JP4417808B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置製造方法に係わり、特に、微細化が要求される素子構造に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an element structure that requires miniaturization.

MOSFETにおいて、微細かつ高速な素子の実現のために、浅いソース・ドレイン拡散層を形成する要求と、その拡散層上に形成するシリサイド膜による拡散層接合リーク電流の発生の問題を同時に解決できる技術が要求される。この要求を満たす有効な技術として、ソース・ドレイン拡散層上にシリコンをエピタキシャル成長させ、ソース・ドレイン拡散層の表面を元々のシリコン基板の表面よりも迫り上げるエレベーテッド・ソース・ドレイン技術がある。   In MOSFET, a technology that can simultaneously solve the problem of forming a shallow source / drain diffusion layer and the problem of diffusion layer junction leakage current due to the silicide film formed on the diffusion layer in order to realize a fine and high-speed device. Is required. As an effective technique that satisfies this requirement, there is an elevated source / drain technique in which silicon is epitaxially grown on the source / drain diffusion layer and the surface of the source / drain diffusion layer is pushed closer than the surface of the original silicon substrate.

このエレベーテッド・ソース・ドレイン技術により形成されたエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層、及びシリサイド膜を有するMOSFETの製造工程を以下に示す。   A manufacturing process of a MOSFET having an elevated source / drain diffusion layer formed by this elevated source / drain technology and a silicide film will be described below.

まず、図26(a)に示すように、STI(Shallow Trench Isolation)技術等を用いて、シリコン基板10内にシリコン酸化膜からなる素子分離領域11が形成される。この素子分離領域11が形成されていないシリコン基板10上に、酸化技術を用いて厚さが例えば3nmのゲート酸化膜12が形成される。   First, as shown in FIG. 26A, an element isolation region 11 made of a silicon oxide film is formed in the silicon substrate 10 using an STI (Shallow Trench Isolation) technique or the like. On the silicon substrate 10 in which the element isolation region 11 is not formed, a gate oxide film 12 having a thickness of, for example, 3 nm is formed using an oxidation technique.

次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)技術を用いて、ゲート酸化膜12上に、将来除去されるダミーのゲートとして、厚さが例えば150nmのポリシリコン13が形成され、このポリシリコン13上に厚さが例えば50nmのシリコン窒化膜14が形成される。その後、リソグラフィ技術を用いてシリコン窒化膜14上にパターニングされたレジスト(図示せず)が形成され、RIE(反応性イオンエッチング)技術を用いてポリシリコン13及びシリコン窒化膜14が選択的に除去され、積層構造からなるダミーゲートが形成される。ここで、ポリシリコン13には、リン(P)、ヒ素(As)等のN型不純物、又はボロン(B)等のP型不純物が注入されてもよい。   Next, using a CVD (Chemical Vapor Deposition) technique, a polysilicon 13 having a thickness of, for example, 150 nm is formed on the gate oxide film 12 as a dummy gate to be removed in the future. A silicon nitride film 14 having a thickness of, for example, 50 nm is formed. Thereafter, a patterned resist (not shown) is formed on the silicon nitride film 14 using a lithography technique, and the polysilicon 13 and the silicon nitride film 14 are selectively removed using an RIE (reactive ion etching) technique. Thus, a dummy gate having a laminated structure is formed. Here, the polysilicon 13 may be implanted with N-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As), or P-type impurities such as boron (B).

次に、イオン注入により、シリコン基板10の表面にエクステンション拡散層領域15が形成される。   Next, an extension diffusion layer region 15 is formed on the surface of the silicon substrate 10 by ion implantation.

次に、CVD技術により全面にシリコン酸化膜が形成される。その後、図26(b)に示すように、RIE技術によりシリコン酸化膜がエッチングされ、シリコン基板10の表面が露出されるとともに、ポリシリコン13の側面にシリコン酸化膜の側壁16が形成される。   Next, a silicon oxide film is formed on the entire surface by the CVD technique. Thereafter, as shown in FIG. 26B, the silicon oxide film is etched by the RIE technique, the surface of the silicon substrate 10 is exposed, and the side walls 16 of the silicon oxide film are formed on the side surfaces of the polysilicon 13.

図26(c)に示すように、シリコン基板10が露出された領域のみ選択的にシリコンをエピタキシャル成長させ、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層17が形成される。この際、ポリシリコン13の側面はシリコン酸化膜16で形成されているため、結晶成長はポリシリコンの側面においてファセットを生じて成長する。   As shown in FIG. 26C, the silicon is selectively epitaxially grown only in the region where the silicon substrate 10 is exposed, and the elevated source / drain diffusion layer 17 is formed. At this time, since the side surface of the polysilicon 13 is formed of the silicon oxide film 16, the crystal growth grows by generating facets on the side surface of the polysilicon.

図27(a)に示すように、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層17中の不純物を固相拡散させソース・ドレイン拡散層18が形成される。   As shown in FIG. 27A, the source / drain diffusion layer 18 is formed by solid-phase diffusion of impurities in the elevated source / drain diffusion layer 17.

図27(b)に示すように、全面にコバルト、あるいはチタン等の金属膜が形成された後、サリサイド・プロセス技術を用いて、ダミーゲートをマスクにエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層17の表面にコバルト、あるいはチタン等のシリサイド膜19が形成される。その後、ウエットエッチング等により、未反応の金属膜が除去される。   As shown in FIG. 27 (b), after a metal film such as cobalt or titanium is formed on the entire surface, the surface of the elevated source / drain diffusion layer 17 using the dummy gate as a mask by using a salicide process technique. A silicide film 19 such as cobalt or titanium is formed. Thereafter, the unreacted metal film is removed by wet etching or the like.

次に、CVD法により、全面に例えばシリコン酸化膜等の層間絶縁膜20が形成される。図27(c)に示すように、CMP技術により層間絶縁膜20の平坦化が行われ、ダミーゲート上部のシリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜の側壁16の表面が露出される。   Next, an interlayer insulating film 20 such as a silicon oxide film is formed on the entire surface by CVD. As shown in FIG. 27C, the interlayer insulating film 20 is planarized by the CMP technique, and the surfaces of the silicon nitride film 14 and the silicon oxide film side wall 16 above the dummy gate are exposed.

図28(a)に示すように、例えばリン酸を用いて、ダミーゲート上部のシリコン窒化膜14が層間絶縁膜20に対し選択的に除去される。この際、シリコン酸化膜の側壁16もポリシリコン13表面の高さ程度までエッチングされる。その後、例えばCDE(Chemical Dry Etching)技術を用いて、ポリシリコン13が層間絶縁膜20、シリコン酸化膜の側壁16に対し選択的に除去される。次に、フッ酸等のウエット処理によりダミーのシリコン酸化膜12が除去され、ゲート電極形成部が全て開口される。   As shown in FIG. 28A, the silicon nitride film 14 above the dummy gate is selectively removed from the interlayer insulating film 20 using, for example, phosphoric acid. At this time, the side wall 16 of the silicon oxide film is also etched to the height of the surface of the polysilicon 13. Thereafter, the polysilicon 13 is selectively removed from the interlayer insulating film 20 and the side wall 16 of the silicon oxide film using, for example, a CDE (Chemical Dry Etching) technique. Next, the dummy silicon oxide film 12 is removed by wet treatment with hydrofluoric acid or the like, and all the gate electrode formation portions are opened.

図28(b)に示すように、シリコン基板10の酸化、あるいはCVD法等による高誘電体絶縁膜を堆積してゲート絶縁膜21が形成される。その後、全面に導電体であるバリア膜(反応防止膜)として例えばチタン窒化膜22が形成され、このチタン窒化膜22上に金属膜としてタングステン23が形成される。   As shown in FIG. 28B, a gate insulating film 21 is formed by depositing a high dielectric insulating film by oxidation of the silicon substrate 10 or a CVD method. Thereafter, for example, a titanium nitride film 22 is formed as a barrier film (reaction prevention film) which is a conductor on the entire surface, and tungsten 23 is formed as a metal film on the titanium nitride film 22.

図28(c)に示すように、CMP技術を用いて、チタン窒化膜22及びタングステン23の平坦化が行われ、積層構造のゲート電極24が形成される。   As shown in FIG. 28C, the titanium nitride film 22 and the tungsten 23 are planarized by using the CMP technique, and the gate electrode 24 having a laminated structure is formed.

しかしながら、上記従来技術による半導体装置の製造方法は以下に示す問題を有している。   However, the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device has the following problems.

第1の問題として、従来の方法においては、シリコン酸化膜をエッチングし、シリコン基板10の表面を露出するとともにシリコン酸化膜の側壁16を形成する際、RIE技術が用いられている。   As a first problem, in the conventional method, the RIE technique is used when the silicon oxide film is etched to expose the surface of the silicon substrate 10 and to form the side walls 16 of the silicon oxide film.

そのため、図29に示すように、露出したシリコン基板10表面にはエッチングガスの成分としてのカーボン(C)、水素(H)、酸素(O)、フッ素(F)等のいずれかがシリコン基板10に侵入し汚染層25が5乃至30nm程度の深さまで形成される。   Therefore, as shown in FIG. 29, carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), fluorine (F) or the like as a component of the etching gas is present on the exposed silicon substrate 10 surface. The contamination layer 25 is formed to a depth of about 5 to 30 nm.

また、全面に形成されたシリコン酸化膜をシリコン基板10に対して選択的にRIEを行っている。しかしながら、選択比は無限大ではないため、シリコン基板10の露出面はエッチングされて後退する。   In addition, the silicon oxide film formed on the entire surface is selectively subjected to RIE on the silicon substrate 10. However, since the selection ratio is not infinite, the exposed surface of the silicon substrate 10 is etched back.

更に、素子分離領域11はシリコン酸化膜で形成されている。このため、RIEにより素子分離領域11もエッチングされて後退し、その結果素子領域のシリコン基板10の側面が露出するという問題も発生する。   Further, the element isolation region 11 is formed of a silicon oxide film. For this reason, the element isolation region 11 is also etched and receded by RIE, and as a result, the side surface of the silicon substrate 10 in the element region is exposed.

従って、図30に示すように、RIEにより生じた汚染層25により、シリコンのエピタキシャル成長が阻害され、エピタキシャル成長が局所的に進まずに低いファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層26が形成される。また、汚染層25により、エピタキシャル層の中に結晶欠陥が形成されるため、ファセット角がばらついたり、堆積膜厚がばらついてしまうといった問題も発生する。   Therefore, as shown in FIG. 30, the contamination layer 25 generated by RIE inhibits the epitaxial growth of silicon, and the low-faceted, elevated, source / drain diffusion layer 26 is formed without the epitaxial growth locally progressing. In addition, crystal defects are formed in the epitaxial layer by the contaminated layer 25, which causes problems that the facet angle varies and the deposited film thickness varies.

また、上述した汚染層25による不純物の拡散抑制等の問題に加え、シリコン基板10の表面がRIEによりエッチングされている。また、そのエッチング量はウエハ面内あるいはゲート・パターン間でばらつきを生じる。このため、ソース・ドレイン拡散層18を形成する際、ソース・ドレイン拡散層18の深さにばらつきが生じる。このソース・ドレイン拡散層18の深さのばらつきは、ゲート長が細くなるにつれて、MOSFETのしきい値のばらつきに及ぼす影響が増大する。従って、MOSFETの微細化とともに安定な回路の動作が不可能となり、歩留まりが大幅に低下するという問題が生じる。   Further, in addition to the above-described problem such as suppression of impurity diffusion due to the contamination layer 25, the surface of the silicon substrate 10 is etched by RIE. Further, the etching amount varies within the wafer surface or between gate patterns. Therefore, when the source / drain diffusion layer 18 is formed, the depth of the source / drain diffusion layer 18 varies. The variation in the depth of the source / drain diffusion layer 18 increases the influence on the variation in the threshold value of the MOSFET as the gate length is reduced. Accordingly, there is a problem that a stable circuit operation becomes impossible along with the miniaturization of the MOSFET, and the yield is greatly reduced.

次に、第2の問題として、従来の方法においては、図26(a)に示すように、イオン注入によってエクステンション拡散層15を形成した後、エピタキシャル成長によりエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層17(図26(c))を形成している。   Next, as a second problem, in the conventional method, as shown in FIG. 26A, after the extension diffusion layer 15 is formed by ion implantation, the elevated source / drain diffusion layer 17 (FIG. 26) is formed by epitaxial growth. 26 (c)).

このため、同一のシリコン基板上にN型とP型のトランジスタを形成する場合、ソース・ドレイン拡散層内の不純物が異なるため、N型とP型のそれぞれの拡散層上のエピタキシャル成長を同じ膜厚に制御することが困難である。また、エピタキシャル成長による熱処理によってエクステンション拡散層15の領域が広がるという問題も生じる。   For this reason, when N-type and P-type transistors are formed on the same silicon substrate, since the impurities in the source / drain diffusion layers are different, epitaxial growth on the N-type and P-type diffusion layers has the same film thickness. It is difficult to control. In addition, there is a problem that the region of the extension diffusion layer 15 is expanded by the heat treatment by epitaxial growth.

