JP4744413B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は,半導体装置とその製造方法に関し,特にシリサイドを用いた半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using silicide and a manufacturing method thereof.
半導体集積回路装置の高集積化と共に,構成要素であるトランジスタの微細化は進む。微細化により,ゲート長は短くなり,ソース/ドレイン領域の深さは浅くなる。ソース/ドレイン領域の抵抗を低くするため,自己整合シリサイデーション(サリサイド工程)が行われる。ソース/ドレイン領域に形成されるシリサイド層は,接合深さより浅く形成し,リーク電流を防止する必要がある。 As semiconductor integrated circuit devices become highly integrated, miniaturization of transistors as constituent elements proceeds. With miniaturization, the gate length is shortened and the depth of the source / drain region is reduced. In order to reduce the resistance of the source / drain regions, self-aligned silicidation (salicide process) is performed. The silicide layer formed in the source / drain region must be formed shallower than the junction depth to prevent leakage current.
ゲート長の短縮と共に、ゲート電極の高さも低くなる。ゲート抵抗を低くするため,ゲート電極の全厚さをシリサイド化するフルシリサイデーションが研究されている(非特許文献1)。フルシリサイデーションは,ゲート抵抗を低減できるのみでなく,空乏層の発生を防止できるのでトランジスタ特性の向上にも有効である。フルシリサイデーションを行うためには,シリサイド化反応がゲート電極の全厚さに及ぶようにする必要がある。 As the gate length decreases, the height of the gate electrode also decreases. In order to reduce the gate resistance, full silicidation for siliciding the entire thickness of the gate electrode has been studied (Non-patent Document 1). Full silicidation is effective not only in reducing gate resistance but also in improving transistor characteristics because it can prevent the occurrence of a depletion layer. In order to perform full silicidation, the silicidation reaction needs to reach the entire thickness of the gate electrode.
ゲート電極でシリサイド化反応を十分深く進行させると、ソース/ドレイン領域のシリサイド層も深くなる。ソース/ドレイン領域のシリサイド層が接合に近接したり,接合を突抜けるとリーク電流が増大してしまう。ソース/ドレイン領域のシリサイド層の深さは制限することが望まれる。 When the silicidation reaction proceeds sufficiently deep at the gate electrode, the silicide layer in the source / drain region also becomes deep. If the silicide layer in the source / drain region is close to or penetrates the junction, the leakage current increases. It is desirable to limit the depth of the silicide layer in the source / drain region.
シリサイド層の底面を接合から離すために,ソース/ドレイン領域上にシリコン層のエピタキシャル成長を行い、ソース/ドレイン領域表面を持ち上げてからシリサイド化を行なうことも提案されている(非特許文献2)
ゲート電極の抵抗を更に低減化するため,シリサイドより抵抗の低い金属でゲートを作成する提案もある。当初,シリコン層で使い捨てゲートを形成し,その後シリコンをアルミニウムに置換して置換アルミニウムゲート電極を形成する提案もある(特許文献3)。
In order to separate the bottom surface of the silicide layer from the junction, it has also been proposed to epitaxially grow a silicon layer on the source / drain region and raise the source / drain region surface before silicidation (Non-patent Document 2).
In order to further reduce the resistance of the gate electrode, there is a proposal to make the gate with a metal having a resistance lower than that of silicide. There is also a proposal of forming a replacement aluminum gate electrode by initially forming a disposable gate with a silicon layer and then replacing silicon with aluminum (Patent Document 3).
本発明の目的は,nMOSFETのゲートとpMOSFETのゲートとが異なる低抵抗材料で形成された半導体装置とその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a gate of an nMOSFET and a gate of a pMOSFET are formed of different low resistance materials and a method for manufacturing the same.
本発明の他の目的は,pMOSFETのゲートをフルシリサイデーションすると共に、nMOSFETのゲートをアルミニウム形成することのできる半導体装置とその製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of fully siliciding the gate of the pMOSFET and forming the gate of the nMOSFET with aluminum, and a method for manufacturing the same.
本発明の1観点によれば、
pチャネルMOSFET領域、nチャネルMOSFET領域を含むシリコン基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層,絶縁キャップ層の積層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上に前記パターニングされた絶縁キャップ層をゲート電極形状に残す工程と、
前記絶縁キャップ層が除去された前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記パターニングされた絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,前記pチャネル及びnチャネルMOSFET領域上にゲート電極を形成すると共に,その両側に前記シリコン基板表面を露出する工程と,
前記露出したシリコン基板表面およびpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,前記シリコン基板表面にメタルリッチのシリサイド領域を形成すると共に、前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をフルシリサイデーションすることによりメタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記pチャネルMOSFETのシリサイド領域からなるゲート電極及び前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極に達するコンタクト孔をそれぞれ形成する工程と、
前記各コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記pチャネルMOSFETのメタルリッチのシリサイド領域からなるゲート電極をアルミニウムによって置換せずに、前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法
が提供される。
According to one aspect of the present invention,
forming a stack of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a silicon substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the patterned insulating cap layer in a gate electrode shape on the polysilicon layer in the n-channel MOSFET region;
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region from which the insulating cap layer has been removed, and the polysilicon layer and gate are formed using the resist pattern and the patterned insulating cap layer as a mask. patterning the insulating layer, thereby forming a gate electrode on the p-channel and n-channel MOSFET region, a step of exposing the silicon substrate table surface on both sides,
Perform silicidation reaction from the exposed silicon substrate table surface and the polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET, to form a metal rich silicide regions in said silicon substrate surface, a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET Forming a metal-rich silicide region by full silicidation; and
Forming an insulating layer covering the silicide region;
The insulating layer, a step of penetrating the insulating cap layer is formed the p-channel MOSFET of the gate electrode and the n-channel MOSFET comprising a silicide region the polysilicon gate electrode contact hole reaching the respective,
Filling each contact hole to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the polysilicon gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum without replacing the gate electrode made of the metal-rich silicide region of the p-channel MOSFET with aluminum ; and
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
ソース/ドレイン領域は、シリコン基板に形成しても、さらにシリコン基板上にシリコン層を堆積して形成してもよい。 The source / drain regions may be formed on the silicon substrate or may be formed by depositing a silicon layer on the silicon substrate.
