】
[工程−A−90]
次に、SiO2から成る層間絶縁層60を、例えば以下の条件のCVD法にて全面に堆積させる。
使用ガス: TEOS=50sccm
温度 : 720゜C
圧力 : 40Pa
膜厚 : 0.6μm
【0057】
その後、必要に応じて、第1及び第2の導電領域51,52の上方の層間絶縁層60に開口部61を形成する。層間絶縁層60の異方性エッチングの条件を以下に例示する。
使用ガス : C4F8=50sccm
圧力 : 2Pa
RFパワー : 1200W
【0058】
[工程−A−95]
次いで、開口部61を含む層間絶縁層60上に金属配線材料層62を堆積させる。(図5の(B)参照)。尚、参考例1においては、開口部61内には所謂ブランケットタングステンCVD法でタングステンを埋め込む。また、層間絶縁層60上にはアルミニウム系合金から成る金属配線材料を堆積させる。尚、図5の(B)には、配線層を構成する各種の層の図示は省略した。
【0059】
具体的には、タングステンの開口部61内への埋め込みに先立ち、先ず、開口部61内を含む層間絶縁層60上に、Tiから成るコンタクト層及びTiNから成るバリアメタル層を、例えばスパッタ法にて形成する。尚、コンタクト層は開口部61内に埋め込まれたタングステンと第1及び第2の導電領域51,52との間のコンタクト抵抗を低減する目的で形成する。また、バリアメタル層は、開口部61内に埋め込まれたタングステンが第1及び第2の導電領域51,52と反応することを防止する目的で形成する。その後、ブランケットタングステンCVD法にて、全面にタングステンを堆積させ、次に、層間絶縁層60上に堆積したタングステンをエッチバックすることによって除去する。
コンタクト層の形成条件
使用ガス: Ar=100sccm
温度 : 150゜C
膜厚 : 30nm
圧力 : 0.47Pa
パワー : 4kW
バリアメタル層の形成条件
使用ガス: N2/Ar=70/40sccm
温度 : 150゜C
膜厚 : 70nm
圧力 : 0.47Pa
パワー : 5kW
ブランケットタングステンCVD法の条件
使用ガス: WF6/H2/N2/Ar=75/500/300/2200sccm
温度 : 450゜C
圧力 : 1.1×104Pa
膜厚 : 0.4μm
タングステンのエッチバック条件
使用ガス : SF6=50sccm
圧力 : 1.3Pa
RFパワー: 150W
【0060】
次いで、Ti層を全面にスパッタ法にて形成し、その上に例えばAl−Si(1%)から成る金属配線材料をスパッタ法にて堆積させる。尚、Ti層は、金属配線材料と層間絶縁層60との間の密着性及び濡れ性を改善させる目的で形成される。その後、金属配線材料及びTi層をエッチングする。これによって、層間絶縁層60上に所望のパターンを有する配線が形成される。この金属配線材料とTi層から成る配線と、ソース部46やドレイン部47とは、タングステンが埋め込まれた開口部61(即ち、コンタクトホール)並びに第1及び第2の導電領域51,52を介して電気的に接続されている。
Ti層の形成条件
使用ガス: Ar=100sccm
温度 : 150゜C
膜厚 : 30nm
圧力 : 0.47Pa
パワー : 4kW
Al−Si金属配線材料の成膜条件
使用ガス: Ar=40sccm
温度 : 300゜C
膜厚 : 0.5μm
圧力 : 0.47Pa
パワー : 22.5kW
Al−Si/Ti層のエッチング条件
使用ガス : BCl3/Cl2=60/90sccm
圧力 : 0.016Pa
マイクロ波パワー: 1000W
RFパワー : 50W
【0061】
以上の参考例1のトランジスタ素子の作製方法を纏めると、以下のとおりとなる。
(1) 第1の半導体基板10に溝部20を形成し、溝部20を含む第1の半導体基板10の表面に絶縁層21を形成する。この工程は、半導体層30の一方の面30Aに絶縁層を形成する工程に相当する。絶縁層21は、第1及び第2の導電領域を構成する金属元素と反応し難い材料から成り、窒化珪素(SiN)又は酸化窒化珪素(SiON)を挙げることができる。
(2) この絶縁層21の上に第2の絶縁層22及びポリシリコン層23を形成し、ポリシリコン層23を平坦化した後、ポリシリコン層23を介して第1の半導体基板10と第2の半導体基板11とを貼り合わせる。その後、第1の半導体基板10の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板10に形成された溝部20の底部を露出させる。これによって、所謂SOI構造を有する基板が作製される。
(3) 露出した第1の半導体基板10の領域上に(半導体層30の他方の面30B上に相当する)、ゲート電極部41を形成する。
(4) 露出した第1の半導体基板10の領域に(半導体層30に相当する)、ソース部46及びドレイン部47を形成し、チャネル部45をゲート電極部41の下に形成する。
(5) ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する。
(6) 全面に金属層50を形成した後、金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層を除去し、更に金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46の外側の半導体層30に金属化合物から成る第1の導電領域51が形成され、併せて、ドレイン部47の外側の半導体層30に金属化合物から成る第2の導電領域52が形成される。
【0062】
(参考例2)
参考例1においては、第1の導電領域51及び第2の導電領域52をコバルトシリサイドから構成した。これに対して、参考例2においては、第1の導電領域51及び第2の導電領域52は、主にコバルトシリサイドから成り、チタンシリサイド及びTiOXを含む。また、金属層は、上からコバルト(Co)層及びチタン(Ti)層の2層構造から成る。具体的には、参考例2は、参考例1の[工程−A−80]が相違する。以下、かかる相違点のみを説明する。
【0063】
参考例1の[工程−A−80]の代わりに、参考例2においては、ソース部46の外側の半導体層30に金属化合物から成る第1の導電領域51を形成し、併せて、ドレイン部47の外側の半導体層30に金属化合物から成る第2の導電領域52を形成するために、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の他方の面30B上に、下からTi及びCoから成る金属層50を形成した後、金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させる。第1及び第2の導電領域51,52は主にコバルトシリサイド(CoSi2)から成り、その他、チタンシリサイド(TiSi2)及びTiOXが含まれる。尚、チタンは、半導体層30の表面に存在する自然酸化膜SiO2中の酸素原子と反応し、第1及び第2の導電領域51,52の表面(頂面)にはTiOXが形成される。
【0064】
具体的には、先ず、以下に例示する条件で、スパッタ法にて、全面にTi層を堆積させ、更に、その上にコバルト層を堆積させる。コバルト層の厚さは、Siから成る半導体層30の膜厚分のSi全てを反応させるのに必要な厚さ以上の厚さとする。
(Ti層の成膜)
使用ガス : Ar=100sccm
圧力 : 0.47Pa
温度 : 150゜C
DCパワー: 4kW
膜厚 : 10μm
(Co層の成膜条件)
使用ガス : Ar=100sccm
圧力 : 0.47Pa
温度 : 150゜C
DCパワー: 8kW
膜厚 : 0.1μm
【0065】
次に、金属層50を構成するCo/Tiと半導体層30を構成するSiとを反応させて、金属化合物(具体的には、主にコバルトシリサイド、CoSi2、その他、チタンシリサイド、TiSi2及びTiOX)を生成させる。この工程は、具体的には、参考例1の[工程−A−80]における第1の熱処理の工程、未反応の金属層の除去工程、及び第2の熱処理の工程と同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【0066】
(参考例3)
参考例3のトランジスタ素子の構造は、基本的には図1に示した参考例1と同様である。即ち、参考例3においては、第1の導電領域51及び第2の導電領域52を主にコバルトシリサイドから構成する。第1の導電領域51及び第2の導電領域52には、その他、チタンシリサイド(TiSi2)及びTiOXが含まれる。参考例3においても、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料(例えばSiO2)から成るゲートサイドウオール44が形成されている。
【0067】
参考例3のトランジスタ素子は、参考例1あるいは参考例2と異なり、本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法に類似した作製方法によって作製される。尚、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する工程を含む。
【0068】
金属化合物(具体的には、主にコバルトシリサイド,CoSi2)から成る第1の導電領域51及び第2の導電領域52は、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の外側の領域の半導体層30の一方の面30A上に、半導体層30を構成する元素(具体的にはSi)と反応する元素を有する金属層50(具体的にはコバルト層及びチタン層)を形成した後、熱処理を施し、金属層50を構成する元素(具体的にはコバルト及びチタン)と半導体層30を構成する元素(具体的にはSi)とを反応させることによって形成される。
【0069】
以下、図6〜図9を参照して、参考例3のトランジスタ素子及びその作製方法を説明する。
【0070】
先ず、半導体層30のソース部を形成すべき領域の外側の領域に金属化合物から成る第1の導電領域51を形成し、併せて、半導体層30のドレイン部を形成すべき領域の外側の領域に金属化合物から成る第2の導電領域52を形成する。金属化合物は主にコバルトシリサイド(CoSi2)から構成され、その他、チタンシリサイド(TiSi2)及びTiOXが含まれる。
【0071】
[工程−C−10]
そのために、先ず、参考例1の[工程−A−10]の前段と同様のプロセスで、半導体層30の一方の面30A上(具体的には、第1の半導体基板10の一方の面10A上)に溝部20を形成する。
【0072】
[工程−C−20]
その後、溝部20内を含む第1の半導体基板10の一方の面10A上に、窒化珪素(SiN)層100及び酸化珪素(SiO2)層101を、順次、LP−CVD法及びバイアスECR−CVD法で堆積させ、その後、平坦化処理を行い、溝部20内にのみ、酸化珪素層101及び窒化珪素層100を残す。これによって、素子分離領域が形成される。この状態を、図6の(A)に模式的な一部断面図で示す。
(窒化珪素層の成膜条件)
使用ガス:SiH2Cl2/NH3/N2=90/600/1000sccm
圧力 :53Pa
温度 :700゜C
膜厚 :50nm
(酸化珪素層の成膜条件)
使用ガス :SiH4/N2O/Ar=14/35/72sccm
マイクロ波:1000W
温度 :400゜C
圧力 :0.093Pa
膜厚 :0.4μm
【0073】
[工程−C−30]
次に、半導体層30の一方の面30A上(具体的には、第1の半導体基板10の一方の面10A上)に金属層50を形成した後、金属層50をパターニングし、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の一方の面30A上に金属層50を残した後、金属層50を構成する元素であるCo/Tiと半導体層30を構成する元素であるSiとを反応させる。金属層50は参考例2と同様にCo/Tiから成り、第1及び第2の導電領域51,52は主にコバルトシリサイド(CoSi2)から構成され、その他、チタンシリサイド(TiSi2)及びTiOXが含まれる。
【0074】