更に、第3の問題としては、従来の方法においては、図28(b)に示すように、ゲート絶縁膜21を形成する際、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層17表面にシリサイド膜19が形成されている。   Furthermore, as a third problem, in the conventional method, as shown in FIG. 28B, when the gate insulating film 21 is formed, the silicide film 19 is formed on the surface of the elevated source / drain diffusion layer 17. Has been.

このため、シリサイド膜19中のメタルがゲート絶縁膜21へ混入することによりゲート絶縁膜21の信頼性劣化が生じる。また、この問題を回避することが極めて困難となる。   For this reason, when the metal in the silicide film 19 is mixed into the gate insulating film 21, the reliability of the gate insulating film 21 is deteriorated. In addition, it is extremely difficult to avoid this problem.

更に、この種のダマシン・ゲート形成技術では、ダミーゲート除去時にチャネル領域のみにイオン注入により不純物を導入することが可能である。しかし、従来の製造方法によると、イオン注入後の活性化の熱工程において、シリサイド膜19のアグロメレーションによりソース・ドレイン拡散層の抵抗が急激に上昇するという問題が発生し、上記問題と併せて更に製造が困難となる。   Further, with this type of damascene gate formation technology, it is possible to introduce impurities by ion implantation only into the channel region when the dummy gate is removed. However, according to the conventional manufacturing method, in the thermal process of activation after ion implantation, there is a problem that the resistance of the source / drain diffusion layer rapidly increases due to agglomeration of the silicide film 19, which is combined with the above problem. Further, it becomes difficult to manufacture.

尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
特開平9−172173号公報
The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
JP-A-9-172173

本発明は、半導体基板表面のRIE処理による汚染を防止し、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層の膜厚の制御が可能で、且つゲート絶縁膜の信頼性を向上することができる半導体装置製造方法を提供する。 The present invention prevents contamination by RIE processing of the semiconductor substrate surface, it can be controlled in the thickness of elevated source and drain diffusion layers, manufacturing of a semiconductor device capable of and improve the reliability of the gate insulating film Provide a method.

本発明は、前記課題を解決するために以下に示す手段を用いている。   The present invention uses the following means in order to solve the above problems.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に選択的にダミーゲートを形成する工程と、前記ダミーゲートの側面にシリコン窒化膜の第1の絶縁膜側壁を形成する工程と、前記ダミーゲートの形成されていない前記半導体基板上に前記第1の絶縁膜側壁と接する第1のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第1のエピタキシャル層に不純物を注入し、エクステンション拡散層を形成する工程と、全面にシリコン酸化膜の第2の絶縁を形成する工程と、前記第2の絶縁上にシリコン窒化膜の第3の絶縁を形成する工程と、前記第2及び第3の絶縁をエッチングすることにより、前記第2の絶縁を前記第1の絶縁膜側壁の側面及び前記エクステンション拡散層の一部上に残し第2の絶縁膜側壁とし、前記第3の絶縁を前記第2の絶縁膜側壁の側面に残し第3の絶縁膜側壁とする工程と、前記エクステンション拡散層上に前記第2の絶縁膜側壁と接する第2のエピタキシャル層を形成する工程と、前記第2のエピタキシャル層に不純物を注入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、前記ソース・ドレイン拡散層を形成したのち、全面に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜を平坦化し、前記ダミーゲートの表面を露出する工程と、前記ダミーゲートを除去し、第1の溝を形成する工程と、前記第1の溝の底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記第1の絶縁膜側壁及び第3の絶縁膜側壁を除去し、第2及び第3の溝を形成する工程と、前記第2及び第3の溝を形成したのち、全面に第2の層間絶縁膜を形成する工程とを含む。 Production method of the present onset bright semi conductor arrangement includes the steps of forming a step of selectively forming a dummy gate on a semiconductor substrate, a first insulating film sidewall of the silicon nitride film on the side surfaces of the dummy gate, wherein Forming a first epitaxial layer in contact with the side wall of the first insulating film on the semiconductor substrate on which no dummy gate is formed; and implanting impurities into the first epitaxial layer to form an extension diffusion layer. A step of forming a second insulating film of a silicon oxide film on the entire surface, a step of forming a third insulating film of a silicon nitride film on the second insulating film , and the second and third steps By etching the insulating film , the second insulating film is left on a side surface of the first insulating film side wall and a part of the extension diffusion layer to form a second insulating film side wall, and the third insulating film is formed. Said Of a step of the side surface residue and the third insulating film sidewall insulating film sidewall, forming a second epitaxial layer in contact with the second insulating film sidewall on the extension diffusion layer, the second Implanting impurities into the epitaxial layer to form a source / drain diffusion layer, forming the source / drain diffusion layer, and then forming a first interlayer insulating film on the entire surface, and the first interlayer insulation Planarizing the film and exposing the surface of the dummy gate; removing the dummy gate to form a first groove; forming a gate insulating film on a bottom surface of the first groove; forming a gate electrode on the gate insulating film, said first insulating film to remove the side wall and the third insulating film sidewall, and forming the second and third groove, the second and After forming the third groove, the entire surface And forming a second interlayer insulating film.

本発明によれば、半導体基板表面のRIE処理による汚染を防止し、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層の膜厚の制御が可能で、且つゲート絶縁膜の信頼性を向上することができる半導体装置製造方法を提供する。 According to the present invention, a semiconductor device capable of preventing contamination due to RIE processing on the surface of a semiconductor substrate, controlling the thickness of an elevated source / drain diffusion layer, and improving the reliability of a gate insulating film. A manufacturing method is provided.

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.

[第1の実施例]
従来技術の第1の問題にあげたように、シリコンの選択エピタキシャル成長を行う下地のシリコン基板表面は、RIEにより結晶損傷やガス不純物汚染を受けるなど理想的な表面になっていないことが判明している。
[First embodiment]
As mentioned in the first problem of the prior art, it has been found that the underlying silicon substrate surface for selective epitaxial growth of silicon is not an ideal surface due to crystal damage or gas impurity contamination due to RIE. Yes.

これまで、ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層構造を形成するためには、シリコンがエピタキシャル成長する際、ファセットが生じるようにゲート側壁の絶縁膜をシリコン酸化膜で形成する必要があった。そのため、シリコン酸化膜をRIEによりエッチングして側壁を形成する必要があった。   Up to now, in order to form a faceted, elevated, source / drain diffusion layer structure, it has been necessary to form an insulating film on the gate side wall with a silicon oxide film so that facet is generated when silicon is epitaxially grown. Therefore, it has been necessary to etch the silicon oxide film by RIE to form sidewalls.

そこで、本発明の第1の実施例によれば、RIE技術を用いることなくシリコン酸化膜の側壁を形成することが可能となる。   Therefore, according to the first embodiment of the present invention, the side wall of the silicon oxide film can be formed without using the RIE technique.

以下に、第1の問題を解決する方法として、2つの実施例を示す。   In the following, two embodiments will be described as methods for solving the first problem.

[第1の実施例(1)]
図1(a)に示すように、STI技術等を用いて、シリコン基板100内に酸化膜からなる素子分離領域101が形成される。この素子分離領域101の形成法は、例えばシリコン基板100上にエッチングマスク材として、バッファ酸化膜(図示せず)を介してシリコン窒化膜(図示せず)を積層形成させる。次に、転写用のレジスト(図示せず)がパターンニングされ、RIEによりシリコン窒化膜に素子領域のパターンが形成される。このパターニングされたシリコン窒化膜をマスクとして、素子分離領域101に対応するシリコン基板101がエッチングされる。この後、レジストが除去される。次に、素子分離領域101を含む基板100の全面にシリコン酸化膜などの絶縁膜が堆積され、CMP(Chemical Mechanical Polish:化学的機械研磨)等により、ストッパーとしての前記シリコン窒化膜上面まで平坦化される。その後、シリコン窒化膜とバッファ酸化膜が除去され、素子領域と素子分離領域101とが形成される。
[First Example (1)]
As shown in FIG. 1A, an element isolation region 101 made of an oxide film is formed in a silicon substrate 100 using an STI technique or the like. For example, the element isolation region 101 is formed by laminating a silicon nitride film (not shown) as an etching mask material on the silicon substrate 100 with a buffer oxide film (not shown) interposed therebetween. Next, a transfer resist (not shown) is patterned, and an element region pattern is formed on the silicon nitride film by RIE. Using this patterned silicon nitride film as a mask, the silicon substrate 101 corresponding to the element isolation region 101 is etched. Thereafter, the resist is removed. Next, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the substrate 100 including the element isolation region 101, and planarized to the upper surface of the silicon nitride film as a stopper by CMP (Chemical Mechanical Polish) or the like. Is done. Thereafter, the silicon nitride film and the buffer oxide film are removed, and an element region and an element isolation region 101 are formed.

次に、CVD法等を用いて、シリコン基板100上にゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜102が形成される。ここで、シリコン窒化膜102の膜厚は10nm以下で形成され、3乃至6nm程度に薄く形成されることが望ましい。また、CVDでは例えばNH3/SiH2Cl2系、又はNH3/SiCl4系、若しくはNH3/Si2Cl6系のガスが用いられる。この際、シリコン窒化膜102の形成時の温度は、使用するガス系により各々780℃、700℃、450乃至700℃である。ここで、窒化層が素子分離領域101とシリコン基板100の界面に形成されることを防ぐには、下地の素子分離領域101とシリコン基板100の界面へのアンモニアの侵入を抑制する必要がある。従って、シリコン窒化膜102の形成時の温度は低温化することが望ましい。また、シリコン窒化膜102の下地としては、3nm以下であれば、自然酸化膜や薬品で形成したシリコン酸化膜であってもよい。 Next, a silicon nitride film 102 is formed as a gate insulating film on the silicon substrate 100 by using a CVD method or the like. Here, the thickness of the silicon nitride film 102 is preferably 10 nm or less, and preferably about 3 to 6 nm. In CVD, for example, NH 3 / SiH 2 Cl 2 -based, NH 3 / SiCl 4 -based, or NH 3 / Si 2 Cl 6 -based gas is used. At this time, the temperatures at the time of forming the silicon nitride film 102 are 780 ° C., 700 ° C., and 450 to 700 ° C., respectively, depending on the gas system used. Here, in order to prevent the nitride layer from being formed at the interface between the element isolation region 101 and the silicon substrate 100, it is necessary to suppress the penetration of ammonia into the interface between the underlying element isolation region 101 and the silicon substrate 100. Therefore, it is desirable to lower the temperature when forming the silicon nitride film 102. In addition, the base of the silicon nitride film 102 may be a natural oxide film or a silicon oxide film formed of chemicals as long as it is 3 nm or less.

次に、CVD法等により、シリコン窒化膜102上にリン又はヒ素若しくはボロン等のN型やP型となる不純物をドーピングした厚さが例えば100乃至150nmのポリシリコン又はアモルファスシリコン103が形成される。その後、CVD法等により、ポリシリコン103上に厚さが例えば50nmのシリコン酸化膜104が形成される。   Next, polysilicon or amorphous silicon 103 having a thickness of, for example, 100 to 150 nm is formed on the silicon nitride film 102 by doping an impurity that becomes N-type or P-type such as phosphorus, arsenic, or boron. . Thereafter, a silicon oxide film 104 having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the polysilicon 103 by CVD or the like.

次に、リソグラフィ技術により、シリコン酸化膜104上にパターニングされたレジスト(図示せず)が形成される。その後、このレジストをマスクとして、RIE技術によりポリシリコン103及びシリコン酸化膜104がエッチングされる。この際、RIEは、シリコン窒化膜102がシリコン基板100上の全面に残るような選択比で行われる。これより、シリコン窒化膜102、ポリシリコン103、シリコン酸化膜104の積層構造からなるゲート電極が形成される。   Next, a patterned resist (not shown) is formed on the silicon oxide film 104 by lithography. Thereafter, using this resist as a mask, the polysilicon 103 and the silicon oxide film 104 are etched by the RIE technique. At this time, RIE is performed at a selection ratio such that the silicon nitride film 102 remains on the entire surface of the silicon substrate 100. Thus, a gate electrode having a laminated structure of the silicon nitride film 102, the polysilicon 103, and the silicon oxide film 104 is formed.

この後、図1(b)に示すように、酸化が行われ、ポリシリコン103の側面のみにシリコン酸化膜の側壁105が形成される。この際、シリコン基板100の表面はシリコン窒化膜102により覆われているため、シリコン酸化膜は形成されない。   Thereafter, as shown in FIG. 1B, oxidation is performed, and a side wall 105 of the silicon oxide film is formed only on the side surface of the polysilicon 103. At this time, since the surface of the silicon substrate 100 is covered with the silicon nitride film 102, the silicon oxide film is not formed.

