JP4945910B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、エピタキシャル成長層によりエクステンション層およびソース・ドレイン層が形成された半導体装置および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 in which an extension layer and a source / drain layer are formed by an epitaxial growth layer and a manufacturing method thereof.

トランジスタの世代が進む中で、微細化によるスケーリングも絶え間なく行われている。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)上では、hp(half pitch)32nm世代と呼ばれているトランジスタで、20nm以下のゲート長(Lg)が予想されている。この世代のトランジスタに対しては、ゲート長と合わせて、ゲート絶縁膜の実効膜厚(EOT:Effective Oxide Thickness)や、拡散層の深さ(Xj)も合わせてスケーリングする必要がある。   As transistor generation progresses, scaling by miniaturization is constantly performed. On the International Semiconductor Technology Roadmap (ITRS), a gate length (Lg) of 20 nm or less is expected in a transistor called hp (half pitch) 32 nm generation. For this generation of transistors, it is necessary to scale the effective thickness (EOT: Effective Oxide Thickness) of the gate insulating film and the depth (Xj) of the diffusion layer together with the gate length.

ゲート絶縁膜の実効膜厚EOTのスケーリングは駆動能力(Ids)の確保のため、拡散層の深さXjのスケーリングは短チャネル効果(SCE:Short Channel Effect)の抑制のために必要である。特に拡散層の深さXjのスケーリングに対しては、厳しい制約がある。20nm以下のゲート長Lgでトランジスタを形成する場合、エクステンション(Extension)部となる拡散層は5nm以下の浅さが必要と考えられる。   The scaling of the effective thickness EOT of the gate insulating film is necessary for securing the driving capability (Ids), and the scaling of the depth Xj of the diffusion layer is necessary for suppressing the short channel effect (SCE). In particular, there are severe restrictions on the scaling of the diffusion layer depth Xj. In the case of forming a transistor with a gate length Lg of 20 nm or less, it is considered that the diffusion layer serving as an extension portion needs to be shallower than 5 nm.

しかしながら、この極浅のpn接合を形成しようとするときの主な問題は、イオン注入技術、活性化のアニール技術が現状では確立されていないという2点である。5nmの拡散層深さXjを実現できたと仮定しても、その薄さ故に、生じる寄生抵抗が増加するという点も問題となる。   However, there are two main problems when trying to form this extremely shallow pn junction, that is, an ion implantation technique and an activation annealing technique have not been established at present. Even if it is assumed that the diffusion layer depth Xj of 5 nm can be realized, there arises a problem that the parasitic resistance generated increases due to the thinness.

そこで提案されているのが、エクステンション部をもとのシリコン基板面よりも上に持ち上げて、シリコン基板下の拡散層深さXjは浅く保ったまま、エクステンション部の抵抗を下げるというコンセプトの持ち上げエクステンション(Raised Extension)構造である。この技術は古くから提案されている(非特許文献1参照)。また、拡散層の形成や、持ち上げエクステンション部の形状などの理想構造を規定した技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開2000−82813号公報 西松他、Groove Gate MOSFET, 8th Conf. On Solid State Device, pp.179-183, 1976
Therefore, it is proposed that the extension part is lifted above the original silicon substrate surface, and the extension extension with the concept of lowering the resistance of the extension part while keeping the diffusion layer depth Xj below the silicon substrate shallow. (Raised Extension) structure. This technique has been proposed for a long time (see Non-Patent Document 1). In addition, a technique that defines an ideal structure such as formation of a diffusion layer and the shape of a lifting extension portion is disclosed (see Patent Document 1).
JP 2000-82813 A Nishimatsu et al., Groove Gate MOSFET, 8th Conf. On Solid State Device, pp.179-183, 1976

上記の持ち上げエクステンション構造を実現しようとする場合、問題の一つになり得るのが、シリサイド層とシリコン基板間に生じる接合リークである。また、トランジスタの微細化によるソース・ドレイン層及びエクステンション層の薄膜化に伴い、この問題が顕著に現れることが予想される。   When trying to realize the lift extension structure described above, one of the problems can be a junction leak generated between the silicide layer and the silicon substrate. In addition, it is expected that this problem will remarkably appear as the source / drain layers and extension layers become thinner due to miniaturization of transistors.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エピタキシャル成長層によりエクステンション層およびソース・ドレイン層が形成された半導体装置において、合金層と半導体基板間に生じる接合リークを防止して、信頼性を向上させた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent junction leakage between an alloy layer and a semiconductor substrate in a semiconductor device in which an extension layer and a source / drain layer are formed by an epitaxial growth layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor device with improved reliability and a method for manufacturing the same.

上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、半導体基板に形成され、活性領域を区画する素子分離絶縁膜と、前記活性領域における前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側における前記半導体基板上に積層され、エピタキシャル成長層により形成された2つのエクステンション層と、2つの前記エクステンション層の各々の上に積層され、エピタキシャル成長層により形成された2つのソース・ドレイン層と、2つの前記ソース・ドレイン層の各々の上に形成された、半導体と金属の合金層と、前記エクステンション層および前記ソース・ドレイン層における前記素子分離絶縁膜側の端部に形成され、当該端部における前記合金層の形成を防止する保護層と、を有し、前記ゲート電極の底面の両端部が、前記ゲート絶縁膜を介して2つの前記エクステンション層の前記ゲート電極側の各端部上に、乗り上げるようにオーバーラップしている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is formed on a semiconductor substrate, and is formed with an element isolation insulating film partitioning an active region and a gate insulating film on the semiconductor substrate in the active region A gate electrode, two extension layers formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode and formed by an epitaxial growth layer, and two layers formed on each of the two extension layers and formed by an epitaxial growth layer Two source / drain layers, an alloy layer of a semiconductor and metal formed on each of the two source / drain layers, and an end of the extension layer and the source / drain layer on the element isolation insulating film side And a protective layer that prevents formation of the alloy layer at the end, and the gate electrode Both end portions of the bottom surface of the via a gate insulating film on each end of the gate electrode side of the two said extension layer, overlap as ride.

上記の本発明の半導体装置では、ゲート電極の両側における半導体基板上に、エピタキシャル成長層により形成された、エクステンション層およびソース・ドレイン層が積層されている。このエクステンション層およびソース・ドレイン層における素子分離絶縁膜側の端部は、薄膜化する傾向にある。本発明では、ソース・ドレイン層における素子分離絶縁膜側の端部に保護層が形成されていることから、薄膜化した端部への合金層の形成が防止される。   In the above-described semiconductor device of the present invention, the extension layer and the source / drain layer formed by the epitaxial growth layer are laminated on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. The end portions on the element isolation insulating film side in the extension layer and the source / drain layer tend to be thinned. In the present invention, since the protective layer is formed at the end of the source / drain layer on the element isolation insulating film side, the formation of the alloy layer at the thinned end is prevented.