具体的には、先ず、参考例2と同様の条件のスパッタ法にて半導体層30の一方の面30Aの全面にチタン及びコバルトを順次を堆積させ、金属層50を形成する(図6の(B)参照)。金属層50を構成するCo層の厚さは、Siから成る半導体層30の膜厚分のSi全てを反応させるのに必要な厚さ以上の厚さ、例えば0.1μmとすればよい。尚、図6の(B)及び(C)には、半導体層30を明示するために第1の半導体基板10に荒い斜線を付した。
【0075】
次に、Co/Tiから成る金属層50をパターニングして、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の一方の面30A上に金属層50を残す(図6の(C)参照)。尚、溝部20上の金属層は除去してもしなくともよい。即ち、チャネル部、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の上方の金属層50を除去する。金属層50のドライエッチング条件を以下に例示する。
使用ガス : BCl3/Cl2=60/90sccm
圧力 : 0.016Pa
マイクロ波パワー: 1000W
RFパワー : 50W
【0076】
その後、金属層50を構成するCo/Tiと半導体層30を構成するSiとを反応させて、金属化合物(具体的には、主にコバルトシリサイド、その他、チタンシリサイド及びTiOXが含まれる)を生成させる。金属層50と反応する半導体層30の領域は、ソース部形成予定領域と溝部20で挟まれた領域、並びにドレイン部形成予定領域と溝部20で挟まれた領域であり、この領域に第1及び第2の導電領域51,52が形成される(図6の(D)参照)。金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素との反応は、参考例1の[工程−A−80]と同様のプロセスにて行うことができるので、詳細な説明は省略する。
【0077】
[工程−C−40]
その後、例えばSiH2Cl2/N2O/N2を用いたCVD法にて全面に酸化窒化珪素(SiON)から成る絶縁層21をLP−CVD法にて堆積させる。この絶縁層21は、[工程−C−30]にて形成された第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素(具体的にはCo)と反応し難い材料(具体的にはSiON)から成る。そして、この絶縁層21は、次の工程で形成される酸化珪素(SiO2)から成る第2の絶縁層と、第1及び第2の導電領域51,52が反応することを防止する機能を有する。従って、第1の導電領域51や第2の導電領域52にボイドが発生することを、確実に防止することができる。
(酸化窒化珪素から成る絶縁層21の成膜条件)
使用ガス:SiH2Cl2/NH3/N2/O2=50/200/200/50sccm
圧力 :600Pa
温度 :400゜C
膜厚 :100nm
【0078】
[工程−C−50]
その後、絶縁層21上に、例えば膜厚0.4μmの酸化珪素(SiO2)から成る第2の絶縁層22を、[工程−C−20]にて例示したと同様の条件のバイアスECR−CVD法にて堆積させる。
【0079】
[工程−C−60]
次いで、参考例1の[工程−A−30]と同様の条件で第2の絶縁層22の上にポリシリコン層23を形成した後、エッチバック法にてポリシリコン層23を平坦化し(図7の(A)参照)、ポリシリコン層23の表面とシリコンから成る第2の半導体基板11とを貼り合わせる(図7の(B)参照)。その後、参考例1の[工程−A−40]と同様にして、第1の半導体基板10の裏面側10Bから第1の半導体基板10を研磨し、隣接する溝部20の間にシリコン(より具体的には第1の半導体基板10を構成していたシリコン)から成る半導体層30を露出させる(図8の(A)参照)。こうして、半導体層30の一方の面30A上に絶縁層21が形成され、SOI構造を有する基板が作製される。この基板の半導体層30には、第1及び第2の導電領域51,52が形成されている。尚、第1の半導体基板10の裏面側10Bから第1の半導体基板10を研磨したとき、第1及び第2の導電領域51,52、並びに溝部20の底面に存在する窒化珪素(SiN)が研磨ストッパーとなり、半導体層30の削り過ぎを確実に防止することができる。
【0080】
[工程−C−70]
以降、参考例1の[工程−A−50]〜[工程−A−70](この状態を、図8の(B)に示す)、[工程−A−90]及び[工程−A−95]を実行し、図9に示すSOI構造を有するMOS型トランジスタを完成させる。第1の導電領域51A,51Bは、絶縁層21、窒化珪素層100及びソース部46によって囲まれている。一方、第2の導電領域52A,52Bは、絶縁層21、窒化珪素層100及びドレイン部47によって囲まれている。図9は、開口部61を含む層間絶縁層60上に金属配線材料層62を堆積させた状態を示している。尚、半導体層30に形成すべきソース部46及びドレイン部47の幅は、金属層50のパターニング及びゲート電極部41のパターニングのそれぞれに用いた露光装置における限界合わせずれ量の合計の2倍以上の幅となるように設計することが好ましい。このような幅にしないと、露光装置における合わせずれによっては、ソース部46又はドレイン部47を形成すべき半導体層の領域が狭くなりすぎ、最悪の場合、ソース部46又はドレイン部47を形成すべき半導体層の領域が無くなってしまうからである。
【0081】
以上の参考例3のトランジスタ素子の作製方法を纏めると、以下のとおりとなる。
(1) 第1の半導体基板10に溝部20を形成し、溝部20内を絶縁材料で埋め込み、素子分離領域を形成する。
(2) 第1及び第2の導電領域51,52を形成すべき第1の半導体基板10(半導体層30に相当する)の領域の上に金属層50を形成する。即ち、第1の半導体基板10上に金属層50を形成した後、チャネル部、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の上方の金属層を除去する。そして、金属層50を構成する元素と半導体層30(第1の半導体基板10)を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層を除去し、更に金属層50を構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に金属化合物から成る第1の導電領域51が形成され、併せて、ドレイン部47を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に金属化合物から成る第2の導電領域52が形成される。
(3) 全面に絶縁層21を形成する。この工程は、半導体層30の一方の面30A上に絶縁層21を形成する工程に相当する。絶縁層21は、絶縁層は、第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素と反応し難い材料から成り、窒化珪素(SiN)又は酸化窒化珪素(SiON)を挙げることができる。
(4) この絶縁層21の上に第2の絶縁層22及びポリシリコン層23を形成し、ポリシリコン層23を平坦化した後、ポリシリコン層23と第2の半導体基板11とを貼り合わせる。その後、第1の半導体基板10の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板10に形成された溝部20の底部を露出させる。これによって、所謂SOI構造を有する基板が作製される。
(5) 露出した第1の半導体基板10の領域上に(半導体層30の他方の面30B上に相当する)、ゲート電極部41を形成する。
(6) 露出した第1の半導体基板10の領域に(半導体層に相当する)、ソース部46及びドレイン部47を形成し、チャネル部45をゲート電極部41の下に形成する。更に、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する。
【0082】
(実施例1)
実施例1は、参考例3の変形であり、本発明の第1の態様に係るトランジスタ素子の作製方法に関する。尚、実施例1のトランジスタ素子の作製方法における[工程−100]、[工程−110]、[工程−120]、[工程−130]、[工程−140]、[工程−150]、[工程−160]は、それぞれ、参考例3における[工程−C−10]、[工程−C−20]、[工程−C−30]、[工程−C−40]、[工程−C−50]、[工程−C−60]、[工程−C−70]に相当する。即ち、実施例1においては、先ず、参考例3の[工程−C−10]〜[工程−C−60]を実行する。尚、これらの工程で得られる半導体基板等の模式的な一部断面図を、図10及び図11に示す。尚、図10の(A)〜(D)及び図11の(A),(B)は、図6の(A)〜(D)及び図7の(A),(B)に対応している。実施例1においては、参考例3と異なり、半導体層30の厚さ方向の全てにおいて、金属層50Aに基づき第1の導電領域51A及び第2の導電領域52Aを形成する必要がない。即ち、金属層50Aの厚さは、参考例3よりも薄くすることができる。
【0083】
その後、半導体層30の第1の導電領域51A及び第2の導電領域52Aの上方の部分(厚さ方向の残りの部分)をシリサイド化する。具体的には、参考例3の[工程−C−30]と略、同様の工程を実行すればよい。即ち、半導体層30の他方の面30B上に金属層50Bを形成した後(図12の(A)参照)、金属層50Bをパターニングし、第1及び第2の導電領域を形成すべき半導体層30の他方の面30B上に金属層50Bを残した後、金属層50Bを構成する元素であるCo/Tiと半導体層30を構成する元素であるSiとを反応させる。金属層50Bは参考例3と同様にCo/Tiから成り、第1及び第2の導電領域51,52は主にコバルトシリサイドから構成され、その他、チタンシリサイド及びTiOXが含まれる。第1の導電領域51B及び第2の導電領域52Bが形成された状態を図12の(B)に示す。
【0084】
その後、参考例1の[工程−A−50]、[工程−A−60]、[工程−A−70]を実行することによって、図13の(A)に示すSOI構造を得ることができる。更に、参考例1の[工程−A−90]、[工程−A−95]を実行することによって、図13の(B)に示すSOI構造を有するMOS型トランジスタを完成させる。実施例1においては、半導体層30の両面から第1及び第2の導電領域51A,51B,52A,52Bを形成するので、半導体層30の厚さ方向の全てを確実に導電領域とすることができる。尚、実施例1においては、金属層50Aと金属層50Bとを同種の金属から構成しても、異種の金属から構成してもよい。
【0085】
以上の実施例1のトランジスタ素子の作製方法を纏めると、以下のとおりとなる。
(1) 第1の半導体基板10に溝部20を形成し、溝部20内を絶縁材料で埋め込み、素子分離領域を形成する。
(2) 第1及び第2の導電領域51A,52Aを形成すべき第1の半導体基板10(半導体層30に相当する)の領域の上に金属層50Aを形成する。即ち、第1の半導体基板10上に金属層50Aを形成した後、チャネル部、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の上方の金属層を除去する。そして、金属層50Aを構成する元素と半導体層30(第1の半導体基板10)を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層を除去し、更に金属層50Aを構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に(半導体層30の厚さ方向に)部分的に金属化合物から成る第1の導電領域51Aが形成され、併せて、ドレイン部47を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に(半導体層30の厚さ方向に)部分的に金属化合物から成る第2の導電領域52Aが形成される。
(3) 全面に絶縁層21を形成する。この工程は、半導体層30の一方の面30A上に絶縁層21を形成する工程に相当する。絶縁層21は、絶縁層は、第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素と反応し難い材料から成り、窒化珪素(SiN)又は酸化窒化珪素(SiON)を挙げることができる。
