JP5395354B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法及び半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5395354B2 JP5395354B2 JP2007508182A JP2007508182A JP5395354B2 JP 5395354 B2 JP5395354 B2 JP 5395354B2 JP 2007508182 A JP2007508182 A JP 2007508182A JP 2007508182 A JP2007508182 A JP 2007508182A JP 5395354 B2 JP5395354 B2 JP 5395354B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon film
- gallium
- forming
- doped silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 53
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 90
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 claims description 69
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 47
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 31
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 73
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 48
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 description 40
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 31
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 21
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 16
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006137 NiGe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004335 scaling law Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005881 NiSi 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- SCCCLDWUZODEKG-UHFFFAOYSA-N germanide Chemical compound [GeH3-] SCCCLDWUZODEKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N nickel silicon Chemical compound [Si].[Ni] PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28035—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
- H01L21/28044—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
- H01L21/28052—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer the conductor comprising a silicide layer formed by the silicidation reaction of silicon with a metal layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28097—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a metallic silicide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/823437—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
- H01L21/82345—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different gate conductor materials or different gate conductor implants, e.g. dual gate structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
- H01L21/823828—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
- H01L21/823842—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different gate conductor materials or different gate conductor implants, e.g. dual gate structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4966—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
- H01L29/4975—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2 being a silicide layer, e.g. TiSi2
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
金属材料をCMOSプロセスに適用する金属ゲートプロセスの場合、金属ゲート電極の微細加工性及び耐熱性の点で問題がある。これらの問題を回避するには、ソース・ドレイン拡散領域を形成した後にゲート電極を形成するゲートラストプロセスが必要と考えられるが、微細化が困難であることとコスト増が問題である。即ち、微細化に伴って、ゲート孔にゲート絶縁膜と金属膜を形成する場合の埋め込みが困難となり、さらにそれらの工程増加により製造コストが増加する。また、n型MISFETとp型MISFETの集積化には、ゲート電極に別々の金属を用いる必要があり、製造上の問題からゲート絶縁膜の信頼性低下を招くおそれがある。
これに対し、MISFETの分野では、ゲート電極の材料の仕事関数とシリコン基板の仕事関数との差がMISFETのしきい値電圧を決定するのに大きく影響する。しかし、このしきい値電圧は、ゲート絶縁膜内や、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面、さらには、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面のそれぞれにおける固定電荷や界面準位に影響される。このため、MISFETの分野における「ゲート電極の仕事関数」は、上記した一般的な物質の仕事関数に、上記固定電荷や界面準位の影響をも含めた意味を有している。
一方、上記した第3の従来例は、CMOSプロセスには適用しにくいという問題がある。
また、上記した第5の従来例では、ゲート電極の表面及びソース・ドレイン領域の表面にNi膜及びTiN膜を順次形成した後、これらを反応させてNiSi膜を形成している。従って、Ni膜及びTiN膜を順次形成する工程と、ゲート電極をサリサイド構造とした後に残存するNi膜及びTiN膜を除去する工程とが必要であり、工程数が増加するという課題があった。さらに、上記した第4及び第5の従来例には、NiSiの仕事関数を大幅に変動させる技術については、何ら開示も示唆もされていない。
図1A〜図1Fは、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。本発明の実施例1では、図1Fに示すGaドープNiSiゲート電極11を有するp型MISFETの製造方法について説明する。以下、順を追ってその製造工程を説明する。
まず、n型の不純物がドーピングされたシリコン(Si)基板1を準備する。このSi基板1の表面から深さ方向に所定深さ、例えば、300nmの領域におけるn型不純物濃度は、例えば、5×1016cm-3 〜5×1018cm-3である。Si基板1上に、公知のLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法やSTI(Shallow Trench Isolation)法などにより図示せぬ素子分離領域を形成した後、熱酸化法又はラジカル酸窒化法によりゲート絶縁膜2を成膜する。このゲート絶縁膜2は、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜のどちらであっても良い。また、ゲート絶縁膜2の膜厚は、例えば、0.5nm〜5nm程度である。
