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JP2006024587A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2006024587A
JP2006024587A JP2004198793A JP2004198793A JP2006024587A JP 2006024587 A JP2006024587 A JP 2006024587A JP 2004198793 A JP2004198793 A JP 2004198793A JP 2004198793 A JP2004198793 A JP 2004198793A JP 2006024587 A JP2006024587 A JP 2006024587A
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forming
gate electrode
drain
mis transistor
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JP2004198793A
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Japanese (ja)
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Seiji Kumagai
誠二 熊谷
Akihiro Shimizu
昭博 清水
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing semiconductor device by which a stable silicide film having low resistance can be formed. <P>SOLUTION: The method of manufacturing semiconductor device includes a step of forming a gate insulating film 5 on a semiconductor substrate 1, a step of forming a silicon film 7 on the gate insulating film 5, and a step of forming a source and a drain each composed of the gate electrode 11p of a p-channel MIS transistor Qp and a high-concentration n-type semiconductor region 15 by injecting BF<SB>2</SB>ions and B ions into the surfaces of the silicon film 7 and semiconductor substrate 1. The method also includes a step of forming a first cobalt silicide film above the gate electrode 11p and a second cobalt silicide film above the source and the drain. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特にコバルトシリサイドが形成されたMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタを備えた半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device having a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor in which cobalt silicide is formed.

従来から、半導体基板(シリコン基板)の主面上のMISトランジスタのソース/ドレインを形成する工程において、nチャネル型MISトランジスタにはn型不純物であるヒ素(As)またはリン(P)のイオン注入が用いられる。また、pチャネル型MISトランジスタにはボロン(B)、またはフッ化ボロン(BF2)のイオン注入が用いられる。注入されたイオンの半導体基板表面からの深さ(濃度)は、イオン注入のエネルギー、ドーズ量、イオン注入後のアニール温度に依存している。 Conventionally, in the step of forming the source / drain of the MIS transistor on the main surface of the semiconductor substrate (silicon substrate), ion implantation of arsenic (As) or phosphorus (P), which is an n-type impurity, is performed on the n-channel MIS transistor. Is used. Further, boron (B) or boron fluoride (BF 2 ) ion implantation is used for the p-channel MIS transistor. The depth (concentration) of implanted ions from the surface of the semiconductor substrate depends on the ion implantation energy, the dose, and the annealing temperature after ion implantation.

また、微細化、高速化が要求される近年の半導体デバイスでは、MISトランジスタのサリサイドプロセスが一般的になっている。サリサイドプロセスは、MISトランジスタのソース/ドレイン及びシリコンからなるゲート電極上部を自己整合的にシリサイド化するものであり、素子の寄生抵抗の低減がなされ、微細化と高速動作化に対応できる。例えば特表2003−530690号公報では、チタンをシリサイド化したチタンシリサイドの低オーミック相を備えたp+領域(高濃度p型半導体領域)を形成する工程において、BイオンおよびBF2イオンを注入してソース/ドレインを形成する記載がある(特許文献1参照)。
特表2003−530690号公報
In recent semiconductor devices that require miniaturization and high speed, the salicide process for MIS transistors is common. In the salicide process, the source / drain of the MIS transistor and the upper part of the gate electrode made of silicon are silicided in a self-aligned manner, the parasitic resistance of the element is reduced, and miniaturization and high-speed operation can be supported. For example, in Japanese translations of PCT publication No. 2003-530690, B ions and BF 2 ions are implanted in a step of forming a p + region (high concentration p-type semiconductor region) having a low ohmic phase of titanium silicide obtained by siliciding titanium. There is a description of forming a source / drain (see Patent Document 1).
Special table 2003-530690 gazette

チタンシリサイドの形成において、ソース/ドレイン形成やシリコンゲート電極の仕事関数を制御する際に使用するBF2イオンに含まれるフッ素(F)イオンが、チタンシリサイドの形成を阻害する。このため、フッ素注入量が多い場合、安定した低オーミック相のシリサイド膜が形成できない問題がある。なお、特表2003−530690号公報では、フッ素注入量を減らす手段として、BF2イオンとBイオンを組み合わせた注入手段が開示されている。 In the formation of titanium silicide, fluorine (F) ions contained in BF 2 ions used for controlling the work function of the source / drain formation and the silicon gate electrode inhibit the formation of titanium silicide. For this reason, there is a problem that a stable low ohmic phase silicide film cannot be formed when the fluorine injection amount is large. Note that Japanese Patent Publication No. 2003-530690 discloses an injection means that combines BF 2 ions and B ions as means for reducing the fluorine injection amount.

一方、半導体デバイスの微細化により、線幅が縮小するにつれてシート抵抗が急激に上昇する現象(細線効果)が顕在化し、寄生抵抗(配線抵抗)が増加する問題があり、チタンシリサイドにおいても、細線効果が生じていることが考えられる。   On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, there is a problem that the sheet resistance sharply increases (thin line effect) as the line width decreases and the parasitic resistance (wiring resistance) increases. It is possible that an effect has occurred.

本発明の目的は、安定した低抵抗のシリサイド膜、特にコバルトシリサイド膜を形成する技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for forming a stable low-resistance silicide film, particularly a cobalt silicide film.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明は、(a)半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、(b)前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程、(c)フォトリソグラフィ技術を用いて、前記シリコン膜および前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程、(d)パターニングした前記シリコン膜と前記半導体基板との表面にBF2イオンおよびBイオンを注入した後、活性化処理を行い、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極とソース/ドレインとを形成する工程、(e)前記ゲート電極と前記ソース/ドレインとが形成された前記半導体基板上にコバルト膜を形成する工程、(f)前記半導体基板を熱処理し、前記ゲート電極の上部に第1コバルトシリサイド膜を形成し、前記ソース/ドレインの上部に第2コバルトシリサイド膜を形成する工程、(g)反応しなかったコバルト膜を除去する工程を有するものである。 The present invention includes (a) a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, (b) a step of forming a silicon film on the gate insulating film, (c) using the photolithography technique, the silicon film and Patterning the gate insulating film; (d) implanting BF 2 ions and B ions into the surface of the patterned silicon film and the semiconductor substrate; and performing an activation process to form a gate electrode of a p-channel MIS transistor And (e) forming a cobalt film on the semiconductor substrate on which the gate electrode and the source / drain are formed, and (f) heat-treating the semiconductor substrate to form the gate. Forming a first cobalt silicide film on the electrode and forming a second cobalt silicide film on the source / drain; ) And it has a step of removing the cobalt film which has not reacted.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

チタンシリサイドより細線効果が顕著ではないコバルトシリサイドを形成することで、そのシリサイド形成時にフッ素注入量を増やした場合でも、フッ素が低オーミック相への変換を阻害することもないため、安定した低抵抗のシリサイド膜を形成することができる。   By forming cobalt silicide, which has a finer line effect than titanium silicide, even if the amount of fluorine injection is increased at the time of silicide formation, fluorine does not hinder the conversion to a low ohmic phase, so stable low resistance The silicide film can be formed.