上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に活性領域を区画する素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の活性領域にゲート構造体を形成する工程と、前記ゲート構造体の領域を除く前記半導体基板上に、エピタキシャル成長により2つのエクステンション層を形成する工程と、前記ゲート構造体の両側壁であって、2つの前記エクステンション層の各々の端部上に側壁スペーサを形成する工程と、2つの前記エクステンション層の各々の上に、エピタキシャル成長により2つのソース・ドレイン層を形成する工程と、前記エクステンション層および前記ソース・ドレイン層における前記素子分離絶縁膜側の端部に、後の工程の合金層形成工程時において該端部には該合金層が形成されないようにするための保護層を形成する工程と、前記保護層を形成する工程の後に、2つの前記ソース・ドレイン層の各々の露出表面を合金化して、半導体と金属の合金層を形成する工程と、前記合金層を形成する工程の後に、前記ゲート構造体の周囲を覆い、前記ゲート構造体の上面を露出させる層間絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート構造体および側壁スペーサを除去して、前記半導体基板および2つの前記エクステンション層の各端部を露出させるゲート開口部を形成する工程と、前記ゲート開口部における前記半導体基板上および2つの前記エクステンション層の各端部上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート開口部を埋め込むゲート電極を形成する工程と、を有し、前記ゲート電極は、前記ゲート電極の底面の両端部が、前記ゲート絶縁膜を介して2つの前記エクステンション層の各端部上に乗り上げるようにオーバーラップして形成される。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an element isolation insulating film that partitions an active region in a semiconductor substrate, and a step of forming a gate structure in the active region of the semiconductor substrate. A step of forming two extension layers on the semiconductor substrate excluding the region of the gate structure by epitaxial growth , and both side walls of the gate structure on the end portions of the two extension layers. Forming a side wall spacer on each of the two extension layers , forming two source / drain layers by epitaxial growth on each of the two extension layers, and the element isolation insulating film side of the extension layers and the source / drain layers So that the alloy layer is not formed at the end of the alloy layer at the end of the process. A step of forming a protective layer, and a step of forming an alloy layer of a semiconductor and a metal by alloying the exposed surfaces of the two source / drain layers after the step of forming the protective layer, After the step of forming the alloy layer, a step of forming an interlayer insulating film that covers the periphery of the gate structure and exposes the upper surface of the gate structure, and removing the gate structure and the sidewall spacer , Forming a gate opening exposing each end of the semiconductor substrate and the two extension layers; and forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the gate opening and on each end of the two extension layers And a step of forming a gate electrode that embeds the gate opening, and the gate electrode has both ends of the bottom surface of the gate electrode at the gate. Is formed to overlap to ride on each end of the two said extension layer via an insulating film.

上記の本発明の半導体装置の製造方法では、エピタキシャル成長により、エクステンション層およびソース・ドレイン層を形成する。このエクステンション層およびソース・ドレイン層における素子分離絶縁膜側の端部は、薄膜化する傾向にある。このため、本発明では、ソース・ドレイン層を形成した後に、ソース・ドレイン層における素子分離絶縁膜側の端部に保護層を形成する。これにより、その後の合金層の形成工程において、薄膜化した端部への合金層の形成が防止される。   In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the extension layer and the source / drain layer are formed by epitaxial growth. The end portions on the element isolation insulating film side in the extension layer and the source / drain layer tend to be thinned. Therefore, in the present invention, after forming the source / drain layer, a protective layer is formed at the end of the source / drain layer on the element isolation insulating film side. This prevents the formation of the alloy layer on the thinned end in the subsequent alloy layer forming step.

本発明によれば、エピタキシャル成長層によりエクステンション層およびソース・ドレイン層が形成された半導体装置において、合金層と半導体基板間に生じる接合リークを防止して、信頼性を向上させた半導体装置を実現できる。   According to the present invention, in a semiconductor device in which an extension layer and a source / drain layer are formed by an epitaxial growth layer, it is possible to realize a semiconductor device with improved reliability by preventing junction leakage between the alloy layer and the semiconductor substrate. .

以下に、本発明の半導体装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、n型のMISトランジスタを例として図面を参照して述べる。なお、p型のMISトランジスタについては、適宜導電型を逆にすることによって、以下の記述が同様に適用される。   Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, an n-type MIS transistor will be described as an example with reference to the drawings. For the p-type MIS transistor, the following description is similarly applied by appropriately reversing the conductivity type.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment.

例えばシリコン基板からなる半導体基板1には、活性領域を区画する例えばSTI(Shallow Trench Isolation)からなる素子分離絶縁膜2が形成されている。なお、半導体基板1の材料は、シリコン(Si)以外に、ゲルマニウム(Ge)、GeとSiの化合物、あるいは歪Siを用いても良い。   For example, a semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate is formed with an element isolation insulating film 2 made of, for example, STI (Shallow Trench Isolation) that partitions an active region. In addition to silicon (Si), the material of the semiconductor substrate 1 may be germanium (Ge), a compound of Ge and Si, or strained Si.

素子分離絶縁膜2が形成されていない活性領域に、チャネルの反転層が形成されるp型ウェル3が形成されている。半導体基板1上には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が形成されている。   A p-type well 3 in which a channel inversion layer is formed is formed in an active region where the element isolation insulating film 2 is not formed. A gate electrode 5 is formed on the semiconductor substrate 1 via a gate insulating film 4.

ゲート電極5の両側における半導体基板1上には、第1エピタキシャル成長層からなる2つのエクステンション層6が形成されている。エクステンション層6はn型であり、nMISトランジスタのソースまたはドレインの一部として機能するものである。   Two extension layers 6 made of a first epitaxial growth layer are formed on the semiconductor substrate 1 on both sides of the gate electrode 5. The extension layer 6 is n-type and functions as a part of the source or drain of the nMIS transistor.

各エクステンション層6は、ゲート電極5側に傾斜端面を有する。この傾斜端面およびその間の半導体基板1上にゲート絶縁膜4が形成され、その上にゲート電極5が形成されている。   Each extension layer 6 has an inclined end face on the gate electrode 5 side. A gate insulating film 4 is formed on the inclined end face and the semiconductor substrate 1 therebetween, and a gate electrode 5 is formed thereon.

ゲート電極5の側面が、エクステンション層6上に形成されたサイドウォール絶縁膜7により覆われている。サイドウォール絶縁膜7に覆われていないエクステンション層6上には、第2エピタキシャル成長層からなるn型のソース・ドレイン層8が形成されている。サイドウォール絶縁膜7は、ゲート電極5とソース・ドレイン層8との距離を確保するために設けられている。   The side surface of the gate electrode 5 is covered with a sidewall insulating film 7 formed on the extension layer 6. On the extension layer 6 not covered with the sidewall insulating film 7, an n-type source / drain layer 8 made of a second epitaxial growth layer is formed. The sidewall insulating film 7 is provided in order to ensure the distance between the gate electrode 5 and the source / drain layer 8.

素子分離絶縁膜2側におけるエクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部Aには、保護層9が形成されている。保護層9は、例えば酸化シリコンあるいは窒化シリコンからなる。また、本実施形態では、サイドウォール絶縁膜7の側壁にも、保護層9が形成されている。   A protective layer 9 is formed at the end A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side. The protective layer 9 is made of, for example, silicon oxide or silicon nitride. In the present embodiment, the protective layer 9 is also formed on the sidewall of the sidewall insulating film 7.