図2(a)に示すように、加熱したリン酸等の薬液を用いてエッチングを行うことにより、シリコン基板100上でゲート電極の下部以外のシリコン窒化膜102が除去される。この際、下地のシリコン基板100及び素子分離領域101を形成する酸化膜がエッチングされないように、リン酸処理の加熱温度は室温から180℃の範囲であり、160℃程度で使用するのが望ましい。このような温度に制御してシリコン窒化膜102を除去することにより、シリコン窒化膜102とシリコン基板100、又はシリコン窒化膜102とシリコン酸化膜104のエッチング選択比を10以上と高めにすることが可能である。   As shown in FIG. 2A, the silicon nitride film 102 other than the lower portion of the gate electrode is removed on the silicon substrate 100 by performing etching using a heated chemical solution such as phosphoric acid. At this time, the heating temperature of the phosphoric acid treatment is in the range of room temperature to 180 ° C. and is preferably used at about 160 ° C. so that the underlying silicon substrate 100 and the oxide film forming the element isolation region 101 are not etched. By controlling the temperature to remove the silicon nitride film 102, the etching selectivity between the silicon nitride film 102 and the silicon substrate 100 or between the silicon nitride film 102 and the silicon oxide film 104 can be increased to 10 or more. Is possible.

図2(b)に示すように、N型やP型不純物の含有量が1019cm-3以下のシリコン又はシリコン−ゲルマニウム膜を選択エピタキシャル成長させ、エピタキシャルシリコン層が形成される。その後、このエピタキシャルシリコン層の中の平均不純物濃度が1019cm-3以上になるようにN型やP型不純物がイオン注入等の方法で導入される。ここで、150℃/sec以上の高速昇温で900乃至1100℃まで昇温し、60秒以下の熱処理を行ってエピタキシャル層に不純物をドーピングしてもよい。この熱処理の温度を900℃未満にすると、イオン注入された不純物の分布のテイル(最も基板に近い部分)が急峻でなくなり、不純物分布の深さの割に、50nm程度の深さまで1019cm-3以上を維持しながら、且つシリコン基板100の内部に形成されるpn接合の深さを50nm以下に制御することが困難になる。 As shown in FIG. 2B, a silicon or silicon-germanium film having an N-type or P-type impurity content of 10 19 cm −3 or less is selectively epitaxially grown to form an epitaxial silicon layer. Thereafter, N-type or P-type impurities are introduced by a method such as ion implantation so that the average impurity concentration in the epitaxial silicon layer is 10 19 cm −3 or more. Here, the epitaxial layer may be doped with impurities by increasing the temperature to 900 to 1100 ° C. at a high temperature increase of 150 ° C./sec or more and performing a heat treatment for 60 seconds or less. When the temperature of this heat treatment is lower than 900 ° C., the tail of the ion-implanted impurity distribution (portion closest to the substrate) is not steep, and 10 19 cm to a depth of about 50 nm for the depth of the impurity distribution. It becomes difficult to control the depth of the pn junction formed inside the silicon substrate 100 to 50 nm or less while maintaining 3 or more.

このように、シリコン基板100のシリコンを選択エピタキシャル成長させ、ソース・ドレインが形成される領域のシリコン基板100上のみ、選択的にシリコン結晶が成長して、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層が形成される。このエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層は、ゲート電極の下端から離れるに従って、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層の高さが増加していくファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層106である。   As described above, the silicon of the silicon substrate 100 is selectively epitaxially grown, and a silicon crystal is selectively grown only on the silicon substrate 100 in a region where the source / drain is formed, and an elevated source / drain diffusion layer is formed. The The elevated source / drain diffusion layer is a faceted elevated source / drain diffusion layer 106 in which the height of the elevated source / drain diffusion layer increases as the distance from the lower end of the gate electrode increases.

この後、熱処理によりファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層106中の不純物を固相拡散させて、エクステンション拡散層領域107が形成される。   Thereafter, the extension diffusion layer region 107 is formed by solid-phase diffusion of impurities in the faceted, elevated, source / drain diffusion layer 106 by heat treatment.

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜102の形成時の熱工程や大気中の酸素、又は薬品処理等により、シリコン窒化膜102とシリコン基板100との界面に薄いシリコン酸化膜が形成されることもある。このような場合、シリコン基板100の表面を露出させる際、リン酸処理によりシリコン窒化膜102を除去した後に、フッ酸処理によりシリコン酸化膜を除去すればよい。しかし、このフッ酸処理によってシリコン酸化膜105及び素子分離領域101も同時にエッチングされる。従って、これらを防止するために、このシリコン酸化膜の膜厚は3nm程度以下の薄膜にすることが望ましい。   In addition, this invention is not limited to the said Example. For example, a thin silicon oxide film may be formed at the interface between the silicon nitride film 102 and the silicon substrate 100 by a thermal process at the time of forming the silicon nitride film 102, atmospheric oxygen, or chemical treatment. In such a case, when the surface of the silicon substrate 100 is exposed, after removing the silicon nitride film 102 by phosphoric acid treatment, the silicon oxide film may be removed by hydrofluoric acid treatment. However, the silicon oxide film 105 and the element isolation region 101 are simultaneously etched by this hydrofluoric acid treatment. Therefore, in order to prevent these, it is desirable that the silicon oxide film has a thickness of about 3 nm or less.

また、上記シリコン窒化膜102はチタン酸化膜等の金属酸化膜でもよい。例えば、チタン酸化膜はフッ酸に不溶で熱硫酸に可溶のため、シリコン窒化膜と同様の効果を得ることができる。   The silicon nitride film 102 may be a metal oxide film such as a titanium oxide film. For example, since a titanium oxide film is insoluble in hydrofluoric acid and soluble in hot sulfuric acid, the same effect as a silicon nitride film can be obtained.

以上のように、上記第1の実施例(1)によれば、RIEではなくリン酸の薬液処理により、基板上に形成されたシリコン窒化膜等の絶縁膜を除去している。このため、ソース・ドレイン用の選択エピタキシャル成長を行うシリコン基板表面にダメージを与えることなく露出でき、且つゲートの側壁がシリコン酸化膜105で覆われた構造を形成できる。また、リン酸を用いるため、従来技術のように素子分離領域101がエッチングされることもないため、素子分離領域101の後退等の問題はほとんどない。従って、ゲートの側壁がシリコン酸化膜である場合も、ゲート電極の下端から離れるに従って、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層の高さが増加していくファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層106を形成することができる。   As described above, according to the first embodiment (1), the insulating film such as the silicon nitride film formed on the substrate is removed not by RIE but by phosphoric acid chemical treatment. Therefore, it is possible to form a structure in which the surface of the silicon substrate on which selective epitaxial growth for source / drain is performed can be exposed without damaging and the side wall of the gate is covered with the silicon oxide film 105. In addition, since phosphoric acid is used, the element isolation region 101 is not etched unlike the prior art, so that there is almost no problem such as receding of the element isolation region 101. Therefore, even when the side wall of the gate is a silicon oxide film, the height of the elevated source / drain diffusion layer 106 increases as the distance from the lower end of the gate electrode increases. Can be formed.

[第1の実施例(2)]
実際に量産するMOSFETとしては、ゲート電極及びソース・ドレイン拡散層の低抵抗化、ゲート絶縁膜の高誘電率化、N型MOSFETとP型MOSFETの同一ウエハ内での作り分けが必要である。
[First Example (2)]
In actual mass production, it is necessary to reduce the resistance of the gate electrode and the source / drain diffusion layer, increase the dielectric constant of the gate insulating film, and make the N-type MOSFET and the P-type MOSFET separately in the same wafer.

そこで、第1の実施例(2)では、ゲートがメタル電極、ゲート絶縁膜が高誘電体膜、ソース・ドレイン拡散層上部にはシリサイドを形成したMOSFETの製造方法について以下説明する。   Therefore, in the first embodiment (2), a method of manufacturing a MOSFET in which the gate is a metal electrode, the gate insulating film is a high dielectric film, and silicide is formed on the source / drain diffusion layers will be described below.

図3(a)に示すように、STI技術等を用いて、シリコン基板110内に酸化膜からなる素子分離領域111が形成される。   As shown in FIG. 3A, an element isolation region 111 made of an oxide film is formed in the silicon substrate 110 using the STI technique or the like.

次に、CVD法等を用いて、シリコン基板110上に厚さが例えば6nmの薄い第1のシリコン窒化膜112が形成される。   Next, a thin first silicon nitride film 112 having a thickness of, for example, 6 nm is formed on the silicon substrate 110 by using a CVD method or the like.

次に、CVD法等により第1のシリコン窒化膜112上に厚さが例えば150nmのポリシリコン113が形成され、このポリシリコン113上に例えば50nmの第2のシリコン窒化膜114が形成される。ここで、ポリシリコン113は将来除去されるダミーゲートであるため、不純物のドーピングの必要はない。   Next, a polysilicon 113 having a thickness of, for example, 150 nm is formed on the first silicon nitride film 112 by a CVD method or the like, and a second silicon nitride film 114 having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the polysilicon 113. Here, since the polysilicon 113 is a dummy gate to be removed in the future, it is not necessary to dope impurities.

次に、リソグラフィ技術により、第2のシリコン窒化膜114上にパターニングされたレジスト(図示せず)が形成される。その後、このレジストをマスクとして、RIE技術によりポリシリコン113及び第2のシリコン窒化膜114がエッチングされる。この際、RIEは、第1のシリコン窒化膜112がシリコン基板110上の全面に残るような選択比で行われる。これにより、第1のシリコン窒化膜112、ポリシリコン113、第2のシリコン窒化膜114の積層構造からなるゲート電極構造が形成される。   Next, a patterned resist (not shown) is formed on the second silicon nitride film 114 by lithography. Thereafter, using this resist as a mask, the polysilicon 113 and the second silicon nitride film 114 are etched by the RIE technique. At this time, RIE is performed at a selection ratio such that the first silicon nitride film 112 remains on the entire surface of the silicon substrate 110. As a result, a gate electrode structure having a laminated structure of the first silicon nitride film 112, the polysilicon 113, and the second silicon nitride film 114 is formed.

次に、図3(b)に示すように、酸化が行われ、ポリシリコン113の側面のみ第1のシリコン酸化膜115が形成される。この際、シリコン基板110の表面は第1のシリコン窒化膜112により覆われているため、第1のシリコン酸化膜は形成されない。   Next, as shown in FIG. 3B, oxidation is performed, and a first silicon oxide film 115 is formed only on the side surface of the polysilicon 113. At this time, since the surface of the silicon substrate 110 is covered with the first silicon nitride film 112, the first silicon oxide film is not formed.

以下の製造工程ではN型MOSFETとP型MOSFETが別々に形成される。図4(a)において、領域AはN型MOSFET、領域BはP型MOSFETを示している。   In the following manufacturing process, an N-type MOSFET and a P-type MOSFET are formed separately. In FIG. 4A, a region A shows an N-type MOSFET and a region B shows a P-type MOSFET.

図4(a)に示すように、リソグラフィ技術により、領域B上のみにパターニングされたレジスト116が形成される。その後、このレジスト116をマスクとして、リン酸により第1のシリコン窒化膜112のウエットエッチングが行われ、領域Aのシリコン基板の表面117が露出される。この際、第2のシリコン窒化膜114もエッチングされるが、そのエッチング量は第1のシリコン窒化膜112が薄膜のため微量であり問題ない。   As shown in FIG. 4A, a patterned resist 116 is formed only on the region B by lithography. Thereafter, the first silicon nitride film 112 is wet-etched with phosphoric acid using the resist 116 as a mask, and the surface 117 of the silicon substrate in the region A is exposed. At this time, the second silicon nitride film 114 is also etched, but the etching amount is very small because the first silicon nitride film 112 is a thin film, and there is no problem.

次に、硫酸と過酸化水素水の混合液によりレジスト116が剥離される。この際、領域Aのシリコン基板の表面117に自然酸化膜(図示せず)が形成される。その後、エピタキシャル成長を行う装置で高温の水素を含むアニールにより自然酸化膜は除去される。この際、領域Bのシリコン基板110上は、第1のシリコン窒化膜112で覆われているので、このアニールによる酸化膜の除去プロセスに対しても何らエッチングされることはない。   Next, the resist 116 is removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. At this time, a natural oxide film (not shown) is formed on the surface 117 of the silicon substrate in the region A. Thereafter, the natural oxide film is removed by annealing containing high-temperature hydrogen in an epitaxial growth apparatus. At this time, since the silicon substrate 110 in the region B is covered with the first silicon nitride film 112, the oxide film is not etched at all in the process of removing the oxide film by this annealing.

図4(b)に示すように、リン又はヒ素等のN型半導体となる不純物を含むシリコンの選択エピタキシャル成長を行うことで、領域Aのシリコン基板117上のみにシリコンが選択的に結晶成長し、またゲート側面が第1のシリコン酸化膜115であるためゲート側面はファセットを生じて結晶成長し、N型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118が形成される。このN型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118の高さはダミーゲートのポリシリコン113の高さ以下になるようにする。この後、レジスト116が除去される。   As shown in FIG. 4B, by performing selective epitaxial growth of silicon containing an impurity that becomes an N-type semiconductor such as phosphorus or arsenic, silicon is selectively crystal-grown only on the silicon substrate 117 in the region A, Further, since the gate side surface is the first silicon oxide film 115, the gate side surface is faceted to grow a crystal, and an N-type facet, elevated, source / drain diffusion layer 118 is formed. The height of the N-type facet, elevated, source / drain diffusion layer 118 is set to be equal to or lower than the height of the dummy gate polysilicon 113. Thereafter, the resist 116 is removed.

