JPH07193237A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH07193237A JP33171693A JP33171693A JPH07193237A JP H07193237 A JPH07193237 A JP H07193237A JP 33171693 A JP33171693 A JP 33171693A JP 33171693 A JP33171693 A JP 33171693A JP H07193237 A JPH07193237 A JP H07193237A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はリーク電流の発生が抑制された、サ
リサイド構造を有するLDDMOSFETを得ることを
最も主要な特徴とする。 【構成】 シリコン基板1の上にゲート電極4が設けら
れる。シリコン基板1の主表面中であって、ゲート電極
4の両側に1対のソース/ドレイン層5が設けられる。
一対のソース/ドレイン層5の表面に、CoSi2 で示
される金属シリサイド膜11が設けられる。金属シリサ
イド膜11の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚と、
最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚との差は、30n
m未満にされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に半導体装置の
製造方法に関するものであり、より特定的には、シリサ
イド構造のトランジスタにおいて、リーク電流を防止す
ることができるように改良された半導体装置に関する。
この発明は、さらにそのような半導体装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタの微細化に伴って、
トランジスタのソース/ドレインを構成する不純物拡散
層の抵抗上昇に起因した遅延が顕在化している。これを
解決する手段として、サリサイド(Salicide,
Self−Aligned Silicideの略)M
OSトランジスタが提案されている。これは、ゲートポ
リシリコン上とソース・ドレイン上にのみ、自己整合的
に高融点金属シリサイドを形成し、抵抗の低減を図った
トランジスタ構造のことである。
【0003】図20〜図25は、従来のサリサイド構造
を有するLDDMOSトランジスタの製造方法の主要工
程を示す図である。
【0004】図20を参照して、シリコン基板1の主表
面に、素子領域を他の素子領域から分離するための素子
分離用絶縁膜2を形成する。素子領域の上に、ゲート絶
縁膜3とゲート電極4を形成する。ゲート電極4をマス
クにして、シリコン基板1の主表面にソース/ドレイン
層5の低濃度不純物拡散層5a(1017〜1018ato
ms/cm3 )を形成する。ゲート電極4の側壁にサイ
ドウォールスペーサ6を形成する。ゲート電極4とサイ
ドウォールスペーサ6をマスクにして、シリコン基板1
の主表面に不純物イオンを注入し、ソース/ドレイン層
5の高濃度不純物拡散層5b(1019〜1020atom
s/cm3 )を形成する。
【0005】図21を参照して、ソース/ドレイン層5
の表面に接触するように金属膜8(膜厚150Å)を、
スパッタリング法により、シリコン基板1の上に形成す
る。金属膜8には、たとえば、Co膜を使用される。金
属膜8の表面を被覆するように、金属窒化膜9を形成す
る。金属窒化膜9には、たとえば、TaN膜を使用す
る。
【0006】図22を参照して、真空または不活性雰囲
気(N2 ,Ar等)下で、ランプアニールを行なうこと
により(450〜500℃,1分間)、シリコン基板1
と金属膜8とが接触する部分をシリサイド化し、かつゲ
ート電極4と金属膜8とが接触する部分をシリサイド化
する。これにより、ソース/ドレイン層5の表面とゲー
ト電極4の表面に、Co2 SiまたはCoSiから形成
される第1の金属シリサイド膜10を形成される。な
お、金属窒化膜9は、アニール時に金属膜8が酸化され
るのを防止するの働きがあり、さらに、サイドウォール
スペーサ6の表面に、金属シリサイド膜が形成されるの
を抑制する働きがある。
【0007】図22と図23を参照して、ウェットエッ
チングにより、金属窒化膜9と、金属膜8の未反応部分
を除去する。
【0008】図23と図24(a)を参照して、真空ま
たは不活性雰囲気(N2 ,Ar等)下で、ランプアニー
ルを行なう(700〜800℃,1分間)ことにより、
第1の金属シリサイド膜10と、シリコン基板1のSi
およびゲート電極4のSiとをさらに反応させ、CoS
2 からなる、低抵抗(20μΩcm以下)の第2の金
属シリサイド膜11を形成する。なお、図24(b)
は、第2の金属シリサイド膜11の部分拡大図である。
【0009】図25を参照して、層間絶縁膜30をシリ
コン基板1の上に形成し、さらに、金属配線31を形成
し、半導体装置を完成させる。
【0010】なお、上記従来例では、図21を参照し
て、金属窒化膜9を形成したのち、第1の金属シリサイ
ド膜8を形成する場合を例示したが、金属窒化膜9を形
成せずに、直接アニールし、第1のシリサイド膜10を
形成する、より先の従来技術も知られている。図20〜
図25に示す従来の技術は、このより先の従来の技術を
改良したものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】サリサイド構造を有す
るトランジスタの従来の製造方法は、以上のように行わ
れていたので、次のような問題点があった。
【0012】すなわち、図24(a),(b)を参照し
て、第2の金属シリサイド膜11の表面および下面の凹
凸が大きくなり、ひいては、第2の金属シリサイド膜1
1の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚tmax と、最
も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚tmin との差が、3
0〜50nmに達する。それゆえに、浅い接合(xz
0.12μm)を有するトランジスタの場合、第2の金