保護層9から露出したソース・ドレイン層8の部位には、シリサイド層10が形成されている。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8を構成するシリコン半導体と、金属との合金層である。シリサイド層10は、例えばコバルトシリサイドや、ニッケルシリサイドからなる。ゲート電極5の上面にも、合金層11が形成されている。   A silicide layer 10 is formed on the portion of the source / drain layer 8 exposed from the protective layer 9. The silicide layer 10 is an alloy layer of a silicon semiconductor constituting the source / drain layer 8 and a metal. The silicide layer 10 is made of, for example, cobalt silicide or nickel silicide. An alloy layer 11 is also formed on the upper surface of the gate electrode 5.

上記のMISトランジスタを被覆して全面に層間絶縁膜12が形成されている。図示はしないが、層間絶縁膜12には、ソース・ドレイン層8に接続するコンタクトが埋め込まれ、層間絶縁膜12上には当該コンタクトに接続する配線が形成されている。   An interlayer insulating film 12 is formed on the entire surface so as to cover the MIS transistor. Although not shown, contacts connected to the source / drain layers 8 are embedded in the interlayer insulating film 12, and wirings connected to the contacts are formed on the interlayer insulating film 12.

上記の本実施形態に係る半導体装置は、半導体基板1上にエピタキシャル成長層よりなるエクステンション層6が形成された、いわゆる持ち上げエクステンション(Raised Extension)構造を採用する。   The semiconductor device according to the present embodiment employs a so-called lifted extension structure in which an extension layer 6 made of an epitaxial growth layer is formed on a semiconductor substrate 1.

上記の構造では、エクステンション層6の厚さを確保した状態で、半導体基板1の表面からのpn接合深さを浅くすることができることから、エクステンション層6の抵抗値を下げて、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。   In the above structure, the pn junction depth from the surface of the semiconductor substrate 1 can be reduced in a state where the thickness of the extension layer 6 is secured. Can be improved.

上記の半導体装置では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の素子分離絶縁膜2側の端部Aでは、半導体基板1を覆うエクステンション層6およびソース・ドレイン層8が他の領域に比べて薄膜化する傾向にある。この端部Aにシリサイド層10が形成され、シリサイド層10が半導体基板1にまで到達してしまうと、接合リークを起こしてしまう。   In the semiconductor device described above, the extension layer 6 and the source / drain layer 8 covering the semiconductor substrate 1 are thinner than the other regions at the end A on the element isolation insulating film 2 side of the extension layer 6 and the source / drain layer 8. It tends to become. If the silicide layer 10 is formed at the end A and the silicide layer 10 reaches the semiconductor substrate 1, junction leakage occurs.

本実施形態では、この端部Aにおいて、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の側壁を覆う保護層9が形成されていることから、この端部Aにおけるシリサイド層10の形成が防止される。このため、接合リークの発生を防止することができ、信頼性を向上させた半導体装置を実現することができる。   In the present embodiment, since the protective layer 9 covering the sidewalls of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 is formed at the end A, the formation of the silicide layer 10 at the end A is prevented. Therefore, the occurrence of junction leakage can be prevented, and a semiconductor device with improved reliability can be realized.

次に、上記の半導体装置の製造方法について、図2〜図12を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

まず、図2(a)に示すように、例えばSTI技術を用いて、半導体基板1に素子間分離のための素子分離絶縁膜2を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, an element isolation insulating film 2 for element isolation is formed on a semiconductor substrate 1 by using, for example, an STI technique.

次に、図2(b)に示すように、半導体基板1にボロンなどのp型不純物をイオン注入を行い、さらに必要に応じて閾値電圧調整を行うためのイオン注入を行った後、活性化アニールを行うことにより、p型ウェル3を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the semiconductor substrate 1, and after ion implantation for adjusting the threshold voltage as necessary, activation is performed. By performing annealing, the p-type well 3 is formed.

次に、図3(a)に示すように、半導体基板1上に、例えば熱酸化法により0.1〜5nm程度の膜厚の酸化シリコン膜21aを形成する。続いて、酸化シリコン膜21a上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、100nm〜200nm程度の膜厚のポリシリコン層22aを形成する。なお、ポリシリコン層22aに代えて、アモルファスシリコン層や、不純物を導入したアモルファスシリコン層を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 21a having a thickness of about 0.1 to 5 nm is formed on the semiconductor substrate 1 by, eg, thermal oxidation. Subsequently, a polysilicon layer 22a having a thickness of about 100 nm to 200 nm is formed on the silicon oxide film 21a by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Instead of the polysilicon layer 22a, an amorphous silicon layer or an amorphous silicon layer into which impurities are introduced may be formed.

次に、図3(b)に示すように、ポリシリコン層22a上に例えば窒化シリコン膜を堆積させ、リソグラフィ技術およびエッチング技術により窒化シリコン膜を加工して、ゲート電極に対応したパターンのハードマスク23を形成する。ハードマスク23の厚さは、例えば30nm〜100nmの範囲から選択される。   Next, as shown in FIG. 3B, for example, a silicon nitride film is deposited on the polysilicon layer 22a, and the silicon nitride film is processed by a lithography technique and an etching technique to form a hard mask having a pattern corresponding to the gate electrode. 23 is formed. The thickness of the hard mask 23 is selected from a range of 30 nm to 100 nm, for example.

次に、図4(a)に示すように、ハードマスク23をエッチングマスクとして、ポリシリコン層22aおよび酸化シリコン膜21aをドライエッチングすることにより、ダミーゲート22およびダミーゲート絶縁膜21を形成する。これにより、ダミーゲート絶縁膜21、ダミーゲート22、ハードマスク23からなるダミーゲート構造体20が形成される。ダミーゲート構造体20は、本発明のゲート構造体に相当する。   Next, as shown in FIG. 4A, the dummy gate 22 and the dummy gate insulating film 21 are formed by dry etching the polysilicon layer 22a and the silicon oxide film 21a using the hard mask 23 as an etching mask. Thereby, the dummy gate structure 20 including the dummy gate insulating film 21, the dummy gate 22, and the hard mask 23 is formed. The dummy gate structure 20 corresponds to the gate structure of the present invention.

次に、図4(b)に示すように、ダミーゲート構造体20を被覆するように半導体基板1上に、例えばCVD法により窒化シリコン膜を堆積した後に、異方性のドライエッチング(エッチバック)を行うことにより、ダミーゲート構造体20の側壁に第1側壁スペーサ24を形成する。第1側壁スペーサ24の厚さは、例えば1〜10nmである。   Next, as shown in FIG. 4B, after a silicon nitride film is deposited on the semiconductor substrate 1 by, for example, a CVD method so as to cover the dummy gate structure 20, anisotropic dry etching (etchback) is performed. ), The first sidewall spacer 24 is formed on the sidewall of the dummy gate structure 20. The thickness of the first sidewall spacer 24 is, for example, 1 to 10 nm.

