JP2007019205A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はシリサイド化された領域(シリサイド領域)を有する半導体装置の製造方法に関し、特にニッケルシリサイドを有する半導体装置の製造方法及びその方法で製造された半導体装置に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a silicided region (silicide region), and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having nickel silicide and a semiconductor device manufactured by the method.
従来から半導体集積回路の高速化のために、素子領域をシリサイド化することにより配線抵抗を低減する技術が用いられている。CVD法やスパッタ法を用いたタングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等が用いられていたが、半導体素子の微細化の進行とともに、自己整合的にシリサイドを形成できる、サリサイド法が今日では一般的なシリサイド形成の方法となっている。これはチタンやコバルトなどの金属をウェハ全面に成膜した後、一度目の熱処理を行うことで、シリサイド化反応を行う。その後、薬液を用いて電極のポリシリコンや素子のシリコン基板領域以外の部分に反応しないで残存する金属を除去した後、続いて、熱処理を行うことで、前記シリサイドの抵抗を低下させる方法である。この方法を用いることで、電極のポリシリコンや素子のシリコン基板領域にのみ、自己整合的に金属シリサイドを形成することができる。最近では半導体素子の微細化とともに、より低温で低抵抗の得られるニッケルシリサイドがチタンやコバルトに代わり用いられるようになってきている。 Conventionally, in order to increase the speed of a semiconductor integrated circuit, a technique for reducing wiring resistance by siliciding an element region has been used. Tungsten silicide, molybdenum silicide, etc. using CVD method or sputtering method were used, but the salicide method, which can form silicide in a self-aligned manner with the progress of miniaturization of semiconductor elements, is a common silicide formation today. It has become a method. In this method, after a metal such as titanium or cobalt is formed on the entire surface of the wafer, a silicidation reaction is performed by performing a first heat treatment. Then, after removing the remaining metal without reacting with the portion other than the polysilicon of the electrode and the silicon substrate region of the element using a chemical solution, the resistance of the silicide is reduced by subsequently performing a heat treatment. . By using this method, the metal silicide can be formed in a self-aligned manner only in the polysilicon of the electrode and the silicon substrate region of the element. Recently, along with miniaturization of semiconductor elements, nickel silicide, which can obtain low resistance at a lower temperature, has been used instead of titanium and cobalt.
また、半導体素子ではアナログの抵抗素子を作成する場合に、シリサイド層の比抵抗は、抵抗素子として用いるには非常に小さいため、抵抗素子を用いる場合には、抵抗素子として用いる特定の素子領域のみをシリサイド化しない方法が用いられる。このような背景から、近年、抵抗素子として用いる特定の素子領域をシリサイド化しないプロセスを用いることにより、その素子領域を抵抗素子として利用するようになっている。 In addition, when an analog resistance element is formed as a semiconductor element, the specific resistance of the silicide layer is very small for use as a resistance element. Therefore, when a resistance element is used, only a specific element region used as the resistance element is used. A method is used in which no silicidation is performed. Against this background, in recent years, by using a process in which a specific element region used as a resistance element is not silicided, the element region is used as a resistance element.
上述のようなシリサイド領域を有する半導体装置の製造方法が特許文献1に開示されている(第1の従来例)。以下、従来の技術による半導体装置の製造方法の一例について、図15を用いて説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device having a silicide region as described above is disclosed in Patent Document 1 (first conventional example). Hereinafter, an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG.
まず、図15(a)に示すように、シリコン基板101上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極102とその両側に形成されたサイドウォール103等とを含むMOS型トランジスタが形成されている。続いて、シリコン基板101上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜104を堆積する。
First, as shown in FIG. 15A, a MOS transistor including a
続いて、シリコン酸化膜104上にリソグラフィー技術によりレジストパターン105を形成する。なお、レジストパターン105は抵抗素子106として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜104上に形成されている。
Subsequently, a
次に、図15(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜104をエッチングすると、レジストパターン105がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜104が除去される。
Next, as shown in FIG. 15B, when the
続いて、図15(c)に示すように、レジストパターン105を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子106として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜104が残される。
Subsequently, as shown in FIG. 15C, the
次に、図15(d)に示すように、高融点金属、例えばTi(チタン)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)等をスパッタ法により堆積すると、シリコン基板101上の全面に高融点金属膜107が形成される。続いて、適当な熱処理工程によってシリサイド化アニール処理を行うことによりシリコン基板101と高融点金属膜107とを反応させると、シリサイド層108が形成される。
Next, as shown in FIG. 15D, when a refractory metal such as Ti (titanium), Co (cobalt), Ni (nickel) or the like is deposited by sputtering, the refractory metal is deposited on the entire surface of the
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、ゲート電極102の側面及び抵抗素子106として利用する特定の素子領域の表面は、サイドウォール103及びシリコン酸化膜104で覆われているためにシリコン基板101と高融点金属膜107とが接触しないので、ゲート電極102の側面及び抵抗素子106として利用する特定の素子領域上にはシリサイド層108は形成されない。
In this silicidation annealing process, the side surface of the
次に、図15(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜107を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜104が形成されなかったシリコン基板101のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層108が形成され、これによりシリサイド層108と非シリサイド領域の抵抗素子106とが形成される。
Next, as shown in FIG. 15E, after the unreacted
ところで、上述したような従来の技術によりシリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜104を形成するように異方性エッチングを行った場合には、その際に使用した混合ガス中の炭素及び酸素が、イオンエッチングに際して生じるウェハのセルフバイアスでの加速によりシリコン基板101中に打ち込まれるという問題がある。