属シリサイド膜11の一部が、点線で示す接合部にまで
達し、ひいては、リーク電流が発生する。その結果、ダ
イオード特性が破壊され、かつトランジスタが正常に動
作しないという問題点があった。
【0013】それゆえに、この発明の目的は、高速動作
を可能とする、サリサイド構造を有するトランジスタを
提供することにある。
【0014】この発明の他の目的は、サリサイド構造を
有するトランジスタにおいて、リーク電流が発生しない
ように改良することにある。
【0015】この発明のさらに他の目的は、半導体装置
の製造方法において、表面が平滑なシリサイド膜を形成
する方法を提供することにある。
【0016】この発明のさらに他の目的は、浅い接合部
を有するトランジスタにも適用できる、シリサイド膜の
形成方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従う半導体装置は、シリコン基板を備える。上記シリコ
ン基板の上にゲート電極が設けられる。上記シリコン基
板の主表面中であって、上記ゲート電極の両側に、一対
のソース/ドレイン層が設けられている。上記一対のソ
ース/ドレイン層の表面に、一般式MeSi2 (式中、
Meは金属を表わす)で示される金属シリサイド膜が設
けられている。上記金属シリサイド膜の最も膜厚の大き
い最大膜厚部分の膜厚と、最も膜厚の小さい最小膜厚部
分の膜厚との差は30nm未満にされている。
【0018】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記ゲート電極の表面中にも、一般式MeSi2 (式中、
Meは金属を表わす)で示される金属シリサイド膜が設
けられる。
【0019】この発明の第2の局面に従う半導体装置
は、シリコン基板を備える。上記シリコン基板の主表面
中に、ベース領域とエミッタ領域とコレクタ領域とが形
成される。上記シリコン基板の上であって、かつ上記エ
ミッタ領域に接触するように、エミッタ電極が設けられ
ている。上記ベース領域および上記コレクタ領域のそれ
ぞれの表面の上に、一般式MeSi2 (式中、Meは金
属を表わす)で示される金属シリサイド膜が設けられて
いる。上記金属シリサイド膜の最も膜厚の大きい最大膜
厚部分の膜厚と、最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚
との差は、30nm未満にされている。
【0020】この発明の第3の局面に従う半導体装置
は、シリコン基板を備える。上記シリコン基板の上にゲ
ート電極が設けられる。上記シリコン基板の主表面中で
あって、上記ゲート電極の両側に、一対のソース/ドレ
イン層が設けられる。上記一対のソース/ドレイン層の
表面に、一般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Me
は金属を表わす)で示される金属シリサイド膜が設けら
れる。上記シリサイド膜の上に、金属膜が設けられてい
る。
【0021】この発明の第4の局面に従う半導体装置の
製造方法においては、まず、シリコン基板の上にゲート
電極を形成する。上記シリコン基板の主表面中であっ
て、上記ゲート電極の両側に、一対のソース/ドレイン
層を形成する。上記一対のソース/ドレイン層の表面に
接触するように、金属膜を、上記シリコン基板の上に形
成する。上記シリコン基板を第1の温度で熱処理し、そ
れによって、上記一対のソース/ドレイン層の表面に、
一般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を
表わす)で示される第1の金属シリサイド膜を形成す
る。上記金属膜の未反応部分を除去する。上記第1の金
属シリサイド膜に接触するように、上記シリコン基板の
上に、該第1の金属シリサイド膜を上から押さえるプレ
ス用膜を、第2の温度で形成する。上記シリコン基板を
第3の温度で熱処理し、上記第1の金属シリサイド膜を
一般式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)で示さ
れる第2の金属シリサイド膜に変える。上記プレス用膜
を除去する。上記ゲート電極を覆うように上記シリコン
基板の上に層間絶縁膜を形成する。上記層間絶縁膜中
に、上記一対のソース/ドレイン層の少なくとも一方の
表面を露出させるためのコンタクトホールを形成する。
上記コンタクトホールを通って、上記第2の金属シリサ
イド膜を介在させて、上記一対のソース/ドレイン層の
一方に電気的接続される電極配線を形成する。
【0022】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記第2の温度を、上記第3の温度よりも低くして行な
う。
【0023】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記プレス用膜は、金属窒化膜、金属カーバイド膜
および金属ボライド膜からなる群より選ばれる。
【0024】この発明の第5の局面に従う半導体装置の
製造方法においては、シリコン基板の上にゲート電極を
形成する。上記シリコン基板の主表面中であって、上記
ゲート電極の両側に、一対のソース/ドレイン層を形成
する。上記一対のソース/ドレイン層の表面に接触する
ように、上記シリコン基板の上に金属膜を形成する。上
記シリコン基板を第1の温度で熱処理し、それによっ
て、上記一対のソース/ドレイン層の表面に、一般式M
2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わす)
で示されるシリサイド膜を形成する。上記金属膜を覆う
未反応部分を除去する。上記シリサイド膜の上に金属膜
を選択成長させる。上記ゲート電極を覆うように、上記
シリコン基板の上に層間絶縁膜を形成する。上記層間絶
縁膜中に上記金属膜の表面の一部を露出させるためのコ
ンタクトホールを形成する。上記コンタクトホールを通
って、上記金属膜を介在させて、上記ソース/ドレイン
層に電気的接続される電極配線を形成する。
【0025】
【作用】この発明の第1の局面に従う半導体装置によれ
ば、金属シリサイド膜の最も膜厚の大きい最大膜厚部分
の膜厚と、最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚との差