次に、図5(a)に示すように、ダミーゲート構造体20および第1側壁スペーサ24から露出した半導体基板1の表面に、エピタキシャル成長法により、砒素またはリンなどのn型不純物が混入したシリコン層(第1エピタキシャル成長層)からなるエクステンション層6を形成する。第1エピタキシャル成長層の材料は、例えば、シリコン単結晶、またはシリコンとゲルマニウムの混晶である。このときの不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1020/cmである。 Next, as shown in FIG. 5A, silicon in which an n-type impurity such as arsenic or phosphorus is mixed by epitaxial growth on the surface of the semiconductor substrate 1 exposed from the dummy gate structure 20 and the first sidewall spacer 24. An extension layer 6 made of a layer (first epitaxial growth layer) is formed. The material of the first epitaxial growth layer is, for example, a silicon single crystal or a mixed crystal of silicon and germanium. The impurity concentration at this time is, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 .

このエピタキシャル成長は、800℃以下の低温プロセスで行われるため、成長中に導入された不純物は半導体基板1(p型ウェル3)内にほとんど拡散しないことから、エクステンション層6とp型ウェル3との間に急峻な濃度勾配をもつpn接合を形成することができる。さらに、不純物は活性化しているために、その後の工程で活性化のための熱処理を行う必要がないことから、半導体基板1への不純物拡散をさらに抑制することができる。これにより、低抵抗のエクステンション層6を形成しつつ、トランジスタの短チャネル効果を抑制することができる。   Since this epitaxial growth is performed by a low-temperature process of 800 ° C. or less, impurities introduced during the growth hardly diffuse into the semiconductor substrate 1 (p-type well 3). A pn junction having a steep concentration gradient can be formed therebetween. Further, since the impurities are activated, it is not necessary to perform a heat treatment for activation in the subsequent steps, so that impurity diffusion into the semiconductor substrate 1 can be further suppressed. Thereby, the short channel effect of the transistor can be suppressed while the extension layer 6 having a low resistance is formed.

エピタキシャル成長における成長条件に応じて、ダミーゲート構造体20側におけるエクステンション層6には傾斜端面が形成される。この傾斜端面が基板面とのなす角度(ファセット)が、20〜70°の範囲で一定の値をもつ。この角度が小さすぎる場合は、エクステンション層6の寄生抵抗が増大してしまう。また、角度が大きすぎる場合にはゲート電極とエクステンション層6との間の寄生容量が大きくなり、あるいは、後述するようにゲート電極と傾斜端面とをオーバーラップさせるときの余裕が小さくなる。このため、この角度は、上記範囲内に制御することが好ましい。   An inclined end face is formed in the extension layer 6 on the dummy gate structure 20 side according to the growth conditions in the epitaxial growth. The angle (facet) formed by the inclined end surface with the substrate surface has a constant value in the range of 20 to 70 °. If this angle is too small, the parasitic resistance of the extension layer 6 increases. If the angle is too large, the parasitic capacitance between the gate electrode and the extension layer 6 increases, or the margin for overlapping the gate electrode and the inclined end surface decreases as will be described later. For this reason, this angle is preferably controlled within the above range.

次に、図5(b)に示すように、加熱した燐酸などを用いて、例えば窒化シリコンからなる第1側壁スペーサ24を除去する。   Next, as shown in FIG. 5B, the first sidewall spacer 24 made of, for example, silicon nitride is removed using heated phosphoric acid or the like.

次に、図6(a)に示すように、ダミーゲート構造体20を被覆するように半導体基板1上に、例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積した後に、異方性のドライエッチング(エッチバック)を行うことにより、ダミーゲート構造体20の側壁に第2側壁スペーサ25を形成する。第2側壁スペーサ25としては、ハードマスク23とのエッチング選択比が高い酸化シリコン膜などの材料を用いる。第2側壁スペーサ25の膜厚は、後のゲート電極がエクステンション層6の傾斜面に重なる幅を規定するものであることから、第1側壁スペーサ24よりも厚くする。例えば、第2側壁スペーサ25の膜厚は、2〜15nmの範囲で設定される。なお、先の第1側壁スペーサ24を除去することなく、第2側壁スペーサ25を形成してもよい。この場合、第2側壁スペーサ25の厚さを第1側壁スペーサ24よりも厚くする必要は必ずしもない。   Next, as shown in FIG. 6A, after a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 by, for example, a CVD method so as to cover the dummy gate structure 20, anisotropic dry etching (etchback) is performed. ), The second sidewall spacer 25 is formed on the sidewall of the dummy gate structure 20. As the second sidewall spacer 25, a material such as a silicon oxide film having a high etching selectivity with respect to the hard mask 23 is used. The film thickness of the second sidewall spacer 25 defines a width in which the subsequent gate electrode overlaps the inclined surface of the extension layer 6, and is thus thicker than the first sidewall spacer 24. For example, the film thickness of the second sidewall spacer 25 is set in the range of 2 to 15 nm. The second sidewall spacer 25 may be formed without removing the first sidewall spacer 24. In this case, it is not always necessary to make the thickness of the second side wall spacer 25 thicker than that of the first side wall spacer 24.

次に、図6(b)に示すように、ダミーゲート構造体20を被覆するようにエクステンション層6上に、例えば窒化シリコン膜を堆積した後、異常性ドライエッチング(エッチバック)を行うことにより、ダミーゲート構造体20の両側面に第2側壁スペーサ25を介して、サイドウォール絶縁膜7を形成する。サイドウォール絶縁膜7は、後の第2側壁スペーサ25のエッチングの際のエッチングストッパとして機能する。このため、サイドウォール絶縁膜7の材料として例えば窒化シリコン膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 6B, after depositing, for example, a silicon nitride film on the extension layer 6 so as to cover the dummy gate structure 20, abnormal dry etching (etchback) is performed. The sidewall insulating films 7 are formed on both side surfaces of the dummy gate structure 20 via the second sidewall spacers 25. The sidewall insulating film 7 functions as an etching stopper when the second sidewall spacer 25 is etched later. For this reason, for example, a silicon nitride film is used as the material of the sidewall insulating film 7.

次に、図7(a)に示すように、エピタキシャル成長法により、エクステンション層6上に選択的に、砒素またはリンなどのn型不純物が混入したシリコン層(第2エピタキシャル成長層)からなるソース・ドレイン層8を形成する。第2エピタキシャル成長層の材料は、例えば、シリコン単結晶、またはシリコンとゲルマニウムの混晶である。   Next, as shown in FIG. 7A, a source / drain composed of a silicon layer (second epitaxial growth layer) in which an n-type impurity such as arsenic or phosphorus is selectively mixed on the extension layer 6 by an epitaxial growth method. Layer 8 is formed. The material of the second epitaxial growth layer is, for example, a silicon single crystal or a mixed crystal of silicon and germanium.