By the way, when anisotropic etching is performed so as to form the
このようなシリコン基板101中への炭素及び酸素の打ち込み、あるいはプラズマによるチャージングダメージ等により、シリコン基板101の表面付近に炭素及び酸素を含むダメージ層を形成されてしまうことで、シリサイド層108が不均一に形成されてしまうことになる。
A damage layer containing carbon and oxygen is formed in the vicinity of the surface of the
そこで、上記のダメージ層を形成しないシリサイド層の形成方法が特許文献2に開示されている(第2の従来例)。これはシリサイド化ブロック用の絶縁膜を2層化することで、エッチング時のオーバーエッチング量を低減する方法である。この方法では、第2の絶縁膜を除去するエッチングをRIE(Reactive Ion Etching)法により行い、第1の絶縁膜の除去をウェットエッチングを用いて行う。以下、図16を用いて説明する。 Therefore, a method for forming a silicide layer that does not form the damaged layer is disclosed in Patent Document 2 (second conventional example). This is a method of reducing the amount of over-etching during etching by forming the insulating film for the silicidation block into two layers. In this method, etching for removing the second insulating film is performed by a RIE (Reactive Ion Etching) method, and the first insulating film is removed by wet etching. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
まず、図16(a)に示すように、シリコン基板201上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極202とその両側に形成されたサイドウォール203等とを含むMOS型トランジスタが形成されている。続いて、シリコン基板201上に形成されたトランジスタを覆うように第1の絶縁膜としてシリコン酸化膜204と、第2の絶縁膜としてシリコン窒化膜205とを堆積する。続いて、シリコン窒化膜205上にリソグラフィー技術によりレジストパターン206を形成する。なお、レジストパターン206は抵抗素子207として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン窒化膜205上に形成されている。
First, as shown in FIG. 16A, a MOS transistor including a
次に、図16(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン窒化膜205のみを除去すると、その下のシリコン酸化膜204は除去されないので、シリコン基板201表面にはRIEでのダメージが入らない。
Next, as shown in FIG. 16B, when only the
続いて、レジストパターン206とシリコン窒化膜205をマスクとして、シリコン酸化膜204をウェットエッチングで除去する。このとき、シリコン酸化膜204のウェットエッチングには主としてフッ化水素を用いる。この結果、抵抗素子207として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン窒化膜205とシリコン酸化膜204とが形成される。
Subsequently, using the
次に、図16(c)に示すように、レジストパターン206を通常の方法で除去する。この後は、図16(d)〜(e)に示すように、通常の方法で高融点金属膜208を堆積し、続いて、シリサイド層209を形成する。
Next, as shown in FIG. 16C, the
ところで、上述したようなシリサイド化ブロック用の絶縁膜を2層化した場合には、異方性エッチングによるシリコン基板201へのダメージ層は低減できるものの、シリコン酸化膜204の膜厚によっては、シリコン窒化膜205のRIEでのドライエッチ時にシリコン酸化膜204を突き破ってシリコン基板201にダメージを与えたり、レジストパターン206の残渣物などでシリサイド層209を形成したい部分にも薄い酸化膜やレジスト残渣が残ったりする問題があった。
By the way, when the insulating film for the silicidation block as described above is formed in two layers, the damage layer to the
このようなシリコン基板201表面に不均一なレジスト残渣や酸化膜残りがあると、シリサイド層209が不均一に形成されてしまうことになる。
If such a non-uniform resist residue or oxide film residue is present on the surface of the
更に、チタンやコバルトなどのシリサイド形成では、チタンやコバルトをスパッタする前に、Arガスを用いて逆スパッタを行うことで、清浄で均一なシリコン基板のシリコン表面が得られるが、ニッケルの場合には、Arガスを用いた逆スパッタでは、不均一なシリサイドが形成されてしまうため、Ar逆スパッタを用いることができない。このため、ニッケルのシリサイド形成では、基板表面にある微量の酸素、炭素、窒素及びフッ素などの元素により、シリサイド化反応が影響を受けていることを示唆している。
以上に説明したように、第1の従来例では、シリコン基板に打ち込まれた炭素及び酸素により、高融点金属膜とシリコン基板との界面でのシリサイド化反応が局所的に阻害され、この結果、シリサイド化反応が十分に進まなくなるという問題があった。また、第2の従来例でも、エッチングによるシリコン基板へのダメージ層は低減できるものの、シリコン酸化膜の膜厚によっては、シリコン窒化膜のRIEでのドライエッチ時にシリコン酸化膜を突き破ってシリコン基板にダメージを与えたり、レジスト膜の残渣物などで、シリサイド領域を形成したい部分にも、薄い酸化膜やレジスト残渣が残ったりする問題があった。 As described above, in the first conventional example, the silicidation reaction at the interface between the refractory metal film and the silicon substrate is locally inhibited by the carbon and oxygen implanted into the silicon substrate, and as a result, There was a problem that the silicidation reaction did not proceed sufficiently. Also in the second conventional example, although the damage layer to the silicon substrate due to etching can be reduced, depending on the thickness of the silicon oxide film, the silicon oxide film is broken through the silicon oxide film during dry etching by RIE of the silicon nitride film. There is a problem that a thin oxide film or a resist residue remains in a portion where a silicide region is to be formed due to damage or a resist film residue.
これらのシリサイド化反応の不均一性は、シリサイド化が進まないという問題だけではなく、シリサイド化が進行しやすい部分と進行しにくい部分が共存した場合に、シリサイド化が進行しやすい部分で、急激なシリサイド化反応が発生する。このとき、図17に示すように、異常成長したシリサイド層109がサイドウォール103下や、一部がゲート電極102下まで進行したり、ソース・ドレイン層(図示せず)を突き破ったりすることで、シリコン基板へのリーク電流の増加やソース・ドレイン間のリーク電流の増加を引き起こし、シリコン基板上に形成されたトランジスタのロジック回路としての特性を劣化させ、その結果としてロジックLSIの性能の低下、品質の低下等を招来していた。
The non-uniformity of these silicidation reactions is not only a problem that silicidation does not proceed, but also when a part where silicidation is likely to proceed and a part where it is difficult to proceed coexist, it is a portion where silicidation is likely to proceed. A silicidation reaction occurs. At this time, as shown in FIG. 17, the abnormally grown
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、シリコン基板中に打ち込まれた炭素及び酸素などや、基板表面のレジスト残渣による有機物などによる、高融点金属膜とシリコン基板との界面でのシリサイド化反応が局所的に阻害され、この結果、シリサイド化反応が十分に進まなくなるという問題を解決することを可能にした半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The interface between a refractory metal film and a silicon substrate, such as carbon and oxygen implanted in the silicon substrate, or an organic substance due to a resist residue on the substrate surface. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can solve the problem that the silicidation reaction is locally inhibited and the silicidation reaction does not proceed sufficiently.
