JP4504214B2 - Mos型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
X.Huang, et al, IEEE ED vol.48, p880 (2001)
絶縁膜上に、所定高さのマスク部材を用いて第1及び第2の単結晶半導体層を薄壁状に、且つ互いに平行に形成する工程と、第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、前記ゲート電極をマスクにして、第1の単結晶半導体層にpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成し、第2の単結晶半導体層にnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、第2の単結晶半導体層に対し、第1の単結晶半導体層とは反対側から、第1の単結晶半導体層の側壁面に到達しない傾斜角度でCを入射することにより、第2の単結晶半導体層の第1の単結晶半導体層とは反対側の側壁面にCを導入する工程と、第1の単結晶半導体層に対し、第2の単結晶半導体層とは反対側から、第2の単結晶半導体層の側壁面に到達する傾斜角度でCを入射することにより、第2の単結晶半導体層の第1の単結晶半導体層側の側壁面及び第1の単結晶半導体層の第2の単結晶半導体層とは反対側の側壁面にCを導入する工程と、第1の単結晶半導体層に対し、第2の単結晶半導体層とは反対側から、第2の単結晶半導体層の側壁面に到達しない傾斜角度でイオンを入射することにより、第1の単結晶半導体層の第2の単結晶半導体層と反対側に導入されたCを除去する工程と、第1及び第2の単結晶半導体層の両側壁面を熱酸化した後に、HF溶液に浸すことにより、前記Cを導入した第2の単結晶半導体層の両側壁面に側壁保護絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記側壁保護絶縁膜をマスクとして用い、第1の単結晶半導体層の露出部とPtとのシリサイド化反応により、第1の単結晶半導体層の両側壁面に前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層を形成する工程と、前記側壁保護絶縁膜を除去した後に、前記ゲート電極及び前記PtSi層をマスクとして用い、第2の単結晶半導体層の露出部とErとのシリサイド化反応により、第2の単結晶半導体層の両側壁面に、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層を形成する工程、を含むことを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるFin−MOSFETの概略構成を説明するためのもので、(a)は全体構成を示す斜視図、(b)はソース・ドレイン部の断面図、(c)はゲート部の断面図である。
図3〜図6は、本発明の第2の実施形態に係わるFin−MOSFETの製造工程を示す断面図である。本実施形態は、SOI基板上に異なるシリサイド層を具備した、近接したFin構造の超高速両極MOSFET(C−MOSFET)を簡便な製造工程で実現する方法である。
また、図4(f)に示すように、同様なイオン注入を、図4(e)と左右対称に行うことにより、Fin210のみに導電性不純物、例えばp型不純物Bを導入することができるのは明らかである。このとき、入射方向は、方向Pに垂直な面内にある。図4(f)内に示すように定義された入射角φaは、シリコン窒化膜203の厚さHmとFin210,220の内間隔Dfと、以下に示す(A−2)の関係を満たしていればよい。
ここで、垂直に屹立したFin構造上のリソグラフィ工程を必要とせず、異なる極性の導電性不純物を、簡便に、意図した別々のFinに導入することが可能となる。従って、CMOS回路の製造コストが低減されることになる。
注入の加速エネルギーを、1kV以下とすることで、注入されるC原子は、Fin側表面の数nm以内に局在する。その結果、炭素含有シリコン側面221bが形成される。この炭素含有シリコン側面221bの炭素含有率は5atomic%程度であればよい。
注入の加速エネルギーを、1kV以下とすることで、注入されるC原子は、Fin側表面の数nm以内に局在する。その結果、炭素含有シリコン側面211a,221aが形成される。これらの炭素含有シリコン側面211a,221aの炭素含有率は5atomic%程度であればよい。
この結果、炭素含有シリコン側面211aが除去され、炭素含有シリコン側面221a,221bがFin220の両側面にのみ形成される。このとき、リソグラフィ工程を一切使用せずに、Fin220の両側面に選択的に炭素含有シリコンが形成されたことに注目すべきである。
図8〜図10は、本発明の第3の実施形態に係わるFin−MOSFETの製造工程を示す断面図である。本実施形態は、SOI基板上に、複数のFinからなり、極性により、異なるFin間隔、異なるシリサイド層を具備したFin構造の超高速両極MOSFET(C−MOSFET)を形成する方法である。
引き続き、熱処理により、これらの不純物をFinの厚み方向に均等に拡散させると同時に活性化させ、Fin311〜313がp型、Fin314,321〜324がn型の極性を示すようにできる。当然、ゲート電極を形成する以前、前記図3(b)の段階で、ここに示された方法を適応して、異なる導電性の不純物を予め導入することも可能である。