(4) この絶縁層21の上に第2の絶縁層22及びポリシリコン層23を形成し、ポリシリコン層23を平坦化した後、ポリシリコン層23と第2の半導体基板11とを貼り合わせる。その後、第1の半導体基板10の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板10に形成された溝部20の底部を露出させる。これによって、所謂SOI構造を有する基板が作製される。
(5) 第1及び第2の導電領域51B,52Bを形成すべき第1の半導体基板10(半導体層30に相当する)の領域の上に金属層50Bを形成する。即ち、第1の半導体基板10(半導体層30の他方の面30B上に相当する)上に金属層50Bを形成した後、チャネル部、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の上方の金属層を除去する。そして、金属層50Bを構成する元素と半導体層30(第1の半導体基板10)を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層50Bを除去し、更に金属層50Bを構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域の厚さ方向の残りの部分に金属化合物から成る第1の導電領域51Bが形成され、併せて、ドレイン部47を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域の厚さ方向の残りの部分に金属化合物から成る第2の導電領域52Bが形成される。
(6) 露出した第1の半導体基板10の領域上に(半導体層30の他方の面30B上に相当する)、ゲート電極部41を形成する。
(7) 露出した第1の半導体基板10の領域に(半導体層30に相当し、第1の導電領域51A,51Bとゲート電極部41で挟まれた半導体層の領域に)、ソース部46及びドレイン部47を形成し、チャネル部45をゲート電極部41の下に形成する。更に、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する。
【0086】
(実施例2)
実施例2も、参考例3の変形であり、本発明の第2の態様に係るトランジスタ素子の作製方法に関する。即ち、実施例2においては、先ず、参考例3の[工程−C−10]〜[工程−C−60]を実行する。但し、実施例2においても、参考例3と異なり、半導体層30の厚さ方向の全てにおいて、金属層50Aに基づき第1の導電領域51A及び第2の導電領域52Aを形成する必要がない。即ち、金属層50Aの厚さは、参考例3よりも薄くすることができる。こうして、図14の(A)に示す構造を得ることができる。
【0087】
実施例1においては、その後、半導体層30の第1の導電領域51A及び第2の導電領域52Aの上方の部分(厚さ方向の残りの部分)をシリサイド化した。一方、実施例2においては、その後、参考例1の[工程−A−50]、[工程−A−60]、[工程−A−70]を実行することによって、図14の(B)に示すSOI構造を得ることができる。
【0088】
その後、半導体層30の第1の導電領域51A及び第2の導電領域52Aの上方の部分(厚さ方向の残りの部分)をシリサイド化する。具体的には、参考例3の[工程−C−30]と略、同様の工程を実行すればよい。即ち、半導体層30上に全面に金属層50Bを形成した後(図15の(A)参照)、金属層50Bを構成する元素であるCo/Tiと半導体層30を構成する元素であるSiとを反応させる。金属層50Bは参考例3と同様にCo/Tiから成り、第1及び第2の導電領域51,52は主にコバルトシリサイドから構成され、その他、チタンシリサイド及びTiOXが含まれる。第1の導電領域51B及び第2の導電領域52Bが形成された状態を図15の(B)に示す。
【0089】
その後、更に、参考例1の[工程−A−90]、[工程−A−95]を実行することによって、図13の(B)に示したと同様のSOI構造を有するMOS型トランジスタを完成させる。実施例2においても、半導体層30の両面から第1及び第2の導電領域51A,51B,52A,52Bを形成するので、半導体層30の厚さ方向の全てを確実に導電領域とすることができる。尚、実施例2においても、金属層50Aと金属層50Bとを同種の金属から構成しても、異種の金属から構成してもよい。
【0090】
以上の実施例2のトランジスタ素子の作製方法を纏めると、以下のとおりとなる。
(1) 第1の半導体基板10に溝部20を形成し、溝部20内を絶縁材料で埋め込み、素子分離領域を形成する。
(2) 第1及び第2の導電領域51A,52Aを形成すべき第1の半導体基板10(半導体層30に相当する)の領域の上に金属層50Aを形成する。即ち、第1の半導体基板10上に金属層50Aを形成した後、チャネル部、ソース部及びドレイン部を形成すべき半導体層の領域の上方の金属層を除去する。そして、金属層50Aを構成する元素と半導体層30(第1の半導体基板10)を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層を除去し、更に金属層50Aを構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に(半導体層30の厚さ方向に)部分的に金属化合物から成る第1の導電領域51Aが形成され、併せて、ドレイン部47を形成すべき半導体層30の領域の外側の領域に(半導体層30の厚さ方向に)部分的に金属化合物から成る第2の導電領域52Aが形成される。
(3) 全面に絶縁層21を形成する。この工程は、半導体層30の一方の面30A上に絶縁層21を形成する工程に相当する。絶縁層21は、絶縁層は、第1及び第2の導電領域51,52を構成する金属元素と反応し難い材料から成り、窒化珪素(SiN)又は酸化窒化珪素(SiON)を挙げることができる。
(4) この絶縁層21の上に第2の絶縁層22及びポリシリコン層23を形成し、ポリシリコン層23を平坦化した後、ポリシリコン層23と第2の半導体基板11とを貼り合わせる。その後、第1の半導体基板10の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板10に形成された溝部20の底部を露出させる。これによって、所謂SOI構造を有する基板が作製される。
(5) 露出した第1の半導体基板10の領域上に(半導体層30の他方の面30B上に相当する)、ゲート電極部41を形成する。
(6) 露出した第1の半導体基板10の領域に(半導体層30に相当する)、ソース部46及びドレイン部47を形成し、チャネル部45をゲート電極部41の下に形成する。更に、ゲート電極部41の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール44を形成する。
(7) 全面に金属層50Bを形成した後、金属層50Bを構成する元素と半導体層30を構成する元素とを熱処理を施すことで反応させ、次いで、未反応の金属層を除去し、更に金属層50Bを構成する元素と半導体層30を構成する元素とを反応させるために、熱処理を施す。これによって、ソース部46の外側の半導体層の領域の厚さ方向の残りの部分に金属化合物から成る第1の導電領域51Bが形成され、併せて、ドレイン部47の外側の半導体層の領域の厚さ方向の残りの部分に金属化合物から成る第2の導電領域52Bが形成される。
【0091】
(実施例3)
実施例3は実施例1の変形である。実施例3においては、参考例1の[工程−A−80]の代わりに、以下に例示する選択タングステンCVD法を実行し、半導体層30をタングステンから成る金属層に置換する。これによって、金属から成る第1の導電領域がソース部の外側の半導体層に形成され、金属から成る第2の導電領域がドレイン部の外側の半導体層に形成される。
使用ガス: WF6/H2/SiH4=10/500/10sccm
温度 : 260゜C
圧力 : 26.6Pa
【0092】
尚、選択タングステンCVD法を実行し、半導体層30をタングステンから成る金属層に置換する操作は、参考例3の[工程−C−30]、実施例1や実施例2における2回の[工程−120]に相当する工程に適用することもできる。
【0093】
以上、本発明を好ましい実施例や参考例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例や参考例にて説明した各種条件は例示であり、適宜変更することができる。
【0094】
図16の(A)に模式的な一部断面図を示すように、チャネル部45が形成された半導体層30の厚さを、ソース部46及びドレイン部47が形成された半導体層30の厚さよりも薄くしてもよい。これによって、半導体層30を薄くしても、コンタクトホールの形成時、導電領域がドライエッチングによって消失することを防止することができ、コンタクト抵抗の増加を防止することができる。このような構造を作製するためには、参考例1の[工程−A−10]と同様に、先ず、第1の半導体基板10の一方の面10Aに溝部20を形成し(図16の(B)参照)、次に、再び第1の半導体基板10の一方の面10Aにレジストを塗布・乾燥した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストをパターニングする。次いで、このパターニングされたレジストをマスクとして第1の半導体基板10をエッチングし、チャネル部形成予定領域の半導体層30に凹部を形成する(図16の(C)参照)。エッチングの条件は、溝部の形成条件と同様とすることができる。これによって、最終的には凹部の上方(図16の(C)においては凹部の下方)にチャネル部45が形成されるが、チャネル部45が形成された半導体層30の厚さを、ソース部46及びドレイン部47が形成された半導体層30の厚さよりも薄くすることができる。
【0095】
実施例においては、トランジスタ素子として専らMOS型トランジスタを例にとり説明したが、その他のトランジスタ素子として、バイポーラ型トランジスタ、TFT、CCDを挙げることができる。金属層を構成する遷移金属として、コバルトの他にも、Ti、Ni、Mo、W、Cu、Zr、Hfを挙げることができる。金属化合物としては、シリサイド以外にも、TiW、TiN、TiB、WBを例示することができる。一方、金属層を構成する貴金属としては、Pt、Auを挙げることができる。第2の絶縁層は、SiO2以外にも、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、SbSG、SOG等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁層を積層したものから構成することができる。配線層の構造も例示であり、適宜変更することができる。ゲートサイドウオール44は、場合によっては設けなくともよい。
【0096】
【発明の効果】
第1及び第2の導電領域を構成する金属元素と反応し難い材料から成る絶縁層が形成されているので、形成された第1及び第2の導電領域にボイドが発生することを効果的に抑制することができる。
【0097】
しかも、本発明のトランジスタ素子においては、ソース部及びドレイン部の外側に第1及び第2の導電領域が形成されているので、トランジスタ素子がオン状態で、正孔若しくは電子が半導体層中を移動するとき、正孔若しくは電子が移動する領域におけるシリコン原子はイオン化されるが、チャネル部からソース部及びドレイン部を介して第1及び第2の導電領域に吸収され、チャネル部に堆積することがない。その結果、ソース部/ドレイン部間の耐圧劣化が発生するという問題を回避することができる。また、第1及び第2の導電領域が形成されているので、たとえ半導体層を薄くしても、ソース部及びドレイン部のシート抵抗を、従来のトランジスタ素子と比較して、2桁〜4桁低減することができ、トランジスタ素子の応答速度の向上を図ることができる。
【0098】