本発明の発明者らは、ニッケルの場合の不均一なシリサイド形成として、炭素や酸素のほかにフッ素や窒素も同様にシリサイド化反応を阻害していることを見出した。これらの元素を注入したシリコン基板にニッケルを堆積し、シリサイド化反応がおきる温度を詳細に調査した結果、何れの元素を注入した基板でも、ニッケルシリサイド化反応が遅くなることがわかった。また、デバイスの微細化に伴い、微細な素子部に埋め込まれたレジスト膜が、レジストを除去しても十分に取りきれず、一部が残渣となり残ってしまうこともわかった。 The inventors of the present invention have found that, in addition to carbon and oxygen, fluorine and nitrogen similarly inhibit silicidation reaction as non-uniform silicide formation in the case of nickel. Nickel was deposited on the silicon substrate implanted with these elements, and the temperature at which the silicidation reaction occurred was investigated in detail. As a result, it was found that the nickel silicidation reaction was slow in any of the substrates implanted with any element. It was also found that with the miniaturization of the device, the resist film embedded in the fine element portion could not be sufficiently removed even if the resist was removed, and a part remained as a residue.
本発明はこれらの結果を鑑みてなされたものであり、本発明に係る第1の半導体装置は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置において、シリコン基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の両側に形成されたサイドウォールと、シリコン基板上に形成されたシリサイド領域とを備え、サイドウォール下のシリコン基板の表面領域にシリサイド化反応を阻害する元素を含むことを特徴とする。 The present invention has been made in view of these results, and a first semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a silicon substrate and a gate electrode in a semiconductor device having an insulated gate transistor. Sidewalls formed on both sides and silicide regions formed on the silicon substrate are included, and the surface region of the silicon substrate below the sidewalls includes an element that inhibits silicidation reaction.
上記の構成によれば、サイドウォール下の部分にシリサイド化反応を阻害する元素を存在させることで、サイドウォール下の表面領域へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。 According to the above configuration, the presence of an element that inhibits the silicidation reaction in the portion under the sidewall can suppress a rapid silicidation reaction that proceeds to the surface region under the sidewall.
また、本発明に係る第2の半導体装置は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置において、シリコン基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の両側に形成されたサイドウォールと、シリコン基板の上部に形成されたソース・ドレイン層と、ソース・ドレイン層上に形成されたシリサイド領域とを備え、ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を含むことを特徴とする。 A second semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having an insulated gate transistor, wherein a gate electrode formed on a silicon substrate, sidewalls formed on both sides of the gate electrode, and an upper portion of the silicon substrate And a silicide region formed on the source / drain layer, and the source / drain layer contains an element that inhibits a silicidation reaction.
上記の構成によれば、ソース・ドレイン層の部分にシリサイド化反応を阻害する元素を存在させることで、ソース・ドレイン層の底部へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。 According to the above configuration, the presence of an element that inhibits the silicidation reaction in the portion of the source / drain layer can suppress a rapid silicidation reaction that proceeds to the bottom of the source / drain layer.
上記の構成において、シリサイド化反応を阻害する元素は、炭素、窒素、フッ素、酸素の何れか1つ以上の元素からなることが好ましい。 In the above configuration, the element that inhibits the silicidation reaction is preferably composed of one or more elements of carbon, nitrogen, fluorine, and oxygen.
また、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、シリコン基板上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、シリサイド領域の形成工程の前に、サイドウォール下のシリコン基板の表面領域にシリサイド化の反応阻害層を形成することを特徴とする。 The first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor, wherein a step of forming a gate electrode on a silicon substrate and a side wall are formed on both sides of the gate electrode. And forming a silicide region on the silicon substrate, and forming a silicidation reaction inhibition layer on the surface region of the silicon substrate below the sidewall before the silicide region forming step. To do.
上記の構成によれば、サイドウォール下の表面領域にシリサイド化の反応阻害層を形成することで、サイドウォール下の表面領域へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。 According to the above configuration, by forming the silicidation reaction inhibition layer in the surface region under the sidewall, it is possible to suppress a rapid silicidation reaction proceeding to the surface region under the sidewall.
上記の構成において、反応阻害層は、サイドウォールの形成工程の前に、シリコン基板の表面領域にシリサイド化反応を阻害する元素を注入して形成することが好ましい。 In the above configuration, the reaction inhibition layer is preferably formed by injecting an element that inhibits the silicidation reaction into the surface region of the silicon substrate before the sidewall formation step.
上記の構成において、反応阻害層は、サイドウォールの形成工程の後に、シリコン基板の表面領域にシリサイド化反応を阻害する元素を回転注入して形成することが好ましい。 In the above configuration, the reaction inhibition layer is preferably formed by rotationally injecting an element that inhibits the silicidation reaction into the surface region of the silicon substrate after the sidewall formation step.
上記の構成において、シリサイド化反応を阻害する元素は、炭素、窒素、フッ素、酸素の何れか1つ以上の元素からなることが好ましい。 In the above configuration, the element that inhibits the silicidation reaction is preferably composed of one or more elements of carbon, nitrogen, fluorine, and oxygen.