次に、図5(a)に示すように、全面に厚さが例えば3nmの薄い第3のシリコン窒化膜119が形成される。   Next, as shown in FIG. 5A, a thin third silicon nitride film 119 having a thickness of, for example, 3 nm is formed on the entire surface.

次に、図4(a)と同様に、リソグラフィ技術により、領域A上のみにパターニングされたレジスト(図示せず)が形成される。その後、このレジストをマスクとして、リン酸により第3のシリコン窒化膜119及び第1のシリコン窒化膜112のウエットエッチングが行われる。これより、図5(b)に示すように、領域Bのシリコン基板の表面120が露出される。このエッチング時に第2のシリコン窒化膜114もエッチングされるが、そのエッチング量は第1のシリコン窒化膜112が薄膜のため微量であり問題ない。   Next, similarly to FIG. 4A, a resist (not shown) patterned only on the region A is formed by the lithography technique. Thereafter, the third silicon nitride film 119 and the first silicon nitride film 112 are wet etched with phosphoric acid using the resist as a mask. As a result, as shown in FIG. 5B, the surface 120 of the silicon substrate in the region B is exposed. The second silicon nitride film 114 is also etched at the time of this etching, but the amount of etching is very small because the first silicon nitride film 112 is a thin film, and there is no problem.

次に、硫酸と過酸化水素水の混合液によりレジストが剥離される。この際、領域Bのシリコン基板の表面120に自然酸化膜(図示せず)が形成される。その後、エピタキシャル成長を行う装置で高温の水素を含むアニールにより自然酸化膜は除去される。この際、領域Aにおいては、第3のシリコン窒化膜119で覆われているので、このアニールによる酸化膜の除去プロセスに対しても何らエッチングされることはない。   Next, the resist is stripped with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. At this time, a natural oxide film (not shown) is formed on the surface 120 of the silicon substrate in the region B. Thereafter, the natural oxide film is removed by annealing containing high-temperature hydrogen in an epitaxial growth apparatus. At this time, since the region A is covered with the third silicon nitride film 119, the oxide film is not etched at all in the process of removing the oxide film by this annealing.

図6(a)に示すように、ボロン等のP型半導体となる不純物を含むシリコンの選択エピタキシャル成長を行うことで、領域Bのシリコン基板の表面120のみにP型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層121が形成される。この際、領域Aは第3のシリコン窒化膜119に覆われているため、選択エピタキシャル成長は起こらない。また、P型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層121の高さもN型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118と同様に、ダミーゲートのポリシリコン113の高さ以下になるようにする。   As shown in FIG. 6 (a), by performing selective epitaxial growth of silicon containing an impurity that becomes a P-type semiconductor such as boron, only the surface 120 of the silicon substrate in the region B has a P-type faceted elevated source. A drain diffusion layer 121 is formed. At this time, since the region A is covered with the third silicon nitride film 119, selective epitaxial growth does not occur. Also, the height of the P-type facet, elevated, source / drain diffusion layer 121 is set to be equal to or lower than the height of the polysilicon 113 of the dummy gate, like the N-type facet, elevated, source / drain diffusion layer 118. To.

次に、第3のシリコン窒化膜119が除去される。この際、第2のシリコン窒化膜114もエッチングされるが、そのエッチング量は微量であり問題ない。   Next, the third silicon nitride film 119 is removed. At this time, the second silicon nitride film 114 is also etched, but there is no problem because the etching amount is very small.

図6(b)に示すように、CVD法により、全面に厚さが例えば40nmの第2のシリコン酸化膜122が形成される。   As shown in FIG. 6B, a second silicon oxide film 122 having a thickness of, for example, 40 nm is formed on the entire surface by CVD.

次に、熱処理を行うことで、N型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118及びP型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層121のそれぞれの中に含まれる不純物の固相拡散が行われ、シリコン基板110上にエクステンション拡散層123が形成される。ここで、N型とP型の不純物の固相拡散量の違いが大きすぎて同時の熱処理を行えない場合は、まず、例えば図5(a)に示す工程において、ヒ素等の拡散速度の遅いN型不純物のみをある程度の高温によって固相拡散を行う。その後、本工程にてボロン等の拡散速度の速いP型不純物の拡散を行えばよい。   Next, by performing heat treatment, solid phase diffusion of impurities contained in each of the N-type facet / elevated source / drain diffusion layer 118 and the P-type facet / elevated source / drain diffusion layer 121 The extension diffusion layer 123 is formed on the silicon substrate 110. Here, when the difference in the amount of solid phase diffusion between the N-type and P-type impurities is too large to perform simultaneous heat treatment, first, for example, in the process shown in FIG. Solid phase diffusion of only N-type impurities is performed at a certain high temperature. Thereafter, P-type impurities such as boron having a high diffusion rate may be diffused in this step.

図7(a)に示すように、RIE技術を用いて第2のシリコン酸化膜122のエッチバックが行われ、後述するシリサイドを形成するN型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118及びP型のファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層121の上面が露出される。この際、第2のシリコン酸化膜122は、ゲートの側壁及びファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118、121の側壁に残る。   As shown in FIG. 7A, the second silicon oxide film 122 is etched back using RIE technology, and an N-type faceted elevated source / drain diffusion layer 118 that forms silicide, which will be described later, and The upper surface of the P-type faceted elevated source / drain diffusion layer 121 is exposed. At this time, the second silicon oxide film 122 remains on the side walls of the gate and the side walls of the facet, elevated, source and drain diffusion layers 118 and 121.

次に、全面にチタン、あるいはコバルト等の金属膜が堆積される。その後、図7(b)に示すように、サリサイド・プロセス技術により、ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118、121の上面にのみシリサイド層124が選択的に形成される。   Next, a metal film such as titanium or cobalt is deposited on the entire surface. Thereafter, as shown in FIG. 7B, a silicide layer 124 is selectively formed only on the upper surfaces of the facet, elevated, source and drain diffusion layers 118 and 121 by the salicide process technique.

次に、CVD法により、全面に酸化膜からなる層間絶縁膜125が堆積される。その後、図8(a)に示すように、層間絶縁膜125が例えばCMP法を用いて平坦化がされ、ダミーゲート上の第2のシリコン窒化膜114の表面が露出される。この際、ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118、121はダミーゲートのポリシリコン113の高さ以下に形成しているため、ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層118、121の上面のシリサイド124は露出しない。   Next, an interlayer insulating film 125 made of an oxide film is deposited on the entire surface by CVD. Thereafter, as shown in FIG. 8A, the interlayer insulating film 125 is planarized using, for example, a CMP method, and the surface of the second silicon nitride film 114 on the dummy gate is exposed. At this time, since the facet, elevated, source, drain diffusion layers 118, 121 are formed below the height of the dummy gate polysilicon 113, the upper surfaces of the facet, elevated, source, drain diffusion layers 118, 121 are formed. Silicide 124 is not exposed.

図8(b)に示すように、リン酸によるウエットエッチング技術により、第2のシリコン窒化膜114が層間絶縁膜125に対して選択的に除去される。その後、CDE又は混酸等のウエットエッチングにより、ポリシリコン113が層間絶縁膜125と第1のシリコン酸化膜115と第1のシリコン窒化膜112に対して選択的に除去される。次に、リン酸により、第1のシリコン窒化膜112が層間絶縁膜125と第1のシリコン酸化膜115に対して選択的にエッチングされる。これより、ダミーゲート電極が除去されてゲート電極形成部が開口される。   As shown in FIG. 8B, the second silicon nitride film 114 is selectively removed from the interlayer insulating film 125 by a wet etching technique using phosphoric acid. Thereafter, the polysilicon 113 is selectively removed from the interlayer insulating film 125, the first silicon oxide film 115, and the first silicon nitride film 112 by wet etching such as CDE or mixed acid. Next, the first silicon nitride film 112 is selectively etched with respect to the interlayer insulating film 125 and the first silicon oxide film 115 by phosphoric acid. Thereby, the dummy gate electrode is removed and the gate electrode forming portion is opened.

次に、図8(c)に示すように、全面に高誘電体ゲート絶縁膜として厚さが例えば10nmのタンタル酸化膜126がCVD法等を用いて形成される。このタンタル酸化膜126上に、厚さが例えば10nmの導電体であるバリア膜(反応防止膜)としてのチタン窒化膜127が形成される。その後、チタン窒化膜127上に、ゲート電極としてアルミニウム128が形成され、開口したゲート電極形成部が埋め込まれる。   Next, as shown in FIG. 8C, a tantalum oxide film 126 having a thickness of, for example, 10 nm is formed as a high dielectric gate insulating film on the entire surface by CVD or the like. On this tantalum oxide film 126, a titanium nitride film 127 as a barrier film (reaction prevention film) which is a conductor having a thickness of, for example, 10 nm is formed. Thereafter, aluminum 128 is formed as a gate electrode on the titanium nitride film 127, and the opened gate electrode formation portion is buried.

この後、図8(c)に示すように、CMP技術等を用いてアルミニウム128、チタン窒化膜127、タンタル酸化膜126が平坦化され、層間絶縁膜125の表面が露出されて、ゲート電極が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, the aluminum 128, the titanium nitride film 127, and the tantalum oxide film 126 are planarized by using a CMP technique or the like, the surface of the interlayer insulating film 125 is exposed, and the gate electrode is formed. It is formed.

以上のように、上部にシリサイドが形成されたファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層構造のソース・ドレイン拡散層を持ち、且つゲート絶縁膜が高誘電体膜、ゲート電極がメタルゲートの構造を持つN型とP型のMOSFETを形成することができる。   As described above, it has a source / drain diffusion layer with a facet, elevated, source / drain diffusion layer structure with silicide formed on the top, a gate insulating film is a high dielectric film, and a gate electrode is a metal gate structure. N-type and P-type MOSFETs can be formed.

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。ゲート絶縁膜を形成するシリコン基板110の表面は、第1のシリコン窒化膜112が図8(b)の工程において除去されるまで形成されている。よって、少なくとも第1のシリコン窒化膜112が形成された工程(図3(a))からこの膜が除去される工程(図8(b))の間において、高温の熱処理を加えることで、図8(b)の工程において第1のシリコン窒化膜112が除去されて露出したシリコン基板表面にはシリコン熱窒化膜層が形成される。そこで、ゲート絶縁膜としてこの熱窒化膜層、又は更に酸化を行って、シリコン熱窒化酸化膜層、若しくはこれらのシリコン熱窒化膜層やシリコン熱窒化酸化膜上に高誘電体膜を成膜した積層構造のゲート絶縁膜を形成することも可能である。   In addition, this invention is not limited to the said Example. The surface of the silicon substrate 110 on which the gate insulating film is formed is formed until the first silicon nitride film 112 is removed in the step of FIG. Therefore, by applying a high-temperature heat treatment at least during the step (FIG. 8B) in which this film is removed from the step in which the first silicon nitride film 112 is formed (FIG. 3A), FIG. A silicon thermal nitride film layer is formed on the surface of the silicon substrate exposed by removing the first silicon nitride film 112 in the step 8 (b). Therefore, this thermal nitride film layer as the gate insulating film, or further oxidation is performed, and a silicon dielectric film or a high dielectric film is formed on the silicon thermal nitride film layer or the silicon thermal nitride film. It is also possible to form a stacked gate insulating film.

また、上記シリコン窒化膜112はチタン酸化膜等の金属酸化膜でもよい。例えば、チタン酸化膜はフッ酸に不溶で熱硫酸に可溶のため、シリコン窒化膜と同様の効果を得ることができる。   The silicon nitride film 112 may be a metal oxide film such as a titanium oxide film. For example, since a titanium oxide film is insoluble in hydrofluoric acid and soluble in hot sulfuric acid, the same effect as a silicon nitride film can be obtained.

以上のように、上記第1の実施例(2)によれば、シリコン基板上にシリコンの熱酸化膜を形成することなく、ウエットエッチング処理においてシリコン酸化膜とお互いに選択比のある、例えばシリコン窒化膜112を形成している。従って、ウエットエッチング処理によりシリコン窒化膜112を除去できるため、シリコン基板110の表面120にダメージを与えることなく表面120を露出できる。すなわち、ウエットエッチング処理等で一部の領域のシリコン酸化膜の除去が必要なプロセスでは、シリコン窒化膜がエッチングを望まないシリコン酸化膜のバリア膜となる。また、シリコン基板を露出するためにシリコン窒化膜をウエット処理により除去する際は、リン酸処理を行うことによってシリコン酸化膜はエッチングされない。従って、種々の処理に適用できる。   As described above, according to the first embodiment (2), for example, silicon having a selectivity with respect to the silicon oxide film in the wet etching process without forming a thermal oxide film of silicon on the silicon substrate. A nitride film 112 is formed. Therefore, since the silicon nitride film 112 can be removed by wet etching, the surface 120 can be exposed without damaging the surface 120 of the silicon substrate 110. That is, in a process that requires removal of a silicon oxide film in a part of the region by wet etching or the like, the silicon nitride film becomes a barrier film of a silicon oxide film that does not require etching. Further, when the silicon nitride film is removed by wet processing in order to expose the silicon substrate, the silicon oxide film is not etched by performing phosphoric acid processing. Therefore, it can be applied to various processes.

