JP5011196B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1から図4は、本発明に係る第1の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。これらの図面は、便宜的に、フルシリサイドMOSFETおよびノーマルシリサイドMOSFETを1つずつ図示している。実際には、多数のフルシリサイドMOSFETおよびノーマルシリサイドMOSFETがシリコン基板上に形成される。フルシリサイドMOSFETは、例えば、周辺回路等に形成される。ノーマルシリサイドMOSFETは、例えば、コア回路部分等に形成される。例えば、半導体装置のコア回路部分にフルシリサイドMOSFETを採用し、周辺回路部分にノーマルシリサイドMOSFETを採用する。これにより、コア回路部分のゲートリーク電流を抑制することができるので、半導体装置の信頼性が高くなる。半導体装置のロジック部分にはフルシリサイドMOSFETを採用し、アナログ部分にはノーマルシリサイドMOSFETを採用してもよい。これにより、アナログ部分のトランジスタのしきい値電圧を低くすることができるので、半導体装置の動作を高速にすることができる。
第1の実施形態の変形例では、図5に示すように、シリサイド層110がソース・ドレイン層70上にも形成されている。この場合、同一工程で、ソース・ドレイン層70、第1のゲート電極40および第2のゲート電極42にシリサイドを形成してもよい。あるいは、第1および第2のゲート電極40および42をマスク材料で被覆し、ソース・ドレインシ層70上にシリサイド層110を形成する。その後、層間絶縁膜80の平坦化によって第1および第2のゲート電極40および42の上面を露出した後に、第1および第2のゲート電極40および42にシリサイドを形成してもよい。
図8から図10は、本発明に係る第2の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。まず、第1の実施形態と同様の工程を経て、図1に示す構造が得られる。次に、第1および第2のゲート電極40および42の上にマスク材料としてフォトレジスト90を堆積する。次に、図8に示すように、第1のゲート電極40を被覆したまま第2のゲート電極42の上面を露出させるようにフォトレジスト90をパターニングする。続いて、フォトレジスト90をマスクとして、例えば、窒素イオンを第2のゲート電極42の内部へイオン注入する。これにより、ポリシリコンよりもシリサイド化し難い窒素注入層43がシリサイド化抑制層として第2のゲート電極42の内部に形成される。窒素注入層43は、ポリシリコン層41とポリシリコン層45との間に設けられる。このように、第2のゲート電極42は、ポリシリコン層41、窒素注入層43およびポリシリコン層45から成る三層構造を有する。
第2の実施形態の変形例では、シリサイド層(図示せず)がソース・ドレイン層70上にも形成されてもよい(図5参照)。この場合、第1および第2のゲート電極40および42をマスク材料で被覆し、ソース・ドレインシ層70上にシリサイド層110を形成する。その後、層間絶縁膜80の平坦化によって第1および第2のゲート電極40および42の上面を露出した後に、第2のゲート電極42へ窒素イオンの注入を行う。
図11から図13は、本発明に係る第3の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。まず、第1の実施形態と同様の工程を経て、図1に示す構造が得られる。次に、第1および第2のゲート電極40および42の上にマスク材料としてフォトレジスト90を堆積する。次に、図11に示すように、第2のゲート電極42を被覆したまま第1のゲート電極40の上面を露出させるようにフォトレジスト90をパターニングする。続いて、フォトレジスト90をマスクとして、例えば、ゲルマニウムまたはシリコンを第1のゲート電極40へイオン注入などにより導入する。これにより、第1のゲート電極40の上部にあるポリシリコンがアモルファス化する。これにより、第1のゲート電極40は、アモルファスシリコン層49およびポリシリコン層48から成る二層構造を有する。
第3の実施形態の変形例では、シリサイド層(図示せず)がソース・ドレイン層70上にも形成されてもよい(図5参照)。この場合、第1および第2のゲート電極40および42をマスク材料で被覆し、ソース・ドレイン層70上にシリサイド層110を形成する。その後、層間絶縁膜80の平坦化によって第1および第2のゲート電極40および42の上面を露出した後に、第1のゲート電極40へゲルマニウムまたはシリコンをイオン注入などにより導入する。
図14から図17は、本発明に係る第4の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。まず、第1の実施形態と同様の工程を経て、ゲート絶縁膜30がシリコン基板10上に形成される。次に、ゲート絶縁膜30上にポリシリコンおよびシリコン窒化膜を堆積する。フォトリソグラフィ技術およびRIE等の異方性エッチングを利用して、このポリシリコンおよびシリコン窒化膜をゲートパターンに成形する。これにより、図14に示すように、第1および第2のゲート電極40、42およびシリコン窒化膜キャップ170、172が形成される。シリコン窒化膜キャップ170および172は、シリサイド化抑制材料として第1および第2のゲート電極40、42のそれぞれの上面を被覆している。
図18から図20は、本発明に係る第5の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。まず、第1の実施形態と同様の工程を経て、図1に示す構造が得られる。次に、図18に示すように、金属膜としてニッケル膜100を堆積する。
図21から図26は、本発明に係る第6の実施形態に従った半導体装置の製造方法の流れを示す断面図である。まず、第1の実施形態と同様の工程を経て、ゲート絶縁膜30がシリコン基板10上に形成される。次に、ゲート絶縁膜30上にポリシリコンおよびシリコン窒化膜を堆積する。フォトリソグラフィ技術およびRIE等の異方性エッチングを利用して、このポリシリコンおよびシリコン窒化膜をゲートパターンに成形する。これにより、図21に示すように、第1および第2のゲート電極40、42およびシリコン窒化膜キャップ177が形成される。シリコン窒化膜キャップ177は、第1および第2のゲート電極40、42のそれぞれの上面を被覆している。
20…STI
30…ゲート絶縁膜
40…第1のゲート電極
42…第2のゲート電極
41、44、45、48…ポリシリコン層
46…シリサイド層
49…アモルファスシリコン層
43…窒素注入層
50…エクステンション層
60…スペーサ
70…ソース・ドレイン層
80…層間絶縁膜
90…フォトレジスト
100…ニッケル膜
Claims (3)
- 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極材料および該ゲート電極材料よりもシリサイド化し難いシリサイド化抑制材料を堆積し、
前記ゲート電極材料および前記シリサイド化抑制材料をパターニングすることによって、上面に前記シリサイド化抑止材料を載せた第1のゲート電極および第2のゲート電極を前記ゲート絶縁膜上に形成し、
前記シリサイド化抑止材料上にマスク材料を堆積し、
前記第2のゲート電極上の前記シリサイド化抑止材料を被覆し、前記第1のゲート電極上の前記シリサイド化抑止材料の上面を露出させるように前記マスク材料をパターニングし、
前記マスク材料を利用して前記第1のゲート電極の上面にある前記シリサイド化抑制材料を除去し、
前記マスク材料を除去し、
前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極上に金属膜を堆積し、
前記第1のゲート電極の全体をシリサイド化し、
前記第2のゲート電極の上面にある前記シリサイド化抑制材料を除去し、
前記第2のゲート電極上に金属膜を堆積し、
前記第2のゲート電極の上部をシリサイド化することを具備した半導体装置の製造方法。 - 前記第1のゲート電極は、半導体装置のコア回路に形成され、
前記第2のゲート電極は、半導体装置の周辺回路に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記シリサイド化抑止材料を載せた前記第1および第2のゲート電極の形成後、層間絶縁膜を堆積し、
前記シリサイド化抑止材料の上面が露出されるまで前記層間絶縁膜を平坦化し、
平坦化された前記層間絶縁膜上に前記金属膜を堆積することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
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