本発明の他の観点によれば、
pチャネルMOSFET領域、nチャネルMOSFET領域を含むシリコン基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層,絶縁キャップ層の積層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上に前記パターニングされた絶縁キャップ層をゲート電極形状に残す工程と、
前記キャップ層が除去された前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記パターニングされた絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,前記pチャネル及びnチャネルMOSFET領域上にゲート電極を形成すると共に,その両側に前記シリコン基板表面を露出する工程と,
前記ゲート電極を埋め込むシリコン層を前記シリコン基板上に成長する工程と、
前記シリコン層を化学機械研磨し、前記nチャネルMOSFETのパターニングされた絶縁キャップ層は残し,前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極を露出する工程と、
前記シリコン層表面および前記露出されたpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,前記シリコン層表面にメタルリッチのシリサイド領域を形成すると共に、前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をフルシリサイデーションすることによりメタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記pチャネルMOSFETのシリサイド領域からなるゲート電極及び前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極に達するコンタクト孔をそれぞれ形成する工程と、
前記各コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記pチャネルMOSFETのメタルリッチのシリサイド領域からなるゲート電極をアルミニウムによって置換せずに、前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法
が提供される。
According to another aspect of the invention,
forming a stack of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a silicon substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the patterned insulating cap layer in a gate electrode shape on the polysilicon layer in the n-channel MOSFET region;
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region from which the cap layer has been removed, and the polysilicon layer and the gate insulation are formed using the resist pattern and the patterned insulating cap layer as a mask. a step of patterning the layer, to form a gate electrode on the p-channel and n-channel MOSFET region, exposing the silicon substrate table surface on both sides,
Growing a silicon layer embedding the gate electrode on the silicon substrate;
Chemically mechanical polishing the silicon layer, leaving a patterned insulating cap layer of the n-channel MOSFET, exposing a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET;
A silicidation reaction is performed from the surface of the silicon layer and the exposed polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET to form a metal-rich silicide region on the silicon layer surface, and a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET is formed. Forming a metal-rich silicide region by full silicidation; and
Forming an insulating layer covering the silicide region;
The insulating layer, a step of penetrating the insulating cap layer is formed the p-channel MOSFET of the gate electrode and the n-channel MOSFET comprising a silicide region the polysilicon gate electrode contact hole reaching the respective,
Filling each contact hole to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the polysilicon gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum without replacing the gate electrode made of the metal-rich silicide region of the p-channel MOSFET with aluminum ; and
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
露出したシリコンは、シリコン基板でも、その上に選択的に形成したシリコン層でもよい。 The exposed silicon may be a silicon substrate or a silicon layer selectively formed thereon.
pMOSFETのゲート電極をシリサイド化反応で形成し、nMOSFETのゲート電極をAl置換反応で形成することができる。 The gate electrode of pMOSFET can be formed by silicidation reaction, and the gate electrode of nMOSFET can be formed by Al substitution reaction.
先ず、予備実験とその結果を説明する。 First, preliminary experiments and results will be described.
図1Aに示すように、シリコン基板1の表面にスパッタリングにより厚さ10nmのニッケル層22を成膜した。
As shown in FIG. 1A, a
図1Bに示すように、ラピッドサーマルアニール(RTA)装置を用い、図1Aに示すサンプルに、750℃、1分間のアニールを行ってシリサイド化反応を生じさせた。NiSi2層23が形成された。NiSi2層23の厚さは17nmであった。
As shown in FIG. 1B, using a rapid thermal annealing (RTA) apparatus, the sample shown in FIG. 1A was annealed at 750 ° C. for 1 minute to cause a silicidation reaction. A NiSi 2
図1Cに示すように、NiS2層23の上に、厚さ50nmのニッケル層24をスパッタリングで成膜した。このサンプルをdsと呼ぶ。
As shown in FIG. 1C, a
図1Dに示すように、NiSi2層を形成しないシリコン基板1の上に、厚さ50nmのニッケル層24を形成したサンプルも作成した。このサンプルをssと呼ぶ。
As shown in FIG. 1D, a sample in which a
サンプルdsとサンプルssとをRTA装置に搬入し、400℃で加熱し、加熱時間に対しシリサイド化がどのように進行するかを測定した。400℃でのNi−Si間のシリサイド化反応ではNiSiが形成される。 The sample ds and the sample ss were carried into an RTA apparatus, heated at 400 ° C., and how silicidation progressed with respect to the heating time was measured. NiSi is formed in the silicidation reaction between Ni and Si at 400 ° C.
図1Eは、400℃の加熱処理の結果を示すグラフである。横軸は加熱時間を単位秒で示し、縦軸はニッケルシリサイド層の深さを単位nmで示す。シリコン基板1上に直接ニッケル層24を形成したサンプルssにおいては、加熱時間と共にニッケルシリサイド層の深さが深くなり、75nmに以上に達する。この最大深さは、成膜したニッケルをほぼ全部消費したNiSi層の厚さと考えられる。
FIG. 1E is a graph showing the results of heat treatment at 400 ° C. The horizontal axis indicates the heating time in units of seconds, and the vertical axis indicates the depth of the nickel silicide layer in units of nm. In the sample ss in which the
これに対し、シリコン基板1上にNiSi2層23を形成し、その上にニッケル層24を成膜したサンプルdsにおいては、ニッケルシリサイド層の深さは初め約17nmであり、400℃の加熱を加えてもニッケルシリサイド層の深さは、測定誤差内で全く変化していない。750℃で形成されたシリサイド層がニッケル層24とシリコン表面を隔離した形状で400℃のアニ−リングを行っても新たなシリサイド反応は抑制される。750℃で安定なNiSi2中には、より低温の400℃では、Niは実質的に拡散していないと考えられる。
On the other hand, in the sample ds in which the NiSi 2 layer 23 is formed on the
すなわち、高温で熱力学的に安定なシリサイド層を形成すると、その上にシリサイド化反応が可能な金属を成膜し、より低温の熱処理を行っても、シリサイド化反応は大幅に抑制されると考えられる。シリサイド化可能な金属としては、Niの他、W,Co等を用いてもよい。 That is, if a silicide layer that is thermodynamically stable at high temperature is formed, a metal capable of silicidation reaction is formed on the silicide layer, and the silicidation reaction is greatly suppressed even if heat treatment is performed at a lower temperature. Conceivable. In addition to Ni, W, Co, or the like may be used as a metal that can be silicided.
図2A−2Hは、図1A−1Eに示した実験結果に基づく実施例を示す。 2A-2H show examples based on the experimental results shown in FIGS. 1A-1E .