従来、設計ルールが許す限りソース・ドレイン部を出来るだけ大きくし、ソース・ドレイン部の抵抗値を低く保つ。チタンシリサイドを形成する場合には、ソース・ドレイン部を細線効果が生じない程度の大きさとする必要がある。然るに、コバルトシリサイドを用いる場合、細線効果の問題を回避することができるので、ソース・ドレイン部の大きさを小さくすることができ、その結果、ソース・ドレイン部の抵抗値の低減やMOSトランジスタの駆動能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1のトランジスタ素子の模式的な一部断面図である。
【図2】 参考例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図3】 図2に引き続き、参考例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図4】 図3に引き続き、参考例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図5】 図4に引き続き、参考例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図6】 参考例3のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図7】 図6に引き続き、参考例3のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図8】 図7に引き続き、参考例3のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図9】 図8に引き続き、参考例3のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図10】 実施例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図11】 図10に引き続き、実施例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図12】 図11に引き続き、実施例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図13】 図12に引き続き、実施例1のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図14】 実施例2のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図15】 図14に引き続き、実施例2のトランジスタ素子の作製方法を説明するための、各工程における半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図16】 参考例1のトランジスタ素子の変形例の模式的な一部断面図である。
【図17】 従来のSOI技術を用いたMOS型トランジスタの作製方法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図18】 図17に引き続き、従来のSOI技術を用いたMOS型トランジスタの作製方法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
10,11・・・シリコン半導体基板、20・・・溝部、21,21A・・・絶縁層、22,22A・・・第2の絶縁層、23・・・ポリシリコン層、30・・・半導体層、40・・・ゲート酸化膜、41・・・ゲート電極部、42・・・ポリシリコン膜、43・・・WSi2層、44・・・ゲートサイドウオール、45・・・チャネル部、46・・・ソース部、47・・・ドレイン部、50,50A,50B・・・金属層、51,51A,51B,52,52A,52B・・・導電領域、60・・・層間絶縁層、61・・・開口部、62・・・金属配線材料層、120・・・素子分離領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionMethod for manufacturing transistor elementAbout.
[0002]
[Prior art]
With the high integration of semiconductor devices, the dimensional rules of semiconductor manufacturing processes are also becoming finer. For this reason, even in the element isolation technology, the conventional LOCOS method cannot cope with miniaturization due to the influence of the bird's peak. Therefore, an SOI (Semiconductor On Insulator) technique has attracted attention as an element isolation technique in a 0.1 μm rule semiconductor element. Transistor elements using this SOI technology are highly resistant to α rays. Further, since there is no generation of parasitic capacitance between the source / drain portions and the semiconductor substrate, which is a problem in a transistor element manufactured using a bulk semiconductor substrate, high-speed operation of the transistor element can be obtained. Thus, in a transistor element using SOI technology, high reliability and high speed operation can be obtained.
[0003]
Hereinafter, a method for manufacturing a MOS transistor using conventional SOI technology will be described.FIG.as well asFIG.This will be briefly described with reference to FIG.
[0004]
[Step-10]
First, the
[0005]
[Step-20]
Next, an
[0006]
[Step-30]
Thereafter, the
[0007]
[Step-40]
Next, the
[0008]
[Step-50]
Thereafter, a
[0009]
[Step-60]
Next, after an
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the MOS transistor having the SOI structure, the
[0011]
As one means for solving this problem, the surface of the source part and the drain part (hereinafter sometimes collectively referred to as the source / drain part) has a salicide structure, and ions accumulated in the channel part are passed through the salicide structure. The grounding technology is described, for example, in the document "SUPPRESSION OF LATCH IN SOI MOSFETs BY SILICIDATION OF SOURCE", LJ McDAID, et al., ELECTRONICS LETTERS, 23rd May 1991, vol. 27 No. 11, pp1003-1005 . The salicide structure is formed by depositing a metal layer on the entire surface after forming the
[0012]
When the dimension rule is 0.5 μm, the required thickness of the
[0013]
By forming the silicide layer constituting the salicide structure in the source / drain portion, the resistance of the source / drain portion can be reduced. However, when titanium silicide is used, if the dimensional rule is 0.5 μm or less, aggregation is likely to occur during the formation of titanium silicide, and there is a problem that the resistance value of the formed titanium silicide layer increases. When aggregation occurs during the formation of titanium silicide, for example, the bulk resistivity of titanium silicide increases to about 16 μΩ · cm. Such a phenomenon occurs even when the silicide layer is thin. That is, as the thickness of the
[0014]
Further, when forming cobalt silicide, in order to promote a stable reaction between Si and Co constituting the source / drain portion, Ti (titanium) and Co (cobalt) are sequentially arranged on the source / drain portion from the bottom. By depositing and heat-treating the Co / Ti layer, Co and Si constituting the source / drain part are reacted through the Ti layer as a reducing material, thereby forming a cobalt silicide layer on the surface of the source / drain part. Technology is also known. However, for example, in the SOI structure, Si / SiO2A layer structure is formed and SiO2When a silicide layer is formed by reacting all of the silicon semiconductor layer on the layer with Co / Ti, the underlying SiO2As a result, there is a problem that a high-resistance silicide layer is formed or a void is partially generated.