また、MISトランジスタのゲート容量およびしきい値電圧を所望の値に制御することができる。   Further, the gate capacitance and threshold voltage of the MIS transistor can be controlled to desired values.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

本実施の形態による半導体装置の製造工程を、図面を参照して説明する。図1〜図9は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばCMISデバイスの製造工程中の要部断面図である。   A manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 1 to 9 are cross-sectional views of a main part during a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, for example, a CMIS device.

図1に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を準備し、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2は酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などにより形成される。   As shown in FIG. 1, for example, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared, and an element isolation region 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. Form. The element isolation region 2 is made of an insulator such as silicon oxide, and is formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method.

次に、半導体基板1のnチャネル型MISトランジスタを形成する領域にp型ウエル3を形成し、pチャネル型MISトランジスタを形成する領域にn型ウエル4を形成する。p型ウエル3は、例えばホウ素(B)などのp型不純物を、n型ウエル4は、例えばリン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入した後、半導体基板1を950℃程度で熱処理(アニール処理)し、p型不純物およびn型不純物を拡散させることによって形成される。   Next, the p-type well 3 is formed in the region for forming the n-channel type MIS transistor of the semiconductor substrate 1, and the n-type well 4 is formed in the region for forming the p-channel type MIS transistor. The p-type well 3 is ion-implanted with a p-type impurity such as boron (B), and the n-type well 4 is ion-implanted with an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As). It is formed by performing heat treatment (annealing treatment) at about 0 ° C. and diffusing p-type impurities and n-type impurities.

次に、nチャネル型MISトランジスタのチャネル領域を形成するp型ウエル3の表面の浅い領域(図示せず)、およびpチャネル型MISトランジスタのチャネル領域を形成するn型ウエル4の表面の浅い領域(図示せず)に、nチャネル型MISトランジスタおよびpチャネル型MISトランジスタのしきい電圧Vthを調整するため、p型の不純物として例えばホウ素(B)、n型不純物として例えばヒ素(As)を用いてイオン注入を行う。MISトランジスタにはエンハンスメント型とディプリッション型に分けられるが、ディプリッション型になるほどそのMISトランジスタの導電型に近いイオン種をイオン注入する。 Next, a shallow region (not shown) of the surface of the p-type well 3 that forms the channel region of the n-channel type MIS transistor, and a shallow region of the surface of the n-type well 4 that forms the channel region of the p-channel type MIS transistor In order to adjust the threshold voltage V th of the n-channel MIS transistor and the p-channel MIS transistor (not shown), for example, boron (B) is used as a p-type impurity, and arsenic (As) is used as an n-type impurity. To perform ion implantation. The MIS transistor can be classified into an enhancement type and a depletion type, and the ion type closer to the conductivity type of the MIS transistor is ion-implanted as the depletion type is obtained.

次に、p型ウエル3およびn型ウエル4の表面にゲート絶縁膜5を形成する。ゲート絶縁膜5は、例えば1.4〜2.0nm程度の膜厚の酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。なお、高誘電率の絶縁膜である、例えばハフニウムシリケート(HfSiOX)膜をゲート絶縁膜5として用いた場合、酸化シリコン換算膜厚(EOT:Equivalent Oxide Thickness)を抑えることができる。 Next, a gate insulating film 5 is formed on the surfaces of the p-type well 3 and the n-type well 4. The gate insulating film 5 is made of a silicon oxide film having a thickness of about 1.4 to 2.0 nm, for example, and can be formed by, for example, a thermal oxidation method. Note that when an insulating film having a high dielectric constant, such as a hafnium silicate (HfSiO x ) film, is used as the gate insulating film 5, the equivalent oxide thickness (EOT) can be suppressed.

次に、図2に示されるように、半導体基板1上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、例えば120〜200nm程度の膜厚のシリコン膜7を形成する。シリコン膜7は、例えば多結晶シリコン(ポリシリコン)膜または非晶質シリコン(アモルファスシリコン)膜からなる。   Next, as shown in FIG. 2, a silicon film 7 having a thickness of, for example, about 120 to 200 nm is formed on the semiconductor substrate 1 by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The silicon film 7 is made of, for example, a polycrystalline silicon (polysilicon) film or an amorphous silicon (amorphous silicon) film.

次に、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極となるシリコン膜7のみに、プレドーピング(フェルミ準位制御)を行う。一般的な半導体装置の製造工程では、シリコン膜7に、フォトリソグラフィ技術を用いて、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極が形成される領域(p型ウエル3上のシリコン膜7)にn型不純物(例えばリン)のイオン注入だけでなく、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極が形成される領域(n型ウエル4上のシリコン膜7)にp型不純物(例えばボロン)のイオン注入して、プレドーピングを行う。しかし、本実施の形態では、高濃度半導体領域(ソース/ドレイン)の形成領域にp型不純物をイオン注入する際、同時にBF2イオンおよびBイオンを、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極に注入することとしているので、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極が形成される領域のシリコン膜7のみに、n型不純物などのイオン注入を行う。 Next, pre-doping (Fermi level control) is performed only on the silicon film 7 serving as the gate electrode of the n-channel MIS transistor. In a general manufacturing process of a semiconductor device, an n-type impurity is formed in a region (silicon film 7 on the p-type well 3) in which a gate electrode of an n-channel MIS transistor is formed on the silicon film 7 by using a photolithography technique. In addition to ion implantation (for example, phosphorus), p-type impurity (for example, boron) ions are implanted into a region where the gate electrode of the p-channel MIS transistor is formed (silicon film 7 on the n-type well 4). Doping. However, in this embodiment, when p-type impurities are ion-implanted into the formation region of the high-concentration semiconductor region (source / drain), BF 2 ions and B ions are simultaneously implanted into the gate electrode of the p-channel MIS transistor. Therefore, ion implantation of n-type impurities or the like is performed only on the silicon film 7 in the region where the gate electrode of the n-channel MIS transistor is formed.

すなわち、図3に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、pチャネル型MISトランジスタ領域上にレジスト膜18を形成した後、nチャネル型MISトランジスタ領域のシリコン膜7に、Fを含むイオン(例えば、Fイオン単体やBF2イオン)と、n型不純物イオン(例えば、AsやP)とを組み合わせて、イオン注入を行う。 That is, as shown in FIG. 3, after a resist film 18 is formed on a p-channel MIS transistor region by using a photolithography technique, ions containing F (for example, on the silicon film 7 in the n-channel MIS transistor region) , F ions alone or BF 2 ions) and n-type impurity ions (for example, As or P) are combined to perform ion implantation.

このように、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極へのプレドーピング(フェルミ準位制御)時にFイオン単体もしくはFを含むイオンと、n型不純物イオンとを組み合わせてイオン注入を行うことで、n型MISトランジスタのしきい値及びn型ゲートキャパシタの容量値を制御することができる。   In this way, by performing ion implantation by combining F ions alone or ions containing F and n-type impurity ions during pre-doping (Fermi level control) to the gate electrode of the n-channel type MIS transistor, n-type impurity ions are implanted. The threshold value of the MIS transistor and the capacitance value of the n-type gate capacitor can be controlled.