が30nm未満にされている。したがって、金属シリサ
イド膜の下面は平滑になており、ひいては、浅い接合を
有するトランジスタに適用しても、この金属シリサイド
膜は、接合部にまで達しない。
【0026】この発明の第2の局面に従う半導体装置に
おいても、金属シリサイド膜の最も膜厚の大きい最大膜
厚部分の膜厚と最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚と
の差が30nm未満にされている。したがって、金属シ
リサイド膜の下面は平坦になっている。
【0027】この発明の第3の局面に従う半導体装置に
おいては、一対のソース/ドレイン層の表面に、一般式
Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わ
す)で示される金属シリサイド膜が設けられ、さらに、
該金属シリサイド膜の上に金属膜が設けられている。一
般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表
わす)で示される金属シリサイド膜の下面は平坦である
ため、浅い接合を有するトランジスタに適用しても、こ
の金属シリサイド膜は接合部にまで達しない。また、金
属シリサイド膜の上に設けられた金属膜は、この金属シ
リサイド膜の抵抗を下げる。
【0028】この発明の第4の局面に従う半導体装置の
製造方法によれば、第1の金属シリサイド膜の上にプレ
ス用膜を形成しているので、第1の金属シリサイド膜が
第2の金属シリサイド膜に変化するとき、該第2の金属
シリサイド膜に応力が加えられる。
【0029】この発明の第5の局面に従う半導体装置の
製造方法によれば、一般式Me2 SiまたはMeSi
(式中、Meは金属を表わす)で示される第1の金属シ
リサイド膜の上に選択的に金属膜を選択成長させること
により、サリサイド構造を有するトランジスタを作る。
一般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を
表わす)で示される第1の金属シリサイド膜の下面は、
一般式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)で示さ
れる第2の金属シリサイド膜と異なり、平坦である。ま
た、第1の金属シリサイド膜は、第2の金属シリサイド
膜に比べて抵抗が大きいが、該第1の金属シリサイド膜
の上に低抵抗の金属膜を形成するので、抵抗の小さいサ
リサイド構造のトランジスタが得られる。
【0030】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。
【0031】実施例1 図1は、実施例1に係る、サリサイド構造を有するLD
DMOSトランジスタの断面図である。当該LDDMO
Sトランジスタは、シリコン基板1を備える。シリコン
基板1の主表面中に、素子領域を他の素子領域から分離
するための素子分離用絶縁膜2が設けられている。素子
領域の上に、ゲート絶縁膜3とゲート電極4が設けられ
ている。シリコン基板1の主表面中であって、かつゲー
ト電極4の両側に、低濃度不純物拡散層5aと高濃度不
純物拡散層5bとからなる、LDD構造のソース/ドレ
イン層5が設けられている。一対のソース/ドレイン層
5およびゲート電極4の表面には、CoSi2 で形成さ
れた金属シリサイド膜11が設けられている。金属シリ
サイド膜11の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚
と、最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚との差は、3
0nm好ましくは25nm以下にされている。ゲート電
極4を覆うように、シリコン基板1の上に層間絶縁膜3
0が設けられている。層間絶縁膜30中に、ソース/ド
レイン層5の表面に設けられた金属シリサイド膜11の
表面の一部を露出させるためのコンタクトホール32が
設けられている。コンタクトホール32を通って、ソー
ス/ドレイン層5の表面に形成された金属シリサイド膜
11に接続されるように、電極配線33が形成されてい
る。
【0032】本実施例によると、金属シリサイド膜11
の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚と、最も膜厚の
小さい最小膜厚部分の膜厚との差が30nm未満にされ
ているので、金属シリサイド膜11の下面のは凹凸が小
さくなっている。それゆえに、浅い接合を有するトラン
ジスタに適用しても、金属シリサイド膜11は、接合部
34にまで達しない。その結果、リーク電流が発生しな
い。ひいては、ダイオード特性は破壊されず、かつ、ト
ランジスタが正常に動作する。
【0033】図2〜図9は、図1に示す半導体装置の製
造方法の順序の各工程における断面図である。
【0034】図2を参照して、シリコン1の主表面に、
素子分離用絶縁膜2を形成する。シリコン基板1の上
に、ゲート絶縁膜3とゲート電極4を形成する。ゲート
電極4は、ポリシリコンで形成される。ゲート電極4を
マスクにして、シリコン基板1の主表面に不純物イオン
を注入し、それによって、ソース/ドレイン層5の低濃
度不純物拡散層5aをシリコン基板1の主表面に形成す
る。ゲート電極4の側壁にサイドウォールスペーサ6を
形成する。サイドウォールスペーサ6をマスクにして、
シリコン基板1の主表面に不純物イオンを注入し、それ
によって、ソース/ドレイン層5の高濃度不純物拡散層
5bを形成する。
【0035】図3を参照して、ゲート電極4の表面とソ
ース/ドレイン層5の表面に接触するように、シリコン
基板1の上に、スパッタ法で金属膜8(たとえばCo,
厚さ15nm)をスパッタ法で形成する。
【0036】図3と図4を参照して、ランプアニール処
理(450〜500℃)により、第1の金属シリサイド
膜10(Co2 SiまたはCoSi)をゲート電極4の
上およびソース/ドレイン層5の上に形成する。
【0037】図4と図5を参照して、未反応の金属膜8
をウェットエッチングにより除去する。
【0038】図6を参照して、第1の金属シリサイド膜
10に接触するように、該第1の金属シリサイド膜10
を上から押さえる金属窒化膜12(たとえば、TiN,
厚み100nm)、シリコン基板1の上に、スパッタ法