[0015]
In Japanese Patent Application No. Hei 6-18991 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-2111916), the present applicant is a transistor element in which a channel part, a source part and a drain part are formed in a semiconductor layer formed on an insulating layer. (B) a gate electrode part; (b) a channel part formed under the gate electrode part; (c) a source part formed in contact with one side of the channel part; A first conductive region made of a metal or a metal compound formed in a semiconductor layer outside the source portion; (e) a drain portion formed in contact with the other side of the channel portion; and (f) the drain. A transistor element comprising a second conductive region formed on a semiconductor layer outside the portion and made of a metal or a metal compound, and a method for manufacturing the transistor element have been proposed.
[0016]
In such a transistor element, since the first and second conductive regions are formed outside the source part and the drain part, it is possible to avoid the problem that the breakdown voltage between the source part and the drain part occurs. In addition, since the first and second conductive regions are formed, the sheet resistance of the source and drain portions is reduced by two to four digits compared to the conventional transistor element even if the semiconductor layer is thinned. Thus, the response speed of the transistor element can be improved.
[0017]
However, when forming the first and second conductive regions, the elements constituting the first and second conductive regions react with the elements constituting the insulating layer, and as a result, the first conductive region or the second conductive region is formed. It has been found that voids may occur in the conductive region. When voids are generated in the first conductive region or the second conductive region in this manner, the resistance value varies and the reliability of the transistor element is lowered.
[0018]
Accordingly, an object of the present invention is to improve the breakdown voltage between the source part / drain part, and the thickness of the semiconductor layer in which the channel part, the source part, and the drain part are to be formed with the miniaturization of the dimension rule. Even if the thickness is reduced, an increase in sheet resistance of the source and drain portions can be suppressed, and furthermore, an SOI structure that can suppress the occurrence of variation in resistance value is provided.Method for manufacturing transistor elementIs to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a transistor element according to the first aspect of the present invention includes:
(A) After forming a groove in the first semiconductor substrate, filling the groove with an insulating material, and forming an element isolation region,
(B) A part of the first conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the source part is to be formed and in the thickness direction from the surface. In addition, a part of the second conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain part is to be formed and in the thickness direction from the surface. And then
(C) An insulating layer made of silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the entire surface, and then
(D) The first semiconductor substrate is bonded to the second semiconductor substrate through the insulating layer, and then polished from the back surface of the first semiconductor substrate, and the bottom of the groove formed in the first semiconductor substrate. After exposing
(E) The remaining portion of the region outside the first semiconductor substrate region where the source portion is to be formed, in which the first conductive region has already been formed, is made of a metal or metal compound. In addition to the first conductive region, a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain portion is to be formed, the second conductive region below the region where the second conductive region has already been formed Forming a second conductive region of metal or metal compound, then
(F) forming a gate electrode portion on the exposed region of the first semiconductor substrate, and then forming a source portion and a drain portion in the exposed region of the first semiconductor substrate;
It is characterized by that.
[0020]
In addition, a method for manufacturing a transistor element according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is as follows.
(A) After forming a groove in the first semiconductor substrate, filling the groove with an insulating material, and forming an element isolation region,
(B) A part of the first conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the source part is to be formed and in the thickness direction from the surface. In addition, a part of the second conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain part is to be formed and in the thickness direction from the surface. And then
(C) An insulating layer made of silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the entire surface, and then
(D) The first semiconductor substrate is bonded to the second semiconductor substrate through the insulating layer, and then polished from the back surface of the first semiconductor substrate, and the bottom of the groove formed in the first semiconductor substrate. After exposing
(E) forming a gate electrode portion on the exposed region of the first semiconductor substrate, then forming a source portion and a drain portion in the exposed region of the first semiconductor substrate, and then insulating the sidewall of the gate electrode portion; Forming a gate sidewall made of material, then
(F) A region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate in which the source portion is to be formed and in which the first conductive region is already formed below. In addition to the first conductive region, a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain portion is to be formed, the second conductive region below the region where the second conductive region has already been formed Forming a second conductive region of metal or metal compound;
It is characterized by that.
[0021]
Of the present invention1st aspect orIn the method for manufacturing the transistor element according to the second aspectThe process (b), Source and drain should be formedFirst semiconductor substrateOf the area outside the area ofsurfaceabove,First semiconductor substrateAfter forming a metal layer composed of an element that reacts with an element that constitutes the element, heat treatment is performed, and the element that constitutes the metal layerFirst semiconductor substrateAnd a step of forming a first conductive region and a second conductive region made of a metal compound.preferable.
[0022]
Of the present invention1st aspect orIn the method for manufacturing the transistor element according to the second aspect,(B)so,First semiconductor substrateInstead of forming the first and second conductive regions in all the thickness directions ofFirst semiconductor substrateUp to a certain depth from one side ofFirst semiconductor substrateForming first and second conductive regions on the substrate;In the manufacturing method of the transistor element according to the first aspect of the present invention, in the step (e), and in the manufacturing method of the transistor element according to the second aspect of the present invention, in the process (f),Furthermore, the source part should be formedFirst semiconductor substrateThe remaining portion (in the thickness direction) of the first conductive region made of the metal compound is formed in the region outside the region, and the drain portion should be formed at the same timeFirst semiconductor substrateThe remaining portion (in the thickness direction) of the second conductive region made of a metal compound is placed outside the region ofForm. theseIn the process ofIs, At least outside the source partFirst semiconductor substrateAnd outside the drainFirst semiconductor substrateOn the other side ofFirst semiconductor substrateAfter depositing a metal layer composed of an element that reacts with an element that constitutes the element, heat treatment is performed, and the element that constitutes the metal layerFirst semiconductor substrateAnd the remaining portions of the first conductive region and the second conductive region made of the metal compound are reacted with each other.Form. Alternatively, the region outside the source portion and the drain portion can be formed by CVD.First semiconductor substrateIs replaced with a metal layer, so that the first conductive region and the second conductive region made of metal are replaced withForm.
[0023]
Of the present inventionFirst aspectIn the manufacturing method of the transistor element according to the above,(F)After that, a gate side wall made of an insulating material is formed on the side wall of the gate electrode portion.ProcessMay be included. In this case, the process(B)so,First semiconductor substrateInstead of forming the first and second conductive regions in all the thickness directions ofFirst semiconductor substrateUp to a certain depth from one side ofFirst semiconductor substrateFirst and second conductive regions are formed on the gate sidewalls.ProcessTo the outside of the source sectionFirst semiconductor substrateForming a first conductive region made of a metal or a metal compound on the outer side of the drain portion.First semiconductor substrateForming a second conductive region made of a metal or metal compound on the substrate(E) is included. This process(E)Even at least outside the source partFirst semiconductor substrateAnd outside the drainFirst semiconductor substrateOn the other side ofFirst semiconductor substrateAfter depositing a metal layer composed of an element that reacts with an element that constitutes the element, heat treatment is performed, and the element that constitutes the metal layerFirst semiconductor substrateAnd the first conductive region and the second conductive region made of a metal compound are reacted with each other.Form.
[0024]
In the method for manufacturing a transistor element according to the first or second aspect of the present invention, a structure in which a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are bonded to each other is provided.Has an insulating layerIs a so-called bond SOI structure provided in the first semiconductor substrate in the vicinity of the bonded portion with the second semiconductor substrate.Form.
[0025]
In the present invention,First and second aspectsIn the method for manufacturing a transistor element according to the present invention, the outside of the source and drain portionsFirst semiconductor substrateAre preferably replaced by first and second conductive regions of metal or metal compound. In the present invention, the first conductive region and the second conductive region can have not only a single layer structure but also a two-layer structure. In this case, the metal or metal compound in each layer constituting each conductive region may be the same or different.