なお、本実施の形態では、半導体基板1上にシリコン膜7を形成した後、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極となるシリコン膜7にプレドーピングを行っているが、後の工程である高濃度半導体領域の形成時のイオン注入時に、同時に行ってもよい。すなわち、シリコン膜7をパターニングした後、高濃度半導体領域(ソース/ドレイン)の形成領域にn型不純物をイオン注入する際に、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極にも同時にFを含むイオン(例えば、Fイオン単体やBF2イオン)およびn型不純物イオンの注入を行うこともできる。 In the present embodiment, after the silicon film 7 is formed on the semiconductor substrate 1, the silicon film 7 that becomes the gate electrode of the n-channel MIS transistor is pre-doped, but the high concentration, which is a later process, is performed. You may perform simultaneously with the ion implantation at the time of formation of a semiconductor region. That is, after patterning the silicon film 7, when an n-type impurity is ion-implanted into a region where a high concentration semiconductor region (source / drain) is formed, the gate electrode of the n-channel MIS transistor simultaneously contains ions containing F (for example, , F ions alone or BF 2 ions) and n-type impurity ions can be implanted.

次に、図4に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などを用いて、シリコン膜7をパターニング(パターン化、加工、選択的に除去)する。例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などを用いてパターニングすることができる。パターニングされたシリコン膜7により、擬似的なゲート電極11が形成される。このゲート電極11は、後述するシリサイド化の工程(サリサイド化工程)を経て、MISトランジスタのゲート電極となる。   Next, as shown in FIG. 4, the silicon film 7 is patterned (patterned, processed, selectively removed) by using a photolithography technique, a dry etching technique, or the like. For example, patterning can be performed using reactive ion etching (RIE). A pseudo gate electrode 11 is formed by the patterned silicon film 7. The gate electrode 11 becomes a gate electrode of the MIS transistor through a silicidation step (salicide step) described later.

次に、図5に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、p型ウエル3のゲート電極11両側の領域にリン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、p型ウエル3のゲート電極11に整合して(一対の)低濃度n型半導体領域12を形成し、n型ウエル4のゲート電極11両側の領域にホウ素(B)などのp型不純物をイオン注入することにより、n型ウエル4のゲート電極11に整合して(一対の)低濃度p型半導体領域13を形成する。続いて、950℃、1分間程度の熱処理(アニール処理)を行って、低濃度n型半導体領域12のn型不純物および低濃度p型半導体領域13のp型不純物を活性化する。これら低濃度n型半導体領域12および低濃度p型半導体領域13は、LDD(Lightly Doped Drain)領域、すなわちソース/ドレインのエクステンション領域形成のために形成される。   Next, as shown in FIG. 5, n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are ion-implanted into regions on both sides of the gate electrode 11 of the p-type well 3 using photolithography technology. (A pair of) low-concentration n-type semiconductor regions 12 are formed in alignment with the gate electrode 11 of the p-type well 3, and p-type impurities such as boron (B) are formed in regions on both sides of the gate electrode 11 of the n-type well 4. By ion implantation, (a pair of) low-concentration p-type semiconductor regions 13 are formed in alignment with the gate electrode 11 of the n-type well 4. Subsequently, a heat treatment (annealing process) is performed at 950 ° C. for about 1 minute to activate the n-type impurity in the low-concentration n-type semiconductor region 12 and the p-type impurity in the low-concentration p-type semiconductor region 13. The low-concentration n-type semiconductor region 12 and the low-concentration p-type semiconductor region 13 are formed for forming an LDD (Lightly Doped Drain) region, that is, a source / drain extension region.

次に、ゲート電極11の側壁上に、例えば窒化シリコンなどの絶縁体からなるサイドウォール(側壁スペーサ、側壁絶縁膜)14を形成する。サイドウォール14は、例えば半導体基板1上に窒化シリコン膜を堆積し、この窒化シリコン膜を異方性のドライエッチングすることによって形成することができる。酸化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜よりサイドウォール14を形成することもできる。このサイドウォール14は、後述するシリサイド化の工程においてゲート電極11側部のシリサイド化を抑え、半導体領域(ソース/ドレイン)との短絡を防止する。   Next, sidewalls (sidewall spacers, sidewall insulating films) 14 made of an insulator such as silicon nitride are formed on the sidewalls of the gate electrode 11. The sidewall 14 can be formed, for example, by depositing a silicon nitride film on the semiconductor substrate 1 and performing anisotropic dry etching on the silicon nitride film. The sidewalls 14 can also be formed from a silicon oxide film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. This sidewall 14 suppresses silicidation on the side of the gate electrode 11 in a silicidation process described later, and prevents a short circuit with the semiconductor region (source / drain).

サイドウォール14の形成後、フォトリソグラフィ技術を用いて、(一対の)高濃度n型半導体領域15(ソース/ドレイン)が、p型ウエル3のゲート電極11およびサイドウォール14の両側の領域に、例えばリンまたはヒ素などのn型の不純物をイオン注入することにより、p型ウエル3のゲート電極11のサイドウォール14に整合して形成される。   After the formation of the sidewalls 14, (a pair of) high-concentration n-type semiconductor regions 15 (source / drain) are formed in regions on both sides of the gate electrode 11 and the sidewalls 14 of the p-type well 3 using photolithography technology. For example, an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is ion-implanted to align with the sidewall 14 of the gate electrode 11 of the p-type well 3.

次に、図6に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、nチャネル型MISトランジスタ領域上にレジスト膜17を形成した後、(一対の)高濃度p型半導体領域16(ソース/ドレイン)が、n型ウエル4のゲート電極11およびサイドウォール14の両側の領域に、p型の不純物をイオン注入することにより、n型ウエル4のゲート電極11のサイドウォール14に整合して形成される。   Next, as shown in FIG. 6, after a resist film 17 is formed on the n-channel MIS transistor region by using a photolithography technique, (a pair of) high-concentration p-type semiconductor regions 16 (source / drain) are formed. The n-type well 4 is formed in alignment with the sidewalls 14 of the gate electrode 11 of the n-type well 4 by ion-implanting p-type impurities into regions on both sides of the gate electrode 11 and the sidewalls 14 of the n-type well 4.