[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

次に、従来技術の第2の問題にあげたように、エクステンション拡散層を形成した後、エピタキシャル成長によるエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層を形成する場合、N型、P型の拡散層の不純物の相異により、成長した膜厚を等しくすることが困難であることが判明している。   Next, as described in the second problem of the prior art, when an elevated source / drain diffusion layer is formed by epitaxial growth after the extension diffusion layer is formed, impurities in the N-type and P-type diffusion layers are removed. It has been found that it is difficult to equalize the grown film thickness due to differences.

そこで、この問題を回避するために、第2の実施例では、エピタキシャル成長によるエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層の形成を行った後に、エクステンション拡散層の形成が行われる。   In order to avoid this problem, in the second embodiment, the extension diffusion layer is formed after the elevated source / drain diffusion layer is formed by epitaxial growth.

以下に、第2の問題を解決する方法として、2つの実施例を示す。   In the following, two embodiments will be shown as methods for solving the second problem.

[第2の実施例(1)]
図9(a)に示すように、シリコン基板200内に、STI技術を用いて、素子分離領域(図示せず)が形成される。
[Second Embodiment (1)]
As shown in FIG. 9A, an element isolation region (not shown) is formed in the silicon substrate 200 using the STI technique.

次に、必要に応じて、トランジスタが形成される領域の全面に不純物を注入することにより、トランジスタのチャネル部分の不純物濃度の調整が行われる。   Next, as necessary, the impurity concentration of the channel portion of the transistor is adjusted by implanting impurities into the entire surface of the region where the transistor is to be formed.

次に、シリコン基板200上にバッファ酸化膜(図示せず)が形成され、このバッファ酸化膜上に非結晶又は多結晶シリコン膜(ポリシリコン)201が形成される。このポリシリコン201上にシリコン窒化膜202が形成される。その後、シリコン窒化膜202上にパターニングされたレジスト(図示せず)が塗布され、このレジストをマスクとして異方性エッチングによりシリコン窒化膜202とポリシリコン201が選択的に除去され、図9(a)に示すように、ダミーゲートが形成される。その後、レジストが除去される。   Next, a buffer oxide film (not shown) is formed on the silicon substrate 200, and an amorphous or polycrystalline silicon film (polysilicon) 201 is formed on the buffer oxide film. A silicon nitride film 202 is formed on the polysilicon 201. Thereafter, a patterned resist (not shown) is applied on the silicon nitride film 202, and the silicon nitride film 202 and the polysilicon 201 are selectively removed by anisotropic etching using this resist as a mask. ), A dummy gate is formed. Thereafter, the resist is removed.

次に、必要に応じてダミーゲートを酸化させた後、全面に厚さが例えば10nmのシリコン窒化膜が形成される。その後、図9(b)に示すように、異方性エッチングによりシリコン窒化膜がエッチングされ、ダミーゲートの側面部分に極薄の第1のシリコン窒化膜の側壁203が形成される。   Next, after oxidizing the dummy gate as necessary, a silicon nitride film having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the entire surface. Thereafter, as shown in FIG. 9B, the silicon nitride film is etched by anisotropic etching to form a very thin side wall 203 of the first silicon nitride film on the side surface portion of the dummy gate.

図9(c)に示すように、ソース・ドレイン形成領域のシリコン基板200表面を希フッ酸処理と高温水素処理(例えば900℃、5min)によって洗浄し、シリコンを選択的に例えば30nmエピタキシャル成長させ、エピタキシャルシリコン層204が形成される。この際、ダミーゲート上面はシリコン窒化膜202に覆われているため、シリコンはエピタキシャル成長しない。また、ダミーゲートの側面はシリコン窒化膜203で覆われているため、エピタキシャルシリコン層にファセットは生じない。   As shown in FIG. 9C, the surface of the silicon substrate 200 in the source / drain formation region is cleaned by dilute hydrofluoric acid treatment and high-temperature hydrogen treatment (eg, 900 ° C., 5 min), and silicon is selectively epitaxially grown, for example, by 30 nm. An epitaxial silicon layer 204 is formed. At this time, since the upper surface of the dummy gate is covered with the silicon nitride film 202, silicon is not epitaxially grown. Further, since the side surface of the dummy gate is covered with the silicon nitride film 203, no facet occurs in the epitaxial silicon layer.

図10(a)に示すように、不純物イオンが注入され、ソース・ドレイン拡散層から伸びるエクステンション拡散層205が形成される。拡散層の設計方法は深さ方向の伸びが、シリコンエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコン層204分だけ余裕を持つことになり通常のイオン注入技術の範囲で実現できる。例えば、n型拡散層を形成する条件は、不純物がヒ素(As)、加速電圧が20KeV、ドーズ量が1×1015cm-2である。ここで、エクステンション拡散層205を活性化するためのアニール条件は、例えば温度が800℃、処理時間が例えば10秒である。また、不純物はヒ素に限らずリン(P)でもよく、P型拡散層を形成する場合はボロン(B)やフッ化ボロン(BF)等を用いることによって実現できる。尚、それらのイオン種においてイオンの注入条件は異なる。また、第1のシリコン窒化膜の側壁203は薄く形成されているため、エクステンション拡散層205は、ダミーゲートの端部まで十分に形成することができる。 As shown in FIG. 10A, impurity ions are implanted, and an extension diffusion layer 205 extending from the source / drain diffusion layer is formed. The design method of the diffusion layer can be realized within the range of a normal ion implantation technique because the extension in the depth direction has a margin corresponding to the epitaxial silicon layer 204 grown epitaxially. For example, the conditions for forming the n-type diffusion layer are that the impurity is arsenic (As), the acceleration voltage is 20 KeV, and the dose is 1 × 10 15 cm −2 . Here, the annealing conditions for activating the extension diffusion layer 205 are, for example, a temperature of 800 ° C. and a processing time of, for example, 10 seconds. The impurity is not limited to arsenic but may be phosphorus (P), and when forming a P-type diffusion layer, it can be realized by using boron (B), boron fluoride (BF 2 ), or the like. Note that the ion implantation conditions for these ion species are different. Further, since the side wall 203 of the first silicon nitride film is formed thin, the extension diffusion layer 205 can be sufficiently formed up to the end portion of the dummy gate.

次に、必要に応じて全面にシリコン酸化膜がエッチングストッパーとして形成され、このシリコン酸化膜上に厚さが例えば50nmのシリコン窒化膜が形成される。   Next, if necessary, a silicon oxide film is formed on the entire surface as an etching stopper, and a silicon nitride film having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the silicon oxide film.

図10(b)に示すように、異方性エッチングによりシリコン酸化膜がエッチングされ、ダミーゲート側面部分にシリコン酸化膜の側壁206及び第2のシリコン窒化膜の側壁207が形成される。   As shown in FIG. 10B, the silicon oxide film is etched by anisotropic etching, and a side wall 206 of the silicon oxide film and a side wall 207 of the second silicon nitride film are formed on the side surface portion of the dummy gate.

図10(c)に示すように、イオン注入により、第2のシリコン窒化膜の側壁207をマスクとしてソース・ドレイン拡散層208が形成される。ここで、ソース・ドレインを活性化するためのアニール条件は、温度が例えば1000℃、処理時間が例えば10秒である。   As shown in FIG. 10C, source / drain diffusion layers 208 are formed by ion implantation using the sidewall 207 of the second silicon nitride film as a mask. Here, the annealing conditions for activating the source / drain are a temperature of, for example, 1000 ° C. and a processing time of, for example, 10 seconds.

次に、図11(a)に示すように、全面に層間絶縁膜209が形成される。その後、CMP等により、層間絶縁膜209が平坦化され、ダミーゲート上面のシリコン窒化膜202の表面が露出される。ここで、平坦化にはCMPを用いたがエッチバックでもよい。   Next, as shown in FIG. 11A, an interlayer insulating film 209 is formed on the entire surface. Thereafter, the interlayer insulating film 209 is planarized by CMP or the like, and the surface of the silicon nitride film 202 on the upper surface of the dummy gate is exposed. Here, CMP is used for planarization, but etch back may be used.

図11(b)に示すように、熱リン酸処理により、シリコン窒化膜202が除去されポリシリコン201の表面が露出されるとともに、このポリシリコン201の表面が露出される位置まで第1及び第2のシリコン窒化膜の側壁が除去される。   As shown in FIG. 11B, the silicon nitride film 202 is removed and the surface of the polysilicon 201 is exposed by the thermal phosphoric acid treatment, and the first and first surfaces are exposed to a position where the surface of the polysilicon 201 is exposed. The side walls of the silicon nitride film 2 are removed.

図11(c)に示すように、CDEにより、ダミーゲートのポリシリコン201が除去され、溝210が形成される。その後、希フッ酸処理により、バッファとして形成したシリコン酸化膜(図示せず)が除去され、シリコン基板200表面が露出される。ここで、ダミーゲートを除去した際に、バッファ酸化膜越しにイオン注入することで局所的なしきい値調整を行うこともできる。   As shown in FIG. 11C, the polysilicon 201 of the dummy gate is removed by CDE, and a groove 210 is formed. Thereafter, a silicon oxide film (not shown) formed as a buffer is removed by dilute hydrofluoric acid treatment, and the surface of the silicon substrate 200 is exposed. Here, when the dummy gate is removed, local threshold adjustment can be performed by ion implantation through the buffer oxide film.

図12(a)に示すように、露出されたシリコン基板200の表面を酸化させるか、又は絶縁膜(例えば酸化タンタル)を堆積させることによってゲート絶縁膜211が形成される。ここで、ゲート絶縁膜211は酸化タンタルに限らず、誘電率の高い絶縁膜であればよい。次に、全面に導電体であるバリア膜(反応防止膜)としてのチタン窒化膜212が形成され、このチタン窒化膜212上に金属膜としてタングステン(W)213が形成され、溝210が埋め込まれる。ここで、金属膜はタングステンに限らず、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の他の金属でも可能である。また、反応防止膜はチタン窒化膜に限らず、窒化タングステン、窒化タンタルでもよい。尚、電極自体が金属でなく、リンを含んだポリシリコンの場合は反応防止膜を必要としない。   As shown in FIG. 12A, the gate insulating film 211 is formed by oxidizing the exposed surface of the silicon substrate 200 or depositing an insulating film (for example, tantalum oxide). Here, the gate insulating film 211 is not limited to tantalum oxide, and may be an insulating film having a high dielectric constant. Next, a titanium nitride film 212 as a barrier film (reaction prevention film), which is a conductor, is formed on the entire surface, and tungsten (W) 213 is formed as a metal film on the titanium nitride film 212 to fill the groove 210. . Here, the metal film is not limited to tungsten, but may be other metals such as aluminum (Al) or copper (Cu). Further, the reaction preventing film is not limited to the titanium nitride film but may be tungsten nitride or tantalum nitride. In the case where the electrode itself is not metal but is polysilicon containing phosphorus, no reaction preventing film is required.

次に、CMP等により平坦化することで、溝210にゲート電極214が形成される。ここで、平坦化にはCMPを用いたがエッチバックでもよい。また、ゲート部分に関しては、CMPで平坦化を行わずに、パターニングとエッチングによりゲート電極を形成してもよい。   Next, the gate electrode 214 is formed in the trench 210 by planarization by CMP or the like. Here, CMP is used for planarization, but etch back may be used. As for the gate portion, the gate electrode may be formed by patterning and etching without performing planarization by CMP.

その後、通常のトランジスタの形成工程に従ってもよいが、後述するように、側壁を除去する工程を加えることで、より高性能なトランジスタを形成することができる。   Thereafter, a normal transistor formation process may be followed, but as will be described later, a higher-performance transistor can be formed by adding a process of removing the side wall.

まず、図12(b)に示すように、第1及び第2のシリコン窒化膜の側壁203、204が除去される。その後、全面に例えばTEOS等の層間絶縁膜218が形成される。   First, as shown in FIG. 12B, the side walls 203 and 204 of the first and second silicon nitride films are removed. Thereafter, an interlayer insulating film 218 such as TEOS is formed on the entire surface.