注入の加速エネルギーを、1kV以下とすることで、注入されるC原子は、Fin側表面の数nm以内に局在する、その結果、炭素含有シリコン側面330bが形成される。この炭素含有シリコン側面330bの炭素含有率は5atomic%程度であればよい。
注入の加速エネルギーを、1kV以下とすることで、注入されるC原子は、Fin側表面の数nm以内に局在する、その結果、炭素含有シリコン側面330aが形成される。この炭素含有シリコン側面330aの炭素含有率は5atomic%程度であればよい。なお、これら一連のC原子注入工程は同一の処理装置で、連続的に行うことが可能である。
図11及び図12は本発明の第4の実施形態に係わるFin−MOSFETの製造工程を示す平面図である。本実施形態は、SOI基板上に、極性により、異なる配向を持ち、異なるシリサイド層を備えたFin構造の超高速両極MOSFET(C−MOSFET)を形成する方法である。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、単結晶半導体層としてシリコンを例に取り説明したが、シリコンの代わりにゲルマニウム(Ge)、その他の半導体材料を用いることも可能である。この場合、ソース・ドレイン領域にショットキー接合されるのは、シリサイド層ではなく金属−半導体化合物層ということになる。また実施形態では、pチャネル側にPtを含むシリサイド、nチャネル側にErを含むシリサイドを形成するようにしたが、シリサイド化金属としては、φp,φnが十分に小さい金属であれば用いることができる。
101…酸化膜(絶縁膜)
102…薄板状シリコン層(単結晶半導体層)
103…絶縁膜
104…ゲート絶縁膜
105…ゲート電極
110,120…ソース・ドレイン領域の側壁面
121,222,340,440…耐HF性酸化膜(側壁保護絶縁膜)
131…第1の金属膜
132…第2の金属膜
112,351,451…第1のシリサイド層
122,352,452…第2のシリサイド層
200,300…SOI基板を構成するシリコン基体
201,301…シリコン酸化膜
202,302…単結晶シリコン層(単結晶半導体層)
203,206,207,303,306…シリコン窒化膜
204…熱酸化膜(ゲート絶縁膜)
205,305…ポリシリコン膜
211,221,330…炭素含有シリコン側面
209…フォトレジスト
210,310,410…垂直のシリコン壁(Fin:第1の単結晶半導体層)
220,320,420…垂直のシリコン壁(Fin:第2の単結晶半導体層)
412,422…ゲート構造体
Claims (11)
- 絶縁膜上に薄壁状に形成された単結晶半導体層と、
前記半導体層の両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極に対応して前記半導体層の両側壁面に形成され、且つ一方の側壁面をpチャネルMOSFET用、他方の側壁面をnチャネルMOSFET用としたソース・ドレイン領域と、
前記半導体層の一方の側壁面に形成され、前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層と、
前記半導体層の他方の側壁面に形成され、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層と、
を具備してなることを特徴とするMOS型半導体装置。 - 絶縁膜上に薄壁状に複数個形成され、且つ第1の距離以下の間隔で平行に配置された、pチャネルMOSFETを形成するための第1の単結晶半導体層と、
前記絶縁膜上に薄壁状に複数個形成され、第1の距離よりも長い第2の距離以上の間隔で平行に配置され、且つ第1の単結晶半導体層と平行に配置された、nチャネルMOSFETを形成するための第2の単結晶半導体層と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極に対応して第1の単結晶半導体層に形成されたpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域と、
前記ゲート電極に対応して第2の単結晶半導体層に形成されたnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域と、
第1の単結晶半導体層の両側壁面に形成され、前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層と、
第2の単結晶半導体層の両側壁面に形成され、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層と、
を具備してなることを特徴とするMOS型半導体装置。 - 絶縁膜上に薄壁状に形成された、pチャネルMOSFETを形成するための第1の単結晶半導体層と、
前記絶縁膜上に薄壁状に形成され、且つ第1の単結晶半導体層とは異なる方向に沿って配置された、nチャネルMOSFETを形成するための第2の単結晶半導体層と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極に対応して第1の単結晶半導体層に形成されたpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域と、