で形成する。
【0039】スパッタ条件は、基板温度が300℃にな
るような低温で形成する。このように、金属窒化膜12
の形成を低温で行なうと、金属窒化膜12の形成時に、
さらなるシリサイド化(Co2 SiまたはCoSi→C
oSi2 )は進まない。換言すれば、体積変化は全く生
じない。
【0040】図7を参照して、ランプアニール処理(7
00〜800℃)を行なうことにより、第1の金属シリ
サイド膜10とシリコン基板1のSiとを反応させて、
第2のシリサイド膜11(CoSi2 )を形成する。こ
のとき、ゲート電極4の上に形成されていた第1の金属
シリサイド膜10も、第2の金属シリサイド膜11(C
oSi2 )に変化する。
【0041】600℃以上の温度でアニール処理を行な
うと、図26を参照して、急激な体積膨張が生ずる。
【0042】もしも、金属窒化膜12が存在しない場合
には、第1のシリサイド膜10は、シリコン基板1のS
iと自由に反応する。しかし、金属窒化膜12が存在し
ないと、体積膨張時、第1の金属シリサイド膜10中の
各部分の応力が一定に保たれない。
【0043】また、CoとSiとの界面の状態、Co膜
中の酸素等の不純物濃度、Co膜中のグレーンサイズ
が、第1の金属シリサイド膜10の各部分で異なる。こ
れらの条件が重なって、金属窒化膜12が存在しない場
合、さらなるシリサイド化(Co2 Si→CoSi2
の反応速度が、膜の各部分で異なってくる。ひいては、
第2の金属シリサイド膜11の膜厚が各部分で異なって
くる。すなわち、金属窒化膜12が存在しない場合、第
2の金属シリサイド膜11の表面および下面の凹凸は大
きくなる。
【0044】これに対して、図6と図7を参照して、金
属窒化膜12が存在すると、シリサイド膜の体積膨張が
発生した部分には、この金属窒化膜11からの応力が加
えられる。そのため、金属シリサイド膜の各部分で、応
力が均一化される。ひいては、第2の金属シリサイド膜
11の膜厚のばらつきは抑制される。金属窒化膜12の
膜厚を30nm以上にすると、第2の金属シリサイド膜
11の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚と最も膜厚
の小さい最小膜厚部分の膜厚との差が、25nm以下に
されることが見い出された。
【0045】図7と図8を参照して、金属窒化膜12
を、H2 2 等の酸によりエッチング除去する。
【0046】図9を参照して、ゲート電極4を覆うよう
に、層間絶縁膜30を形成する。層間絶縁膜30中に、
ソース/ドレイン領域5の表面中に形成された第2の金
属シリサイド膜11の表面の一部を露出させるためのコ
ンタクトホール32を形成する。コンタクトホール32
を通って、ソース/ドレイン層5に、第2の金属シリサ
イド膜11を介在させて電気的接続される電極配線31
を、シリコン基板1の上に形成する。
【0047】なお上記実施例では、金属膜8として、C
oを例示したが、この発明はこれに限られるものではな
く、Ni,W,Ta,Ti,Mo,Ptのような金属
や、その他の遷移金属、またはこれらの合金またはこれ
らの複合膜であってもよい。
【0048】また、上記実施例では、金属窒化膜12と
してTiN膜を例示したが、この発明はこれに限られる
ものでなく、W,Mo,Ta,Coや、その他の遷移金
属の窒化膜であってもよい。また、金属窒化膜と同様の
性質を備えた金属カーバイトや金属ボライドであっても
よい。
【0049】また、上記実施例では、熱処理としてラン
プアニールによる熱処理を例示したが、この発明はこれ
に限られるものではなく、ファーネスアニールによる熱
処理であってもよい。
【0050】なお、本実施例に関連して、従来の技術で
ある図22と図23を参照して、金属窒化膜9を除去せ
ずに、そのまま直接、ランプアニール処理を行なって、
第2の金属シリサイド膜を形成すると、同じような結果
が得られるのではないだろうかという疑問が生じるかも
しれない。しかし、この方法においては、次の問題点が
生じ、実用的でない。
【0051】すなわち、この方法によると、第2の金属
シリサイド膜10がサイドウォールスペーサ6の表面に
沿って形成され、ソース/ドレイン層5とゲート電極4
を短絡させるという第1の問題点がある。
【0052】第2の問題点は、第2の金属シリサイド膜
10の抵抗が大きくなることである。
【0053】これについて、詳細に説明する。すなわ
ち、(1)シリコン基板の上に金属膜を形成して、金属
シリサイド膜を形成した場合と、(2)シリコン基板の
上に金属膜と金属窒化膜を形成して、金属シリサイド膜
を形成した場合とを比較してみると、後者(2)から得
られた金属シリサイド膜のシート抵抗が、前者(1)か
ら得られた金属シリサイド膜のシート抵抗の1.2倍以
上大きく、かつシート抵抗のばらつきも、後者(2)は
前者(1)の2倍以上も大きいことがわかった。これ
は、上層に形成された金属窒化膜がシリサイド化を抑制
するためと考えられる。シート抵抗のばらつきは、デバ
イスの性能、品質を悪化させ、歩留りを著しく低下させ
る。
【0054】これに対し、本実施例では、図5と図7を
参照して、2段階のランプアニール処理によってシリサ
イド化を行なっている。すなわち、図6を参照して、2
段階目のアニールの前に、第1の金属シリサイド膜10
の上に金属窒化膜12を形成している。実施例のよう
に、まず、第1のシリサイド膜10を形成し(図5)、
その後金属窒化膜12を形成し(図6)、次いで、第2
の金属シリサイド膜11を形成する(図7)と、シート
抵抗は増大しない。
【0055】これについて、さらに詳細に説明する。図
10(a),(b)は、ゲート配線幅と、ゲート配線の
シート抵抗との関係を示す図である。
【0056】図10(a)中、白丸は、次のようにして
作られたサンプルのデータであるあ。 すなわち、図1
1(a),(b)を参照して、金属膜8の上にTiN膜
9を形成する。図11(c)を参照して、熱処理し、一
挙に、第2の金属シリサイド膜11を形成する。その
後、TiN膜9を除去する。こうして得られたサンプル
をもとに得られたデータが白丸のデータである。
【0057】図10(a)中、黒丸は、従来の技術であ
る図20〜図25の処理(すなわち、第2の金属シリサ
イド膜11の形成時に、TiN膜9が存在しない)を行