ここで、ゲート電極214の高さが例えば30nm、第1のシリコン窒化膜の側壁203の厚さが例えば20nmの場合(条件1)、図13(a)に示すように、溝217は層間絶縁膜218によってほぼ埋め込まれる。また、ゲート電極214の高さが例えば100nm、第1のシリコン窒化膜の側壁203の厚さが例えば10nmの場合(条件2)、そのアスペクト比が10になるため、図13(b)に示すように、溝217は層間絶縁膜218によって全ては埋め込まれず、空洞219が形成される。このように、空洞219が形成されることにより、低誘電率化が実現でき誘電特性が向上する。   Here, when the height of the gate electrode 214 is, for example, 30 nm and the thickness of the sidewall 203 of the first silicon nitride film is, for example, 20 nm (condition 1), as shown in FIG. Almost embedded by the membrane 218. In addition, when the height of the gate electrode 214 is, for example, 100 nm and the thickness of the side wall 203 of the first silicon nitride film is, for example, 10 nm (condition 2), the aspect ratio is 10, and therefore, as shown in FIG. As described above, the trench 217 is not completely filled with the interlayer insulating film 218, and a cavity 219 is formed. Thus, by forming the cavity 219, a low dielectric constant can be realized and the dielectric characteristics can be improved.

また、図14(a)に示すように、シリコン窒化膜の側壁206aの側壁にシリコン酸化膜の側壁207aが形成された場合、シリコン窒化膜の側壁203、206aが除去され、図14(b)に示すように溝217aが形成される。ここで、条件1の場合、図15(a)に示すように層間絶縁膜218によって溝217aは埋め込まれ、条件2の場合、図15(b)に示すように空洞219aが形成される。このように、空洞219aが形成されることにより、低誘電率化が実現でき誘電特性が向上する。   Further, as shown in FIG. 14A, when the side wall 207a of the silicon oxide film is formed on the side wall 206a of the silicon nitride film, the side walls 203 and 206a of the silicon nitride film are removed, and FIG. A groove 217a is formed as shown in FIG. Here, in the case of condition 1, the groove 217a is buried by the interlayer insulating film 218 as shown in FIG. 15A, and in the case of condition 2, the cavity 219a is formed as shown in FIG. 15B. Thus, by forming the cavity 219a, the dielectric constant can be reduced and the dielectric characteristics can be improved.

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、図5に示す工程後、イオン注入を行う前に、図16(a)、図17(a)に示すように、エクステンション拡散層205を選択エピタキシャル成長させ、エピタキシャルシリコン215、216を形成してもよい。その後、図16(b)、図17(b)に示すように、イオン注入によりソース・ドレイン拡散層208が形成される。   In addition, this invention is not limited to the said Example. For example, after the step shown in FIG. 5 and before ion implantation, the extension diffusion layer 205 is selectively epitaxially grown to form epitaxial silicon 215 and 216 as shown in FIGS. 16A and 17A. Also good. Thereafter, as shown in FIGS. 16B and 17B, a source / drain diffusion layer 208 is formed by ion implantation.

ここで、ソース・ドレイン拡散層208部分にシリサイド層を形成する場合、シリサイド反応はシリコンを消費して行われる。このため、上記実施例のように、予めソース・ドレイン拡散層208部分を嵩上げしておくという狙いがある。また、シリサイド層を形成しない場合であっても、ソース・ドレイン拡散層208の深さに余裕があるため、不純物を高濃度にイオン注入することができ、コンタクト抵抗の低減に有効である。   Here, when the silicide layer is formed in the source / drain diffusion layer 208 portion, the silicide reaction is performed by consuming silicon. Therefore, as in the above-described embodiment, there is an aim of raising the source / drain diffusion layer 208 portion in advance. Even when the silicide layer is not formed, since the source / drain diffusion layer 208 has a sufficient depth, impurities can be ion-implanted at a high concentration, which is effective in reducing contact resistance.

以上のように、上記第2の実施例(1)によれば、エクステンション拡散層の形成前にエピタキシャルシリコン層を形成する。このため、同一基板にN型、P型のトランジスタを形成する場合、N型、P型上のエピタキシャル成長を同じ膜厚に制御することが容易となる。また、エピタキシャル成長の熱処理によるエクステンション拡散層の広がりも防止できる。   As described above, according to the second embodiment (1), the epitaxial silicon layer is formed before the extension diffusion layer is formed. Therefore, when N-type and P-type transistors are formed on the same substrate, it becomes easy to control the epitaxial growth on the N-type and P-type to the same film thickness. Further, the extension diffusion layer can be prevented from spreading due to the epitaxial growth heat treatment.

[第2の実施例(2)]
第2の実施例(2)は、ダマシンプロセスを用いない通常のポリシリコンゲート電極を用いたトランジスタに関するものである。
[Second Embodiment (2)]
The second embodiment (2) relates to a transistor using a normal polysilicon gate electrode without using a damascene process.

まず、図18(a)に示すように、第2の実施例(1)と同様に、シリコン基板220内に図示しない素子領域と素子分離領域が形成される。必要に応じて、所定の領域に不純物イオンが注入され、形成するトランジスタのしきい値の調整が行われる。   First, as shown in FIG. 18A, similarly to the second embodiment (1), an element region and an element isolation region (not shown) are formed in the silicon substrate 220. As necessary, impurity ions are implanted into a predetermined region, and the threshold value of the transistor to be formed is adjusted.

次に、シリコン基板220の表面が酸化され、素子領域上にゲート酸化膜221が形成され、全面にポリシリコン222が形成される。その後、ポリシリコン222上にパターニングされたレジスト(図示せず)が形成される。   Next, the surface of the silicon substrate 220 is oxidized, a gate oxide film 221 is formed on the element region, and polysilicon 222 is formed on the entire surface. Thereafter, a patterned resist (not shown) is formed on the polysilicon 222.

その後、図18(a)に示すように、レジストをマスクとして、異方性エッチングによりポリシリコン222が選択的に除去され、ゲート電極が形成される。ここでゲート電極はポリシリコン(多結晶シリコン)に限らず、非結晶シリコンでもよい。また、予め例えばリン等の不純物をドープした多結晶シリコンや、更にその上にタングステンを堆積させた積層膜であってもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 18A, using the resist as a mask, the polysilicon 222 is selectively removed by anisotropic etching to form a gate electrode. Here, the gate electrode is not limited to polysilicon (polycrystalline silicon) but may be amorphous silicon. Further, it may be polycrystalline silicon doped with impurities such as phosphorus in advance, or a laminated film in which tungsten is further deposited thereon.

次に、ゲート電極を例えば5nm程酸化させ、エッチングダメージが除去される。その後、全面に厚さが例えば10nmのシリコン窒化膜が形成される。次に、図18(b)に示すように、異方性エッチングによりシリコン窒化膜がエッチングされ、ポリシリコン222の側面に第1のシリコン窒化膜の側壁223が形成される。   Next, the gate electrode is oxidized by about 5 nm, for example, and etching damage is removed. Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the entire surface. Next, as shown in FIG. 18B, the silicon nitride film is etched by anisotropic etching, and side walls 223 of the first silicon nitride film are formed on the side surfaces of the polysilicon 222.

次に、希フッ酸処理と熱水素処理が行われ、ソース・ドレイン部分のシリコン基板220が露出されると同時に洗浄化される。   Next, dilute hydrofluoric acid treatment and hot hydrogen treatment are performed, and the silicon substrate 220 in the source / drain portions is exposed and cleaned at the same time.

図18(c)に示すように、シリコンを選択的に例えば30nmエピタキシャル成長させ、基板200上にエピタキシャルシリコン層224が形成される。尚、ポリシリコン222の上面部にもシリコンが成長する場合があるがトランジスタ特性には影響しない。ここで、ポリシリコン222の側壁はシリコン窒化膜223で形成されているため、エピタキシャルシリコン層224にファセットは生じない。   As shown in FIG. 18C, silicon is selectively epitaxially grown, for example, by 30 nm, and an epitaxial silicon layer 224 is formed on the substrate 200. Although silicon may grow on the upper surface of the polysilicon 222, it does not affect the transistor characteristics. Here, since the side wall of the polysilicon 222 is formed of the silicon nitride film 223, no facet occurs in the epitaxial silicon layer 224.

図19(a)に示すように、エピタキシャルシリコン層224に不純物のイオンが注入され、ソース・ドレイン拡散層から伸びるエクステンション拡散層225が形成される。拡散層の設計方法は深さ方向の伸びが、シリコンエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコン層224分だけ余裕を持つことになり通常のイオン注入技術の範囲で実現できる。例えば、N型拡散層を形成する場合の条件は、例えば不純物をヒ素(As)として、加速電圧が20KeV、ドーズ量が1×1015cm-2である。ここで、エクステンション拡散層225を活性化するためのアニール条件は、温度が例えば800℃、処理時間が例えば10秒で行われる。 As shown in FIG. 19A, impurity ions are implanted into the epitaxial silicon layer 224 to form an extension diffusion layer 225 extending from the source / drain diffusion layer. The design method of the diffusion layer can be realized within the range of a normal ion implantation technique because the extension in the depth direction has a margin corresponding to the epitaxial silicon layer 224 on which silicon is epitaxially grown. For example, the conditions for forming the N-type diffusion layer are, for example, that the impurity is arsenic (As), the acceleration voltage is 20 KeV, and the dose is 1 × 10 15 cm −2 . Here, the annealing conditions for activating the extension diffusion layer 225 are performed at a temperature of, for example, 800 ° C. and a processing time of, for example, 10 seconds.

次に、必要に応じて全面にエッチングストッパーとしてのシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜上に厚さが例えば50nmのシリコン窒化膜が形成される。   Next, if necessary, a silicon oxide film as an etching stopper is formed on the entire surface, and a silicon nitride film having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the silicon oxide film.

図19(b)に示すように、異方性エッチングにより、ポリシリコン222の側面部分にシリコン酸化膜の側壁226及び第2のシリコン窒化膜の側壁227が形成される。   As shown in FIG. 19B, a side wall portion 226 of the silicon oxide film and a side wall 227 of the second silicon nitride film are formed on the side surface portion of the polysilicon 222 by anisotropic etching.

図19(c)に示すように、イオン注入により、第2のシリコン窒化膜の側壁227をマスクとしてソース・ドレイン拡散層228が形成される。ここで、ソース・ドレイン拡散層228とゲート電極を活性化するアニール条件は、温度が例えば1000℃、処理時間が例えば10秒である。   As shown in FIG. 19C, a source / drain diffusion layer 228 is formed by ion implantation using the side wall 227 of the second silicon nitride film as a mask. Here, the annealing conditions for activating the source / drain diffusion layer 228 and the gate electrode are a temperature of 1000 ° C. and a processing time of 10 seconds, for example.

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図19(b)に示す工程後、イオン注入を行う前に、エクステンション拡散層225を選択エピタキシャル成長させ、更にエピタキシャルシリコンを形成してもよい。すなわち、ソース・ドレイン拡散層228部分にシリサイド層を形成する場合、シリサイド反応はシリコンを消費して行われる。このため、上記のように、予めソース・ドレイン拡散層228部分を嵩上げしておくことにより、シリサイド反応時におけるシリコンの不足を防止できるという狙いがある。また、ポリシリコンで形成されたゲート電極はこの時点で不純物が注入され、ゲート配線として使用することができる。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, after the step shown in FIG. 19B and before ion implantation, the extension diffusion layer 225 may be selectively epitaxially grown to further form epitaxial silicon. That is, when a silicide layer is formed in the source / drain diffusion layer 228, the silicide reaction is performed by consuming silicon. For this reason, as described above, there is an aim of preventing the shortage of silicon during the silicidation by raising the source / drain diffusion layer 228 in advance. In addition, the gate electrode formed of polysilicon is implanted with impurities at this point, and can be used as a gate wiring.

以上のように、上記第2の実施例(2)によれば、エクステンション拡散層の形成前にエピタキシャルシリコン層を形成する。このため、同一基板にN型、P型のトランジスタを形成する場合、N型、P型上のエピタキシャル成長を同じ膜厚に制御することが容易となる。また、エピタキシャル成長の熱処理によるエクステンション拡散層の広がりも防止できる。   As described above, according to the second embodiment (2), the epitaxial silicon layer is formed before the extension diffusion layer is formed. Therefore, when N-type and P-type transistors are formed on the same substrate, it becomes easy to control the epitaxial growth on the N-type and P-type to the same film thickness. Further, the extension diffusion layer can be prevented from spreading due to the epitaxial growth heat treatment.

[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

次に、従来技術の第3の問題にあげたように、シリサイド膜を形成した後、ゲート絶縁膜を形成する場合、シリサイド膜中のメタルがゲート絶縁膜へ混入することによりゲート絶縁膜の信頼性劣化が生じることが判明している。   Next, as described in the third problem of the prior art, when the gate insulating film is formed after the silicide film is formed, the reliability of the gate insulating film is obtained by mixing the metal in the silicide film into the gate insulating film. It has been found that sex degradation occurs.