また、本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、シリコン基板の上部にソース・ドレイン層を形成する工程と、ソース・ドレイン層上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、シリサイド領域の形成工程の前に、ソース・ドレイン層の領域にシリサイド化の反応阻害層を形成することを特徴とする。 The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor, wherein a step of forming a gate electrode on a silicon substrate and a side wall are formed on both sides of the gate electrode. A step of forming a source / drain layer on the silicon substrate, and a step of forming a silicide region on the source / drain layer. Before the step of forming the silicide region, a region of the source / drain layer is provided. And a silicidation reaction inhibition layer is formed.
上記の構成によれば、ソース・ドレイン層の部分にシリサイド化の反応阻害層を形成することで、ソース・ドレイン層の底部へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。 According to the above configuration, by forming the silicidation reaction inhibition layer in the source / drain layer portion, it is possible to suppress a rapid silicidation reaction proceeding to the bottom of the source / drain layer.
上記の構成において、ソース・ドレイン層の形成工程において、反応阻害層は、ソース・ドレイン注入の後にシリサイド化反応を阻害する元素を注入して形成することが好ましい。 In the above configuration, in the step of forming the source / drain layer, the reaction inhibition layer is preferably formed by implanting an element that inhibits the silicidation reaction after the source / drain implantation.
上記の構成において、シリサイド領域の形成工程は、シリコン基板上に高融点金属膜を形成する工程と、シリコン基板と高融点金属膜とを反応させる工程とを更に備え、反応阻害層は、高融点金属膜の形成工程の前に、ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を注入して形成することが好ましい。 In the above configuration, the silicide region forming step further includes a step of forming a refractory metal film on the silicon substrate and a step of reacting the silicon substrate with the refractory metal film, wherein the reaction inhibition layer has a high melting point. It is preferable to form the source / drain layer by injecting an element that inhibits the silicidation reaction before the metal film forming step.
上記の構成において、シリサイド化反応を阻害する元素は、炭素、窒素、フッ素、酸素の何れか1つ以上の元素からなることが好ましい。 In the above configuration, the element that inhibits the silicidation reaction is preferably composed of one or more elements of carbon, nitrogen, fluorine, and oxygen.
上記の構成において、シリサイド領域の形成工程は、シリコン基板上に高融点金属膜を形成する工程と、シリコン基板と高融点金属膜とを反応させる工程とを更に備え、反応阻害層は、高融点金属膜の形成工程の前に、ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を含むガス中でプラズマ照射を行って形成することが好ましい。 In the above configuration, the silicide region forming step further includes a step of forming a refractory metal film on the silicon substrate and a step of reacting the silicon substrate with the refractory metal film, wherein the reaction inhibition layer has a high melting point. Prior to the metal film formation step, the source / drain layer is preferably formed by plasma irradiation in a gas containing an element that inhibits the silicidation reaction.
上記の構成において、シリサイド化反応を阻害する元素を含むガスは、CxFy、NF3、NOx、COxの何れか1つ以上のガスからなることが好ましい。 In the above configuration, the gas containing an element that inhibits the silicidation reaction is preferably composed of one or more of CxFy, NF 3 , NOx, and COx.
また、本発明に係る第3の半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、シリコン基板の上部にソース・ドレイン層を形成する工程と、シリコン基板上に高融点金属膜を形成する工程と、シリコン基板と高融点金属膜とを反応させ、ソース・ドレイン層上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、高融点金属膜の形成工程の前に、シリコン基板の表面にフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス中でプラズマ照射を行うことを特徴とする。 The third method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor, wherein a step of forming a gate electrode on a silicon substrate and sidewalls on both sides of the gate electrode are formed. A step of forming a source / drain layer on the silicon substrate, a step of forming a refractory metal film on the silicon substrate, a reaction between the silicon substrate and the refractory metal film, and And a step of forming a silicide region, and before the step of forming the refractory metal film, the surface of the silicon substrate is subjected to plasma irradiation in a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas.
上記の構成において、フッ素を含むガスは、CHF3又はC/F比の高いCxFyであることが好ましい。 In the above configuration, the gas containing fluorine is preferably CHF 3 or CxFy having a high C / F ratio.
上記の構成によれば、シリコン基板の表面に炭素を堆積することで、ソース・ドレイン層の底部へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制してシリサイド化を均一に反応させることができる。 According to the above configuration, by depositing carbon on the surface of the silicon substrate, a rapid silicidation reaction that progresses to the bottom of the source / drain layer can be suppressed and the silicidation can be uniformly reacted.
上記の構成において、フッ素を含むガスは、CxFy又はNF3であることが好ましい。 In the above configuration, the gas containing fluorine is preferably CxFy or NF 3 .
上記の構成によれば、シリコン基板の表面に残っているレジスト残渣や基板表面に付着した大気中に含まれる炭素などを除去することで、ソース・ドレイン層の底部へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制してシリサイド化を均一に反応させることができる。 According to the above configuration, the abrupt silicidation reaction that proceeds to the bottom of the source / drain layer by removing the resist residue remaining on the surface of the silicon substrate and the carbon contained in the atmosphere attached to the substrate surface. And silicidation can be made to react uniformly.
本発明によると、サイドウォール下の基板領域やソース・ドレイン層などの局部的に進行する急激なシリサイド化反応を抑制し、均一なシリサイド層が形成されるので、シリサイド層がサイドウォール下まで進行したり、ソース・ドレイン層を突き破ったりすることはない。その結果として、シリコン基板へのリーク電流やソース・ドレイン間のリーク電流は増加しないので、システムLSIの性能、歩留まり及び信頼性を向上することが可能となる。 According to the present invention, a rapid silicidation reaction that progresses locally, such as the substrate region under the sidewall and the source / drain layer, is suppressed, and a uniform silicide layer is formed. Or break through the source / drain layer. As a result, the leakage current to the silicon substrate and the leakage current between the source and drain do not increase, so that the performance, yield and reliability of the system LSI can be improved.