従って、本発明の実施例1によれば、製造工程の工程数は増加するが、サリサイドプロセスを用いることなく、後にゲート電極となるべき多結晶シリコン膜3だけを選択的にニッケルシリサイド化することにより、ゲート長によるNiSi組成比依存性を改善することができ、安定なNiSiゲート電極を形成することができる。また、ゲート絶縁膜の薄膜化によるMISFETの駆動能力向上を達成することができる。
図3A〜図3Dは、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。本発明の実施例2では、リソグラフィー技術を用いて、図3Dに示す、上記実施例1で説明したGaドープNiSiゲート電極を有するp型MISFET21と、上記文献2に開示されているアンチモン(Sb)等をドーピングしたNiSiゲート電極を有するn型MISFET22とからなるCMOSを集積化する製造方法について、説明する。
なお、図3Aに示す製造工程より前の製造工程については、上記実施例1で説明した、図1A〜図1Cに示す製造工程と同様である。従って、図3A〜図3Dにおいて、図1A〜図1Fの各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。ただし、図3A〜図3Dには、上記実施例1で説明及び図示をともに省略した素子分離領域23を図示している。また、n型MISFET領域22のSi基板24の表面から深さ方向の、例えば、300nmの領域には、p型不純物が、例えば、5×1016cm-3〜5×1018cm-3程度の不純物濃度で存在する。
これにより、p型MISFET領域21の表面が現れた多結晶シリコン膜3にGaがドーピングされ、Gaドープ多結晶シリコン膜10が形成される。この場合の注入エネルギーは、Gaイオンが多結晶シリコン膜3を突き抜けてSi基板24に到達しない程度であれば良く、例えば、5keVである。また、Gaのドーズ量は、Gaドープ多結晶シリコン膜10をニッケルシリサイド化したときに所期の仕事関数が得られるように、例えば、5×1012cm-2〜5×1016cm-2の間で条件を設定すれば良い。以上説明した製造工程により、図3Aに示す中間製造物が製造される。
図4A〜図4Eは、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。本発明の実施例3では、図4Eに示すGaドープNiSiゲート電極11を有するp型MISFETの製造方法について説明する。本発明の実施例3では、ソース・ドレイン拡散領域の表面及びゲート電極の表面を同時にシリサイド化するサリサイド(Salicide:Self-Aligned Silicide)プロセスを適用している。このサリサイドプロセスをMISFETの製造方法に適用した場合、ゲート電極上に成膜されるNi膜の膜厚とソース・ドレイン拡散領域上に成膜されるNi膜の膜厚とが等しくなるため、Niシンター工程を経てそれぞれ形成されるゲート電極上のNiSi膜の膜厚と、ソース・ドレイン拡散領域上のNiSi膜の膜厚とが等しくなる。
このとき、エッチング溶液として、サイドウォール37のシリコン酸化膜に対するエッチング選択性が高いリン酸溶液を用いれば、マスクシリコン窒化膜を完全に取り除くことができる一方、サイドウォール37を残すことができる。しかし、CoSi2からなるソース・ドレインシリサイド膜7を形成する前の処理において、HF溶液処理によりシリコン酸化膜がエッチングされるため、ソース・ドレインシリサイド膜41が接合深さの浅いエクステンション領域36の上に形成される。これにより、ソース又はドレインと基板電極が導通してしまい、接合リーク電流の増加が懸念される。そこで、この接合リーク電流の増加を招かないようにするために、サイドウォール37を残す必要がある。
この熱処理は、上記したRTA処理法であり、所定の加熱温度(例えば、900℃〜1100℃)及び所定の加熱時間(例えば、20秒以下)という条件の下において行う。
例えば、上述の各実施例では、いずれもn型Si基板を用いる例を示したが、これに限定されず、p型Si基板を用いるとともに、各ソース・ドレイン拡散領域等の導電型を上述の各実施例とは逆にしても、上述の各実施例で述べたと略同様の作用効果を得ることができる。さらに、Si以外の半導体基板を用いても良い。
また、上述の各実施例は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。
Claims (7)
- 半導体基板の表面に成膜されたゲート絶縁膜上にシリコン膜を成膜する工程と、
前記シリコン膜にガリウムをドーピングしてガリウムドープシリコン膜を形成する工程と、
前記ガリウムドープシリコン膜の熱処理を行う工程と、
熱処理された前記ガリウムドープシリコン膜上に前記ガリウムドープシリコン膜の膜厚の0.3倍〜0.6倍の厚さだけニッケル膜を成膜する工程と、
窒素雰囲気中及び高真空中のいずれかでシンターを行うことにより、前記ニッケル膜が成膜された前記ガリウムドープシリコン膜をニッケルシリサイド反応させてゲート長が150nm以下であるゲート電極を形成する工程と
を備え、
熱処理を行う工程の前に、前記シリコン膜及び前記ゲート絶縁膜をパターニングして前記半導体基板の表面を部分的に露出させる工程と、
前記半導体基板の露出部分にソース・ドレイン拡散領域を形成する工程とをさらに備え、
前記ニッケル膜を成膜する工程は、前記ガリウムドープシリコン膜及び前記ソース・ドレイン拡散領域上に前記ニッケル膜を成膜し、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ニッケル膜が成膜された、前記ガリウムドープシリコン膜及び前記ソース・ドレイン拡散領域を同時にニッケルシリサイド反応させ、前記ソース・ドレイン拡散領域に形成されるニッケルシリサイド膜を前記ゲート電極におけるニッケルシリサイド膜より薄く形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記シリコン膜のn型半導体素子領域にアンチモン、ヒ素及びリンのいずれかをドーピングしてアンチモン等ドープシリコン膜を形成する工程をさらに備え、
前記ガリウムドープシリコン膜を形成する工程は、前記シリコン膜のp型半導体素子領域にガリウムをドーピングし、
前記熱処理を行う工程は、前記ガリウムドープシリコン膜及び前記アンチモン等ドープシリコン膜の熱処理を行い、
前記ニッケル膜を成膜する工程は、熱処理された、前記ガリウムドープシリコン膜及び前記アンチモン等ドープシリコン膜上に前記ニッケル膜を成膜し、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ニッケル膜が成膜された、前記ガリウムドープシリコン膜及び前記アンチモン等ドープシリコン膜をニッケルシリサイド反応させることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 熱処理する工程では、加熱温度が750℃〜1100℃、加熱時間が20秒以下であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
- 熱処理する工程は、前記半導体基板のソース・ドレイン領域に形成されたエクステンション領域に発生している結晶欠陥を除去するための熱処理を兼ねていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ガリウムドープシリコン膜を形成する工程では、前記ガリウムのドーズ量が5×1012cm-2〜5×1016cm-2であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極を形成する工程では、加熱温度が350℃〜600℃であり、加熱時間が10秒〜10分であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007508182A JP5395354B2 (ja) | 2005-03-15 | 2006-03-15 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005073234 | 2005-03-15 | ||
JP2005073234 | 2005-03-15 | ||
JP2007508182A JP5395354B2 (ja) | 2005-03-15 | 2006-03-15 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
PCT/JP2006/305133 WO2006098369A1 (ja) | 2005-03-15 | 2006-03-15 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2006098369A1 JPWO2006098369A1 (ja) | 2008-08-28 |
JP5395354B2 true JP5395354B2 (ja) | 2014-01-22 |
Family