なって得たサンプルのデータである。
【0058】白丸と黒丸のデータを比較して、第2の金
属シリサイド膜11の形成時にTiN膜9が存在する
と、得られたゲート電極のシート抵抗は高くなる。
【0059】一方、図10(b)中、黒丸は、図2〜図
8の処理(第1の金属シリサイド膜10の形成後に、T
iN膜12を形成し、その後熱処理により第2の金属シ
リサイド膜11を形成する)を経て得られたサンプルの
データである。図10(b)中、白丸は、図20〜25
の処理を行なって得たサンプルのデータである。図10
(b)から明らかなように、両者には差異は認められな
い。
【0060】図12(a)は、従来の方法、すなわち、
図20〜図25の処理を経て得られたサンプルの、接合
リーク電流の分布図を示す。図12(b)は、実施例1
の方法、すなわち、図2〜図8の処理を経て得られたサ
ンプルの、接合リーク電流の分布図を示す。
【0061】従来の方法、すなわち、第2の金属シリサ
イド膜の形成時にTiN膜を形成しなかった場合には、
図12(a)に示すように、ばらつきが大きくなる。ま
た、数百pA以上のリーク電流を有する不良チップも多
かった。
【0062】これに対して、図12(b)に示すよう
に、TiN膜を形成した後に、第2の金属シリサイド膜
を形成した場合には、接合リーク電流は12±6.1p
Aとなり、ばらつきも少ない。
【0063】なお、いずれの場合も、測定に当たって
は、拡散層の面積が0.21mm2 のパターンが使用さ
れた。
【0064】実施例2 なお、実施例1では、金属窒化膜をすべて除去する場合
を例示した。しかし、図13に示すように、金属窒化膜
12の一部が残るように、パターニングしてもよい。残
された金属窒化膜12は、ソース/ドレイン層5と隣の
ゲート電極4とを接続する配線として利用される。この
ような配線は、ローカルインターコネクタと呼ばれてい
る。
【0065】実施例3 本実施例は、本発明を適用したバイポーラトランジスタ
に係るものである。
【0066】図14を参照して、当該バイポーラトラン
ジスタは、シリコン基板1を備える。シリコン基板1の
主表面中に、ベース領域14と、エミッタ領域16と、
コレクタ領域18が形成されている。シリコン基板1の
上であって、かつエミッタ領域16に接触するように、
不純物が注入されたポリシリコンで形成されたエミッタ
電極13が設けられている。ベース領域14およびコレ
クタ領域18のそれぞれの表面に、一般式MeSi
2 (式中、Meは金属を表わす)で示される金属シリサ
イド膜11が設けられている。エミッタ電極13の表面
にも、一般式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)
で示される金属シリサイド膜11が設けられている。金
属シリサイド膜11の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の
膜厚と、最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚との差
は、30nm未満にされている。
【0067】なお、図中、2は素子分離用絶縁膜であ
り、6はサイドウォールスペーサであり、14はp-
散層(ボロン濃度:1017〜1018atoms/c
3 )であり、15はp+ 拡散層(ボロン濃度:1018
〜1019atoms/cm3 )、16はn+ 拡散層(ヒ
素濃度:1020atoms/cm3 )であり、17はn
- 拡散層(ヒ素濃度:1015〜1016atoms/cm
3 )、18はn+ 拡散層(ヒ素濃度:1018〜1019
toms/cm3 )である。
【0068】なお、エミッタ領域16は、エミッタ電極
13(1021atoms/cm3 以上の不純物がドープ
されている)中の不純物がシリコン基板1へ熱拡散する
ことによって、形成される。また、他の拡散層は、イオ
ン注入およびその後に続く熱拡散により形成される。サ
リサイドを形成するフローは、実施例1と全く同じであ
る。また、本実施例では、npnトランジスタの場合を
例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、p
npトランジスタであっても、同様の効果を奏する。
【0069】実施例4 実施例1〜3は、スパッタ法により金属窒化膜を形成し
た場合について例示した。しかし、実施例4は、これら
の実施例よりも、安価に製造できる方法を提供する。
【0070】まず、図15を参照して、実施例1と同様
の方法で、ソース/ドレイン層5の表面およびゲート電
極4の表面に、第1の金属シリサイド膜10を形成す
る。
【0071】図16を参照して、ソース/ドレイン層5
の表面およびゲート電極4の表面を、窒化性雰囲気にさ
らす(条件:N2 流量100sccm,圧力50mTo
rr,温度400℃,RFパワー200W(13.56
MHz),時間3分)。これによって、第1の金属シリ
サイド膜10(Co2 SiまたはCoSi)の表面に、
窒化膜19が形成される。
【0072】図17を参照して、ランプアニール(70
0℃)を行なうことにより、第1の金属シリサイド膜1
0を第2の金属シリサイド膜(CoSi2 )11に変化
させる。
【0073】その後、図18を参照して、窒化膜19を
除去し、実施例1と同様の方法で、半導体装置を完成さ
せる。このような実施例であっても、第2の金属シリサ
イド膜11の最も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚と、
最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚との差が30nm
未満にされる。
【0074】なお、本実施例ではN2 ガスを用いる場合
を例示したが、アンモニアガスを用いても、同様の結果
が得られる。
【0075】実施例5 実施例5は、低抵抗のサリサイド構造を得る、他の方法
に係るものである。
【0076】図19は、実施例5に係るサリサイド構造
を有するMOSFETの製造方法の順序の各工程におけ
る半導体装置の断面図である。
【0077】図19(a)は、図2〜図5までの工程を
経て得られた、半導体装置の断面図である。
【0078】図19(b)を参照して、選択CVD法に
より、ソース/ドレイン層5およびゲート電極4の上に