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の発明である一実施形態を示す。図1〜図2は、第1の実施形態に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。図3は、半導体装置の要部を示す断面図である。
(First embodiment)
One embodiment which is the 1st invention of the present invention is shown. 1 to 2 are sectional views showing a manufacturing process for forming the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device.
まず、図1(a)に示すように、シリコン基板11上の素子領域にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極12が形成されている。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、シリコン基板11の表面に加速エネルギー3keV、注入量3E14atoms/cm2で炭素をイオン注入する。このとき、エクステンションのソース・ドレイン注入も同時に行うが、炭素の注入は、炭素が均一に拡散するように、上記エクステンションのソース・ドレイン注入の後で行うことが望ましい。その後、900℃でアニールを行う。
Next, as shown in FIG. 1B, carbon is ion-implanted into the surface of the
次に、図1(c)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール13を形成する。なお、サイドウォール13は単層構造であっても構わない。
Next, as shown in FIG. 1C, sidewalls 13 made of a multilayer insulating film are formed. The
次いで、図1(d)に示すように、通常の素子を形成するようにソース・ドレイン注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 1D, after performing source / drain implantation so as to form a normal element, activation annealing of a source / drain layer (not shown) is performed at 1050.degree.
次に、図1(e)に示すように、シリコン基板11上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜14を堆積する。
Next, as shown in FIG. 1E, a
次に、図2(a)に示すように、シリコン酸化膜14上にリソグラフィー技術によりレジストパターン15を形成する。なお、レジストパターン15は抵抗素子16として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜14上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 2A, a resist
次に、図2(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜14をエッチングすると、レジストパターン15がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜14が除去される。
Next, as shown in FIG. 2B, when the
続いて、図2(c)に示すように、レジストパターン15を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子16として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜14が残される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the resist
次に、図2(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板11上の全面に高融点金属膜17が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての300℃の熱処理を行ってシリコン基板11と高融点金属膜17とを反応させると、シリサイド層18が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、ゲート電極12の側面及び抵抗素子16として利用する特定の素子領域の表面は、サイドウォール13及びシリコン酸化膜14で覆われているためにシリコン基板11と高融点金属膜17とが接触しないので、ゲート電極13の側面及び抵抗素子16として利用する特定の素子領域上にはシリサイド層18は形成されない。
In this silicidation annealing process, the side surface of the
次に、図2(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜17を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜14が形成されなかったシリコン基板11のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層18が形成され、サイドウォール13下の表面領域の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 2E, after the unreacted
なお、本実施形態では、炭素原子を注入する場合について説明したが、これに限らずフッ素、窒素、酸素でも同様の効果が得られる。また、ニッケルシリサイドを形成する場合について説明したが、これに限らずチタンやコバルトなどのシリサイドでも同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the case where carbon atoms are implanted has been described. However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained with fluorine, nitrogen, and oxygen. Moreover, although the case where nickel silicide was formed was demonstrated, the same effect is acquired not only by this but silicide, such as titanium and cobalt.
以上のように、本実施形態の製造方法により形成された半導体装置は、図3に示すように、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置において、シリコン基板11上に形成されたゲート電極12と、ゲート電極12の両側に形成されたサイドウォール13と、シリコン基板11上に形成されたシリサイド領域(図示せず)とを備え、サイドウォール13下のシリコン基板11の表面領域にシリサイド化反応を阻害する元素としての炭素、窒素、フッ素、酸素の何れか1つ以上の元素を含むシリサイド化の反応阻害層19が形成されている。このように、サイドウォール下の部分に上記の元素を存在させる(反応阻害層19を設ける)ことで、サイドウォール下の表面領域へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。
As described above, the semiconductor device formed by the manufacturing method according to the present embodiment includes a
(第1の実施形態の変形例)
第1の実施形態の半導体装置において、サイドウォール下への炭素などの元素の注入は次の製造方法でも実現することができる。図4〜図5は、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。
(Modification of the first embodiment)
In the semiconductor device of the first embodiment, the implantation of an element such as carbon under the sidewall can also be realized by the following manufacturing method. 4 to 5 are cross-sectional views illustrating manufacturing steps for forming a semiconductor device according to a modification of the first embodiment.
まず、図4(a)に示すように、シリコン基板21上の素子領域にゲート電極22が形成されている。次いで、図4(b)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール23を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4(c)に示すように、炭素のイオン注入を加速エネルギー3keV、注入量3E14atoms/cm2になるように、45度の角度で角度注入を行う。このとき、ゲート電極22を考慮して、4回転以上の回転注入を行うと、非対象性の少ないように炭素がサイドウォール23下に注入できる。
Next, as shown in FIG. 4 (c), the acceleration energy 3keV ion implantation of carbon, so that the injection amount 3E14atoms / cm 2, performing angle implant at an angle of 45 degrees. At this time, in consideration of the
次いで、図4(d)に示すように、通常の方法でソース・ドレイン注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 4D, after performing source / drain implantation by a normal method, activation annealing of the source / drain layer (not shown) is performed at 1050.degree.
次に、図4(e)に示すように、シリコン基板21上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜24を堆積する。
Next, as shown in FIG. 4E, a
次に、図5(a)に示すように、シリコン酸化膜24上にリソグラフィー技術によりレジストパターン25を形成する。なお、レジストパターン25は抵抗素子26として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜24上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 5A, a resist
次に、図5(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜24をエッチングし、レジストパターン25がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜24が除去される。
Next, as shown in FIG. 5B, the
続いて、図5(c)に示すように、レジストパターン25を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子26として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜24が残される。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the resist
次に、図5(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板21上の全面に高融点金属膜27が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての300℃の熱処理を行ってシリコン基板21と高融点金属膜27とを反応させると、シリサイド層28が形成される。
Next, as shown in FIG. 5D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
次に、図5(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜27を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜24が形成されなかったシリコン基板21のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層28が形成され、サイドウォール23下の表面領域の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 5E, after the unreacted
(第2の実施形態)
本発明の第2の発明である一実施形態を示す。図6〜図7は、第2の実施形態に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。図8は、半導体装置の要部を示す断面図である。
(Second Embodiment)
One embodiment which is the 2nd invention of the present invention is shown. 6 to 7 are cross-sectional views illustrating manufacturing steps for forming the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device.