このn型ウエル4のゲート電極11およびサイドウォール14の両側の領域(高濃度p型半導体領域16)へのイオン注入は、まず、シリコン膜7を非晶質化できるBF2フッ化ボロン)イオンを、例えば5×1014〜3×1015cm-2程度の濃度(ドーズ量)で行い、次いでB(ボロン)イオンを1.5×1015〜2.5×1015cm-2程度の濃度(ドーズ量)で行う。BF2イオンおよびBイオンのイオン注入エネルギーは、n型ウエル4のゲート電極11および高濃度p型半導体領域16の表面からの深さ方向のBF2イオンおよびBイオンの濃度ピークがほぼ同じか、またはBイオンの濃度ピークがBF2イオンの濃度ピークより小さくなるよう設定することが好ましい。例えば、BF2のイオン注入エネルギーが20〜30keV程度とした場合、Bのイオン注入エネルギーは4〜7keV程度となる。 The ion implantation into the regions (high-concentration p-type semiconductor region 16) on both sides of the gate electrode 11 and the side wall 14 of the n-type well 4 is first performed by BF 2 boron fluoride capable of making the silicon film 7 amorphous. For example, at a concentration (dose amount) of about 5 × 10 14 to 3 × 10 15 cm −2 , and then B (boron) ions are about 1.5 × 10 15 to 2.5 × 10 15 cm −2 . The concentration (dose amount) is used. Ion implantation energy of BF 2 ions and B ions, n-type concentration peak in the depth direction of the BF 2 ions and B ions from the surface of the gate electrode 11 and the high-concentration p-type semiconductor region 16 of the well 4 is substantially equal to or, Alternatively, it is preferable to set the concentration peak of B ions to be smaller than the concentration peak of BF 2 ions. For example, when the ion implantation energy of BF 2 is about 20 to 30 keV, the ion implantation energy of B is about 4 to 7 keV.

このように、BF2イオンとBイオンを連続してイオン注入する場合、2つのイオン種の注入比率を変えることで、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極に注入されるF(フッ素)イオンの濃度が変わり、電気的絶縁膜容量値(ゲート容量値)が変わる。先述したイオン注入の条件の範囲においては、Fイオン注入により制御できるゲート容量値は、20〜25%程度の範囲で変更することができる。 In this way, when BF 2 ions and B ions are successively implanted, the concentration of F (fluorine) ions implanted into the gate electrode of the p-channel MIS transistor is changed by changing the implantation ratio of the two ion species. Changes, and the electric insulating film capacitance value (gate capacitance value) changes. In the range of the above-described ion implantation conditions, the gate capacitance value that can be controlled by F ion implantation can be changed within a range of about 20 to 25%.

したがって、BF2イオンとBイオンの総注入量を一定にして、BF2イオンとBイオンの注入濃度の比率を調整することで、pチャネル型MISトランジスタQpのゲート容量値(ゲート酸化膜の容量値)を変化させることができ、その結果pチャネル型MISトランジスタQpのしきい値を所望の値に設定できる。 Therefore, the gate capacitance value (capacitance of the gate oxide film) of the p-channel type MIS transistor Qp is adjusted by adjusting the ratio of the implantation concentration of BF 2 ions and B ions while keeping the total implantation amount of BF 2 ions and B ions constant. Value) can be changed, and as a result, the threshold value of the p-channel MIS transistor Qp can be set to a desired value.

また、ゲート絶縁膜中のFイオンの注入量を減らすことで、Bイオンの拡散係数の増加を抑えることができる。このため、n型ウエル4のゲート電極11表面からの深さ方向のBF2イオンおよびBイオンの濃度ピークがほぼ同じか、またはBイオンの濃度ピークがBF2イオンの濃度ピークより小さくなるように設定しているが、よりチャネル領域へのBイオン漏れを抑制することができる。したがって、Bイオン漏れの抑制によりキャリア移動度の低下を防止することができるため、MISトランジスタの駆動電流を向上することができる。 Further, by reducing the amount of F ions implanted into the gate insulating film, an increase in the diffusion coefficient of B ions can be suppressed. Therefore, the concentration peaks of BF 2 ions and B ions in the depth direction from the surface of the gate electrode 11 of the n-type well 4 are substantially the same, or the concentration peaks of B ions are smaller than the concentration peaks of BF 2 ions. Although set, B ion leakage to the channel region can be further suppressed. Therefore, since the decrease in carrier mobility can be prevented by suppressing B ion leakage, the driving current of the MIS transistor can be improved.

同様に、Fイオンの注入量を減らすことで、チャネル領域へのBイオン漏れを抑制することができ、不均一なBイオン漏れによるMISトランジスタのしきい値電圧の製造ばらつきを低減することができる。   Similarly, by reducing the amount of F ions implanted, B ion leakage into the channel region can be suppressed, and manufacturing variations in the threshold voltage of the MIS transistor due to nonuniform B ion leakage can be reduced. .

次に、イオン注入後、導入した不純物の活性化のため、不活性ガス(例えば、N2、Arなど)雰囲気中で、例えば1000℃程度で熱処理(アニール処理)を行う。シリコン膜7がアモルファスシリコン膜である場合には、この熱処理などにより、アモルファスシリコン膜からなるシリコン膜7がポリシリコン膜になり得る。高濃度n型半導体領域15は、低濃度n型半導体領域12よりも不純物濃度が高く、高濃度p型半導体領域16は、低濃度p型半導体領域13よりも不純物濃度が高い。これにより、nチャネル型MISトランジスタのソースまたはドレインとして機能するn型の半導体領域(不純物拡散層)が、低濃度n型半導体領域12および高濃度n型半導体領域15により形成され、pチャネル型MISトランジスタのソースまたはドレインとして機能するp型半導体領域(不純物拡散層)が、低濃度p型半導体領域13および高濃度p型半導体領域16により形成される。 Next, after ion implantation, heat treatment (annealing) is performed at, for example, about 1000 ° C. in an inert gas (eg, N 2 , Ar) atmosphere in order to activate the introduced impurities. When the silicon film 7 is an amorphous silicon film, the silicon film 7 made of an amorphous silicon film can become a polysilicon film by this heat treatment or the like. The high concentration n-type semiconductor region 15 has a higher impurity concentration than the low concentration n-type semiconductor region 12, and the high concentration p-type semiconductor region 16 has a higher impurity concentration than the low concentration p-type semiconductor region 13. As a result, an n-type semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as a source or drain of the n-channel MIS transistor is formed by the low-concentration n-type semiconductor region 12 and the high-concentration n-type semiconductor region 15, and the p-channel MIS. A p-type semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as a source or drain of the transistor is formed by the low-concentration p-type semiconductor region 13 and the high-concentration p-type semiconductor region 16.

次に、図7に示すように、シリコン膜7、高濃度n型半導体領域15および高濃度p型半導体領域16上を含む半導体基板1上にコバルト(Co)膜21を形成する。例えば、スパッタリング法などを用いて膜厚が6〜10nm程度のコバルト膜を成膜することができる。なお、コバルト(Co)膜をシリサイド化したコバルトシリサイド膜を形成することで、Ni(ニッケル)によるニッケルシリサイド膜に比較して耐熱性に優れ、Ti(チタン)によるチタンシリサイド膜に比較して細線効果による影響が少なくすることができる。   Next, as shown in FIG. 7, a cobalt (Co) film 21 is formed on the semiconductor substrate 1 including the silicon film 7, the high concentration n-type semiconductor region 15, and the high concentration p-type semiconductor region 16. For example, a cobalt film with a film thickness of about 6 to 10 nm can be formed using a sputtering method or the like. By forming a cobalt silicide film obtained by siliciding a cobalt (Co) film, heat resistance is superior to a nickel silicide film made of Ni (nickel), and a fine wire is made compared to a titanium silicide film made of Ti (titanium). The effect of the effect can be reduced.