図2Aに示すように、シリコン基板1の表面上に熱酸化により厚さ2nmの酸化シリコン層を形成し、ゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2の上に、厚さ50nmのポリシリコン層25を熱CVDにより成膜する。ポリシリコン層25の上に、厚さ20nmの酸化シリコン層を形成し、絶縁キャップ層26とする。絶縁キャップ層26の上に、リソグラフィによりレジストパターンRPを作成する。レジストパターンRPをマスクとし、絶縁キャップ層26、ポリシリコン層25をプラズマエッチングし、ゲート電極形状にパターニングする。この後レジストパターンRPは除去し、希HFによりゲート電極周辺のゲート絶縁膜2を除去する。
As shown in FIG. 2A, a silicon oxide layer having a thickness of 2 nm is formed on the surface of the
図2Bに示すように、パターニングされたゲート電極をマスクとして、p型不純物例えばBをイオン注入し、エクステンション27を形成する。
As shown in FIG. 2B, a p-type impurity, for example, B is ion-implanted using the patterned gate electrode as a mask to form an
図2Cに示すように、窒化シリコン膜を熱CVDにより成膜し、プラズマによる全面エッチングを行って絶縁ゲート構造の側面にのみサイドウォール28を残す。絶縁ゲート構造及びサイドウォール28をマスクとし、Bをイオン注入してソース/ドレイン領域29を形成する。イオン注入条件は、例えば加速エネルギ6keV、ドーズ量6E15(6×1015)cm−2である。RTA装置を用い、例えば1000℃、1秒のアニールを行ってイオン注入した不純物の活性化を行なう。
As shown in FIG. 2C, a silicon nitride film is formed by thermal CVD, and the entire surface is etched by plasma to leave the
図2Dに示すように、厚さ10nmのニッケル層30をスパッタリングで成膜する。ソース/ドレイン領域29の露出した表面はニッケル層30と接触する。絶縁ゲート構造のポリシリコン層25は、絶縁キャップ層26で覆われているため、ニッケル層30とは接触しない。
As shown in FIG. 2D, a
RTAを用い、図2Dに示す構造に対し、750℃、1分間のアニールを行い、シリサイド化反応を行わせる。ニッケル層30と接触するソース/ドレイン領域29に、厚さ約17nmのNiSi2層が形成される。絶縁ゲート構造のポリシリコン層25は、ニッケル層30と接触していないため、シリサイド化反応は生じない。その後、未反応のニッケル層30をウエットエッチングで除去する。
Using RTA, the structure shown in FIG. 2D is annealed at 750 ° C. for 1 minute to cause a silicidation reaction. A NiSi 2 layer having a thickness of about 17 nm is formed in the source /
図2Eは、未反応のニッケル層30を除去した状態を示す。ソース/ドレイン領域29には、深さ約17nmのNiSi2層31が形成されている。
FIG. 2E shows a state in which the
図2Fに示すように、絶縁ゲート構造の絶縁キャップ層26を希HFによるウエットエッチングで除去する。なお、ウエットエッチングに代え、プラズマエッチングにより絶縁キャップ層26を除去してもよい。
As shown in FIG. 2F, the insulating
図2Gに示すように、絶縁ゲート構造のポリシリコン層25表面が露出した状態で、基板表面に厚さ50nmのニッケル層32をスパッタリングで成膜する。
As shown in FIG. 2G, a
RTA装置を用い、400℃、1分間のアニールを行い、シリサイド化反応を生じさせる。絶縁ゲート構造のポリシリコン層25は、シリサイド化反応によりNiSiに変換される。NiSi2層31は、熱力学的に安定な層であり、400℃の温度では、これ以上のシリサイド化反応は生じない。ゲート電極のポリシリコン層25をフルシリサイデーションすることが容易となる。
An annealing is performed at 400 ° C. for 1 minute using an RTA apparatus to cause a silicidation reaction. The
図2Hは、シリサイド化反応の後未反応のニッケル層32をウエットエッチングで除去した状態を示す。ゲート電極はNiSi層33で形成されている。ソース/ドレイン領域29には、NiSi2層31が形成され、その深さは750℃のシリサイド化反応によって決定され、それ以上には増加していない。シリサイド領域31の深さを制限し、ソース/ドレイン領域29の接合面から十分離すことにより、接合部のリーク電流を軽減することができる。
FIG. 2H shows a state in which the
本実施例においては、シリサイド化金属としてNiを用いたが、複数のシリサイド状態を有する他の金属、例えばCoやWを用いても、同様の構成を実現することができる。 In this embodiment , Ni is used as the silicidation metal, but the same configuration can be realized even if another metal having a plurality of silicide states, such as Co or W, is used.
上述の実施例においては、第1のシリコン表面を露出し、第2のシリコン表面を絶縁層で覆った状態で表面にシリサイド化可能な金属層を形成し、第1の温度で第1のシリサイド層を形成し、その後第2のシリコン表面を覆う絶縁キャップ層を除去し、基板上にシリサイド化可能な金属層を形成し、第1のシリサイド層に影響を与えない、第1の温度より低い第2温度でシリサイド化反応を生じさせ、第2のシリコン領域にのみ深いシリサイド領域を形成した。第1のシリサイド領域と第2のシリサイド領域とを同一金属を用いて形成したが、異なる金属を用いることもできる。異なる金属を用いる場合は、温度選択等の自由度が向上する。 In the above-described embodiment , a metal layer capable of silicidation is formed on the surface with the first silicon surface exposed and the second silicon surface covered with an insulating layer, and the first silicide is formed at the first temperature. After forming the layer, the insulating cap layer covering the second silicon surface is removed, a metal layer capable of silicidation is formed on the substrate, and does not affect the first silicide layer, which is lower than the first temperature. A silicidation reaction was caused at the second temperature to form a deep silicide region only in the second silicon region. Although the first silicide region and the second silicide region are formed using the same metal, different metals can also be used. When different metals are used, the degree of freedom such as temperature selection is improved.
図3A‐3Fは、他の実施例による半導体装置の製造方法を示す断面図である。 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment .
図3Aに示すように、シリコン基板1の表面に熱酸化により酸化シリコンのゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2の上にポリシリコン層3を成膜し、レジストパターンを用いてパターニングする。この状態で、n型不純物をイオン注入し、エクステンション4を形成する。ゲート電極のポリシリコン層3にも不純物が注入される。
As shown in FIG. 3A, a
図3Bに示すように、ゲート電極3を覆うように、酸化シリコンの絶縁キャップ層5を成膜する。続いて窒化シリコン層6を成膜し、異方性エッチングによりサイドウォール6を形成する。ゲート電極3の表面は絶縁キャップ層5で覆われた状態とする。サイドウォール6もマスクとし、不純物をイオン注入し、ソース/ドレイン領域8を形成する。
As shown in FIG. 3B, a silicon oxide insulating
図3Cに示すように、ゲート電極のポリシリコン層3が絶縁キャップ層5で覆われた状態で基板上にコバルト層10をスパッタリングで成膜する。RTA層を用い、550℃、30秒間のアニーリングを行い、シリサイド化反応を生じさせる。ソース/ドレイン領域8の表面においてシリサイド化反応が生じ、深さ50nm程度のコバルトシリサイド領域11が形成される。その後未反応のコバルト層10はH2SO4を用いたウエットエッチングで除去する。
As shown in FIG. 3C, a
図3Dは、未反応のコバルト層10を除去した状態を示す。ゲート電極のポリシリコン層3を覆っている絶縁キャップ層5を希HFを用いたウエットエッチングで除去する。
FIG. 3D shows a state where the
図3Eに示すように、ポリシリコン層3が露出した状態で基板上にニッケル層13をスパッタリングで成膜する。この状態で、RTA装置を用い、400℃、60秒間のアニーリングを行い、ニッケル層13とシリコンとのシリサイド化反応を生じさせる。ゲート電極のポリシリコン層3においては、シリコン層が直接ニッケル層13と接し、シリサイド化反応が進む。ソース/ドレイン領域8においては、表面に既に形成したコバルトシリサイド領域11が存在するため、ニッケル層13からのニッケルの拡散が抑制される。このため、ポリシリコン層3がフルシリサイデーションされた状態でも、ソース/ドレイン領域8表面においては薄いCoNiSi層14が形成されるのみである。
As shown in FIG. 3E, a
図3Fに示すように、未反応のニッケル層13をウエットエッチングで除去し、フルシリサイデーションされたMOSトランジスタ構造を得る。
As shown in FIG. 3F, the
シリコン中の固相拡散温度が高い金属を用い、ソース/ドレイン領域にシリサイド領域を形成した後、ゲート電極のシリコン層を露出し、シリコン中の固相拡散温度が低い金属とのシリサイド化反応を行なわせることにより、ゲート電極をフルシリサイデーションし、かつソース/ドレイン領域のシリサイド領域の深さを制限することが容易となる。Co、Niに限らず、固相拡散温度が異なる金属の組は他にも用いることができる。 After forming a silicide region in the source / drain region using a metal having a high solid phase diffusion temperature in silicon, the silicon layer of the gate electrode is exposed and a silicidation reaction with a metal having a low solid phase diffusion temperature in silicon is performed. By doing so, it becomes easy to fully silicide the gate electrode and limit the depth of the silicide region of the source / drain region. In addition to Co and Ni, other metal pairs having different solid phase diffusion temperatures can be used.