そこで、この問題を回避するために、第3の実施例では、ゲート絶縁膜の形成を行った後に、シリサイド膜が形成される。すなわち、第3の実施例では、ソース・ドレイン拡散層上にシリサイド膜を形成する前に、ゲート絶縁膜を形成し、且つダマシン・ゲート形成プロセスを用いたメタル単層のゲート構造を持つMOSFETの製造方法を示す。   In order to avoid this problem, in the third embodiment, the silicide film is formed after the gate insulating film is formed. That is, in the third embodiment, a gate insulating film is formed before forming a silicide film on a source / drain diffusion layer, and a MOSFET having a metal single layer gate structure using a damascene gate forming process is used. A manufacturing method is shown.

まず、図20(a)に示すように、半導体基板300内に素子分離領域301が形成され、将来除去されるダミーのゲートとして、半導体基板300上に厚さが例えば6nmのゲート酸化膜301が形成される。このゲート酸化膜301上に厚さが例えば250nmのポリシリコン303が形成され、このポリシリコン303上に厚さが例えば50nmの第1のシリコン窒化膜304が形成される。その後、パターニングされたレジスト(図示せず)が形成され、このレジストをマスクとしてポリシリコン303及び第1のシリコン窒化膜304が選択的に除去され、積層構造からなるダミーゲートが形成される。次に、不純物イオンを注入することにより、半導体基板300内にエクステンション拡散層領域305が形成される。その後、全面にシリコン窒化膜が形成され、異方性エッチングによりダミーゲートの側壁に幅が例えば40nmの第2のシリコン窒化膜の側壁306が形成される。   First, as shown in FIG. 20A, an element isolation region 301 is formed in a semiconductor substrate 300, and a gate oxide film 301 having a thickness of, for example, 6 nm is formed on the semiconductor substrate 300 as a dummy gate to be removed in the future. It is formed. A polysilicon 303 having a thickness of, for example, 250 nm is formed on the gate oxide film 301, and a first silicon nitride film 304 having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the polysilicon 303. Thereafter, a patterned resist (not shown) is formed. Using this resist as a mask, the polysilicon 303 and the first silicon nitride film 304 are selectively removed, and a dummy gate having a laminated structure is formed. Next, extension diffusion layer regions 305 are formed in the semiconductor substrate 300 by implanting impurity ions. Thereafter, a silicon nitride film is formed on the entire surface, and a sidewall 306 of a second silicon nitride film having a width of, for example, 40 nm is formed on the sidewall of the dummy gate by anisotropic etching.

図20(b)に示すように、フッ酸処理により、基板上のゲート酸化膜が除去され、ソース・ドレイン領域上のみ半導体基板300が露出される。この露出された半導体基板300の領域のみ選択的にシリコンをエピタキシャル成長させ、高さが半導体基板300の表面から70nm程度のエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307が形成される。ここで、ダミーゲートの側壁はシリコン窒化膜306で形成されているため、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307にファセットは生じない。その後、イオン注入技術によりソース・ドレイン拡散層領域(図示せず)が形成される。この際、図20(a)に示す工程においてエクステンション拡散層領域305を形成したが、これは行わずに本工程のソース・ドレイン拡散層領域形成時に不純物の固相拡散によりエクステンション拡散層領域305を形成しても何ら問題はない。   As shown in FIG. 20B, the gate oxide film on the substrate is removed by hydrofluoric acid treatment, and the semiconductor substrate 300 is exposed only on the source / drain regions. Silicon is selectively epitaxially grown only in the exposed region of the semiconductor substrate 300 to form an elevated source / drain diffusion layer 307 having a height of about 70 nm from the surface of the semiconductor substrate 300. Here, since the side wall of the dummy gate is formed of the silicon nitride film 306, no facet is generated in the elevated source / drain diffusion layer 307. Thereafter, a source / drain diffusion layer region (not shown) is formed by an ion implantation technique. At this time, the extension diffusion layer region 305 was formed in the step shown in FIG. 20A, but this was not performed, and the extension diffusion layer region 305 was formed by solid phase diffusion of impurities during the formation of the source / drain diffusion layer region in this step. There is no problem even if it is formed.

図20(c)に示すように、全面に層間絶縁膜308が形成され、この層間絶縁膜308はCMP技術により平坦化され、ダミーゲートの上面の第1のシリコン窒化膜304及び第2のシリコン窒化膜304の表面が露出される。ここで、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307上面は、ダミーゲート上面より高さが低いため露出しない。   As shown in FIG. 20C, an interlayer insulating film 308 is formed on the entire surface, and this interlayer insulating film 308 is planarized by the CMP technique, and the first silicon nitride film 304 and the second silicon on the upper surface of the dummy gate. The surface of the nitride film 304 is exposed. Here, the upper surface of the elevated source / drain diffusion layer 307 is not exposed because it is lower than the upper surface of the dummy gate.

次に、リン酸により第1のシリコン窒化膜304が除去され、CDE又は混酸等のウエットエッチングによりポリシリコン303が除去される。また、フッ酸処理によりダミーのゲート酸化膜302が除去され、ゲート形成部が開口される。   Next, the first silicon nitride film 304 is removed by phosphoric acid, and the polysilicon 303 is removed by wet etching such as CDE or mixed acid. Further, the dummy gate oxide film 302 is removed by hydrofluoric acid treatment, and a gate formation portion is opened.

図21(a)に示すように、酸化、又はCVD法による高誘電体絶縁膜の堆積によりゲート形成部の開口にゲート絶縁膜309が形成される。ここで、ソース・ドレイン上にシリサイド膜は形成されないので、メタルのない状態でゲート絶縁膜を形成することができる。また、ゲート形成部を開口した際に、イオン注入とその活性化工程を加えても従来技術のようにメタル混入によるゲート絶縁膜の信頼性低下の問題は生じない。よって、ゲートを開口した後にチャネル領域のイオン注入を行えば、この工程の後に、ソース・ドレイン拡散層形成等の高温の熱工程は存在しないため、非常に急峻な不純物のデプス・プロファイルを持つチャネル構造の形成も可能である。   As shown in FIG. 21A, a gate insulating film 309 is formed in the opening of the gate forming portion by oxidation or deposition of a high dielectric insulating film by a CVD method. Here, since the silicide film is not formed on the source / drain, the gate insulating film can be formed without any metal. In addition, when the gate forming portion is opened, even if ion implantation and its activation process are added, there is no problem of a decrease in reliability of the gate insulating film due to metal mixing as in the prior art. Therefore, if the channel region is ion-implanted after opening the gate, there is no high-temperature thermal process such as source / drain diffusion layer formation after this process, so the channel has a very steep impurity depth profile. Structure formation is also possible.

図21(b)に示すように、全面に導電体であるバリア膜(反応防止膜)としての例えばチタン窒化膜310が形成され、このチタン窒化膜310上に、CVD法によりゲート電極材料となる金属として例えばアルミニウム311が形成される。   As shown in FIG. 21B, for example, a titanium nitride film 310 as a barrier film (reaction prevention film) that is a conductor is formed on the entire surface, and a gate electrode material is formed on the titanium nitride film 310 by a CVD method. For example, aluminum 311 is formed as the metal.

図21(c)に示すように、CMP法を用いて、アルミニウム311、チタン窒化膜310、ゲート絶縁膜309、第2のシリコン窒化膜の側壁306が平坦化され、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307の上面が露出され、ゲート電極312が形成される。   As shown in FIG. 21C, the sidewalls 306 of the aluminum 311, the titanium nitride film 310, the gate insulating film 309, and the second silicon nitride film are planarized by CMP, and the elevated source / drain diffusion is performed. The upper surface of the layer 307 is exposed and the gate electrode 312 is formed.

図22(a)に示すように、酸化が行われ、ゲート電極312の上部にアルミ酸化膜313、チタン酸化膜314が形成され、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307上にはシリコン酸化膜315が形成される。   As shown in FIG. 22A, oxidation is performed, an aluminum oxide film 313 and a titanium oxide film 314 are formed on the gate electrode 312, and a silicon oxide film 315 is formed on the elevated source / drain diffusion layer 307. Is formed.

図22(b)に示すように、フッ酸によりエレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307上のシリコン酸化膜315が除去される。この際、アルミ酸化膜313、チタン酸化膜314はフッ酸に不溶のため除去されない。   As shown in FIG. 22B, the silicon oxide film 315 on the elevated source / drain diffusion layer 307 is removed by hydrofluoric acid. At this time, the aluminum oxide film 313 and the titanium oxide film 314 are not removed because they are insoluble in hydrofluoric acid.

図22(c)に示すように、全面に金属膜316が形成される。ここで、金属膜316はアルミニウムの融点より低い温度でシリサイドを形成する貴金属(パラジウム、ニッケル、白金、コバルト)のいずれか1つからなる金属、あるいはそれらの少なくとも1つを含む合金とする。   As shown in FIG. 22C, a metal film 316 is formed on the entire surface. Here, the metal film 316 is a metal made of any one of noble metals (palladium, nickel, platinum, cobalt) that forms silicide at a temperature lower than the melting point of aluminum, or an alloy containing at least one of them.

その後、熱処理により、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307の表面に厚さが例えば40nmのシリサイド膜317が形成される。この際、ゲート電極312の表面にはアルミ酸化膜313、チタン酸化膜314が形成されているのでシリサイド反応は起こらない。このため、エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層307領域のみに選択的にシリサイド反応が起こる。また、リーク電流を防止するために、シリサイド膜317はエクステンション拡散層領域305の底面から少なくとも60nm上方に形成する必要がある。この際、エクステンション拡散層領域305のシリコン基板300表面からの深さは50nm乃至60nmとする。   Thereafter, a silicide film 317 having a thickness of, for example, 40 nm is formed on the surface of the elevated source / drain diffusion layer 307 by heat treatment. At this time, since the aluminum oxide film 313 and the titanium oxide film 314 are formed on the surface of the gate electrode 312, the silicide reaction does not occur. Therefore, the silicide reaction selectively occurs only in the elevated source / drain diffusion layer 307 region. In order to prevent leakage current, the silicide film 317 needs to be formed at least 60 nm above the bottom surface of the extension diffusion layer region 305. At this time, the depth of the extension diffusion layer region 305 from the surface of the silicon substrate 300 is set to 50 nm to 60 nm.

図23に示すように、シリサイド反応をしていない未反応金属316が除去される。この際、除去方法としてウエットエッチング等も考えられるが、未反応金属316が平坦な面に形成されているため、CMP等の平坦化プロセスを用いて未反応金属316を除去することができる。   As shown in FIG. 23, the unreacted metal 316 that has not undergone the silicide reaction is removed. At this time, wet etching or the like can be considered as a removal method. However, since the unreacted metal 316 is formed on a flat surface, the unreacted metal 316 can be removed using a planarization process such as CMP.

このように、サリサイド・プロセスにおける未反応金属の選択的除去を、従来のようなウエットプロセスによる薬液処理ではなく、CMP等の平坦化プロセスで除去することが可能となった。そのため、従来のウエットエッチングによる方法での選択性の崩れ等によるメタル残りやゲート電極消失、あるいはシリサイドの溶解等の問題はなく、様々な未反応金属の除去を容易に行える。   As described above, the selective removal of the unreacted metal in the salicide process can be removed by a planarization process such as CMP, instead of the chemical treatment by the wet process as in the prior art. Therefore, there is no problem of remaining metal, disappearance of the gate electrode, dissolution of silicide, etc. due to loss of selectivity in the conventional wet etching method, and various unreacted metals can be easily removed.

従って、これまでウエットプロセスでの選択エッチングが難しいことから、製品に採用されていなかったパラジウム等の金属も用いることができる。   Therefore, since selective etching in the wet process is difficult so far, metals such as palladium that have not been used in products can also be used.

このパラジウムのシリサイドは、現在量産展開されているチタンシリサイドやコバルトシリサイドのようにシリサイドに対して有利な点がある。   This palladium silicide has advantages over silicide, such as titanium silicide and cobalt silicide, which are currently mass-produced.

すなわち、パラジウムはシリサイド化するとパラジウムシリサイド(Pd2Si)が形成される。このシリサイド時に消費されるシリコンの膜厚Dsiと形成されたシリサイドの膜厚Dsilicideの比をA、すなわちA=Dsi/Dsilicideとする。すると、現在量産されているチタンシリサイドやコバルトシリサイドはA≒1であるのに対し、パラジウムシリサイドはA≒0.5である。 That is, when palladium is silicided, palladium silicide (Pd 2 Si) is formed. The ratio of the silicon film thickness Dsi consumed during the silicide process to the silicide film thickness Dsilicide film formed is A, that is, A = Dsi / Dsilide. Then, titanium silicide and cobalt silicide currently mass-produced have A≈1, while palladium silicide has A≈0.5.