まず、図6(a)に示すように、シリコン基板31の素子領域上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極32が形成されている。次いで、図6(b)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール33を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, the
次に、図6(c)に示すように、通常の方法でソース・ドレイン注入を行う。次いで、図6(d)に示すように、炭素のイオン注入を加速エネルギー3keV、注入量8E14atoms/cm2になるように、0度で注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 6C, source / drain implantation is performed by a normal method. Next, as shown in FIG. 6 (d), after implanting carbon ions at an acceleration energy of 3 keV and an implantation amount of 8E14 atoms / cm 2 , source / drain layers (not shown) The activation annealing is performed at 1050 ° C.
次に、図6(e)に示すように、シリコン基板31上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜34を堆積する。
Next, as shown in FIG. 6E, a
次に、図7(a)に示すように、シリコン酸化膜34上にはリソグラフィー技術によりレジストパターン35を形成する。なお、レジストパターン35は抵抗素子36として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜34上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 7A, a resist
次に、図7(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜34をエッチングし、レジストパターン35がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜34が除去される。
Next, as shown in FIG. 7B, the
続いて、図7(c)に示すように、レジストパターン35を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子36として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜34が残される。
Subsequently, as shown in FIG. 7C, the resist
次に、図7(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板11上の全面に高融点金属膜37が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての350℃の熱処理を行ってシリコン基板31と高融点金属膜37とを反応させると、シリサイド層38が形成される。
Next, as shown in FIG. 7D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、処理温度を上げることにより、炭素が注入されたソース・ドレイン層(図示せず)でもシリサイド層38を正常に形成することが可能となる。また、ゲート電極32の側面及び抵抗素子36として利用する特定の素子領域の表面は、サイドウォール33及びシリコン酸化膜34で覆われているためにシリコン基板31と高融点金属膜37とが接触しないので、ゲート電極32の側面及び抵抗素子36として利用する特定の素子領域上にはシリサイド層38は形成されない。
In this silicidation annealing process, the
次に、図7(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜37を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜34が形成されなかったシリコン基板31のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層38が形成され、ソース・ドレイン層の底部の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 7E, after the unreacted
なお、本実施形態では、炭素原子をイオン注入する場合について説明したが、これに限らずフッ素、窒素、酸素でも同様の効果が得られる。また、ニッケルシリサイドを形成する場合について説明したが、これに限らずチタンやコバルトなどのシリサイドでも同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the case where carbon atoms are ion-implanted has been described. Moreover, although the case where nickel silicide was formed was demonstrated, the same effect is acquired not only by this but silicide, such as titanium and cobalt.
以上のように、本実施形態の製造方法により形成された半導体装置は、図8に示すように、絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置において、シリコン基板31上に形成されたゲート電極32と、ゲート電極32の両側に形成されたサイドウォール33と、シリコン基板31の上部に形成されたソース・ドレイン層(図示せず)と、ソース・ドレイン層上に形成されたシリサイド領域(図示せず)とを備え、ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素としての炭素、窒素、フッ素、酸素の何れか1つ以上の元素を含むシリサイド化の反応阻害層39が形成されている。このように、ソース・ドレイン層の部分に上記の元素を存在させる(反応阻害層39を設ける)ことで、ソース・ドレイン層の底部へ進行する急激なシリサイド化反応を抑制することができる。
As described above, the semiconductor device formed by the manufacturing method according to the present embodiment includes a
(第2の実施形態の変形例)
第2の実施形態の半導体装置において、ソース・ドレイン層への炭素などの元素の注入は次の製造方法でも実現することができる。図9〜図10は、第2の実施形態の変形例に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。
(Modification of the second embodiment)
In the semiconductor device of the second embodiment, the implantation of an element such as carbon into the source / drain layer can also be realized by the following manufacturing method. 9 to 10 are cross-sectional views showing a manufacturing process for forming a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
まず、図9(a)に示すように、シリコン基板41の素子領域上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極42が形成されている。次いで、図9(b)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール43を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(c)に示すように、通常の方法でソース・ドレイン注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 9C, after performing source / drain implantation by a normal method, activation annealing of the source / drain layer (not shown) is performed at 1050.degree.
次に、図9(d)に示すように、シリコン基板41上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜44を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9D, a
次に、図10(a)に示すように、シリコン酸化膜44上にはリソグラフィー技術によりレジストパターン45を形成する。なお、レジストパターン45は抵抗素子46として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜44上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 10A, a resist
次に、図10(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜44をエッチングし、レジストパターン45がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜44が除去される。
Next, as shown in FIG. 10B, the
続いて、図10(c)に示すように、レジストパターン45を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子46として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜44が残される。次いで、炭素のイオン注入を加速エネルギー3keV、注入量8E14atoms/cm2になるように、0度で注入を行う。
Subsequently, as shown in FIG. 10C, the resist
次に、図10(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板41上の全面に高融点金属膜47が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての350℃の熱処理を行ってシリコン基板41と高融点金属膜47とを反応させると、シリサイド層48が形成される。
Next, as shown in FIG. 10D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、処理温度を上げることにより、炭素が注入されたソース・ドレイン層(図示せず)でもシリサイド層48を正常に形成することが可能となる。
In this silicidation annealing process, the
次に、図10(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜47を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜44が形成されなかったシリコン基板41のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層48が形成され、ソース・ドレイン層の底部の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 10E, after the unreacted
なお、本実施形態では、炭素原子をイオン注入する場合について説明したが、これに代えて、例えばCF系のガス中でプラズマ照射を行うことで、ソース・ドレイン層の表面に炭素を導入することもできる。また、炭素を導入する代わりに、NF3、NOx、COxなどのガスを用いてフッ素、窒素、酸素を導入しても同様の効果が得られる。 In this embodiment, the case where carbon atoms are ion-implanted has been described. Instead, for example, carbon is introduced into the surface of the source / drain layer by performing plasma irradiation in a CF-based gas. You can also. Similar effects can be obtained by introducing fluorine, nitrogen, or oxygen using a gas such as NF 3 , NOx, or COx instead of introducing carbon.