のみ、タングステン膜(W)40を形成する。タングス
テン膜40の形成条件は、WF6 =20sccm,Si
4 =10sccm,圧力=8mTorr、温度=30
0℃、時間=30秒である。このような条件下を選ぶ
と、膜厚50nmのタングステン膜40を、第1の金属
シリサイド膜10の上にのみ、選択的に、形成すること
ができる。また、下地(10)がコバルトシリサイドで
あるため、WF6 とシリコン基板1のSiとは反応しな
い。したがって、シリコン基板1の表面は浸食されず、
ひいては、接合は破壊されない。また、コバルトシリサ
イドは、425℃、6分間、WF6 ガスにさらされて
も、コバルトシリサイドとWF6 は反応しないことが、
実験により確認されている。
【0079】なお、コバルトシリサイド(10)の上に
タングステン膜40が選択的に形成されるのは、WF6
とSiH4 との反応の際、コバルトシリサイド(10)
の表面が触媒として働くためである。タングステン膜4
0の抵抗は15μΩcmと非常に低いため、ゲート電極
4およびソース/ドレイン層5のシート抵抗を、3Ω/
□程度に減少できる。
【0080】その後、図19(c)を参照して、タング
ステン膜40を覆うように、シリコン基板1の上に層間
絶縁膜30を形成する。層間絶縁膜30中に、タングス
テン膜40の表面の一部を露出させるためのコンタクト
ホール32を形成する。コンタクトホール32を通っ
て、タングステン膜40および第1の金属シリサイド膜
10を介在させて、ソース/ドレイン層5に接続される
金属配線31を形成する。
【0081】本実施例によると、第1のシリサイド膜1
0の上に、タングステン膜を選択的に成長させてサリサ
イド構造を形成している。したがって、実施例1のよう
に第2の金属シリサイド膜を形成することによりサリサ
イド構造を形成する場合と異なり、シリサイド化に伴う
Siの消費量も少ない。その結果、接合を破壊すること
はない。また、タングステン膜40と第1の金属シリサ
イド膜10とにより、ソース/ドレイン層5の抵抗を低
くさせている。
【0082】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の第1の
局面に従う半導体装置によれば、金属シリサイド膜の最
も膜厚の大きい最大膜厚部分の膜厚と、最も膜厚の小さ
い最小膜厚部分の膜厚との差が30nm未満にされてい
る。したがって、金属シリサイド膜の下面は平滑になっ
ており、ひいては、浅い接合を有するトランジスタに適
用しても、この金属シリサイド膜は、接合部にまで達し
ない。その結果、リーク電流が発生しないように改良さ
れた、サリサイド構造を有するトランジスタとなる。
【0083】この発明の第2の局面に従う半導体装置に
おいても、金属シリサイド膜の最も膜厚の大きい最大膜
厚部分の膜厚と、最も膜厚の小さい最小膜厚部分の膜厚
との差が30nm未満にされている。したがって、金属
シリサイド膜の下面は平坦になっている。したがって、
リーク電流の発生しない、サリサイド構造を有するバイ
ポーラトランジスタとなる。
【0084】この発明の第3の局面に従う半導体装置に
おいては、一対のソース/ドレイン層の表面に、一般式
Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わ
す)で示される金属シリサイド膜が設けられ、さらに、
該金属シリサイド膜の上に金属膜が設けられている。一
般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表
わす)で示される金属シリサイド膜の下表面は平坦であ
るため、浅い接合を有するトランジスタに適用しても、
この金属シリサイド膜は接合部にまで達しない。また、
金属シリサイド膜の上に設けられた金属膜は、この金属
シリサイド膜の抵抗を下げる。その結果、リーク電流が
発生しない、かつ低抵抗のサリサイド構造を有するトラ
ンジスタとなる。
【0085】この発明の第4の局面に従う半導体装置の
製造方法によれば、第1の金属シリサイド膜の上にプレ
ス用膜を形成しているので、第1の金属シリサイド膜が
第2の金属シリサイド膜に変化するとき、第2の金属シ
リサイド膜に応力が加えられる。その結果、第2の金属
シリサイド膜の膜厚のばらつきが抑制される。
【0086】この発明の第5の局面に従う半導体装置の
製造方法によれば、一般式Me2 SiまたはMeSi
(式中、Meは金属を表わす)で示される第1の金属シ
リサイド膜の上に選択的に金属膜を選択成長させること
により、サリサイド構造を有するトランジスタを作る。
一般式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を
表わす)で示される第1の金属シリサイド膜の下面は、
一般式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)で示さ
れる第2の金属シリサイド膜と異なり、平坦である。ま
た、第1の金属シリサイド膜は、第2の金属シリサイド
膜に比べて抵抗が大きいが、該第1の金属シリサイド膜
の上に低抵抗の金属膜を形成するので、抵抗の小さいサ
リサイド構造のトランジスタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る半導体装置の断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の製造方法の第1の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図3】図1に示す半導体装置の製造方法の第2の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図4】図1に示す半導体装置の製造方法の第3の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図5】図1に示す半導体装置の製造方法の第4の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図6】図1に示す半導体装置の製造方法の第5の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図7】図1に示す半導体装置の製造方法の第6の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図8】図1に示す半導体装置の製造方法の第7の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図9】図1に示す半導体装置の製造方法の第8の工程