次に、図8に示すように、熱処理(第1熱処理、アニール処理)を行うことにより、コバルト膜21と、コバルト膜21の下のシリコン膜7、高濃度n型半導体領域15および高濃度p型半導体領域16とを反応させて、コバルトシリサイド膜22a、22b、22cを形成する。すなわち、熱処理により、シリコン膜7の上部とコバルト膜21とが反応してコバルトシリサイド膜22aが形成され、不純物を導入したシリコン領域からなる高濃度n型半導体領域15の上部とコバルト膜21とが反応して高濃度n型半導体領域15の上部にコバルトシリサイド膜22bが形成され、不純物を導入したシリコン領域からなる高濃度p型半導体領域16の上部とコバルト膜21とが反応して高濃度p型半導体領域16の上部にコバルトシリサイド膜22cが形成される。   Next, as shown in FIG. 8, by performing heat treatment (first heat treatment, annealing treatment), the cobalt film 21, the silicon film 7 under the cobalt film 21, the high concentration n-type semiconductor region 15, and the high concentration p By reacting with the type semiconductor region 16, cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c are formed. That is, by the heat treatment, the upper part of the silicon film 7 and the cobalt film 21 react to form a cobalt silicide film 22a, and the upper part of the high-concentration n-type semiconductor region 15 made of the silicon region into which the impurity is introduced and the cobalt film 21 are formed. A cobalt silicide film 22b is formed on the upper portion of the high-concentration n-type semiconductor region 15 by reaction, and the upper portion of the high-concentration p-type semiconductor region 16 made of a silicon region doped with impurities reacts with the cobalt film 21 to react with the high-concentration p. A cobalt silicide film 22 c is formed on the upper portion of the type semiconductor region 16.

第1熱処理によるシリサイド化(コバルトシリサイド膜22a、22b、22cの形成工程)の後、未反応のコバルト膜21は例えばウエットエッチングなどにより除去する。なお、図8には、未反応のコバルト膜21を除去した状態が示されている。   After silicidation by the first heat treatment (process for forming the cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c), the unreacted cobalt film 21 is removed by, for example, wet etching. FIG. 8 shows a state where the unreacted cobalt film 21 is removed.

次に、第1熱処理により形成されたコバルトシリサイド膜22a、22b、22cは、比較的高抵抗であるため、第1熱処理より高温で熱処理(第2熱処理、アニール処理)を行うことにより、低抵抗のコバルトシリサイド膜22a、22b、22cを形成する。   Next, since the cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c formed by the first heat treatment have a relatively high resistance, the heat resistance (second heat treatment and annealing treatment) is performed at a higher temperature than the first heat treatment, thereby reducing the low resistance. The cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c are formed.

このようなサリサイド工程(サリサイドプロセス)により、コバルトシリサイド膜22a、22b、22cが形成される。本実施の形態では、コバルトシリサイド膜22aを構成する金属元素と、コバルトシリサイド膜22bを構成する金属元素と、コバルトシリサイド膜22cを構成する金属元素とは同じであり、コバルト膜21を構成する金属元素に対応する。   By such a salicide process (salicide process), the cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c are formed. In the present embodiment, the metal element constituting the cobalt silicide film 22a, the metal element constituting the cobalt silicide film 22b, and the metal element constituting the cobalt silicide film 22c are the same, and the metal constituting the cobalt film 21 is the same. Corresponds to the element.

具体的に、このサリサイド工程でコバルト(Co)膜を用いた場合について説明すると、例えば470〜500℃程度の温度で、30秒程度の第1熱処理(アニール処理)が行われ、コバルトシリサイド膜22a、22b、22cが形成される。次いで、未反応のコバルト膜を、例えば過酸化水素水を含む溶液などにより除去する。その後、例えば700〜850℃程度の温度で、60秒程度の第2熱処理(アニール処理)が行われたコバルトシリサイド膜22a、22b、22cは、CoSiが組成変化して、CoSiより低抵抗のCoSi2となる。 Specifically, the case where a cobalt (Co) film is used in the salicide process will be described. For example, a first heat treatment (annealing process) is performed at a temperature of about 470 to 500 ° C. for about 30 seconds, and the cobalt silicide film 22a. , 22b, 22c are formed. Next, the unreacted cobalt film is removed by, for example, a solution containing hydrogen peroxide. Thereafter, for example, the cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c subjected to the second heat treatment (annealing process) for about 60 seconds at a temperature of about 700 to 850 ° C. change the composition of CoSi so that CoSi has a lower resistance than CoSi. 2

このようにして、p型ウエル3にnチャネル型MISトランジスタQnが形成され、n型ウエル4にpチャネル型MISトランジスタQpが形成される。nチャネル形MISトランジスタQnのゲート電極11nは、シリコン膜7およびシリコン膜7とコバルト膜21とが反応して形成されたコバルトシリサイド膜22aにより形成され、pチャネル型MISトランジスタQpのゲート電極11pは、シリコン膜7およびシリコン膜7とコバルト膜21とが反応して形成されたコバルトシリサイド膜22aにより形成される。ゲート電極11n、11pを構成するシリコン膜7の上部に低抵抗(低抵抗率)のコバルトシリサイド膜22aを形成することにより、ゲート電極11n、11pの低抵抗化が可能になる。   In this way, the n-channel MIS transistor Qn is formed in the p-type well 3, and the p-channel MIS transistor Qp is formed in the n-type well 4. The gate electrode 11n of the n-channel MIS transistor Qn is formed of the silicon film 7 and a cobalt silicide film 22a formed by the reaction of the silicon film 7 and the cobalt film 21, and the gate electrode 11p of the p-channel MIS transistor Qp is The silicon film 7 and the cobalt silicide film 22a formed by the reaction between the silicon film 7 and the cobalt film 21 are formed. By forming the cobalt silicide film 22a having a low resistance (low resistivity) on the silicon film 7 constituting the gate electrodes 11n and 11p, the resistance of the gate electrodes 11n and 11p can be reduced.

また、nチャネル型MISトランジスタQnのソースまたはドレイン用の高濃度n型半導体領域15の上部にコバルトシリサイド膜22bを形成し、pチャネル形MISトランジスタQpのソースまたはドレイン用の高濃度p型半導体領域16の上部にコバルトシリサイド膜22cを形成したことにより、高濃度n型半導体領域15およびp型半導体領域16の拡散抵抗と、コンタクト抵抗とを低抵抗化(ソース/ドレイン抵抗の低抵抗化)することができる。   Further, a cobalt silicide film 22b is formed on the high concentration n-type semiconductor region 15 for the source or drain of the n-channel type MIS transistor Qn, and the high-concentration p-type semiconductor region for the source or drain of the p-channel type MIS transistor Qp. Since the cobalt silicide film 22c is formed on the upper portion of 16, diffusion resistance and contact resistance of the high-concentration n-type semiconductor region 15 and p-type semiconductor region 16 are reduced (source / drain resistance is reduced). be able to.