以上の実施例においては、2回のシリサイド化反応を行い、ソース/ドレイン領域のシリサイド領域の深さを制限した。以下、1回のシリサイド化反応のみを用い、シリサイド領域の底面をソース/ドレイン領域の接合面から離す実施例を説明する。 In the above embodiment , the silicidation reaction is performed twice to limit the depth of the silicide region of the source / drain region. Hereinafter, an embodiment will be described in which only one silicidation reaction is used and the bottom surface of the silicide region is separated from the junction surface of the source / drain region.
図4Aに示すように、シリコン基板1の表面に熱酸化により厚さ2nmの酸化シリコン層からなるゲート絶縁層2を形成する。続いて、ゲート絶縁層2の上に、熱CVDにより厚さ50nmのポリシリコン層35を熱CVDにより成膜する。ポリシリコン層35に対し、加速エネルギ0.5keV、ドーズ量2E15cm−2でBをイオン注入する。加速エネルギが低エネルギであるため、ポリシリコン層35の表面が高濃度のB添加領域となる。
As shown in FIG. 4A, a
図4Bに示すように、レジストパターンを用いてポリシリコン層35をプラズマエッチングによりパターニングし、ゲート電極を形成する。ポリシリコン層35のエッチングの後、希HFによる後処理を行い、ゲート電極35の周辺にあるゲート絶縁膜2を除去する。ゲート電極35をマスクとし、Bをイオン注入し、エクステンション27を形成する。
As shown in FIG. 4B, the
熱CVDにより窒化シリコン層を成膜し、プラズマによる全面エッチングを行ってゲート電極35側壁上にサイドウォール28を形成する。サイドウォール28を形成したゲート電極35をマスクとし、Bイオンを加速エネルギ5keV、ドーズ量3E15cm−2でイオン注入し、ソース/ドレイン領域29を形成する。図4Aに示すBイオンのイオン注入時の加速エネルギ0.5keVと較べ、加速エネルギが5keVと大幅に高いため、ソース/ドレイン領域29表面のB濃度はゲート電極35の表面のB濃度よりも一段と低い。
A silicon nitride layer is formed by thermal CVD, and the entire surface is etched by plasma to form a
図4Cに示すように、熱CVDにより厚さ30nmのシリコン層37をエピタキシャルに成長する。例えば、700―900℃で1-5分のプリベークを行った後、成膜温度650−750℃、成膜圧力40−100torr、供給ガスSiH2Cl250−200sccm、HCl5−20sccm、H210−20slmでシリコンの選択的エピタキシャル成長を行う。ゲート電極35は、表面のB濃度が高いため、その上にはシリコン層は成長しない。絶縁層28の上にもシリコン層は成長しない。ソース/ドレイン領域29の露出した表面上にのみ選択的にシリコン層37がエピタキシャルに成長する。
As shown in FIG. 4C, a
図4Dに示すように、Bを加速エネルギ3keV、ドーズ量5E15cm−2でイオン注入する。成長したシリコン層37及びゲート電極35にBが適切な濃度で添加される。続いて、RTA装置を用い、1000℃、1秒間のアニールを行って、注入したBの活性化を行なう。
As shown in FIG. 4D, B is ion-implanted with an acceleration energy of 3 keV and a dose of 5E15 cm −2 . B is added to the grown
図4Eに示すように、ソース/ドレイン領域29の上にシリコン層37を成長することにより持ち上げた表面上に、ニッケル層39を厚さ30nmスパッタリングにより成膜する。RTA装置を用い、400℃、1分間のアニールを行い、シリサイド化反応を生じさせる。その後未反応のニッケル層39はウエットエッチングで除去する。
As shown in FIG. 4E, a
図4Fに示すように、シリサイド化反応によりゲート電極35は、シリサイド層40に変換される。又、表面が持ち上げられたソース/ドレイン領域29にはシリサイド層41が形成される。エピタキシャルシリコン層37をソース/ドレイン領域29表面上に形成し、シリコン表面を持ち上げたため、シリサイド層41の底面はソース/ドレイン領域29の接合面から十分な距離離されている。ソース/ドレイン領域29の接合面におけるリーク電流を軽減することができる。
As shown in FIG. 4F, the
上述の実施例においては、ゲート電極表面のB濃度を高く設定したため、その上のシリコンの成長を防止でき、その後の工程の障害となるゲート電極上の不規則なシリコン成長を防止することができる。Bに代え、Ga,In等他のp型不純物を用いても、同様のシリコンの成長抑制が可能であろう。 In the above-described embodiment , since the B concentration on the surface of the gate electrode is set high, the growth of silicon thereon can be prevented, and the irregular growth of silicon on the gate electrode, which becomes an obstacle to subsequent processes, can be prevented. . Even if another p-type impurity such as Ga or In is used in place of B, the same silicon growth suppression may be possible.
図5A−5Gは、本発明の他の実施例を示す。 5A-5G illustrate another embodiment of the present invention.