(第3の実施形態)
本発明の第3の発明である一実施形態を示す。図11〜図12は、第3の実施形態に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。
(Third embodiment)
One embodiment which is the 3rd invention of the present invention is shown. 11 to 12 are cross-sectional views illustrating manufacturing steps for forming the semiconductor device according to the third embodiment.
まず、図11(a)に示すように、シリコン基板51の素子領域上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極52が形成されている。次いで、図11(b)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール53を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a
次に、図11(c)に示すように、通常の方法でソース・ドレイン注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 11C, after performing source / drain implantation by a normal method, activation annealing of the source / drain layer (not shown) is performed at 1050.degree.
次に、図11(d)に示すように、シリコン基板51上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜54を堆積する。
Next, as shown in FIG. 11D, a
次に、図12(a)に示すように、シリコン酸化膜54上にはリソグラフィー技術によりレジストパターン55を形成する。なお、レジストパターン55は抵抗素子56として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜54上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 12A, a resist
次に、図12(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜54をエッチングし、レジストパターン55がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜54が除去される。
Next, as shown in FIG. 12B, the
続いて、図12(c)に示すように、レジストパターン55を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子56として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜54が残される。次いで、流量3sccmのCHF3と流量30sccmのO2とを含む混合ガスを用い、13.56MHzの高周波電源を用いて、パワー3kW、基板温度100℃の条件で15秒間のプラズマ照射を行うと、シリコン酸化膜54で覆われた以外の素子領域でシリコン基板51の表面に炭素が堆積される。
Subsequently, as shown in FIG. 12C, the resist
次に、図12(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板51上の全面に高融点金属膜57が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての350℃の熱処理を行ってシリコン基板51と高融点金属膜57とを反応させると、シリサイド層58が形成される。
Next, as shown in FIG. 12D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、処理温度を上げることにより、炭素が堆積されたソース・ドレイン層(図示せず)でもシリサイド層58を正常に形成することが可能となる。
In this silicidation annealing process, the
次に、図12(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜57を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜54が形成されなかったシリコン基板51のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層58が形成され、ソース・ドレイン層の底部の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 12E, after the unreacted
なお、本実施形態では、CHF3ガスを用いて炭素を堆積する場合について説明したが、これに限らずC/F比の高いC4F8などCxFyガスでも同様の効果が得られる。 In the present embodiment has described the case of depositing carbon using CHF 3 gas, the same effect can be obtained by CxFy gas such as high C / F ratio C 4 F 8 is not limited thereto.
(第4の実施形態)
本発明の第4の発明である一実施形態を示す。図13〜図14は、第4の実施形態に係る半導体装置を形成する製造工程を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
An embodiment which is the fourth invention of the present invention will be described. 13 to 14 are cross-sectional views illustrating manufacturing steps for forming the semiconductor device according to the fourth embodiment.
まず、図13(a)に示すように、シリコン基板61の素子領域上にゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極62が形成されている。次いで、図13(b)に示すように、複層の絶縁膜からなるサイドウォール63を形成する。
First, as shown in FIG. 13A, the
次に、図13(c)に示すように、通常の方法でソース・ドレイン注入を行った後、ソース・ドレイン層(図示せず)の活性化アニールを1050℃で行う。 Next, as shown in FIG. 13C, after performing source / drain implantation by a normal method, activation annealing of the source / drain layer (not shown) is performed at 1050.degree.
次に、図13(d)に示すように、シリコン基板61上に形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜としてのシリコン酸化膜64を堆積する。
Next, as shown in FIG. 13D, a
次に、図14(a)に示すように、シリコン酸化膜64上にはリソグラフィー技術によりレジストパターン65を形成する。なお、レジストパターン65は抵抗素子66として利用するための後述するシリサイド層の形成が不要な領域(非サリサイド領域)を覆う位置のシリコン酸化膜64上に形成されている。
Next, as shown in FIG. 14A, a resist
次に、図14(b)に示すように、異方性イオンエッチング法によってシリコン酸化膜64をエッチングし、レジストパターン65がマスクとなってその直下の部分以外のシリコン酸化膜64が除去される。
Next, as shown in FIG. 14B, the
続いて、図14(c)に示すように、レジストパターン65を通常の方法で除去する。この結果、抵抗素子66として用いる特定の素子領域上にのみ、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜64が残される。次いで、流量3sccmのCF4と流量30sccmのO2とを含む混合ガスを用い、13.56MHzの高周波電源を用いて、パワー1kW、基板温度100℃の条件で30秒間のプラズマ照射を行うと、シリコン基板61の表面に残っているレジスト残渣や基板表面に付着した大気中に含まれる炭素などが除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, the resist
次に、図14(d)に示すように、高融点金属、例えばNi(ニッケル)をスパッタ法により10nmの膜厚で堆積すると、シリコン基板61上の全面に高融点金属膜67が形成される。続いて、シリサイド化アニール処理としての300℃の熱処理を行ってシリコン基板61と高融点金属膜67とを反応させると、シリサイド層68が形成される。
Next, as shown in FIG. 14D, when a refractory metal such as Ni (nickel) is deposited by sputtering to a thickness of 10 nm, a
なお、このシリサイド化アニール処理に際して、ゲート電極62の側面及び抵抗素子66として利用する特定の素子領域の表面は、サイドウォール63及びシリコン酸化膜64で覆われているためにシリコン基板61と高融点金属膜67とが接触しないので、ゲート電極63の側面及び抵抗素子66として利用する特定の素子領域上にはシリサイド層68は形成されない。
In this silicidation annealing process, the side surface of the
次に、図14(e)に示すように、選択エッチングにより未反応の高融点金属膜67を除去した後で、低抵抗化アニール処理を行う。以上の工程により、シリサイド化ブロック用のシリコン酸化膜64が形成されなかったシリコン基板61のソース・ドレイン層(図示せず)の表面にシリサイド層68が形成され、ソース・ドレイン層の底部の方へ異常成長することのない均一なニッケルシリサイドが形成される。
Next, as shown in FIG. 14E, after the unreacted
なお、本実施形態では、CF4とO2の混合ガスを用いて炭素を除去する場合について説明したが、これに限らずNF3とO2の混合ガスでも同様の効果が得られる。 In the present embodiment, the case of removing carbon using a mixed gas of CF 4 and O 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained with a mixed gas of NF 3 and O 2 .