次に、図9に示されるように、半導体基板1上に絶縁膜31を形成する。すなわち、ゲート電極11n、11pを覆うように、コバルトシリサイド膜22a、22b、22c上を含む半導体基板1上に絶縁膜31を形成する。絶縁膜31は、例えば、窒化シリコン膜とその上の相対的に厚い酸化シリコン膜の積層膜などからなる。絶縁膜31は層間絶縁膜として機能することができる。絶縁膜31の成膜後、必要に応じて、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などによる絶縁膜31の上面の平坦化処理を行うこともできる。   Next, as shown in FIG. 9, an insulating film 31 is formed on the semiconductor substrate 1. That is, the insulating film 31 is formed on the semiconductor substrate 1 including the cobalt silicide films 22a, 22b, and 22c so as to cover the gate electrodes 11n and 11p. The insulating film 31 is made of, for example, a laminated film of a silicon nitride film and a relatively thick silicon oxide film thereon. The insulating film 31 can function as an interlayer insulating film. After the formation of the insulating film 31, planarization treatment of the upper surface of the insulating film 31 by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like can be performed as necessary.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁膜31上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、絶縁膜31をドライエッチングすることにより、高濃度n型半導体領域15(ソース/ドレイン)、高濃度p型半導体領域16(ソース/ドレイン)またはゲート電極11n、11pの上部などにコンタクトホール(開口部)32を形成する。コンタクトホール32の底部では、半導体基板1の主面の一部、例えば高濃度n型半導体領域15(の表面上のコバルトシリサイド膜22b)の一部、高濃度p型半導体領域16(の表面上のコバルトシリサイド膜22c)の一部またはゲート電極11n、11p(のコバルトシリサイド膜22a)の一部などが露出される。なお、図9の断面図においては、高濃度n型半導体領域15(の表面上のコバルトシリサイド膜22b)の一部と高濃度p型半導体領域16(の表面上のコバルトシリサイド膜22c)の一部とがコンタクトホール32の底部で露出しているが、図示しない領域(断面)において、ゲート電極11n、11p上にもコンタクトホール32が形成され、ゲート電極11n、11p(のコバルトシリサイド膜22a)の一部がそのコンタクトホール32の底部で露出する。   Next, the insulating film 31 is dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film 31 by photolithography as an etching mask, so that the high-concentration n-type semiconductor region 15 (source / drain) ), A contact hole (opening) 32 is formed in the high concentration p-type semiconductor region 16 (source / drain) or the upper portion of the gate electrodes 11n and 11p. At the bottom of the contact hole 32, a part of the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a part of the high-concentration n-type semiconductor region 15 (cobalt silicide film 22b on the surface thereof) and a surface of the high-concentration p-type semiconductor region 16 (on the surface). Part of the cobalt silicide film 22c) or part of the gate electrodes 11n and 11p (cobalt silicide film 22a) is exposed. In the cross-sectional view of FIG. 9, a part of the high-concentration n-type semiconductor region 15 (cobalt silicide film 22b on the surface thereof) and one of the high-concentration p-type semiconductor region 16 (cobalt silicide film 22c on the surface thereof). Are exposed at the bottom of the contact hole 32, but in a region (cross section) not shown, the contact hole 32 is also formed on the gate electrodes 11n, 11p, and the gate electrodes 11n, 11p (cobalt silicide film 22a). Is exposed at the bottom of the contact hole 32.

次に、コンタクトホール32内に、タングステン(W)などからなるプラグ33が形成される。プラグ33は、例えば、コンタクトホール32の内部を含む絶縁膜31上にバリア膜(例えば窒化チタン膜)33aを形成した後、タングステン膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによってバリア膜33a上にコンタクトホール32を埋めるように形成し、絶縁膜31上の不要なタングステン膜およびバリア膜33aをCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより形成することができる。   Next, a plug 33 made of tungsten (W) or the like is formed in the contact hole 32. For example, the plug 33 is formed by forming a barrier film (for example, titanium nitride film) 33a on the insulating film 31 including the inside of the contact hole 32, and then contacting the tungsten film on the barrier film 33a by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. It can be formed by filling the hole 32 and removing the unnecessary tungsten film and barrier film 33a on the insulating film 31 by a CMP method or an etch back method.

次に、プラグ33が埋め込まれた絶縁膜31上に、配線(第1配線層)34を形成する。例えば、チタン膜34a、窒化チタン膜34b、アルミニウム膜34c、チタン膜34dおよび窒化チタン膜34eをスパッタリング法などによって順に形成し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いてパターニングすることで、配線34を形成することができる。アルミニウム膜34cは、アルミニウム(Al)単体またはアルミニウム合金などのアルミニウムを主成分とする導電体膜である。配線34はプラグ33を介して、nチャネル型MISトランジスタQnのソースまたはドレイン用の高濃度n型半導体領域15、pチャネル型MISトランジスタQpのソースまたはドレイン用の高濃度p型半導体領域16、nチャネル型MISトランジスタQnのゲート電極11nまたはpチャネル型MISトランジスタQpのゲート電極11pなどと電気的に接続される。配線34は、上記のようなアルミニウム配線に限定されず種々変更可能であり、例えばタングステン配線や銅配線(例えばダマシン法で形成した埋込銅配線)とすることもできる。その後、更に層間絶縁膜や上層の配線層などが形成されるが、ここではその説明は省略する。第2層配線以降はダマシン法により形成した埋込銅配線とすることもできる。   Next, a wiring (first wiring layer) 34 is formed on the insulating film 31 in which the plug 33 is embedded. For example, a titanium film 34a, a titanium nitride film 34b, an aluminum film 34c, a titanium film 34d, and a titanium nitride film 34e are sequentially formed by a sputtering method or the like, and are patterned by using a photolithography method, a dry etching method, or the like. Can be formed. The aluminum film 34c is a conductor film mainly composed of aluminum such as aluminum (Al) alone or an aluminum alloy. The wiring 34 is connected via a plug 33 to the high-concentration n-type semiconductor region 15 for the source or drain of the n-channel MIS transistor Qn, the high-concentration p-type semiconductor region 16 for the source or drain of the p-channel MIS transistor Qp, n It is electrically connected to the gate electrode 11n of the channel type MIS transistor Qn or the gate electrode 11p of the p channel type MIS transistor Qp. The wiring 34 is not limited to the aluminum wiring as described above and can be variously changed. For example, the wiring 34 can be a tungsten wiring or a copper wiring (for example, a buried copper wiring formed by a damascene method). Thereafter, an interlayer insulating film, an upper wiring layer, and the like are further formed, but the description thereof is omitted here. The buried copper wiring formed by the damascene method can be used after the second layer wiring.