[0026]
Of the present inventionFirst and second aspectsIn the method for manufacturing a transistor element according to the present invention, the metal layer is made of a transition metal or a noble metal.First aspectThe method for producing a transistor element according to the aboveStep (b) or step (e)And the method for manufacturing a transistor element according to the second aspect of the present invention.Step (b) or step (f)Is
(A)First semiconductor substrateThe elements constituting the metal and the transition metal or noble metal constituting the metal layer react, andFirst semiconductor substrateThe element constituting the metal layer and the oxide comprising the element constituting the metal layer at a temperature at which the transition metal or noble metal constituting the metal layer does not reactFirst semiconductor substratePerforming a first heat treatment to react with the elements constitutingThen
(B) Remove the unreacted metal layerAfter,
(C) Further, the elements constituting the metal layer andFirst semiconductor substrateA second heat treatment is performed to react with the elements constituting
It can be set as the aspect which consists of a process. The metal compound is preferably composed of cobalt silicide, titanium silicide, tungsten silicide, nickel silicide, platinum silicide, zirconium silicide, hafnium silicide, and the like. It is preferable to form cobalt silicide. Here, the metal layer is mainly composed of cobalt, or the silicide is mainly composed of cobalt silicide is that the metal layer may contain other metals or metal compounds, and the cobalt silicide is included. It means that other silicides (for example, titanium silicide) and other metal compounds may be contained.
[0027]
In the present invention, since an insulating layer made of a material that does not easily react with the metal element constituting the first and second conductive regions is formed, the element constituting the metal layer andFirst semiconductor substrateIt is effective that voids are generated in the formed first and second conductive regions when the first conductive region and the second conductive region made of metal or a metal compound are formed by reacting with the elements constituting Can be suppressed.
[0028]
【Example】
Hereinafter, with reference to the drawings, the embodimentAnd reference examplesThe present invention will be described based on the above. ExamplesAnd reference examplesWill be described by taking a MOS transistor as an example of the transistor element. still,Reference Example 1 and Reference Example 2 are for referenceThe present invention relates to a method for manufacturing a transistor element. That is, the first and second conductive regions are formed from the surface of the semiconductor layer on the side where the gate electrode portion is formed.Reference example 3Of the present inventionThe first aspect andMethod for manufacturing transistor element according to second aspectReference example to explainAbout. That is, the first and second conductive regions are formed from the surface of the semiconductor layer opposite to the side on which the gate electrode portion is formed.Example 1 and Example 2 relate to a method for manufacturing a transistor element according to the first and second aspects of the present invention, respectively.Also,Example 3The first aspect of the present inventionAnd the second aspectThe present invention relates to a method for manufacturing a transistor element.
[0029]
(Reference example 1)
Reference example 1As shown in the schematic partial cross-sectional view of FIG. 1, the transistor element of FIG. 1 includes an SOI structure in which a
[0030]
Reference example 1The element characterizing the transistor element is that the first
[0031]
Reference example 1In addition, an insulating material (for example, SiO 2) is formed on the sidewall of the
[0032]
Reference example 1The transistor element ofExplained belowIt is manufactured by a manufacturing method of a transistor element. In addition, the process of forming the
[0033]
Metal compounds (specifically, cobalt silicide, CoSi2The first
[0034]
Hereinafter, referring to FIGS.Reference example 1A method for manufacturing the transistor element will be described.
[0035]
[Step-A-10]
An insulating
Gas used: SiClFour/ N2= 10 / 10sccm
Pressure: 1.3Pa
Microwave power: 850W
RF power: 200W
[0036]
Thereafter, an insulating
Gas used: SiH2Cl2/ NHThree/ N2= 90/600 / 1000sccm
Pressure: 53Pa
Temperature: 700 ° C
Film thickness: 50 nm
[0037]
[Step-A-20]
Thereafter, silicon oxide (SiO 2) is formed on the insulating layer 21.2The second insulating
Gas used: SiHFour/ O2= 100 / 1000sccm
N2= 30 slm
Pressure: 13Pa
Temperature: 420 ° C
Film thickness: 0.4 μm
[0038]
Alternatively, silicon oxide (SiO 2) is formed on the insulating
Gas used: SiHFour/ N2O / Ar = 14/35 / 72sccm
Pressure: 0.093 Pa
Temperature: 400 ° C
Microwave: 1000W
Film thickness: 0.4 μm
[0039]
[Step-A-30]
Next, a
Gas used: SiHFour/ H2/ N2= 100/400 / 200sccm
Temperature: 610 ° C
Pressure: 70Pa
Film thickness: 0.2μm
[0040]
Thereafter, a resist is applied to the surface of the
Gas used: C2ClThreeFThree/ SF6= 60 / 10sccm
Pressure: 1.3Pa
Microwave power: 850W
RF power: 150W
[0041]
Next, the surface of the
[0042]
[Step-A-40]
Thereafter, the
[0043]
[Step-A-50]
Next, the
Gas used: SiHFour/ PHThree/He=500/0.35/50sccm
Temperature: 580 ° C
Pressure: 80Pa
Film thickness: 0.15 μm
[0044]
Next, WSi is formed on the polysilicon film 42.2The
Gas used: WF6/ SiHFour/ He = 10/1000 / 360sccm
Temperature: 360 ° C
Pressure: 27Pa
Film thickness: 0.15 μm
[0045]
Then WSi2A resist is applied on the
Gas used: C2ClThreeFThree/ SF6= 65 / 5sccm
Pressure: 1.3Pa
Microwave power: 700W
RF power: 100W
[0046]
[Step-A-60]
Thereafter, the
Formation of n-type source / drain
Ion: As
Dose amount: 5 × 1014/ Cm2
Accelerating voltage: 30 keV
Formation of p-type source / drain
Ion: BF2
Dose amount: 1 × 1014/ Cm2
Accelerating voltage: 30 keV
[0047]
[Step-A-70]
Next, a
Gas used: SiHFour/ O2/ N2= 250/250 / 100sccm
Temperature: 420 ° C
Film thickness: 0.35 μm
[0048]
Thereafter, the
Gas used: CFourF8= 50sccm
Pressure: 2Pa
RF power: 1200W
[0049]
Thus,Reference example 1In FIG. 5, the
[0050]
[Step-A-80]
That is, the first
[0051]
Specifically, first, a
Gas used: Ar = 100 sccm
Pressure: 0.47Pa
DC power: 8kW
Film thickness: 0.1 μm
[0052]
Next, Co, which is an element constituting the
[0053]
First, an element (specifically, Si) constituting the
[0054]
Next, the unreacted metal layer is treated with, for example, ammonia perwater (NHFourOH and H2O2For about 10 minutes. This unreacted metal layer is a metal layer deposited on the
[0055]
Thereafter, a second heat treatment is performed in an argon gas atmosphere, for example, 700 ° C. × 30 seconds, and CoSiXCoSi2And In these first and second heat treatments, a material (specifically SiN) that does not easily react with the metal element (specifically Co) constituting the first and second
[0056]
[Step-A-90]
Next, SiO2An interlayer insulating
Gas used: TEOS = 50sccm
Temperature: 720 ° C
Pressure: 40Pa
Film thickness: 0.6μm
[0057]
Thereafter, an
Gas used: CFourF8= 50sccm
Pressure: 2Pa
RF power: 1200W
[0058]
[Step-A-95]
Next, a metal
[0059]
Specifically, prior to embedding tungsten in the
Contact layer formation conditions
Gas used: Ar = 100 sccm
Temperature: 150 ° C
Film thickness: 30nm
Pressure: 0.47Pa
Power: 4kW
Barrier metal layer formation conditions
Gas used: N2/ Ar = 70 / 40sccm
Temperature: 150 ° C
Film thickness: 70nm
Pressure: 0.47Pa
Power: 5kW
Blanket tungsten CVD conditions
Gas used: WF6/ H2/ N2/ Ar = 75/500/300 / 2200sccm
Temperature: 450 ° C
Pressure: 1.1 × 10FourPa
Film thickness: 0.4μm
Etch-back conditions for tungsten
Gas used: SF6= 50sccm
Pressure: 1.3Pa
RF power: 150W
[0060]
Next, a Ti layer is formed on the entire surface by sputtering, and a metal wiring material made of, for example, Al-Si (1%) is deposited thereon by sputtering. The Ti layer is formed for the purpose of improving the adhesion and wettability between the metal wiring material and the interlayer insulating
Ti layer formation conditions
Gas used: Ar = 100 sccm
Temperature: 150 ° C
Film thickness: 30nm
Pressure: 0.47Pa
Power: 4kW
Film formation conditions for Al-Si metal wiring materials
Gas used: Ar = 40 sccm
Temperature: 300 ° C
Film thickness: 0.5μm
Pressure: 0.47Pa
Power: 22.5kW
Etching conditions for Al-Si / Ti layer
Gas used: BClThree/ Cl2= 60 / 90sccm
Pressure: 0.016Pa
Microwave power: 1000W
RF power: 50W
[0061]
More thanReference example 1The manufacturing method of the transistor element is summarized as follows.