このエピタキシャル成長は、エクステンション層6の形成と同様に、800℃以下の低温プロセスで行われる。このため、既に形成したエクステンション層6中の不純物が半導体基板1へ熱拡散することを防止することができる。また、ソース・ドレイン層8中の不純物は活性化しているために、その後の工程で活性化のための熱処理を行う必要がないことから、半導体基板1への不純物拡散をさらに抑制することができる。   This epitaxial growth is performed by a low-temperature process of 800 ° C. or lower, similarly to the formation of the extension layer 6. For this reason, it is possible to prevent the impurities in the already formed extension layer 6 from being thermally diffused into the semiconductor substrate 1. Further, since the impurities in the source / drain layer 8 are activated, it is not necessary to perform a heat treatment for activation in the subsequent steps, so that impurity diffusion into the semiconductor substrate 1 can be further suppressed. .

次に、図7(b)に示すように、ダミーゲート構造体20を被覆するようにソース・ドレイン層8上に、例えばCVD法により、保護層9を形成する。保護層9としては、窒化シリコン膜からなるハードマスク23やサイドウォール絶縁膜7に対してエッチング選択比のある例えば酸化シリコン膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 7B, a protective layer 9 is formed on the source / drain layer 8 by, for example, a CVD method so as to cover the dummy gate structure 20. As the protective layer 9, for example, a silicon oxide film having an etching selectivity with respect to the hard mask 23 made of a silicon nitride film or the sidewall insulating film 7 is used.

次に、図8(a)に示すように、異方性ドライエッチングにより保護層9をエッチバックして、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の側壁に保護層9を残す。本実施形態の方法では、サイドウォール絶縁膜7の側壁にも保護層9が残る。これにより、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部Aに、保護層9が形成される。   Next, as shown in FIG. 8A, the protective layer 9 is etched back by anisotropic dry etching to leave the protective layer 9 on the sidewalls of the extension layer 6 and the source / drain layer 8. In the method of the present embodiment, the protective layer 9 remains on the sidewall of the sidewall insulating film 7. As a result, the protective layer 9 is formed at the end A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side.

次に、図8(b)に示すように、保護層9から露出したソース・ドレイン層8の部位に、シリサイド層10を形成する。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8の抵抗を下げるために形成され、例えばコバルトシリサイド(CoSi)あるいはニッケルシリサイド(NiSi)である。このシリサイド層10の形成は、コバルトまたはニッケルからなる金属膜を形成した後に熱処理し、金属膜と接触する部分の半導体材料を合金化し、薬液処理により不要な金属膜を除去することにより行う。 Next, as shown in FIG. 8B, the silicide layer 10 is formed in the portion of the source / drain layer 8 exposed from the protective layer 9. The silicide layer 10 is formed to lower the resistance of the source / drain layer 8, and is, for example, cobalt silicide (CoSi 2 ) or nickel silicide (NiSi 2 ). The silicide layer 10 is formed by forming a metal film made of cobalt or nickel and then heat-treating it, alloying a portion of the semiconductor material in contact with the metal film, and removing the unnecessary metal film by chemical treatment.

次に、図9(a)に示すように、シリサイド層10およびダミーゲート構造体20上に、例えばプラズマCVD法により酸化シリコン膜を堆積して、層間絶縁膜12を形成する。   Next, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film is deposited on the silicide layer 10 and the dummy gate structure 20 by, for example, a plasma CVD method to form an interlayer insulating film 12.

次に、図9(b)に示すように、ハードマスク23が露出するまで層間絶縁膜12をエッチバックする。このとき、酸化シリコンからなる第2側壁スペーサ25の上部も若干エッチングされる。   Next, as shown in FIG. 9B, the interlayer insulating film 12 is etched back until the hard mask 23 is exposed. At this time, the upper part of the second sidewall spacer 25 made of silicon oxide is also slightly etched.

次に、図10(a)に示すように、エッチングされ難い窒化シリコンからなるハードマスク23およびサイドウォール絶縁膜7の上部をCMP法により除去する。CMP後には、平坦面が形成される。   Next, as shown in FIG. 10A, the hard mask 23 made of silicon nitride which is difficult to be etched and the upper portion of the sidewall insulating film 7 are removed by CMP. After CMP, a flat surface is formed.

次に、図10(b)に示すように、露出したダミーゲート22をエッチングにより除去し、ゲート開口部26を形成する。より詳細には、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液などのアルカリ溶液によるウェットエッチング、あるいは、ドライエッチングによってダミーゲート22を除去する。   Next, as shown in FIG. 10B, the exposed dummy gate 22 is removed by etching to form a gate opening 26. More specifically, the dummy gate 22 is removed by wet etching with an alkaline solution such as a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution or by dry etching.

次に、図11(a)に示すように、例えば、フッ酸を含む溶液などを用いたウェットエッチングにより、ゲート開口部26内の第2側壁スペーサ25およびダミーゲート絶縁膜21を除去する。これにより、ゲート開口部26の底面にp型ウェル3の表面が露出する。また、ゲート開口部26の底部に、エクステンション層6の傾斜端面が露出する。このとき、サイドウォール絶縁膜7がエッチングストッパとして機能し、傾斜端面の露出幅が一定に制御される。   Next, as shown in FIG. 11A, the second sidewall spacer 25 and the dummy gate insulating film 21 in the gate opening 26 are removed by wet etching using, for example, a solution containing hydrofluoric acid. As a result, the surface of the p-type well 3 is exposed on the bottom surface of the gate opening 26. Further, the inclined end surface of the extension layer 6 is exposed at the bottom of the gate opening 26. At this time, the sidewall insulating film 7 functions as an etching stopper, and the exposed width of the inclined end face is controlled to be constant.

次に、図11(b)に示すように、ゲート開口部26の内壁を被覆するように層間絶縁膜12上に、ゲート絶縁膜4を形成する。続いて、ゲート開口部26内を埋め込むように、ゲート絶縁膜4上にゲート電極層5aを形成する。ゲート絶縁膜4は、熱酸化によるSiO膜、あるいはこれをプラズマ窒化処理して形成するSiON膜、あるいは、ALD(Atomic Layer Deposition)法により形成するHfO膜などである。ゲート電極層5aとしては、Hf(N),Ta(N),Ti(N),W,あるいはRuを含む金属層を形成する。 Next, as shown in FIG. 11B, the gate insulating film 4 is formed on the interlayer insulating film 12 so as to cover the inner wall of the gate opening 26. Subsequently, a gate electrode layer 5 a is formed on the gate insulating film 4 so as to fill the gate opening 26. The gate insulating film 4 is a SiO 2 film formed by thermal oxidation, a SiON film formed by plasma nitriding, or a HfO 2 film formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. As the gate electrode layer 5a, a metal layer containing Hf (N), Ta (N), Ti (N), W, or Ru is formed.

次に、図12(a)に示すように、例えばCMP法により層間絶縁膜12上の余分なゲート電極層5aおよびゲート絶縁膜4を除去する。これにより、ゲート開口部26内にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が形成される。   Next, as shown in FIG. 12A, the excess gate electrode layer 5a and the gate insulating film 4 on the interlayer insulating film 12 are removed by, eg, CMP. As a result, the gate electrode 5 is formed in the gate opening 26 via the gate insulating film 4.