以上説明したように、本発明は、シリサイド領域を備えた半導体装置等に有用である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor device having a silicide region.
11、21、31、41、51、61 シリコン基板
12、22、32、42、52、62 ゲート電極
13、23、33、43、53、63 サイドウォール
14、24、34、44、54、64 シリコン酸化膜
15、25、35、45、55、65 レジストパターン
16、26、36、46、56、66 抵抗素子
17、27、37、47、57、67 高融点金属膜
18、28、38、48、58、68 シリサイド層
19、39 反応阻害層
11, 21, 31, 41, 51, 61
Claims (15)
シリコン基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側に形成されたサイドウォールと、
前記シリコン基板上に形成されたシリサイド領域とを備え、
前記サイドウォール下の前記シリコン基板の表面領域にシリサイド化反応を阻害する元素を含むことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having an insulated gate transistor,
A gate electrode formed on a silicon substrate;
Sidewalls formed on both sides of the gate electrode;
A silicide region formed on the silicon substrate,
A semiconductor device comprising an element that inhibits a silicidation reaction in a surface region of the silicon substrate under the sidewall.
シリコン基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側に形成されたサイドウォールと、
前記シリコン基板の上部に形成されたソース・ドレイン層と、
前記ソース・ドレイン層上に形成されたシリサイド領域とを備え、
前記ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を含むことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having an insulated gate transistor,
A gate electrode formed on a silicon substrate;
Sidewalls formed on both sides of the gate electrode;
A source / drain layer formed on the silicon substrate;
A silicide region formed on the source / drain layer,
A semiconductor device, wherein the source / drain layer contains an element that inhibits a silicidation reaction.
シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、
前記シリコン基板上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、
前記シリサイド領域の形成工程の前に、前記サイドウォール下の前記シリコン基板の表面領域にシリサイド化の反応阻害層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor,
Forming a gate electrode on the silicon substrate;
Forming sidewalls on both sides of the gate electrode;
Forming a silicide region on the silicon substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a silicidation reaction inhibition layer in a surface region of the silicon substrate below the sidewall before the step of forming the silicide region.
シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、
前記シリコン基板の上部にソース・ドレイン層を形成する工程と、
前記ソース・ドレイン層上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、
前記シリサイド領域の形成工程の前に、前記ソース・ドレイン層の領域にシリサイド化の反応阻害層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor,
Forming a gate electrode on the silicon substrate;
Forming sidewalls on both sides of the gate electrode;
Forming a source / drain layer on the silicon substrate;
Forming a silicide region on the source / drain layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a silicidation reaction inhibition layer in the source / drain layer region before the step of forming the silicide region.
前記反応阻害層は、前記高融点金属膜の形成工程の前に、前記ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を注入して形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the silicide region further includes a step of forming a refractory metal film on the silicon substrate, and a step of reacting the silicon substrate and the refractory metal film,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the reaction inhibition layer is formed by implanting an element that inhibits a silicidation reaction into the source / drain layer before the step of forming the refractory metal film. Manufacturing method.
前記反応阻害層は、前記高融点金属膜の形成工程の前に、前記ソース・ドレイン層にシリサイド化反応を阻害する元素を含むガス中でプラズマ照射を行って形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the silicide region further includes a step of forming a refractory metal film on the silicon substrate, and a step of reacting the silicon substrate and the refractory metal film,
The reaction inhibition layer is formed by performing plasma irradiation in a gas containing an element that inhibits silicidation reaction on the source / drain layer before the step of forming the refractory metal film. 8. A method for producing a semiconductor device according to 7.
シリコン基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にサイドウォールを形成する工程と、
前記シリコン基板の上部にソース・ドレイン層を形成する工程と、
前記シリコン基板上に高融点金属膜を形成する工程と、
前記シリコン基板と前記高融点金属膜とを反応させ、前記ソース・ドレイン層上にシリサイド領域を形成する工程とを備え、
前記高融点金属膜の形成工程の前に、前記シリコン基板の表面にフッ素を含むガスと酸素ガスとの混合ガス中でプラズマ照射を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device having an insulated gate transistor,
Forming a gate electrode on the silicon substrate;
Forming sidewalls on both sides of the gate electrode;
Forming a source / drain layer on the silicon substrate;
Forming a refractory metal film on the silicon substrate;
Reacting the silicon substrate with the refractory metal film to form silicide regions on the source / drain layers,
Before the step of forming the refractory metal film, the surface of the silicon substrate is subjected to plasma irradiation in a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas.
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JP2014524158A (en) * | 2011-07-27 | 2014-09-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Method for forming a metal silicon compound region in an integrated circuit |
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2005
- 2005-07-07 JP JP2005198326A patent/JP2007019205A/en not_active Withdrawn
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