(1) A
(2) A second insulating
(3) A
(4) A
(5) A
(6) After the
[0062]
(Reference example 2)
Reference example 1In FIG. 1, the first
[0063]
Instead of [Step-A-80] in Reference Example 1, Reference Example 21, the first
[0064]
Specifically, first, under the conditions exemplified below, a Ti layer is deposited on the entire surface by sputtering, and a cobalt layer is further deposited thereon. The thickness of the cobalt layer is set to a thickness greater than that required for reacting all the Si corresponding to the thickness of the
(Ti layer deposition)
Gas used: Ar = 100 sccm
Pressure: 0.47Pa
Temperature: 150 ° C
DC power: 4kW
Film thickness: 10 μm
(Co layer deposition conditions)
Gas used: Ar = 100 sccm
Pressure: 0.47Pa
Temperature: 150 ° C
DC power: 8kW
Film thickness: 0.1 μm
[0065]
Next, Co / Ti constituting the
[0066]
(Reference example 3)
Reference example 3The structure of this transistor element is basically shown in FIG.Reference example 1It is the same. That is,Reference example 3In FIG. 2, the first
[0067]
Reference example 3The transistor element ofReference example 1OrReference example 2Unlike the present inventionFirst aspectIn a method for manufacturing a transistor element according toSimilar fabrication methodIt is produced by. In addition, the process of forming the
[0068]
Metal compounds (specifically, mainly cobalt silicide, CoSi2The first
[0069]
Hereinafter, referring to FIGS.Reference example 3A transistor element and a manufacturing method thereof will be described.
[0070]
First, the first
[0071]
[Step-C-10]
To that end, first[Step-A-10] of Reference
[0072]
[Process-C-20]
Thereafter, the silicon nitride (SiN)
(Silicon nitride film formation conditions)
Gas used: SiH2Cl2/ NHThree/ N2= 90/600 / 1000sccm
Pressure: 53Pa
Temperature: 700 ° C
Film thickness: 50 nm
(Silicon oxide layer deposition conditions)
Gas used: SiHFour/ N2O / Ar = 14/35 / 72sccm
Microwave: 1000W
Temperature: 400 ° C
Pressure: 0.093 Pa
Film thickness: 0.4 μm
[0073]
[Step-C-30]
Next, after forming the
[0074]
Specifically, first,Reference example 2Then, titanium and cobalt are sequentially deposited on the entire surface of one
[0075]
Next, the
Gas used: BClThree/ Cl2= 60 / 90sccm
Pressure: 0.016Pa
Microwave power: 1000W
RF power: 50W
[0076]
Thereafter, Co / Ti constituting the
[0077]
[Step-C-40]
Then, for example, SiH2Cl2/ N2O / N2
(Deposition conditions for insulating
Gas used: SiH2Cl2/ NHThree/ N2/ O2= 50/200/200 / 50sccm
Pressure: 600Pa
Temperature: 400 ° C
Film thickness: 100 nm
[0078]
[Process-C-50]
Thereafter, on the insulating
[0079]
[Process-C-60]
Then[Step-A-30] of Reference Example 1After the
[0080]
[Step-C-70]
Or later,[Step-A-50] to [Step-A-70] of Reference Example 1(This state is shown in FIG. 8B),[Step-A-90] and [Step-A-95]To complete the MOS transistor having the SOI structure shown in FIG. The first
[0081]
More thanReference example 3The manufacturing method of the transistor element is summarized as follows.
(1) A
(2) A
(3) An insulating
(4) A second insulating
(5) A
(6) A
[0082]
(Example 1)
Example 1 is a modification of Reference Example 3 and relates to a method for manufacturing a transistor element according to the first aspect of the present invention. [Step-100], [Step-110], [Step-120], [Step-130], [Step-140], [Step-150], [Step] in the method for manufacturing the transistor element of Example 1 -160] are [Step-C-10], [Step-C-20], [Step-C-30], [Step-C-40], and [Step-C-50] in Reference Example 3, respectively. , [Step-C-60] and [Step-C-70]. That is, Example 1First of all,[Step-C-10] to [Step-C-60] of Reference Example 3Execute. 10 and 11 are schematic partial cross-sectional views of the semiconductor substrate and the like obtained in these steps. 10 (A) to (D) and FIG. 11 (A) and (B) correspond to FIG. 6 (A) to (D) and FIG. 7 (A) and (B). Yes.Example 1InReference example 3Unlike the first embodiment, it is not necessary to form the first
[0083]
Thereafter, the upper portion (the remaining portion in the thickness direction) of the first
[0084]
afterwards,[Step-A-50], [Step-A-60], [Step-A-70] of Reference Example 1By executing the above, the SOI structure shown in FIG. 13A can be obtained. Furthermore,[Step-A-90] and [Step-A-95] of Reference Example 1As a result, the MOS transistor having the SOI structure shown in FIG. 13B is completed.Example 1Since the first and second
[0085]
More thanExample 1The manufacturing method of the transistor element is summarized as follows.
(1) A
(2) A metal layer 50A is formed on a region of the first semiconductor substrate 10 (corresponding to the semiconductor layer 30) where the first and second
(3) An insulating
(4) A second insulating
(5) A
(6) A
(7) In the exposed region of the first semiconductor substrate 10 (corresponding to the
[0086]
(Example 2)
Example 2 is also a modification of Reference Example 3 and relates to a method for manufacturing a transistor element according to the second aspect of the present invention.. That is,Example 2First of all,[Step-C-10] to [Step-C-60] of Reference Example 3Execute. However,Example 2Also inReference example 3Unlike the first embodiment, it is not necessary to form the first
[0087]
Example 1Thereafter, the upper portion (the remaining portion in the thickness direction) of the first
[0088]
Thereafter, the upper portion (the remaining portion in the thickness direction) of the first
[0089]
After that,[Step-A-90] and [Step-A-95] of Reference Example 1As a result, a MOS transistor having the same SOI structure as shown in FIG. 13B is completed.Example 2Also, since the first and second
[0090]
More thanExample 2The manufacturing method of the transistor element is summarized as follows.
(1) A
(2) A metal layer 50A is formed on a region of the first semiconductor substrate 10 (corresponding to the semiconductor layer 30) where the first and second
(3) An insulating
(4) A second insulating
(5) A
(6) A
(7) After the
[0091]
(Example 3)
Example 3Is a modification of the first embodiment.Example 3In[Step-A-80] of Reference Example 1Instead, the selective tungsten CVD method illustrated below is performed to replace the
Gas used: WF6/ H2/ SiHFour= 10/500 / 10sccm
Temperature: 260 ° C
Pressure: 26.6Pa
[0092]
The operation of executing the selective tungsten CVD method and replacing the
[0093]
The present invention has been described as a preferred embodiment.And reference examplesHowever, the present invention is not limited to these examples. ExampleAnd reference examplesThe various conditions described in the above are examples and can be changed as appropriate.
[0094]
FIG.As shown in the schematic partial cross-sectional view of (A), the thickness of the
[0095]
In the embodiments, the description has been made by taking a MOS transistor as an example as a transistor element. However, as other transistor elements, a bipolar transistor, a TFT, and a CCD can be cited. In addition to cobalt, examples of the transition metal constituting the metal layer include Ti, Ni, Mo, W, Cu, Zr, and Hf. Examples of the metal compound include TiW, TiN, TiB, and WB other than silicide. On the other hand, examples of the noble metal constituting the metal layer include Pt and Au. The second insulating layer is made of SiO2In addition to the above, a known insulating material such as BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, SbSG, or SOG, or a laminate of these insulating layers can be used. The structure of the wiring layer is also an example, and can be changed as appropriate. The
[0096]
【The invention's effect】
Since the insulating layer made of a material that does not easily react with the metal elements constituting the first and second conductive regions is formed, it is effective that voids are generated in the formed first and second conductive regions. Can be suppressed.
[0097]
In addition, in the transistor element of the present invention, since the first and second conductive regions are formed outside the source part and the drain part, the transistor element is in an on state and holes or electrons move in the semiconductor layer. In this case, silicon atoms in the region where holes or electrons move are ionized, but are absorbed by the first and second conductive regions from the channel portion via the source portion and the drain portion, and can be deposited on the channel portion. Absent. As a result, it is possible to avoid the problem that the breakdown voltage between the source part and the drain part occurs. In addition, since the first and second conductive regions are formed, the sheet resistance of the source and drain portions is 2 to 4 digits as compared with the conventional transistor element even if the semiconductor layer is thinned. The response speed of the transistor element can be improved.
[0098]
Conventionally, as much as the design rule allows, the source / drain portion is made as large as possible, and the resistance value of the source / drain portion is kept low. When titanium silicide is formed, it is necessary to make the source / drain portions large enough not to cause a fine line effect. However, when cobalt silicide is used, the problem of the fine line effect can be avoided, so that the size of the source / drain portion can be reduced. As a result, the resistance value of the source / drain portion can be reduced and the MOS transistor can be reduced. The driving ability can be improved.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference example 1It is a typical fragmentary sectional view of this transistor element.