ID=36991711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007508182A Expired - Fee Related JP5395354B2 (ja) | 2005-03-15 | 2006-03-15 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5395354B2 (ja) |
WO (1) | WO2006098369A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1916706B1 (en) * | 2006-10-23 | 2016-08-31 | Imec | Method for forming a semiconductor device and semiconductor device thus obtained |
JP2011029610A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
JP5658916B2 (ja) * | 2009-06-26 | 2015-01-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
JP2019080008A (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-23 | 信越半導体株式会社 | 基板の熱処理方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003094243A1 (en) * | 2002-04-30 | 2003-11-13 | Advanced Micro Devices, Inc | Metal gate electrode using silicidation and method of formation thereof |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6927117B2 (en) * | 2003-12-02 | 2005-08-09 | International Business Machines Corporation | Method for integration of silicide contacts and silicide gate metals |
JP2005353832A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
2006
- 2006-03-15 WO PCT/JP2006/305133 patent/WO2006098369A1/ja active Application Filing
- 2006-03-15 JP JP2007508182A patent/JP5395354B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003094243A1 (en) * | 2002-04-30 | 2003-11-13 | Advanced Micro Devices, Inc | Metal gate electrode using silicidation and method of formation thereof |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6012039681; '40年にわたり「ムーアの法則」を死守 設計ルールは10mumから1/200に' 日経エレクトロニクス 創刊1000号記念特別編集版 , 20090330, 82-87 * |
JPN7012001529; A. Veloso et al.: 'Work function engineering by FUSI and its impact on the performance and reliability of oxynitride an' IEDM Tech. Dig. 2004 , 2004, 855-858 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006098369A1 (ja) | 2006-09-21 |
JPWO2006098369A1 (ja) | 2008-08-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3974507B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US7528450B2 (en) | Semiconductor device having NMOSFET and PMOSFET and manufacturing method therefor | |
KR101441553B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치 | |
US7687869B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US8022486B2 (en) | CMOS semiconductor device | |
JP5157450B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2009503902A (ja) | 半導体金属合金への完全変換により得られる金属ゲートmosfet及びその製造方法 | |
KR20070085699A (ko) | Cmos 소자의 자기 정렬된 이중 전규화물화 게이트 형성방법 | |
US8994125B2 (en) | Semiconductor device including a field effect transistor | |
JP2007335834A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
US5741725A (en) | Fabrication process for semiconductor device having MOS type field effect transistor | |
US20100155844A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2005217275A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
WO2007058042A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2004096041A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP3998665B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP5395354B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
JPWO2007148600A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JPWO2007094110A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP4163164B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
US7915695B2 (en) | Semiconductor device comprising gate electrode | |
US7994591B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5386271B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP2009164200A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JPWO2006129637A1 (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120508 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120709 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121010 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20121017 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20121109 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130805 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131018 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |