JP2006024587A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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)。
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (6)
(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.
(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.
(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.
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.
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.
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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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009010374A (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Dongbu Hitek Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2013132749A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | 東京エレクトロン株式会社 | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09260649A (en) * | 1996-03-19 | 1997-10-03 | Fujitsu Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
JPH10335265A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2002246331A (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-30 | Nec Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2002319670A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Seiko Epson Corp | Mos transistor and manufacturing method therefor |
JP2003530690A (en) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2004048008A (en) * | 1993-09-02 | 2004-02-12 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
-
2004
- 2004-07-06 JP JP2004198793A patent/JP2006024587A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004048008A (en) * | 1993-09-02 | 2004-02-12 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JPH09260649A (en) * | 1996-03-19 | 1997-10-03 | Fujitsu Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
JPH10335265A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2003530690A (en) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2002246331A (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-30 | Nec Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2002319670A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Seiko Epson Corp | Mos transistor and manufacturing method therefor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009010374A (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Dongbu Hitek Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2013132749A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | 東京エレクトロン株式会社 | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus |
JP2013187350A (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus |
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