における半導体装置の部分断面図である。
【図10】(a)は、従来の半導体装置の製造方法を用
いてシリサイドを形成したときの、ゲート電極のシート
抵抗とゲート幅との関係図である。(b)は、実施例1
に係る方法を用いて、ゲート電極を形成したときの、ゲ
ート電極のシート抵抗とゲート幅との関係図である。
【図11】実施例1と比較するための、参考工程図であ
る。
【図12】(a)は、従来の方法で得た半導体装置の、
接合リーク電流の分布図である。(b)は、実施例1の
方法で得た半導体装置の接合リーク電流の分布図であ
る。
【図13】実施例2に係る半導体装置の断面図である。
【図14】実施例3に係る半導体装置の部分断面図であ
る。
【図15】実施例4に係る半導体装置の製造方法の第1
の工程における半導体装置の部分断面図である。
【図16】実施例4に係る半導体装置の製造方法の第2
の工程における半導体装置の部分断面図である。
【図17】実施例4に係る半導体装置の製造方法の第3
の工程における半導体装置の部分断面図である。
【図18】実施例4に係る半導体装置の製造方法の第4
の工程における半導体装置の部分断面図である。
【図19】実施例5に係る半導体装置の製造方法の順序
の各工程における半導体装置の部分断面図である。
【図20】従来の半導体装置の製造方法の第1の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図21】従来の半導体装置の製造方法の第2の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図22】従来の半導体装置の製造方法の第3の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図23】従来の半導体装置の製造方法の第4の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図24】従来の半導体装置の製造方法の第5の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図25】従来の半導体装置の製造方法の第6の工程に
おける半導体装置の部分断面図である。
【図26】Coのシリサイド化反応に伴う、ランプアニ
ール温度と、CoSix 膜の膜厚との関係図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 4 ゲート電極 5 ソース/ドレイン層 11 金属シリサイド膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年5月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】図21を参照して、ソース/ドレイン層5
の表面に接触するように金属膜8(膜厚150Å)を、
スパッタリング法により、シリコン基板1の上に形成す
る。金属膜8には、たとえば、Co膜を使用される。金
属膜8の表面を被覆するように、金属窒化膜9を形成す
る。金属窒化膜9には、たとえば、TiN膜を使用す
る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0052
【補正方法】変更
【補正内容】
【0052】従来の技術は、上記第1の問題点を解消す
るために、図21〜図24に示すように、2段階で金属
シリサイド膜を形成しているが、この従来の技術には既
に述べた問題点の他、第2の金属シリサイド膜11のシ
ート抵抗が増大するという問題点がある。この問題点
は、金属膜8上に金属窒化膜9を形成した状態で、シリ
サイド化するという、この方法に共通する問題点であ
る。これが第2の問題点である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0055
【補正方法】変更
【補正内容】
【0055】これについて、さらに詳細に説明する。図
11および図12は、ゲート配線幅と、ゲート配線のシ
ート抵抗との関係を示す図である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0056
【補正方法】変更
【補正内容】
【0056】図10中、白丸は、従来の方法、すなわち
図20〜図25の処理を経て得られたサンプルのデータ
である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0057
【補正方法】変更
【補正内容】
【0057】図10中、黒丸は、図21および図22に
おいてTiN膜9を形成しない、より先の従来技術(す
なわち、第1の金属シリサイド膜10および第2の金属
シリサイド膜11の形成時に、TiN膜9が存在しな
い)により得られたサンプルのデータである。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0058
【補正方法】変更
【補正内容】
【0058】白丸と黒丸のデータを比較して、第1の金
属シリサイド膜10の形成時にTiN膜9が存在する
と、得られたゲート電極のシート抵抗は高くなる。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0059
【補正方法】変更
【補正内容】
【0059】一方、図11中、黒丸は、図2〜図8の処
理(第1の金属シリサイド膜10の形成後に、TiN膜
12を形成し、その後熱処理により第2の金属シリサイ
ド膜11を形成する)を経て得られたサンプルのデータ
である。図11中、白丸は、図10中の黒丸と同じデー
タである。図11から明らかなように、両者には差異は
認められない。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】従来の半導体装置の製造方法を用いてシリサ
イドを形成したとき、ゲート電極のシート抵抗とゲート