図5Aに示すように、シリコン基板1表面上に熱酸化により厚さ2nmの酸化シリコン層2を形成し、続いて熱CVDにより厚さ50nmのポリシリコン層25を成膜する。ポリシリコン層25の上に、さらに熱CVDにより厚さ20nmの酸化シリコン層からなる絶縁キャップ層26を成膜する。レジストマスクを用いて絶縁キャップ層26、ポリシリコン層25の積層をパターニングし、ゲート電極周辺のゲート絶縁膜2を希HFにより除去する。Bのイオン注入を行ない、浅いエクステンション27を形成する。
As shown in FIG. 5A, a
図5Bに示すように、窒化シリコン層を熱CVDにより成膜し、プラズマによる全面エッチングによってゲート電極構造の側壁にサイドウォール28を残す。この状態でBを加速エネルギ5keV、ドーズ量3E15cm−2でイオン注入し、ソース/ドレイン領域29を形成する。
As shown in FIG. 5B, a silicon nitride layer is formed by thermal CVD, and the
図5Cに示すように、熱CVDにより厚さ30nmのシリコン層37をエピタキシャルに成膜する。絶縁キャップ層26、サイドウォール28の表面上にはシリコンの成長は生じず、露出したソース/ドレイン領域29表面上に選択的にシリコン層37がエピタキシャルに成長する。
As shown in FIG. 5C, a
図5Dに示すように、ソース/ドレイン領域29上のシリコン層37に対し、Bを加速エネルギ3keV、ドーズ量5E15cm−2でイオン注入する。続いてRTA装置を用い、1000℃、1秒間のアニールを行って、イオン注入したBの活性化を行なう。
As shown in FIG. 5D, B is ion-implanted into the
図5Eに示すように、希HFを用い、ポリシリコン層25上の絶縁キャップ層26をエッチングして除去する。なお、薬液による除去に代え、プラズマエッチングによって絶縁キャップ層26を除去してもよい。
As shown in FIG. 5E, the insulating
図5Fに示すように、絶縁キャップ層を除去したポリシリコン層25、エピタキシャルシリコン層37表面を覆うように、厚さ30nmのニッケル層39をスパッタリングで成膜する。RTA装置を用い、400℃、1分間のアニールを行ってシリサイド化反応を生じさせる。ソース/ドレイン領域29の上のエピタキシャルシリコン層37、ポリシリコンゲート電極25の表面からシリサイド化反応が生じ、NiSi層が形成される。
As shown in FIG. 5F, a
シリサイド化反応の後、未反応のニッケル層39をウエットエッチングによって除去する。
After the silicidation reaction, the
図5Gは、シリサイド化反応を行い、未反応のニッケル層を除去したシリコン基板の断面構造を概略的に示す。ゲート電極がNiSi層40のフルシリサイデーションで形成され、ソース/ドレイン領域29にはNiSi層41が形成される。NiSi層41の底面は、ソース/ドレイン領域29の接合面から十分な距離離され、リーク電流を低減する。
FIG. 5G schematically shows a cross-sectional structure of a silicon substrate in which a silicidation reaction is performed and an unreacted nickel layer is removed. The gate electrode is formed by full silicidation of the
Al置換技術を用いると、シリサイドより低抵抗のAlゲート電極を作成することができる。しかし、Alゲートの仕事関数はnチャネルMOSFETには好適であるが、pチャネルMOSFETには不適切である。pチャネルMOSFETのゲート電極をフルシリサイデーションにより形成し、nチャネルMOSFETのゲート電極をAl置換技術によって形成すれば、高性能なトランジスタが提供可能である。 When Al replacement technology is used, an Al gate electrode having a resistance lower than that of silicide can be formed. However, although the work function of the Al gate is suitable for an n-channel MOSFET, it is inappropriate for a p-channel MOSFET. If the gate electrode of the p-channel MOSFET is formed by full silicidation and the gate electrode of the n-channel MOSFET is formed by Al substitution technology, a high-performance transistor can be provided.
pチャネルMOSFETのゲート電極がAl置換されないようにマスク等を用いると、工程数が大幅に増加してしまう。本発明者等は、シリコンの組成よりも金属の組成が多いメタルリッチなシリサイドを形成すると、その表面にAlが接触していても、Al置換が防止され、シリサイドの組成、又は形態、又は仕事関数が実質的に同一に保てることを見出した。ニッケルシリサイドの仕事関数4.9eVはpチャネルMOSFETに好適であり、置換Alゲートの仕事関数3.9eVは、nチャネルMOSFETに好適である。 If a mask or the like is used so that the gate electrode of the p-channel MOSFET is not replaced with Al, the number of processes is greatly increased. When the present inventors form a metal-rich silicide having a metal composition higher than that of silicon, even if Al is in contact with the surface, Al substitution is prevented, and the composition, form, or work of the silicide is prevented. We found that the functions can be kept substantially the same. The work function 4.9 eV of nickel silicide is suitable for a p-channel MOSFET, and the work function 3.9 eV of a substituted Al gate is suitable for an n-channel MOSFET.
図6A‐6Gは、本発明の他の実施例を示す概略断面図である。 6A-6G are schematic cross-sectional views illustrating other embodiments of the present invention.
図6Aに示すように、シリコン基板1に素子分離領域を形成し、pチャネルMOSFET用のnウエル44、nチャネルMOSFET用のpウエル45を形成する。シリコン基板1表面上に例えば厚さ2nmの酸化シリコン層で形成されたゲート絶縁膜を形成し、その上に厚さ50nmのポリシリコン層25を成膜する。nチャネルMOSFET領域において、ポリシリコン層25の上に、例えば厚さ20nmの絶縁キャップ層となる酸化シリコン層26を成膜する。リソグラフィによりレジストパターンRP1をnチャネルMOSFETのゲート電極形状にパターニングする。レジストパターンRP1をマスクとし、絶縁キャップ層26をゲート電極形状にエッチングする。その後レジストパターンRP1は除去する。
As shown in FIG. 6A, an element isolation region is formed in the
図6Bに示すように、pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンRP2を形成する。レジストパターンRP2、絶縁キャップ層26をマスクとし、ポリシリコン層25をエッチングしてゲート電極を形成する。ゲート電極をマスクとして、エクステンション46、47を、レジストマスクを用いて別個に、イオン注入する。
As shown in FIG. 6B, a gate electrode-shaped resist pattern RP2 is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region. Using the resist pattern RP2 and the insulating
図6Cに示すように、サイドウォール48を形成した後、pチャネルMOSFETのソース/ドレインコンタクト領域49、nチャネルMOSFETのソース/ドレインコンタクト領域50のイオン注入をレジストマスクを用いて別個に行う。pチャネルMOSFETのポリシリコン層25は、p型不純物のイオン注入でp型ポリシリコン層25pとなる。
As shown in FIG. 6C, after the
図6Dに示すように、厚さ30nm〜50nm、例えば厚さ30nmのニッケル層51をシリコン基板表面上にスパッタリングで成膜する。nチャネルMOSFETにおいては
、ポリシリコン層25は絶縁キャップ層26で覆われているため、ニッケル層51とは接触していない。この状態でシリサイド化反応を生じさせるアニーリングを400℃で、40秒間行う。Ni厚に依存してNiリッチのシリサイドが形成される。
As shown in FIG. 6D, a
図6Eに示すように、pチャネルMOSFETのゲート電極及びソース/ドレイン領域にニッケルシリサイド領域53、52が形成され、nチャネルMOSFETのソース/ドレイン領域50に、ニッケルシリサイド領域52が形成される。ニッケル層51の厚さを選択することにより、仕事関数を0.5eVの範囲で調整することができる。ゲート電極となるニッケルシリサイド層53は、金属リッチになるようにアニーリング条件を選択する。
As shown in FIG. 6E,
図6Fに示すように、シリコン基板表面にゲート電極を覆って酸化シリコン等の層間絶縁層55を成膜し、ゲート電極及びソース/ドレイン領域に対するコンタクト孔をパターニングする。
As shown in FIG. 6F, an
図6Gに示すように、コンタクト孔をパターニングした層間絶縁層55上に、アルミニウム層57をスパッタリング等により成膜する。この状態で、例えば350℃、3時間のアニーリングを行うと、アルミニウム層57と接触しているポリシリコン層25はアルミニウムと置換され、アルミニウムゲート電極59に変換される。金属リッチのシリサイドゲート電極53は、アルミニウムと置換されず、ニッケルシリサイド相を保つ。このようにして、pチャネルMOSFETにはニッケルリッチのシリサイド電極53、nチャネルMOSFETには置換Alのゲート電極59が形成される。その後、アルミニウム層57をパターニングして電極構造を形成する。
As shown in FIG. 6G, an
図7A−7Eは、本発明の他の実施例による半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。 7A-7E are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
図7Aに示すように、図6A−6C同様の工程を行い、pチャネルMOSFETにはp型ポリシリコン層25p、nチャネルMOSFETにおいてはポリシリコン層25の表面を絶縁キャップ層26が覆っている構造を作成する。この状態で、ドープドシリコン層60の成膜を行う。その後、化学機械研磨(CMP)を行い、pチャネルMOSFETのp型ポリシリコン層25p表面を露出させる。なお、CMPのエッチングレートの差により、nチャネルMOSFETのポリシリコン層25表面の絶縁キャップ層26は残す。
As shown in FIG. 7A, a process similar to that shown in FIGS. 6A-6C is performed, and a p-
図7Bに示すように、例えば厚さ30nmのニッケル層62を成膜する。ニッケル層62は、pチャネルMOSFETにおいてはポリシリコン層25pと接触している。400℃、40秒間のアニーリングを行うと、ニッケル層62と接触しているシリコン層にNiリッチなニッケルシリサイド領域63、64が形成される。pチャネルMOSFETのポリシリコン層25pは、フルシリサイデーションされる。シリサイド領域63は、ソース/ドレイン領域49、50の接合面からは一定距離離された状態となる。未反応のニッケル層62はウエットエッチングして除去する。
As shown in FIG. 7B, for example, a
図7Cに示すように、シリコン基板表面上に酸化シリコン等の層間絶縁層55を成膜し、コンタクト孔を形成する。nチャネルMOSFETにおいては、絶縁キャップ層26を貫通してコンタクト孔が形成される。
As shown in FIG. 7C, an
図7Dに示すように、コンタクト孔を埋め込むようにアルミニウム層65を成膜する。その後350℃、3時間程度の置換アニール処理を行う。
As shown in FIG. 7D, an
図7Eに示すように、nチャネルMOSFETにおいては、ポリシリコン層25がアルミニウム置換され、アルミニウムゲート電極66が形成される。pチャネルMOSFETにおいては、ニッケルリッチなシリサイドゲート電極64がそのまま保持される。その後アルミニウム層65をパターニングして電極を形成する。
As shown in FIG. 7E, in the n-channel MOSFET, the
上述の実施例においては、ニッケルシリサイドゲート電極を形成したが、ニッケルの代りに他の金属を用い、これらの金属のメタルリッチなシリサイドを形成してもよい。 In the above embodiment, the nickel silicide gate electrode is formed. However, other metals may be used instead of nickel, and metal-rich silicides of these metals may be formed.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
以下、本発明の特徴を付記する。 The features of the present invention will be described below.
(付記1) シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に、第1の温度のシリサイド化反応で形成された第1シリサイド層のゲート電極と、
前記ゲート電極両側の前記シリコン基板に形成されたソース/ドレイン領域と、
前記ソース/ドレイン領域内に、前記第1の温度より高い第2の温度のシリサイド化反応で形成された第2シリサイド層のソース/ドレインシリサイド領域と、
を有する半導体装置。
(Appendix 1) A silicon substrate,
A gate insulating layer formed on the silicon substrate;
A gate electrode of a first silicide layer formed on the gate insulating layer by a silicidation reaction at a first temperature;
Source / drain regions formed in the silicon substrate on both sides of the gate electrode;
A source / drain silicide region of a second silicide layer formed in the source / drain region by a silicidation reaction at a second temperature higher than the first temperature;
A semiconductor device.
(付記2) 更に前記第2シリサイド層の上に形成された前記第1シリサイド層の金属と前記第2シリサイド層の金属の両者を含む第3シリサイド層を有し、前記第2シリサイド層の金属は、前記第1シリサイド層の金属よりシリコン中の固相拡散温度が高い金属である付記1記載の半導体装置。
(Additional remark 2) It has the 3rd silicide layer which contains both the metal of the 1st silicide layer and the metal of the 2nd silicide layer which were further formed on the 2nd silicide layer, The metal of the 2nd silicide layer The semiconductor device according to
(付記3) 前記第1シリサイド層はニッケルシリサイドであり,前記第2シリサイドはコバルトシリサイドである付記2記載の半導体装置。
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to
(付記4) 前記第1シリサイド層の金属と前記第2シリサイド層の金属は,異なる価数の同一金属である付記1記載の半導体装置。
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to
(付記5) 前記第1シリサイド層の金属と前記第2シリサイド層の金属は,Ni,Co,Wのいずれかである付記1記載の半導体装置。
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to
(付記6) 前記第1シリサイド層はNiSi層であり、前記第2シリサイド層はNiSi2層である付記4記載の半導体装置。 (Supplementary Note 6) The first silicide layer is NiSi layer, the second silicide layer is of Supplementary Notes 4 wherein the NiSi 2 layer.
(付記7) シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に、1種類のシリサイド層で形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極両側の前記シリコン基板に形成されたソース/ドレイン領域と、
前記ソース/ドレイン領域内に、2種類のシリサイド層で形成されたソース/ドレインシリサイド領域と、
を有する半導体装置。
(Appendix 7) A silicon substrate,
A gate insulating layer formed on the silicon substrate;
A gate electrode formed of one kind of silicide layer on the gate insulating layer;
Source / drain regions formed in the silicon substrate on both sides of the gate electrode;
A source / drain silicide region formed of two types of silicide layers in the source / drain region;
A semiconductor device.
(付記8) 前記ソース/ドレインシリサイド層は,固相拡散温度の高い第1金属のシリサイドで形成された深い第1シリサイド領域と,前記第1シリサイド領域内に固相拡散温度の低い第2金属が拡散して形成された浅い第2シリコン領域とを含む付記7記載の半導体装置。 (Supplementary Note 8) The source / drain silicide layer includes a deep first silicide region formed of a first metal silicide having a high solid phase diffusion temperature and a second metal having a low solid phase diffusion temperature in the first silicide region. And a shallow second silicon region formed by diffusion of the semiconductor device.