前記ゲート電極に対応して第2の単結晶半導体層に形成されたnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域と、
第1の単結晶半導体層の両側壁面に形成され、前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層と、
第2の単結晶半導体層の両側壁面に形成され、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層と、
を具備してなることを特徴とするMOS型半導体装置。 - 第1の単結晶半導体層の側壁面は[110]或いはこれと等価な結晶方位に垂直であり、第2の単結晶半導体層の側壁面は[100]或いはこれと等価な結晶方位に垂直であることを特徴とする請求項3記載のMOS型半導体装置。
- 絶縁膜上に薄壁状の単結晶半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第1及び第2の側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクにして前記半導体層の第1の側壁面にpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成し、第2の側壁面にnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記nチャネルMOSトランジスタ用のソース・ドレイン領域となる第2の側壁面に、Cを傾角入射する工程と、
前記半導体層の第1及び第2の側壁面を熱酸化した後に、HF溶液に浸すことにより、前記Cを入射した第2の側壁面に側壁保護絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記側壁保護絶縁膜をマスクとして用い、前記半導体層の露出部とPtとのシリサイド化反応により、第1の側壁面上に前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層を形成する工程と、
前記側壁保護絶縁膜を除去した後に、前記ゲート電極及び前記PtSi層をマスクとして用い、前記半導体層の露出部とErとのシリサイド化反応により、第2の側壁面上に前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層を形成する工程、
を含むことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方法。 - 前記側壁保護絶縁膜を除去する工程として、イオンの傾角入射により前記側壁保護絶縁膜を除去することを特徴とする請求項5記載のMOS型半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜上に、所定高さのマスク部材を用いて第1及び第2の単結晶半導体層を薄壁状に、且つ互いに平行に形成する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、前記ゲート電極をマスクにして、第1の単結晶半導体層にpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成し、第2の単結晶半導体層にnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、
第2の単結晶半導体層に対し、第1の単結晶半導体層とは反対側から、第1の単結晶半導体層の側壁面に到達しない傾斜角度でCを入射することにより、第2の単結晶半導体層の第1の単結晶半導体層とは反対側の側壁面にCを導入する工程と、
第1の単結晶半導体層に対し、第2の単結晶半導体層とは反対側から、第2の単結晶半導体層の側壁面に到達する傾斜角度でCを入射することにより、第2の単結晶半導体層の第1の単結晶半導体層側の側壁面及び第1の単結晶半導体層の第2の単結晶半導体層とは反対側の側壁面にCを導入する工程と、
第1の単結晶半導体層に対し、第2の単結晶半導体層とは反対側から、第2の単結晶半導体層の側壁面に到達しない傾斜角度でイオンを入射することにより、第1の単結晶半導体層の第2の単結晶半導体層と反対側に導入されたCを除去する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層の両側壁面を熱酸化した後に、HF溶液に浸すことにより、前記Cを導入した第2の単結晶半導体層の両側壁面に側壁保護絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記側壁保護絶縁膜をマスクとして用い、第1の単結晶半導体層の露出部とPtとのシリサイド化反応により、第1の単結晶半導体層の両側壁面に前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層を形成する工程と、
前記側壁保護絶縁膜を除去した後に、前記ゲート電極及び前記PtSi層をマスクとして用い、第2の単結晶半導体層の露出部とErとのシリサイド化反応により、第2の単結晶半導体層の両側壁面に、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層を形成する工程、