幅との関係図である。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図11
【補正方法】変更
【補正内容】
【図11】実施例1に係る方法を用いて、ゲート電極を
形成したときの、ゲート電極のシート抵抗とゲート幅と
の関係図である。
【手続補正11】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正12】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】
【手続補正13】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図11
【補正方法】変更
【補正内容】
【図11】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の上に設けられたゲート電極と、 前記シリコン基板の主表面中であって、前記ゲート電極
    の両側に設けられた一対のソース/ドレイン層と、 前記一対のソース/ドレイン層の表面に設けられ、一般
    式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)で示される
    金属シリサイド膜と、を備え、 前記金属シリサイド膜の最大膜厚部分の膜厚と、最小膜
    厚部分の膜厚との差が30nm未満にされている、半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極の上表面に設けられた一
    般式MeSi2 (式中、Meは金属を表わす)で示され
    る金属シリサイド膜をさらに備える、請求項1に記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の主表面中に形成されたベース領域、
    エミッタ領域およびコレクタ領域と、 前記シリコン基板の上であって、かつ前記エミッタ領域
    に接触するように設けられたエミッタ電極と、 前記ベース領域および前記コレクタ領域のそれぞれの表
    面の上に設けられ、一般式MeSi2 (式中、Meは金
    属を表わす)で示される金属シリサイド膜と、を備え、 前記金属シリサイド膜の最大膜厚部分の膜厚と、最小膜
    厚部分の膜厚との差が30nm未満にされている、半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の上に設けられたゲート電極と、 前記シリコン基板の主表面中であって、前記ゲート電極
    の両側に設けられた一対のソース/ドレイン層と、 前記一対のソース/ドレイン層の表面に設けられ、一般
    式Me2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わ
    す)で示される金属シリサイド膜と、 前記金属シリサイド膜の上に設けられた金属膜と、を備
    えた半導体装置。
  5. 【請求項5】 シリコン基板の上にゲート電極を形成す
    る工程と、 前記シリコン基板の主表面中であって前記ゲート電極の
    両側に一対のソース/ドレイン層を形成する工程と、 前記一対のソース/ドレイン層の表面に接触するように
    金属膜を、前記シリコン基板の上に形成する工程と、 前記シリコン基板を第1の温度で熱処理し、それによっ
    て、前記一対のソース/ドレイン層の表面に、一般式M
    2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わす)
    で示される第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、 前記金属膜の未反応部分を除去する工程と、 前記第1の金属シリサイド膜に接触するように、前記シ
    リコン基板の上に、該第1の金属シリサイド膜を上から
    押さえるプレス用膜を、第2の温度で形成する工程と、 前記シリコン基板を第3の温度で熱処理し、前記第1の
    金属シリサイド膜を一般式MeSi2 (式中、Meは金
    属を表わす)で示される第2の金属シリサイド膜に変え
    る工程と、 前記プレス用膜を除去する工程と、 前記ゲート電極を覆うように前記シリコン基板の上に層
    間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜中に、前記一対のソース/ドレイン層の
    少なくとも一方の表面を露出させるためのコンタクトホ
    ールを形成する工程と、 前記コンタクトホールを通って、前記第2の金属シリサ
    イド膜を介在させて前記一対のソース/ドレイン層の一
    方に電気的接続される電極配線を形成する工程と、を備
    えた半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 シリコン基板の上にゲート電極を形成す
    る工程と、 前記シリコン基板の主表面中であって、前記ゲート電極
    の両側に一対のソース/ドレイン層を形成する工程と、 前記一対のソース/ドレイン層の表面に接触するよう
    に、前記シリコン基板の上に金属膜を形成する工程と、 前記シリコン基板を第1の温度で熱処理し、それによっ
    て、前記一対のソース/ドレイン層の表面に、一般式M
    2 SiまたはMeSi(式中、Meは金属を表わす)
    で示される金属シリサイド膜を形成する工程と、 前記金属膜の未反応部分を除去する工程と、 前記金属シリサイド膜の上に金属膜を選択成長させる工
    程と、 前記ゲート電極を覆うように前記シリコン基板の上に層
    間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜中に前記金属膜の表面の一部を露出させ
    るためのコンタクトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホールを通って、前記金属膜および前記
    金属シリサイド膜を介在させて、前記ソース/ドレイン
    層に電気的接続される電極配線を形成する工程と、を備
    えた半導体装置の製造方法。
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