つまり、パラジウム等の貴金属はシリサイド形成時に消費するシリコンの量が、チタンやコバルトがシリサイド形成時に消費するシリコンの量より少ない。ここで、熱反応によるシリサイドの形成では消費するシリコンが多くなるにつれて、図24に示すように、シリコンとシリサイドの界面のモフォロジーが劣化する。このため、拡散層のリーク電流が増加するという問題が生じる。従って、シリコン消費量のより少ないパラジウムシリサイド等を用いることができるCMP等の平坦化が行えることより、このようなリーク電流を防止できる。   That is, noble metals such as palladium consume less silicon when forming silicide than titanium and cobalt consume when forming silicide. Here, in the formation of silicide by thermal reaction, as the amount of silicon consumed increases, the morphology of the interface between silicon and silicide deteriorates as shown in FIG. For this reason, the problem that the leakage current of a diffusion layer increases arises. Therefore, such a leakage current can be prevented by performing planarization such as CMP that can use palladium silicide or the like that consumes less silicon.

尚、パラジウムのようにシリサイド時のシリコン消費量の少ない金属として、プラチナ(A≒0.7、PtSi)がある。   Note that platinum (A≈0.7, PtSi) is a metal that consumes less silicon during silicide, such as palladium.

また、第3の実施例による構造であれば、図23に示す工程後のコンタクトホール形成工程において、以下のような利点がある。   Further, the structure according to the third embodiment has the following advantages in the contact hole forming step after the step shown in FIG.

まず、上面が平坦であるため、層間絶縁膜のRIEが容易となり、また、層間絶縁膜は薄く形成することができる。これより、コンタクトホールのアスペクト比が小さくなるため、コンタクトホールの埋め込みも容易となる。また、CMP等の平坦化工程、及び層間絶縁膜のリフロー工程が省略可能となる。   First, since the upper surface is flat, RIE of the interlayer insulating film is facilitated, and the interlayer insulating film can be formed thin. As a result, since the aspect ratio of the contact hole is reduced, the contact hole can be embedded easily. Further, a planarization step such as CMP and a reflow step of the interlayer insulating film can be omitted.

以上のように、第3の実施例によれば、以下のような結果が得られた。   As described above, according to the third example, the following results were obtained.

図25に、TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)測定で得られるゲート絶縁膜の信頼性データの結果を、ワイブル・プロットにして表したものを示す。横軸はゲート絶縁膜に注入した電荷量、縦軸は耐圧不良度合であり、従来の実施例と本実施例のデータを比較してある。   FIG. 25 shows the results of reliability data of the gate insulating film obtained by TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) as a Weibull plot. The horizontal axis represents the amount of charge injected into the gate insulating film, and the vertical axis represents the degree of breakdown voltage failure. The data of the conventional example and this example are compared.

図25に示すように、従来の実施例のワイブル・プロットは、ウエハ面内のチップ間で、耐圧不良が発生する総電荷量がばらついている。これは、確率的にゲート電極の耐圧不良の起こりやすいチップが面内で存在していることを示しており、製品の信頼性が低いことがわかる。このゲート電極の耐圧不良は、確率的にメタルがゲート酸化膜中、あるいは酸化膜界面に混入したことによる不良であることは明らかである。   As shown in FIG. 25, in the Weibull plot of the conventional example, the total charge amount causing the breakdown voltage failure varies between chips in the wafer surface. This indicates that there is a chip that is probable that the breakdown voltage of the gate electrode is probable in the plane, and it is understood that the reliability of the product is low. It is clear that this breakdown voltage failure of the gate electrode is a failure due to the probability that metal is mixed in the gate oxide film or at the oxide film interface.

これに対し、本実施例のワイブル・プロットは、ウエハ面内のどのチップにおいても、ゲート電極の耐圧不良が発生する総電荷量はほぼ一定であることがわかる。従って、確率的なメタルの混入を防止でき、製品の信頼性を向上することができた。   On the other hand, the Weibull plot of this example shows that the total amount of charge that causes a breakdown voltage failure of the gate electrode is almost constant in any chip on the wafer surface. Therefore, stochastic metal contamination can be prevented and the reliability of the product can be improved.

尚、第3の実施例ではメタルゲートの電極材料として、アルミニウム311を用いたが、それ以外にもチタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、ニオブ、バナジウム、あるいはこれらの窒化物も用いることも可能である。この場合は、酸化においてアルミ酸化物313ではなく、それぞれチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ニオブ酸化物、バナジウム酸化物が形成される。   In the third embodiment, aluminum 311 is used as the electrode material for the metal gate. However, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, vanadium, or nitrides thereof can also be used. . In this case, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, and vanadium oxide are formed in the oxidation instead of the aluminum oxide 313.

また、第3の実施例は、ダマシン構造のMOSFETだけでなく、通常のMOSFETにも適用できる。   The third embodiment can be applied not only to a damascene MOSFET but also to a normal MOSFET.

以上のように、上記第3の実施例によれば、ダマシン・ゲート形成プロセスを用いて、ゲート絶縁膜309の形成後にシリサイド膜317を形成するため、シリサイドのメタルがゲート電極に混入することを防止できる。   As described above, according to the third embodiment, the silicide film 317 is formed after the formation of the gate insulating film 309 using the damascene gate formation process, so that the silicide metal is mixed into the gate electrode. Can be prevented.

本発明の第1の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning 1st Example (1) of this invention. 図1に続く、本発明の第1の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 1st Example (1) of this invention following FIG. 本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning 1st Example (2) of this invention. 図3に続く、本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing process according to the first embodiment (2) of the present invention, following FIG. 3; 図4に続く、本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 1st Example (2) of this invention following FIG. 図5に続く、本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 1st Example (2) of this invention following FIG. 図6に続く、本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 1st Example (2) of this invention following FIG. 図7に続く、本発明の第1の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 1st Example (2) of this invention following FIG. 本発明の第2の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning 2nd Example (1) of this invention. 図9に続く、本発明の第2の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 2nd Example (1) of this invention following FIG. 図10に続く、本発明の第2の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing process according to the second embodiment (1) of the present invention, following FIG. 10; 図11に続く、本発明の第2の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 2nd Example (1) of this invention following FIG. 図12に続く、本発明の第2の実施例(1)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 2nd Example (1) of this invention following FIG. 本発明の第2の実施例(1)の他の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the other Example of 2nd Example (1) of this invention. 図14に続く、本発明の第2の実施例(1)の他の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the other Example of the 2nd Example (1) of this invention following FIG. 本発明の第2の実施例(1)の他の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the other Example of 2nd Example (1) of this invention. 本発明の第2の実施例(1)の他の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the other Example of 2nd Example (1) of this invention. 本発明の第2の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning 2nd Example (2) of this invention. 図18に続く、本発明の第2の実施例(2)に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing process according to the second embodiment (2) of the present invention, following FIG. 18; 本発明の第3の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device concerning the 3rd Example of this invention. 図20に続く、本発明の第3の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third example of the invention, following FIG. 20. 図21に続く、本発明の第3の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 22 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third example of the invention, following FIG. 21. 図22に続く、本発明の第3の実施例に係わる半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third example of the present invention, following FIG. 22. シリコンとシリサイドの界面のモフォロジーの劣化を示す半導体装置の断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device showing deterioration in morphology at the interface between silicon and silicide. ゲート絶縁膜の信頼性を示す図。The figure which shows the reliability of a gate insulating film. 従来技術による半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device by a prior art. 図26に続く、従来技術による半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 27 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the conventional technique continued from FIG. 26; 図27に続く、従来技術による半導体装置の製造工程の断面図。FIG. 28 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the related art, following FIG. 27; 従来技術による問題を示す半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device which shows the problem by a prior art. 従来技術による問題を示す半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device which shows the problem by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

100、110、200、220、300…シリコン基板、101、111、301…素子分離領域、102、202…シリコン窒化膜、103、113、201、222、303…ポリシリコン、104、115…第1のシリコン酸化膜、105、122…第2のシリコン酸化膜、106…ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層、107、123、205、225、305…エクステンション拡散層、112、304…第1のシリコン窒化膜、114…第2のシリコン窒化膜、116…レジスト、117…シリコン基板表面、118…N型ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層、119…第3のシリコン窒化膜、120…シリコン基板表面、121…P型ファセット・エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層、124、317…シリサイド膜、125、209、218、308…層間絶縁膜、126…タンタル酸化膜、127、212、310…チタン窒化膜、128、311…アルミニウム、203、206a、223…第1のシリコン窒化膜の側壁、204、215、216、224…エピタキシャルシリコン層、206、207a、226…シリコン酸化膜の側壁、207、227、306…第2のシリコン窒化膜の側壁、208、228…ソース・ドレイン拡散層、210、217、217a…溝、211、221、309…ゲート絶縁膜、213…タングステン、214、312…ゲート電極、219、219a…空洞、302…ゲート酸化膜、307…エレベーテッド・ソース・ドレイン拡散層、313…アルミ酸化膜、314…チタン酸化膜、315…シリコン酸化膜、316…金属。   100, 110, 200, 220, 300 ... silicon substrate, 101, 111, 301 ... element isolation region, 102, 202 ... silicon nitride film, 103, 113, 201, 222, 303 ... polysilicon, 104, 115 ... first Silicon oxide film, 105, 122 ... second silicon oxide film, 106 ... faceted, elevated, source / drain diffusion layer, 107, 123, 205, 225, 305 ... extension diffusion layer, 112, 304 ... first Silicon nitride film, 114 ... second silicon nitride film, 116 ... resist, 117 ... silicon substrate surface, 118 ... N-type faceted, elevated, source / drain diffusion layer, 119 ... third silicon nitride film, 120 ... silicon Substrate surface, 121 ... P-type faceted elevated source / drain Spread layer 124, 317 ... Silicide film, 125, 209, 218, 308 ... Interlayer insulating film, 126 ... Tantalum oxide film, 127, 212, 310 ... Titanium nitride film, 128, 311 ... Aluminum, 203, 206a, 223 ... Side walls of the first silicon nitride film, 204, 215, 216, 224 ... Epitaxial silicon layer, 206, 207a, 226 ... Side walls of the silicon oxide film, 207, 227, 306 ... Side walls of the second silicon nitride film, 208, 228 ... Source / drain diffusion layer, 210, 217, 217a ... groove, 211, 221, 309 ... gate insulating film, 213 ... tungsten, 214, 312 ... gate electrode, 219, 219a ... cavity, 302 ... gate oxide film, 307 ... Elevated source / drain diffusion layer, 313 ... Aluminum oxide film, 314 Titanium oxide film, 315 ... silicon oxide film, 316 ... metal.

Claims (1)

半導体基板上に選択的にダミーゲートを形成する工程と、
前記ダミーゲートの側面にシリコン窒化膜の第1の絶縁膜側壁を形成する工程と、
前記ダミーゲートの形成されていない前記半導体基板上に前記第1の絶縁膜側壁と接する第1のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1のエピタキシャル層に不純物を注入し、エクステンション拡散層を形成する工程と、
全面にシリコン酸化膜の第2の絶縁を形成する工程と、
前記第2の絶縁上にシリコン窒化膜の第3の絶縁を形成する工程と、
前記第2及び第3の絶縁をエッチングすることにより、前記第2の絶縁を前記第1の絶縁膜側壁の側面及び前記エクステンション拡散層の一部上に残し第2の絶縁膜側壁とし、前記第3の絶縁を前記第2の絶縁膜側壁の側面に残し第3の絶縁膜側壁とする工程と、
前記エクステンション拡散層上に前記第2の絶縁膜側壁と接する第2のエピタキシャル層を形成する工程と、
前記第2のエピタキシャル層に不純物を注入し、ソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記ソース・ドレイン拡散層を形成したのち、全面に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜を平坦化し、前記ダミーゲートの表面を露出する工程と、
前記ダミーゲートを除去し、第1の溝を形成する工程と、
前記第1の溝の底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜側壁及び第3の絶縁膜側壁を除去し、第2及び第3の溝を形成する工程と、
前記第2及び第3の溝を形成したのち、全面に第2の層間絶縁膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a dummy gate selectively on a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film sidewall of a silicon nitride film on a side surface of the dummy gate;
Forming a first epitaxial layer in contact with the side wall of the first insulating film on the semiconductor substrate on which the dummy gate is not formed;
Implanting impurities into the first epitaxial layer to form an extension diffusion layer;
Forming a second insulating film of silicon oxide over the entire surface;
Forming a third insulating film of a silicon nitride film on the second insulating film ;
By etching the second and third insulating film, and said second side surface of the insulating film of the first insulating film sidewall and a portion on the left second insulating film sidewall of the extension diffusion layer, a step of the third insulating film sidewall and remaining said third insulating film on the side surface of the second insulating film sidewall,
Forming a second epitaxial layer in contact with the side wall of the second insulating film on the extension diffusion layer;
Implanting impurities into the second epitaxial layer to form source / drain diffusion layers;
Forming a first interlayer insulating film on the entire surface after forming the source / drain diffusion layers ;
Planarizing the first interlayer insulating film and exposing a surface of the dummy gate;
Removing the dummy gate and forming a first trench;
Forming a gate insulating film on the bottom surface of the first groove;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Removing the first insulating film side wall and the third insulating film side wall to form second and third grooves;
Forming a second interlayer insulating film on the entire surface after forming the second and third grooves, and a method for manufacturing a semiconductor device.
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