(付記9) シリコン基板上にゲート絶縁層とシリコン層と絶縁キャップ層の積層で絶縁ゲート構造を形成する工程と、
前記絶縁ゲート構造の側壁上に絶縁サイドウォールを形成する工程と、
前記絶縁サイドウォールを備えた絶縁ゲート構造両側の前記シリコン基板内に,ソース/ドレイン領域を形成する工程と,
前記ソースドレイン領域が露出した状態で、前記シリコン基板上に第1の金属層を形成し,第1の温度で第1のシリサイド化反応を行わせ,前記ソース/ドレイン領域に第1のシリサイド層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層を除去し,前記シリコン基板上に第2の金属層を形成し,前記第1の温度より低い第2の温度で第2のシリサイド化反応を行なわせ,前記絶縁ゲート構造のシリコン層をフルシリサイデーションすると共に、前記ソース/ドレイン領域の第1のシリサイド層の深さは実質的に増加させない工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Appendix 9) Forming an insulated gate structure on a silicon substrate by laminating a gate insulating layer, a silicon layer, and an insulating cap layer;
Forming an insulating sidewall on a sidewall of the insulating gate structure;
Forming source / drain regions in the silicon substrate on both sides of an insulated gate structure with the insulating sidewall;
With the source / drain region exposed, a first metal layer is formed on the silicon substrate, a first silicidation reaction is performed at a first temperature, and a first silicide layer is formed on the source / drain region. Forming a step;
The insulating cap layer is removed, a second metal layer is formed on the silicon substrate, a second silicidation reaction is performed at a second temperature lower than the first temperature, and silicon having the insulated gate structure is formed. Fully silicidizing the layer and not substantially increasing the depth of the first silicide layer in the source / drain region;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(付記10) 前記第1のシリサイド層がなかった場合に前記第2のシリサイド化反応で形成されるシリサイド層の深さは、前記第1のシリサイド層の深さより大である付記9記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 10) The semiconductor according to supplementary note 9, wherein when there is no first silicide layer, a depth of the silicide layer formed by the second silicidation reaction is greater than a depth of the first silicide layer. Device manufacturing method.
(付記11) 前記第1の金属層はコバルト層であり,前記第2の金属層はニッケル層である付記9記載の半導体装置の製造方法。 (Additional remark 11) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 9 whose said 1st metal layer is a cobalt layer and whose said 2nd metal layer is a nickel layer.
(付記12) 前記第1の温度は550℃以上であり,前記第2の温度は400℃以下である付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 12) The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記13) 前記第1の金属層、第2の金属層は、Ni,Co,Wのいずれかで形成されている付記9記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 13) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 9, wherein the first metal layer and the second metal layer are formed of any one of Ni, Co, and W.
(付記14) 前記第1の金属層,第2の金属層はニッケル層であり、前記第1の温度は750℃以上であり,前記第2の温度は400度以下である付記13記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 14) The semiconductor according to
(付記15) 半導体基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層の積層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層の表面に第1の加速エネルギでp型不純物を高濃度にドープする工程と、
前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,ゲート電極を形成すると共に,その両側に基板シリコン表面を露出する工程と,
前記露出した基板シリコン表面に前記第1の加速エネルギより高い第2の加速エネルギでp型不純物を深くイオン注入する工程と、
シリコン層を、前記ポリシリコン層表面上には成長させず、前記基板シリコン表面上にのみ成長する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 15) A step of forming a stacked layer of a gate insulating layer and a polysilicon layer on a semiconductor substrate;
Doping the surface of the polysilicon layer with a high concentration of p-type impurities with a first acceleration energy;
Patterning the polysilicon layer and the gate insulating layer to form a gate electrode and exposing a substrate silicon surface on both sides thereof;
Deeply implanting p-type impurities into the exposed substrate silicon surface with a second acceleration energy higher than the first acceleration energy;
Growing a silicon layer only on the substrate silicon surface without growing on the polysilicon layer surface; and
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(付記16) 前記p型不純物は、B,Ga,Inのいずれかである付記15記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 16) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 15, wherein the p-type impurity is any one of B, Ga, and In.
(付記17) さらに、前記ポリシリコン層表面及び前記基板シリコン表面からシリサイド化反応を行なう工程を含む付記15記載の半導体装置の製造方法。 (Additional remark 17) Furthermore, the manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 15 including the process of performing silicidation reaction from the said polysilicon layer surface and the said substrate silicon surface.
(付記18) 半導体基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層,絶縁キャップ層の積層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,ゲート電極を形成すると共に,その両側に基板シリコン表面を露出する工程と,
前記露出した基板シリコン表面に不純物をイオン注入する工程と、
シリコン層を、前記基板シリコン表面上に成長する工程と、
前記絶縁キャップ層を除去する工程と、
前記ポリシリコン層表面及び前記基板シリコン表面からシリサイド化反応を行なう工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 18) A step of forming a stack of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a semiconductor substrate;
Patterning the insulating cap layer, the polysilicon layer, and the gate insulating layer to form a gate electrode and exposing a substrate silicon surface on both sides thereof;
Ion implantation of impurities into the exposed substrate silicon surface;
Growing a silicon layer on the substrate silicon surface;
Removing the insulating cap layer;
Performing a silicidation reaction from the polysilicon layer surface and the substrate silicon surface;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(付記19) pチャネルMOSFET領域、nチャネルMOSFET領域を含む半導体基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層,絶縁キャップ層の積層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のゲート電極形状に残す工程と、
前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,ゲート電極を形成すると共に,その両側に基板シリコン表面を露出する工程と,
前記露出した基板シリコン表面およびpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,メタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記ゲート電極に達するコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記nチャネルMOSFETのゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 19) A step of forming a stacked layer of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a semiconductor substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the gate electrode shape in the n-channel MOSFET region; and
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region, and the polysilicon layer and the gate insulating layer are patterned using the resist pattern and the insulating cap layer as a mask to form a gate electrode. And the process of exposing the silicon surface of the substrate on both sides,
Performing a silicidation reaction from the exposed substrate silicon surface and the polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET to form a metal-rich silicide region;
Forming an insulating layer covering the silicide region;
Forming a contact hole reaching the gate electrode through the insulating layer and the insulating cap layer;
Filling the contact holes to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(付記20) pチャネルMOSFET領域、nチャネルMOSFET領域を含む半導体基板上にゲート絶縁層,ポリシリコン層,絶縁キャップ層の積層を形成する工程と、
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のゲート電極形状に残す工程と、
前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,ゲート電極を形成すると共に,その両側に基板シリコン表面を露出する工程と,
前記ゲート電極を埋め込むシリコン層を基板上に成長する工程と、
前記シリコン層を化学機械研磨し、前記nチャネルMOSFETの絶縁キャップ層は残し,前記pチャネルMOSFETのゲート電極を露出する工程と、
前記シリコン層表面およびpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,メタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記ゲート電極に達するコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記nチャネルMOSFETのゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Appendix 20) A step of forming a stacked layer of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a semiconductor substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the gate electrode shape in the n-channel MOSFET region; and
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region, and the polysilicon layer and the gate insulating layer are patterned using the resist pattern and the insulating cap layer as a mask to form a gate electrode. And the process of exposing the silicon surface of the substrate on both sides,
Growing a silicon layer embedding the gate electrode on the substrate;
Chemically mechanically polishing the silicon layer, leaving the insulating cap layer of the n-channel MOSFET, and exposing the gate electrode of the p-channel MOSFET;
Performing a silicidation reaction from the silicon layer surface and the polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET to form a metal-rich silicide region;
Forming an insulating layer covering the silicide region;
Forming a contact hole reaching the gate electrode through the insulating layer and the insulating cap layer;
Filling the contact holes to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
微細CMOSFETを有する半導体装置に利用できる。 It can be used for a semiconductor device having a fine CMOSFET.