次に、図12(b)に示すように、必要に応じて、層間絶縁膜12から露出したゲート電極5の部位に、合金層11を形成する。合金層11の形成は、例えばコバルトまたはニッケルからなる金属膜を形成した後に熱処理し、金属膜と接触する部分のゲート電極材料を合金化し、薬液処理により不要な金属膜を除去することにより行う。   Next, as shown in FIG. 12B, an alloy layer 11 is formed on the portion of the gate electrode 5 exposed from the interlayer insulating film 12 as necessary. The alloy layer 11 is formed by, for example, forming a metal film made of cobalt or nickel and then performing heat treatment, alloying the gate electrode material in contact with the metal film, and removing the unnecessary metal film by chemical treatment.

以降の工程としては、層間絶縁膜12を積み増した後に、シリサイド層10および合金層11に接続するコンタクトを形成し、上層配線の形成を行うことにより、半導体装置が完成する。   In the subsequent steps, after the interlayer insulating film 12 is stacked, contacts connecting to the silicide layer 10 and the alloy layer 11 are formed, and the upper layer wiring is formed, thereby completing the semiconductor device.

上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、いわゆる持ち上げエクステンション構造の半導体装置の製造において、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8を形成した後に、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部Aに保護層9を形成し、その後、ソース・ドレイン層8にシリサイド層10を形成する。   According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, in the manufacture of a semiconductor device having a so-called lifted extension structure, the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are formed after the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are formed. A protective layer 9 is formed on the end A on the element isolation insulating film 2 side, and then a silicide layer 10 is formed on the source / drain layer 8.

特に本実施形態では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部A、より詳細にはエクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の側壁に、保護層材料の堆積およびエッチバックにより自己整合的に保護層9を形成する。   In particular, in the present embodiment, the end portion A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side, more specifically, the side wall of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side. Then, the protective layer 9 is formed in a self-aligning manner by depositing and etching back the protective layer material.

エクステンション層6およびソース・ドレイン層8が薄膜化する傾向にある端部Aに保護層9を形成することにより、この端部Aにおけるシリサイド層10と半導体基板1との接合リークの発生を防止することができ、信頼性を向上させた半導体装置を製造することができる。   By forming the protective layer 9 at the end A where the extension layer 6 and the source / drain layer 8 tend to be thinned, junction leakage between the silicide layer 10 and the semiconductor substrate 1 at the end A is prevented. Thus, a semiconductor device with improved reliability can be manufactured.

(第2実施形態)
図13は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, The description is abbreviate | omitted.

第1実施形態と同様に、素子分離絶縁膜2側におけるエクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部には、保護層9aが形成されている。保護層9aは、例えば酸化シリコンあるいは窒化シリコンからなる。本実施形態では、第1実施形態と異なり、サイドウォール絶縁膜7の側壁には保護層が形成されていない。   As in the first embodiment, a protective layer 9 a is formed at the end portions of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side. The protective layer 9a is made of, for example, silicon oxide or silicon nitride. In the present embodiment, unlike the first embodiment, a protective layer is not formed on the sidewall of the sidewall insulating film 7.

保護層9aから露出したソース・ドレイン層8の部位には、シリサイド層10が形成されている。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8を構成するシリコン半導体と、金属との合金層である。シリサイド層10は、例えばコバルトシリサイドや、ニッケルシリサイドからなる。   A silicide layer 10 is formed on the portion of the source / drain layer 8 exposed from the protective layer 9a. The silicide layer 10 is an alloy layer of a silicon semiconductor constituting the source / drain layer 8 and a metal. The silicide layer 10 is made of, for example, cobalt silicide or nickel silicide.

本実施形態に係る半導体装置では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部Aにおいて、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の側壁を覆う保護層9aが形成されていることから、この端部Aにおけるシリサイド層10の形成が防止される。このため、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the protective layer 9 a that covers the sidewalls of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 is formed at the end A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8. Formation of the silicide layer 10 in the portion A is prevented. For this reason, there can exist the same effect as a 1st embodiment.

次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図14〜図15を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態と保護層の形成方法のみが異なる。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment only in the method for forming the protective layer.

まず、第1実施形態と同様にして、図2〜図7(a)までの工程を経ることにより、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8を形成する。   First, in the same manner as in the first embodiment, the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are formed through the steps from FIG. 2 to FIG.

次に、図14(a)に示すように、ダミーゲート構造体20を被覆するようにソース・ドレイン層8上に、例えばCVD法により、保護層9aを形成する。保護層9aとしては、窒化シリコン膜からなるハードマスク23やサイドウォール絶縁膜7に対してエッチング選択比のある例えば酸化シリコン膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 14A, a protective layer 9a is formed on the source / drain layer 8 so as to cover the dummy gate structure 20 by, for example, a CVD method. As the protective layer 9a, for example, a silicon oxide film having an etching selectivity with respect to the hard mask 23 made of a silicon nitride film or the sidewall insulating film 7 is used.

次に、図14(b)に示すように、リソグラフィ技術により、ソース・ドレイン層8の端部Aにおける保護層9a上に、マスク層27を形成する。マスク層27は、レジストマスクであってもハードマスクであってもよい。   Next, as shown in FIG. 14B, a mask layer 27 is formed on the protective layer 9a at the end A of the source / drain layer 8 by lithography. The mask layer 27 may be a resist mask or a hard mask.

次に、図15(a)に示すように、マスク層27をエッチングマスクとして、保護層9aをエッチングした後、マスク層27を除去することにより、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の側壁のみに保護層9aを形成する。これにより、サイドウォール絶縁膜7およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部Aに、保護層9aが形成される。   Next, as shown in FIG. 15A, the mask layer 27 is used as an etching mask, the protective layer 9a is etched, and then the mask layer 27 is removed so that only the side walls of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are removed. Then, the protective layer 9a is formed. Thereby, the protective layer 9a is formed at the end A on the side of the element isolation insulating film 2 in the sidewall insulating film 7 and the source / drain layer 8.

次に、図15(b)に示すように、保護層9aから露出したソース・ドレイン層8の部位に、シリサイド層10を形成する。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8の抵抗を下げるために形成され、例えばコバルトシリサイド(CoSi)あるいはニッケルシリサイド(NiSi)である。このシリサイド層10の形成は、コバルトまたはニッケルからなる金属膜を形成した後に熱処理し、金属膜と接触する部分の半導体材料を合金化し、薬液処理により不要な金属膜を除去することにより行う。 Next, as shown in FIG. 15B, the silicide layer 10 is formed in the portion of the source / drain layer 8 exposed from the protective layer 9a. The silicide layer 10 is formed to lower the resistance of the source / drain layer 8, and is, for example, cobalt silicide (CoSi 2 ) or nickel silicide (NiSi 2 ). The silicide layer 10 is formed by forming a metal film made of cobalt or nickel and then heat-treating it, alloying a portion of the semiconductor material in contact with the metal film, and removing the unnecessary metal film by chemical treatment.