[Figure 2]Reference example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 3 continues from FIG.Reference example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 4 continues from FIG.Reference example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 5 continues from FIG.Reference example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
[Fig. 6]Reference example 3FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 7 continues from FIG.Reference example 3FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 8 continues from FIG.Reference example 3FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 9 continues from FIG.Reference example 3FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 10Example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 11 continues from FIG.Example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 12 continues from FIG.Example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 13 continues from FIG.Example 1FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 14Example 2FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
FIG. 15 continues from FIG.Example 2FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like in each step for explaining a method for manufacturing the transistor element.
[FIG.]Reference example 1It is a typical partial cross section figure of the modification of this transistor element.
[FIG.FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method of manufacturing a MOS transistor using conventional SOI technology.
[FIG.]FIG.FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like for explaining a method for manufacturing a MOS transistor using conventional SOI technology.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (23)
(ロ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域の一部を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域の一部を形成し、次いで、
(ハ)全面に、窒化珪素又は酸化窒化珪素から成る絶縁層を形成し、その後、
(ニ)該絶縁層を介して第1の半導体基板を第2の半導体基板に貼り合わせ、次いで、第1の半導体基板の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板に形成された溝部の底部を露出させた後、
(ホ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第1の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第2の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域を形成し、その後、
(ヘ)露出した第1の半導体基板の領域上にゲート電極部を形成し、次いで、露出した第1の半導体基板の領域にソース部及びドレイン部を形成する、
ことを特徴とするトランジスタ素子の作製方法。(A) After forming a groove in the first semiconductor substrate, filling the groove with an insulating material, and forming an element isolation region,
(B) A part of the first conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the source part is to be formed and in the thickness direction from the surface. In addition, a part of the second conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain part is to be formed and in the thickness direction from the surface. And then
(C) An insulating layer made of silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the entire surface, and then
(D) The first semiconductor substrate is bonded to the second semiconductor substrate through the insulating layer, and then polished from the back surface of the first semiconductor substrate, and the bottom of the groove formed in the first semiconductor substrate After exposing
(E) The remaining portion of the region outside the first semiconductor substrate region where the source portion is to be formed, in which the first conductive region has already been formed, is made of a metal or metal compound. In addition to the first conductive region, a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain portion is to be formed, the second conductive region below the region where the second conductive region has already been formed Forming a second conductive region of metal or metal compound, then
(F) forming a gate electrode portion on the exposed region of the first semiconductor substrate, and then forming a source portion and a drain portion in the exposed region of the first semiconductor substrate;
A method for manufacturing a transistor element.
前記(ロ)の工程は、
(A)第1の半導体基板を構成する元素と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とが反応し、且つ、第1の半導体基板を構成する元素から成る酸化物と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とは反応しない温度で、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させる第1の熱処理を行い、次いで、
(B)未反応の金属層を除去した後、
(C)更に金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させるために、第2の熱処理を行う、
過程から成ることを特徴とする請求項2に記載のトランジスタ素子の作製方法。The metal layer is made of transition metal or noble metal,
The step (b)
(A) The transition metal which forms the metal layer with the oxide which comprises the element which comprises the element which comprises the 1st semiconductor substrate, and the transition metal or noble metal which comprises the metal layer reacts, and comprises the 1st semiconductor substrate Alternatively, a first heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer and an element constituting the first semiconductor substrate at a temperature at which the noble metal does not react, and then
(B) After removing the unreacted metal layer,
(C) Further, a second heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer with an element constituting the first semiconductor substrate.
3. The method of manufacturing a transistor element according to claim 2, comprising a process.
前記(ホ)の工程は、
(A)第1の半導体基板を構成する元素と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とが反応し、且つ、第1の半導体基板を構成する元素から成る酸化物と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とは反応しない温度で、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させる第1の熱処理を行い、次いで、
(B)未反応の金属層を除去した後、
(C)更に金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させるために、第2の熱処理を行う、
過程から成ることを特徴とする請求項6に記載のトランジスタ素子の作製方法。The metal layer is made of transition metal or noble metal,
The step (e)
(A) The transition metal which forms the metal layer with the oxide which comprises the element which comprises the element which comprises the 1st semiconductor substrate, and the transition metal or noble metal which comprises the metal layer reacts, and comprises the 1st semiconductor substrate Alternatively, a first heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer and an element constituting the first semiconductor substrate at a temperature at which the noble metal does not react, and then
(B) After removing the unreacted metal layer,
(C) Further, a second heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer with an element constituting the first semiconductor substrate.
The method of manufacturing a transistor element according to claim 6, comprising a process.
(ロ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域の一部を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって表面から厚さ方向の一部に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域の一部を形成し、次いで、
(ハ)全面に、窒化珪素又は酸化窒化珪素から成る絶縁層を形成し、その後、
(ニ)該絶縁層を介して第1の半導体基板を第2の半導体基板に貼り合わせ、次いで、第1の半導体基板の裏面から研磨を行い、第1の半導体基板に形成された溝部の底部を露出させた後、
(ホ)露出した第1の半導体基板の領域上にゲート電極部を形成し、次いで、露出した第1の半導体基板の領域にソース部及びドレイン部を形成した後、ゲート電極部の側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオールを形成し、次いで、
(ヘ)ソース部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第1の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第1の導電領域を形成し、併せて、ドレイン部を形成すべき第1の半導体基板の領域の外側の領域であって、下方に第2の導電領域が既に形成された領域の残りの部分に、金属若しくは金属化合物から成る第2の導電領域を形成する、
ことを特徴とするトランジスタ素子の作製方法。(A) After forming a groove in the first semiconductor substrate, filling the groove with an insulating material, and forming an element isolation region,
(B) A part of the first conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the source part is to be formed and in the thickness direction from the surface. In addition, a part of the second conductive region made of a metal or a metal compound is formed in a region outside the region of the first semiconductor substrate where the drain part is to be formed and in the thickness direction from the surface. And then
(C) An insulating layer made of silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the entire surface, and then
(D) The first semiconductor substrate is bonded to the second semiconductor substrate through the insulating layer, and then polished from the back surface of the first semiconductor substrate, and the bottom of the groove formed in the first semiconductor substrate After exposing
(E) forming a gate electrode portion on the exposed region of the first semiconductor substrate, then forming a source portion and a drain portion in the exposed region of the first semiconductor substrate, and then insulating the sidewall of the gate electrode portion; Forming a gate sidewall made of material, then
(F) A region made of metal or a metal compound is formed in the remaining portion of the region outside the region of the first semiconductor substrate in which the source portion is to be formed, where the first conductive region has already been formed below. 1 is formed in the remaining region of the region where the second conductive region is already formed below the region of the first semiconductor substrate where the drain portion is to be formed. Forming a second conductive region of metal or metal compound;
A method for manufacturing a transistor element.
前記(ロ)の工程は、
(A)第1の半導体基板を構成する元素と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とが反応し、且つ、第1の半導体基板を構成する元素から成る酸化物と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とは反応しない温度で、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させる第1の熱処理を行い、次いで、
(B)未反応の金属層を除去した後、
(C)更に金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させるために、第2の熱処理を行う、
過程から成ることを特徴とする請求項14に記載のトランジスタ素子の作製方法。The metal layer is made of transition metal or noble metal,
The step (b)
(A) The transition metal which forms the metal layer with the oxide which comprises the element which comprises the element which comprises the 1st semiconductor substrate, and the transition metal or noble metal which comprises the metal layer reacts, and comprises the 1st semiconductor substrate Alternatively, a first heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer and an element constituting the first semiconductor substrate at a temperature at which the noble metal does not react, and then
(B) After removing the unreacted metal layer,
(C) Further, a second heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer with an element constituting the first semiconductor substrate.
The method of manufacturing a transistor element according to claim 14, comprising a process.
前記(ヘ)の工程は、
(A)第1の半導体基板を構成する元素と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とが反応し、且つ、第1の半導体基板を構成する元素から成る酸化物と金属層を構成する遷移金属若しくは貴金属とは反応しない温度で、金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させる第1の熱処理を行い、次いで、
(B)未反応の金属層を除去した後、
(C)更に金属層を構成する元素と第1の半導体基板を構成する元素とを反応させるために、第2の熱処理を行う、
過程から成ることを特徴とする請求項18に記載のトランジスタ素子の作製方法。The metal layer is made of transition metal or noble metal,
The step (f)
(A) The transition metal which forms the metal layer with the oxide which comprises the element which comprises the element which comprises the 1st semiconductor substrate, and the transition metal or noble metal which comprises the metal layer reacts, and comprises the 1st semiconductor substrate Alternatively, a first heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer and an element constituting the first semiconductor substrate at a temperature at which the noble metal does not react, and then
(B) After removing the unreacted metal layer,
(C) Further, a second heat treatment is performed to react an element constituting the metal layer with an element constituting the first semiconductor substrate.
The method for manufacturing a transistor element according to claim 18, comprising a process.
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