上記のようにして製造された本実施の形態の半導体装置(CMISデバイス)は、半導体基板1の主面に形成されたnチャネル型MISトランジスタQnおよびpチャネル型MISトランジスタQpのようなMISトランジスタを備えており、それらMISトランジスタのゲート電極11n、11pが、ゲート絶縁膜5上に形成されたシリコン膜7と、シリコン膜7上に形成されたコバルトシリサイド膜22aとを有している。また、それらMISトランジスタのソースまたはドレインとしての高濃度n型半導体領域15および高濃度p型半導体領域16上にコバルトシリサイド膜22b、22cが形成されている。したがって、コバルトシリサイド膜を形成しているので、シリサイド膜の金属材料として、チタンが用いられたチタンシリサイド膜より、細線効果を防止することができ、ゲート電極およびソース/ドレインの寄生抵抗(配線抵抗)が増加することを防止することができる。また、シリコン膜7上にコバルトシリサイド膜22aを形成することでゲート電極11n、11pの低抵抗化を図れるので、シリコン膜7の膜厚を薄くすることができる。また、寄生抵抗の増加を防止することができるので、CMISデバイス(半導体装置)の性能を向上することができる。   The semiconductor device (CMIS device) of the present embodiment manufactured as described above includes MIS transistors such as an n-channel MIS transistor Qn and a p-channel MIS transistor Qp formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. The gate electrodes 11n and 11p of these MIS transistors have a silicon film 7 formed on the gate insulating film 5 and a cobalt silicide film 22a formed on the silicon film 7. Cobalt silicide films 22b and 22c are formed on the high-concentration n-type semiconductor region 15 and the high-concentration p-type semiconductor region 16 as the source or drain of these MIS transistors. Therefore, since the cobalt silicide film is formed, the fine line effect can be prevented and the parasitic resistance (wiring resistance) of the gate electrode and the source / drain can be prevented as compared with the titanium silicide film in which titanium is used as the metal material of the silicide film. ) Can be prevented from increasing. Further, since the resistance of the gate electrodes 11n and 11p can be reduced by forming the cobalt silicide film 22a on the silicon film 7, the thickness of the silicon film 7 can be reduced. Moreover, since an increase in parasitic resistance can be prevented, the performance of the CMIS device (semiconductor device) can be improved.

また、本実施の形態では、ゲート電極11n、11pのコバルトシリサイド膜22aは、ソースまたはドレイン用の高濃度n型半導体領域15および高濃度p型半導体領域16上にコバルトシリサイド膜22b、22cを形成する工程(サリサイド工程)と同じ工程で形成できるので、製造工程数を低減できる。このため、半導体装置の製造コストも低減できる。また、サリサイド工程を用いてゲート電極11n、11pのシリコン膜7上にコバルトシリサイド膜22aを形成できるので、半導体装置の製造工程が複雑化せず、また新たな半導体製造装置を導入する必要もない。このため、半導体装置の製造ラインへの導入が容易である。   In the present embodiment, the cobalt silicide films 22a of the gate electrodes 11n and 11p are formed on the high-concentration n-type semiconductor region 15 and the high-concentration p-type semiconductor region 16 for the source or drain. Since it can be formed by the same process as the process to be performed (salicide process), the number of manufacturing processes can be reduced. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor device can also be reduced. Further, since the cobalt silicide film 22a can be formed on the silicon film 7 of the gate electrodes 11n and 11p using the salicide process, the manufacturing process of the semiconductor device is not complicated, and it is not necessary to introduce a new semiconductor manufacturing apparatus. . For this reason, the semiconductor device can be easily introduced into the production line.

また、pチャネル型MISトランジスタの駆動電流を向上(増加)することができるので、CMISデバイス(半導体装置)の性能を向上することができる。また、pチャネル型MISトランジスタのしきい値電圧の製造ばらつきを低減できるので、CMISデバイス(半導体装置)の製造歩留りを向上することができる。   Moreover, since the drive current of the p-channel MIS transistor can be improved (increased), the performance of the CMIS device (semiconductor device) can be improved. Further, since the manufacturing variation of the threshold voltage of the p-channel type MIS transistor can be reduced, the manufacturing yield of the CMIS device (semiconductor device) can be improved.

また、本実施の形態で示したように、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極に対して、Fイオン単体もしくはFを含むイオンとn型不純物イオンとを組み合わせてイオン注入を行うことで、n型MISトランジスタのしきい値及びゲートキャパシタの容量値を制御することができた。また、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極に対して、BF2イオンとBイオンとの注入比率を変化させることにより、n型MISトランジスタのしきい値及びゲートキャパシタの容量値を制御することができた。したがって、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、MISトランジスタが形成される領域を選択して、2水準以上のゲート容量およびMISトランジスタのしきい値を有するMISトランジスタ(ゲートキャパシタ)を備えた半導体装置を形成することもできる。 Further, as shown in the present embodiment, by performing ion implantation on the gate electrode of the n-channel MIS transistor by combining F ions alone or ions containing F and n-type impurity ions, n-type is performed. It was possible to control the threshold value of the MIS transistor and the capacitance value of the gate capacitor. Further, the threshold value of the n-type MIS transistor and the capacitance value of the gate capacitor can be controlled by changing the implantation ratio of BF 2 ions and B ions with respect to the gate electrode of the p-channel type MIS transistor. It was. Therefore, for example, a region where a MIS transistor is formed is selected by using a photolithography technique, and a semiconductor device including a MIS transistor (gate capacitor) having a gate capacitance of two levels or more and a threshold value of the MIS transistor is formed. You can also

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体装置の製造技術に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to semiconductor device manufacturing technology.

本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device in embodiment of this invention. 図1に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 1; 図2に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 2; 図3に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 8 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8;

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離領域
3 p型ウエル
4 n型ウエル
5 ゲート絶縁膜
7 シリコン膜
7a シリコン膜
11 ゲート電極
11n ゲート電極
11p ゲート電極
12 低濃度n型半導体領域
13 低濃度p型半導体領域
14 サイドウォール
15 高濃度n型半導体領域
16 高濃度p型半導体領域
17 レジスト膜
18 レジスト膜
21 コバルト膜
22a コバルトシリサイド膜
22b コバルトシリサイド膜
22c コバルトシリサイド膜
31 絶縁膜
32 コンタクトホール
33 プラグ
33a バリア膜
34 配線
34a チタン膜
34b 窒化チタン膜
34c アルミニウム膜
34d チタン膜
34e 窒化チタン膜
Qn nチャネル型MISトランジスタ
Qp pチャネル型MISトランジスタ
1 semiconductor substrate 2 element isolation region 3 p-type well 4 n-type well 5 gate insulating film 7 silicon film 7a silicon film 11 gate electrode 11n gate electrode 11p gate electrode 12 low-concentration n-type semiconductor region 13 low-concentration p-type semiconductor region 14 side Wall 15 High-concentration n-type semiconductor region 16 High-concentration p-type semiconductor region 17 Resist film 18 Resist film 21 Cobalt film 22a Cobalt silicide film 22b Cobalt silicide film 22c Cobalt silicide film 31 Insulating film 32 Contact hole 33 Plug 33a Barrier film 34 Wiring 34a Titanium film 34b Titanium nitride film 34c Aluminum film 34d Titanium film 34e Titanium nitride film Qn n-channel type MIS transistor Qp p-channel type MIS transistor