を含むことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方法。 - 絶縁膜上に、所定高さのマスク部材を用いて、薄壁状の複数の第1の単結晶半導体層及び最外側のダミー半導体層を第1の距離以下の間隔で平行に形成すると共に、薄壁状の複数の第2の単結晶半導体層を第1の距離よりも長い第2の距離以上の間隔で平行に形成し、且つ第1及び第2の単結晶半導体層を互いに平行に配置する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、前記ゲート電極をマスクにして、第1の単結晶半導体層にpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成し、第2の単結晶半導体層にnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、
第1の単結晶半導体層の配置間隔では該半導体層の側壁面にCが到達せず、第2の単結晶半導体層の配置間隔では該半導体層の側壁面に到達する傾斜角度でCを入射することにより、第2の単結晶半導体層の両側面にCを導入する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層の両側壁面を熱酸化した後に、HF溶液に浸すことにより、前記Cを導入した第2の単結晶半導体層の両側壁面に側壁保護絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記側壁保護絶縁膜をマスクとして用い、第1の単結晶半導体層の露出部とPtとのシリサイド化反応により、第1の単結晶半導体層の両側壁面に前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層を形成する工程と、
前記側壁保護絶縁膜を除去した後に、前記ゲート電極及び前記PtSi層をマスクとして用い、第2の単結晶半導体層の露出部とErとのシリサイド化反応により、第2の単結晶半導体層の両側壁面に、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方法。 - 前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域及び前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程として、予め第1及び第2の単結晶半導体層にp型不純物を導入しておき、第1の単結晶半導体層の配置間隔では該半導体層の側壁面に不純物イオンが到達せず、第2の単結晶半導体層の配置間隔では該半導体層の側壁面に不純物イオンが到達する角度を選択し、不純物イオンの傾角入射により第2の単結晶半導体層に選択的にn型不純物を導入することを特徴とする請求項8記載のMOS型半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜上に第1及び第2の単結晶半導体層を薄壁状に、且つ互いに配置方向が異なるように形成する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、両側壁面上にそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層のそれぞれに対し、前記ゲート電極をマスクにして、第1の単結晶半導体層にpチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成し、第2の単結晶半導体層にnチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、
第1の単結晶半導体層の両側壁面と平行な方向にCを入射することにより、第1の単結晶半導体層の両側壁にはCを導入することなく、第2の単結晶半導体層の両側壁にCを導入する工程と、
第1及び第2の単結晶半導体層の両側壁面を熱酸化した後に、HF溶液に浸すことにより、前記Cを導入した第2の単結晶半導体層の両側壁面に側壁保護絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記側壁保護絶縁膜をマスクとして用い、第1の単結晶半導体層の露出部とPtとのシリサイド化反応により、第1の単結晶半導体層の両側壁面に前記pチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すPtSi層を形成する工程と、
前記側壁保護絶縁膜を除去した後に、前記ゲート電極及び前記PtSi層をマスクとして用い、第2の単結晶半導体層の露出部とErとのシリサイド化反応により、第2の単結晶半導体層の両側壁面に、前記nチャネルMOSFET用のソース・ドレイン領域とショットキー接合を成すErSi層を形成する工程、
を含むことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方法。 - 第1及び第2の単結晶半導体層を形成する工程として、第1の単結晶半導体層を側壁面が[110]或いはこれと等価な結晶方位に垂直となるように形成し、第2の単結晶半導体層を側壁面が[100]或いはこれと等価な結晶方位に垂直となるように形成することを特徴とする請求項10記載のMOS型半導体装置の製造方法。
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