以降の工程としては、第1実施形態と同様に、図9〜図12に示す工程を経ることにより、半導体装置が完成する。   As the subsequent steps, as in the first embodiment, the semiconductor device is completed through the steps shown in FIGS.

上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部Aに、マスク層27を用いたエッチングにより保護層9aを形成した後に、ソース・ドレイン層8にシリサイド層10を形成する。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the protective layer 9a is formed by etching using the mask layer 27 at the end A on the element isolation insulating film 2 side in the extension layer 6 and the source / drain layer 8. Later, a silicide layer 10 is formed on the source / drain layer 8.

このため、第1実施形態と同様に、この端部Aにおけるシリサイド層10と半導体基板1との接合リークの発生を防止することができ、信頼性を向上させた半導体装置を製造することができる。   Therefore, as in the first embodiment, the occurrence of junction leakage between the silicide layer 10 and the semiconductor substrate 1 at the end A can be prevented, and a semiconductor device with improved reliability can be manufactured. .

(第3実施形態)
図16は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, The description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、素子分離絶縁膜2側におけるエクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部Aには、保護層9bが形成されている。本実施形態では、保護層9bは、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部Aを絶縁化した領域により構成される。   In the present embodiment, a protective layer 9 b is formed at the end A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 on the element isolation insulating film 2 side. In the present embodiment, the protective layer 9 b is constituted by a region in which the end portions A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are insulated.

保護層9bの形成領域以外のソース・ドレイン層8の露出表面には、シリサイド層10が形成されている。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8を構成するシリコン半導体と、金属との合金層である。シリサイド層10は、例えばコバルトシリサイドや、ニッケルシリサイドからなる。   A silicide layer 10 is formed on the exposed surface of the source / drain layer 8 other than the region where the protective layer 9b is formed. The silicide layer 10 is an alloy layer of a silicon semiconductor constituting the source / drain layer 8 and a metal. The silicide layer 10 is made of, for example, cobalt silicide or nickel silicide.

本実施形態に係る半導体装置では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部Aにおいて、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8を絶縁化した保護層9bが形成されていることから、この端部Aにおけるシリサイド層10の形成が防止される。このため、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the protective layer 9b in which the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are insulated is formed at the end A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8. Formation of the silicide layer 10 in the portion A is prevented. For this reason, there can exist the same effect as a 1st embodiment.

次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図17〜図18を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態と保護層の形成方法のみが異なる。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment only in the method for forming the protective layer.

まず、第1実施形態と同様にして、図2〜図7(a)までの工程を経ることにより、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8を形成する。   First, in the same manner as in the first embodiment, the extension layer 6 and the source / drain layer 8 are formed through the steps from FIG. 2 to FIG.

次に、図17(a)に示すように、リソグラフィ技術により、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8の端部A以外の領域を覆い、端部Aを露出させるマスク層28を形成する。マスク層28は、レジストマスクあるいはハードマスクのいずれでもよい。   Next, as shown in FIG. 17A, a mask layer 28 that covers the regions other than the end portion A of the extension layer 6 and the source / drain layer 8 and exposes the end portion A is formed by lithography. The mask layer 28 may be either a resist mask or a hard mask.

次に、図17(b)に示すように、マスク層28から露出したソース・ドレイン層8およびエクステンション層6の部位を酸化または窒化することにより、酸化シリコンあるいは窒化シリコンからなる保護層9bを形成する。なお、エピタキシャル成長層であるシリコンを絶縁化できれば、酸化あるいは窒化以外の処理を用いても良い。その後、図18(a)に示すように、マスク層28を除去する。   Next, as shown in FIG. 17B, the portions of the source / drain layer 8 and the extension layer 6 exposed from the mask layer 28 are oxidized or nitrided to form a protective layer 9b made of silicon oxide or silicon nitride. To do. Note that treatment other than oxidation or nitridation may be used as long as silicon as an epitaxial growth layer can be insulated. Thereafter, as shown in FIG. 18A, the mask layer 28 is removed.

次に、図18(b)に示すように、保護層9bの形成領域以外のソース・ドレイン層8の部位に、シリサイド層10を形成する。シリサイド層10は、ソース・ドレイン層8の抵抗を下げるために形成され、例えばコバルトシリサイド(CoSi)あるいはニッケルシリサイド(NiSi)である。このシリサイド層10の形成は、コバルトまたはニッケルからなる金属膜を形成した後に熱処理し、金属膜と接触する部分の半導体材料を合金化し、薬液処理により不要な金属膜を除去することにより行う。 Next, as shown in FIG. 18B, a silicide layer 10 is formed in a portion of the source / drain layer 8 other than the formation region of the protective layer 9b. The silicide layer 10 is formed to lower the resistance of the source / drain layer 8, and is, for example, cobalt silicide (CoSi 2 ) or nickel silicide (NiSi 2 ). The silicide layer 10 is formed by forming a metal film made of cobalt or nickel and then heat-treating it, alloying a portion of the semiconductor material in contact with the metal film, and removing the unnecessary metal film by chemical treatment.

以降の工程としては、第1実施形態と同様に、図9〜図12に示す工程を経ることにより、半導体装置が完成する。   As the subsequent steps, as in the first embodiment, the semiconductor device is completed through the steps shown in FIGS.

上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、エクステンション層6およびソース・ドレイン層8における素子分離絶縁膜2側の端部Aに、マスク層28を用いた選択的な絶縁化処理により保護層9bを形成した後に、ソース・ドレイン層8にシリサイド層10を形成する。   In the manufacturing method of the semiconductor device according to the above-described embodiment, the end layer A on the element isolation insulating film 2 side in the extension layer 6 and the source / drain layer 8 is protected by a selective insulating process using the mask layer 28. After forming the layer 9 b, the silicide layer 10 is formed on the source / drain layer 8.

このため、第1実施形態と同様に、この端部Aにおけるシリサイド層10と半導体基板1との接合リークの発生を防止することができ、信頼性を向上させた半導体装置を製造することができる。   Therefore, as in the first embodiment, the occurrence of junction leakage between the silicide layer 10 and the semiconductor substrate 1 at the end A can be prevented, and a semiconductor device with improved reliability can be manufactured. .

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
保護層9,9a、9bの形成前後の工程については、種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、メタルゲートを採用するため、ゲート構造体としてダミーゲート構造体20を形成し、その後除去したが、ポリシリコンゲートを採用する場合には、ダミーゲート絶縁膜21およびダミーゲート22をそのままゲート絶縁膜およびゲート電極として用いることができる。また、ゲート電極5としてメタルゲートを採用する場合には、合金層11はなくてもよい。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
Various changes can be made to the steps before and after the formation of the protective layers 9, 9a, 9b. For example, in this embodiment, since a metal gate is employed, the dummy gate structure 20 is formed as a gate structure and then removed. However, when a polysilicon gate is employed, the dummy gate insulating film 21 and the dummy gate are used. 22 can be used as it is as a gate insulating film and a gate electrode. Further, when a metal gate is adopted as the gate electrode 5, the alloy layer 11 is not necessary.