Claims (6)

以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法;
(a)半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、
(b)前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程、
(c)フォトリソグラフィ技術を用いて、前記シリコン膜および前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程、
(d)パターニングした前記シリコン膜と前記半導体基板との表面にBF2イオンおよびBイオンを注入した後、活性化処理を行い、pチャネル型MISトランジスタのゲート電極とソース/ドレインとを形成する工程、
(e)前記ゲート電極と前記ソース/ドレインとが形成された前記半導体基板上にコバルト膜を形成する工程、
(f)前記半導体基板を熱処理し、前記ゲート電極の上部に第1コバルトシリサイド膜を形成し、前記ソース/ドレインの上部に第2コバルトシリサイド膜を形成する工程、
(g)反応しなかったコバルト膜を除去する工程。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a silicon film on the gate insulating film;
(C) patterning the silicon film and the gate insulating film using a photolithography technique;
(D) A step of implanting BF 2 ions and B ions into the surfaces of the patterned silicon film and the semiconductor substrate and then performing an activation process to form the gate electrode and the source / drain of the p-channel type MIS transistor ,
(E) forming a cobalt film on the semiconductor substrate on which the gate electrode and the source / drain are formed;
(F) heat-treating the semiconductor substrate, forming a first cobalt silicide film on the gate electrode, and forming a second cobalt silicide film on the source / drain;
(G) The process of removing the cobalt film which did not react.
以下の工程を有することを特徴とするpチャネル型MISトランジスタとnチャネル型MISトランジスタとからなるCMISデバイスを備えた半導体装置の製造方法;
(a)半導体基板上に、ゲート絶縁膜を形成する工程、
(b)前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程、
(c)フォトリソグラフィ技術を用いて、前記nチャネル型MISトランジスタ領域の前記シリコン膜にn型不純物のイオンを注入する工程、
(d)フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、前記シリコン膜および前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程、
(e)パターニングした前記pチャネル型MISトランジスタ領域の前記シリコン膜と前記半導体基板との表面にBF2イオンおよびBイオンを注入し、パターニングしたnチャネル型MISトランジスタ領域の前記シリコン膜と前記半導体基板との表面にn型不純物のイオンを注入した後、活性化処理を行い、pチャネル型MISトランジスタの第1ゲート電極および第1ソース/ドレイン、ならびに前記nチャネル型MISトランジスタの第2ゲート電極および第2ソース/ドレインを形成する工程、
(f)前記第1ゲート電極および前記第1ソース/ドレイン、ならびに前記第2ゲート電極および前記第2ソース/ドレインが形成された前記半導体基板上にコバルト膜を形成する工程、
(g)前記半導体基板を熱処理し、前記第1ゲート電極および第2ゲート電極の上部に第1コバルトシリサイド膜を形成し、前記第1ソース/ドレインおよび前記第2ソース/ドレインの上部に第2コバルトシリサイド膜を形成する工程、
(h)反応しなかったコバルト膜を除去する工程。
A method of manufacturing a semiconductor device including a CMIS device comprising a p-channel MIS transistor and an n-channel MIS transistor, comprising:
(A) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a silicon film on the gate insulating film;
(C) Implanting n-type impurity ions into the silicon film in the n-channel MIS transistor region using photolithography technology;
(D) patterning the silicon film and the gate insulating film using a photolithography technique and an etching technique;
(E) BF 2 ions and B ions are implanted into the surfaces of the patterned silicon film and semiconductor substrate in the p-channel MIS transistor region, and the patterned silicon film and semiconductor substrate in the n-channel MIS transistor region N-type impurity ions are implanted into the surface of the first and second electrodes, and an activation process is performed, and the first gate electrode and the first source / drain of the p-channel MIS transistor, the second gate electrode of the n-channel MIS transistor, Forming a second source / drain;
(F) forming a cobalt film on the semiconductor substrate on which the first gate electrode and the first source / drain and the second gate electrode and the second source / drain are formed;
(G) heat-treating the semiconductor substrate to form a first cobalt silicide film on the first gate electrode and the second gate electrode; and forming a second cobalt electrode on the first source / drain and the second source / drain. Forming a cobalt silicide film;
(H) The process of removing the cobalt film which did not react.
以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法;
(a)半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(b)前記ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する工程、
(c)フォトリソグラフィ技術を用いて、前記シリコン膜および前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程、
(d)パターニングした前記シリコン膜と前記半導体基板との表面にFを含むイオンおよびn型不純物のイオンを注入した後、活性化処理を行い、nチャネル型MISトランジスタのゲート電極とソース/ドレインを形成する工程、
(e)前記ゲート電極と前記ソース/ドレインとが形成された前記半導体基板上にコバルト膜を形成する工程、
(f)前記半導体基板を熱処理し、前記ゲート電極の上部に第1コバルトシリサイド膜を形成し、前記ソース/ドレインの上部に第2コバルトシリサイド膜を形成する工程、
(g)反応しなかったコバルト膜を除去する工程。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a silicon film on the gate insulating film;
(C) patterning the silicon film and the gate insulating film using a photolithography technique;
(D) Implanting F-containing ions and n-type impurity ions on the surfaces of the patterned silicon film and the semiconductor substrate, and then performing an activation process to form the gate electrode and source / drain of the n-channel MIS transistor. Forming step,
(E) forming a cobalt film on the semiconductor substrate on which the gate electrode and the source / drain are formed;
(F) heat-treating the semiconductor substrate, forming a first cobalt silicide film on the gate electrode, and forming a second cobalt silicide film on the source / drain;
(G) The process of removing the cobalt film which did not react.
請求項2記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(c)または(e)の少なくとも一方において、前記n型不純物のイオンを注入する代わりにFを含むイオンおよびn型不純物のイオンを注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
In at least one of the steps (c) and (e), instead of implanting the n-type impurity ions, an ion containing F and an n-type impurity ion are implanted.
請求項1、2、3または4項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理は、第1熱処理と第2熱処理を含み、前記第1熱処理が470℃以上、500℃以下であり、第2熱処理が700℃以上、850℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, 2, 3, or 4,
The heat treatment includes a first heat treatment and a second heat treatment, wherein the first heat treatment is 470 ° C. to 500 ° C., and the second heat treatment is 700 ° C. to 850 ° C. Production method.
請求項1〜5記載のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜の膜厚が、酸化シリコン換算膜厚で3.0nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film has a thickness equivalent to silicon oxide of 3.0 nm or less.
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