1 シリコン基板
2 ゲート絶縁層
3 ポリシリコン層
4 イクステンション
5 絶縁キャップ層
6 絶縁サイドウォール
8 ソース/ドレイン領域
10 コバルト層
11 コバルトシリサイド領域
13 ニッケル層
14 コバルトニッケルシリサイド領域
22、24 ニッケル層
23 NiSi2層
25 ポリシリコン層
26 絶縁キャップ層
28 サイドウォール
29 ソース/ドレイン領域
30 ニッケル層
31 NiSi2領域
32 ニッケル層
33 NiSiゲート電極
35 ポリシリコン層
37 シリコン層
39 ニッケル層
40、41 NiSi領域
44 nウエル
45 pウエル
46、47 エクステンション
49、50 ソース/ドレインコンタクト領域
51 ニッケル層
52、53 (Niリッチな)ニッケルシリサイド領域
55 層間絶縁膜
57 Al層
59 置換Al領域
62 ニッケル層
63、64 (Niリッチな)ニッケルシリサイド領域
65 Al層
66 置換Al領域
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上に前記パターニングされた絶縁キャップ層をゲート電極形状に残す工程と、
前記絶縁キャップ層が除去された前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記パターニングされた絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,前記pチャネル及びnチャネルMOSFET領域上にゲート電極を形成すると共に,その両側に前記シリコン基板表面を露出する工程と,
前記露出したシリコン基板表面およびpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,前記シリコン基板表面にメタルリッチのシリサイド領域を形成すると共に、前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をフルシリサイデーションすることによりメタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記pチャネルMOSFETのシリサイド領域からなるゲート電極及び前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極に達するコンタクト孔をそれぞれ形成する工程と、
前記各コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記pチャネルMOSFETのメタルリッチのシリサイド領域からなるゲート電極をアルミニウムによって置換せずに、前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 forming a stack of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a silicon substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the patterned insulating cap layer in a gate electrode shape on the polysilicon layer in the n-channel MOSFET region;
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region from which the insulating cap layer has been removed, and the polysilicon layer and gate are formed using the resist pattern and the patterned insulating cap layer as a mask. patterning the insulating layer, thereby forming a gate electrode on the p-channel and n-channel MOSFET region, a step of exposing the silicon substrate table surface on both sides,
Perform silicidation reaction from the exposed silicon substrate table surface and the polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET, to form a metal rich silicide regions in said silicon substrate surface, a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET Forming a metal-rich silicide region by full silicidation; and
Forming an insulating layer covering the silicide region;
The insulating layer, a step of penetrating the insulating cap layer is formed the p-channel MOSFET of the gate electrode and the n-channel MOSFET comprising a silicide region the polysilicon gate electrode contact hole reaching the respective,
Filling each contact hole to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the polysilicon gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum without replacing the gate electrode made of the metal-rich silicide region of the p-channel MOSFET with aluminum ; and
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記絶縁キャップ層をパターニングし,前記nチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上に前記パターニングされた絶縁キャップ層をゲート電極形状に残す工程と、
前記キャップ層が除去された前記pチャネルMOSFET領域のポリシリコン層上にゲート電極形状のレジストパターンを形成し,前記レジストパターンと前記パターニングされた絶縁キャップ層をマスクとして、前記ポリシリコン層,ゲート絶縁層をパターニングし,前記pチャネル及びnチャネルMOSFET領域上にゲート電極を形成すると共に,その両側に前記シリコン基板表面を露出する工程と,
前記ゲート電極を埋め込むシリコン層を前記シリコン基板上に成長する工程と、
前記シリコン層を化学機械研磨し、前記nチャネルMOSFETのパターニングされた絶縁キャップ層は残し,前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極を露出する工程と、
前記シリコン層表面および前記露出されたpチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極表面からシリサイド化反応を行い,前記シリコン層表面にメタルリッチのシリサイド領域を形成すると共に、前記pチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をフルシリサイデーションすることによりメタルリッチのシリサイド領域を形成する工程と、
前記シリサイド領域を覆って,絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層,前記絶縁キャップ層を貫通して,前記pチャネルMOSFETのシリサイド領域からなるゲート電極及び前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極に達するコンタクト孔をそれぞれ形成する工程と、
前記各コンタクト孔を埋め込んで,アルミニウム層を形成する工程と、
アニーリングを行い,前記pチャネルMOSFETのメタルリッチのシリサイド領域からなるゲート電極をアルミニウムによって置換せずに、前記nチャネルMOSFETのポリシリコンゲート電極をアルミニウムで置換する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 forming a stack of a gate insulating layer, a polysilicon layer, and an insulating cap layer on a silicon substrate including a p-channel MOSFET region and an n-channel MOSFET region;
Patterning the insulating cap layer and leaving the patterned insulating cap layer in a gate electrode shape on the polysilicon layer in the n-channel MOSFET region;
A gate electrode-shaped resist pattern is formed on the polysilicon layer in the p-channel MOSFET region from which the cap layer has been removed, and the polysilicon layer and the gate insulation are formed using the resist pattern and the patterned insulating cap layer as a mask. a step of patterning the layer, to form a gate electrode on the p-channel and n-channel MOSFET region, exposing the silicon substrate table surface on both sides,
Growing a silicon layer embedding the gate electrode on the silicon substrate;
Chemically mechanical polishing the silicon layer, leaving a patterned insulating cap layer of the n-channel MOSFET, exposing a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET;
A silicidation reaction is performed from the surface of the silicon layer and the exposed polysilicon gate electrode surface of the p-channel MOSFET to form a metal-rich silicide region on the silicon layer surface, and a polysilicon gate electrode of the p-channel MOSFET is formed. Forming a metal-rich silicide region by full silicidation; and
Forming an insulating layer covering the silicide region;
The insulating layer, a step of penetrating the insulating cap layer is formed the p-channel MOSFET of the gate electrode and the n-channel MOSFET comprising a silicide region the polysilicon gate electrode contact hole reaching the respective,
Filling each contact hole to form an aluminum layer;
Performing annealing and replacing the polysilicon gate electrode of the n-channel MOSFET with aluminum without replacing the gate electrode made of the metal-rich silicide region of the p-channel MOSFET with aluminum ; and
A method of manufacturing a semiconductor device including:
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