また、本実施形態では、第1側壁スペーサ24および第2側壁スペーサ25を利用して、エクステンション層6の傾斜端面とゲート電極5とのオーバーラップ量を制御する例について説明したが、必要に応じてこれらの層は省略してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
In the present embodiment, the example in which the overlap amount between the inclined end surface of the extension layer 6 and the gate electrode 5 is controlled using the first sidewall spacer 24 and the second sidewall spacer 25 has been described. These layers may be omitted.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第1実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。It is process sectional drawing in manufacture of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板、2…素子分離絶縁膜、3…p型ウェル、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6…エクステンション層、7…サイドウォール絶縁膜、8…ソース・ドレイン層、9,9a,9b…保護層、10…シリサイド層、11…合金層、12…層間絶縁膜、20…ダミーゲート構造体、21…ダミーゲート絶縁膜、21a…酸化シリコン膜、22…ダミーゲート、22a…ポリシリコン層、23…ハードマスク、24…第1側壁スペーサ、25…第2側壁スペーサ、26…ゲート開口部、27…マスク層、28…マスク層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... P-type well, 4 ... Gate insulating film, 5 ... Gate electrode, 6 ... Extension layer, 7 ... Side wall insulating film, 8 ... Source-drain layer, 9, 9a, 9b ... protective layer, 10 ... silicide layer, 11 ... alloy layer, 12 ... interlayer insulating film, 20 ... dummy gate structure, 21 ... dummy gate insulating film, 21a ... silicon oxide film, 22 ... dummy gate, 22a ... Polysilicon layer, 23 ... hard mask, 24 ... first sidewall spacer, 25 ... second sidewall spacer, 26 ... gate opening, 27 ... mask layer, 28 ... mask layer

Claims (4)

半導体基板に形成され、活性領域を区画する素子分離絶縁膜と、
前記活性領域における前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側における前記半導体基板上に積層され、エピタキシャル成長層により形成された2つのエクステンション層と、
2つの前記エクステンション層の各々の上に積層され、エピタキシャル成長層により形成された2つのソース・ドレイン層と、
2つの前記ソース・ドレイン層の各々の上に形成された、半導体と金属の合金層と、
前記エクステンション層および前記ソース・ドレイン層における前記素子分離絶縁膜側の端部に形成され、当該端部における前記合金層の形成を防止する保護層と、を有し、
前記ゲート電極の底面の両端部が、前記ゲート絶縁膜を介して2つの前記エクステンション層の前記ゲート電極側の各端部上に、乗り上げるようにオーバーラップしている、
半導体装置。
An element isolation insulating film formed on a semiconductor substrate and defining an active region;
A gate electrode formed on the semiconductor substrate in the active region via a gate insulating film;
Two extension layers stacked on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode and formed by an epitaxial growth layer;
Two source / drain layers stacked on each of the two extension layers and formed by an epitaxial growth layer;
A semiconductor-metal alloy layer formed on each of the two source / drain layers;
A protective layer that is formed at an end of the extension layer and the source / drain layer on the element isolation insulating film side and prevents the alloy layer from being formed at the end; and
Both end portions of the bottom surface of the gate electrode overlap each other on the gate electrode side ends of the two extension layers via the gate insulating film,
Semiconductor device.
2つの前記エクステンション層上に前記ゲート電極の両側面を覆うサイドウォール絶縁膜が形成されており、
前記保護層は、前記サイドウォール絶縁膜とは異なる材料により形成された、
請求項1記載の半導体装置。
Side wall insulating films covering both side surfaces of the gate electrode are formed on the two extension layers,
The protective layer is formed of a material different from that of the sidewall insulating film,
The semiconductor device according to claim 1.
半導体基板に活性領域を区画する素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の活性領域にゲート構造体を形成する工程と、
前記ゲート構造体の領域を除く前記半導体基板上に、エピタキシャル成長により2つのエクステンション層を形成する工程と、
前記ゲート構造体の両側壁であって、2つの前記エクステンション層の各々の端部上に側壁スペーサを形成する工程と、
2つの前記エクステンション層の各々の上に、エピタキシャル成長により2つのソース・ドレイン層を形成する工程と、
前記エクステンション層および前記ソース・ドレイン層における前記素子分離絶縁膜側の端部に、後の工程の合金層形成工程時において該端部には該合金層が形成されないようにするための保護層を形成する工程と、
前記保護層を形成する工程の後に、2つの前記ソース・ドレイン層の各々の露出表面を合金化して、半導体と金属の合金層を形成する工程と、
前記合金層を形成する工程の後に、前記ゲート構造体の周囲を覆い、前記ゲート構造体の上面を露出させる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート構造体および側壁スペーサを除去して、前記半導体基板および2つの前記エクステンション層の各端部を露出させるゲート開口部を形成する工程と、
前記ゲート開口部における前記半導体基板上および2つの前記エクステンション層の各端部上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート開口部を埋め込むゲート電極を形成する工程と、を有し、
前記ゲート電極は、前記ゲート電極の底面の両端部が、前記ゲート絶縁膜を介して2つの前記エクステンション層の各端部上に乗り上げるようにオーバーラップして形成される、
半導体装置の製造方法。
Forming an element isolation insulating film for partitioning an active region on a semiconductor substrate;
Forming a gate structure in an active region of the semiconductor substrate;
Forming two extension layers by epitaxial growth on the semiconductor substrate excluding the region of the gate structure;
Forming sidewall spacers on both side walls of the gate structure on each end of the two extension layers;
Forming two source / drain layers by epitaxial growth on each of the two extension layers;
A protective layer for preventing the alloy layer from being formed at the end portion of the extension layer and the source / drain layer on the element isolation insulating film side at the end of the alloy layer forming step. Forming, and
After the step of forming the protective layer, alloying the exposed surfaces of each of the two source / drain layers to form an alloy layer of a semiconductor and a metal;
After the step of forming the alloy layer, forming an interlayer insulating film that covers the periphery of the gate structure and exposes the upper surface of the gate structure;
Removing the gate structure and sidewall spacers to form gate openings exposing the semiconductor substrate and the ends of the two extension layers;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate and on each end of the two extension layers in the gate opening;
Forming a gate electrode that embeds the gate opening, and
The gate electrode is formed to overlap so that both end portions of the bottom surface of the gate electrode run on the end portions of the two extension layers via the gate insulating film,
A method for manufacturing a semiconductor device.
側壁スペーサを形成する工程の後、2つの前記ソース・ドレイン層を形成する工程の前に、前記ゲート構造体の両側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程をさらに有し、
前記保護層を形成する工程において、前記サイドウォール絶縁膜とは異なる材料の保護層を形成する、
請求項3記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming a pre-Symbol sidewall spacers, before the step of forming two said source-drain layer, further comprising the step of forming the sidewall insulating films on both sidewalls of the gate structure,
In the step of forming the protective layer, a protective layer made of a material different from the sidewall insulating film is formed.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3.
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