JP3136692B2 - 絶縁ゲート型半導体装置の製造方法 - Google Patents

絶縁ゲート型半導体装置の製造方法

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JP3136692B2 JP03251983A JP25198391A JP3136692B2 JP 3136692 B2 JP3136692 B2 JP 3136692B2 JP 03251983 A JP03251983 A JP 03251983A JP 25198391 A JP25198391 A JP 25198391A JP 3136692 B2 JP3136692 B2 JP 3136692B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超浅接合を有する絶縁
ゲート型半導体装置いわゆるMIS(MetalInsulator S
emiconductor)型半導体装置の製造に適用して好適な絶
縁ゲート型半導体装置の製造方法に関わる。
【0002】
【従来の技術】近年メモリの大容量化のために、MIS
FET(電界効果トランジスタ)等の絶縁ゲート型半導
体装置に於いて、微細化が求められている。図3に、こ
のMIS型半導体装置の一例の一部を断面とした略線的
拡大斜視図を示す。
【0003】図3において1はSi等より成る半導体基
体で、この上に熱酸化等によって、厚いSiO2 等より
成る素子分離絶縁層12が形成されて成る。そして分離
絶縁層12に囲まれた基体1の表面上に、薄いゲート酸
化膜(図示せず)等を介して例えばポリSi(多結晶シ
リコン)とWSiX (タングステンシリサイド)等の積
層構造より成るいわゆるポリサイド構造のゲート電極1
0が形成されて成り、このゲート電極10の両側にイオ
ン注入等によって、拡散層13が形成されてソース/ド
レイン領域とされ、その上にソース電極14及びドレイ
ン電極15とが被着されて成る。
【0004】この場合、半導体素子の微細化が進むにつ
れて、そのチャンネル長方向のゲート長Lを小さくする
必要があるが、これに伴って拡散層13を形成する際の
横方向の拡散長の低減化が必要となる。つまり拡散層1
3が深いとその横方向の拡散も大となるため、ゲート長
を小とするためには、より浅い接合領域の形成が必要と
なる。
【0005】図4は、ダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリ(DRAM)の容量の増加に伴うゲート長及
び接合深さの変遷を示すもので、図4において線aで示
すゲート長、線bで示す接合深さの関係からわかるよう
に、ゲート長の低減化に伴って、接合深さも小となり、
例えば16Mビット以上の容量を得るためには、0.1
μm程度以下の超浅接合が必要となる。
【0006】このような浅い接合を得るために、できる
限り熱拡散を抑制しながら、イオン注入後のソース/ド
レイン領域、ゲート電極の活性化を行う方法として、例
えばRTA(Rapid Thermal Annealing )が盛んに検討
されている。しかしながら、上述したような0.1μm
程度以下の超浅接合をランプアニールによるRTAによ
って安定に形成することは難しい。
【0007】このため、更に熱拡散の抑制をはかって、
0.1μm以下程度の超浅接合を実現する方法として、
ELA(Excimer Laser Anneal)による活性化が提案され
ている(例えば本発明者等による、1990年第51回
秋季日本応用物理学会予稿集、28a−E−9、p63
5)。
【0008】一方、信号伝達の高速化のため、ポリSi
に比してシート抵抗が低いポリサイドゲート構造が提案
されている。このポリサイドゲート構造は、ポリSi上
にWSix 等の高融点金属シリサイドを積層する構成を
採る。このポリサイドゲート構造は、上述したようにポ
リSiゲートに比して抵抗が小さく、更に高融点金属シ
リサイドゲートよりも密着性が良いという利点を有す
る。
【0009】しかしながら、このようなポリサイドゲー
トに対し上述のELA(エキシマレーザアニール)を行
ったところ、250mJ/cm2 程度の比較的低いエネ
ルギー密度で、高融点金属シリサイドの例えばWSiX
の剥がれが生じる場合があった。これは、局所的な高温
急熱急冷のために、ELA後に著しい機械的ストレスが
生じることによるものと思われる。
【0010】ところがソース/ドレイン領域を形成する
ために必要なエネルギー密度は、図5にエネルギー密度
に対する再結晶化度及びシート抵抗の変化を示すよう
に、高い再結晶化度及び低いシート抵抗を得るに要する
エネルギー密度は800mJ/cm2 程度であって、上
述の250mJ/cm2よりはるかに高いエネルギー密
度となる。
【0011】従って、このようなシリサイドの剥がれを
回避して、高エネルギー密度のELAを可能とすること
が望まれていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うなポリサイドゲート構造における高融点金属シリサイ
ドの剥がれを回避して高エネルギー密度のELAを可能
にし、0.1μm程度以下の深さの浅い接合、いわゆる
超浅接合の実現により、微細構造の絶縁ゲート型半導体
装置を得られるようにして、例えばメモリ装置等の集積
回路におけるメモリ容量の増大化をはかることを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明製造方法
による絶縁ゲート型半導体装置の一例の略線的拡大断面
図を示す。本発明においては、半導体基体1上に、ゲー
ト絶縁層2を形成する工程と、このゲート絶縁層2上に
ゲート電極10を形成する工程と、半導体基体1に対し
てゲート電極10をマスクとして不純物のイオン注入を
行うイオン注入工程と、このイオン注入工程時もしくは
イオン注入工程後に、エキシマレーザ光照射を行うエキ
シマレーザアニール(ELA)工程とを経る。そして、
特にそのゲート電極10を形成する工程が、下層Si層
3と、高融点金属シリサイド層4と、厚さ200Å〜1
500Åの熱吸収膜として機能する上層Si層5とを順
次形成する工程とされるものであり、このゲート電極1
0の構成によってELA直後の急冷を緩和することがで
きるようにするものである。
【0014】これは、高融点金属シリサイド4に対して
上層のSi層5が熱吸収層として働き、これによりシリ
サイド4の急激な加熱冷却を抑制できて、ELA後のシ
リサイド4の機械的なストレスを低減化できることに因
るものと思われる。
【0015】これにより、超浅接合を形成し得るELA
による活性化技術を、ポリサイドゲート構造に適用する
ことができることとなり、低抵抗で密着性のよいポリサ
イドゲート構造のMIS型半導体装置において、超浅接
合の形成、ゲート長の微細化を可能にし、半導体メモリ
装置等の集積回路において、メモリ容量の増大化をはか
ることができる。
【0016】
【実施例】以下図1及び図2の略線的拡大断面図を参照
して、本発明絶縁ゲート型半導体装置の各例を、その製
法と共に詳細に説明する。各例共に、ポリサイドゲート
構造MISFETの例で、拡散層即ちソース/ドレイン
領域の不純物注入後、ELAにより活性化を行って浅い
接合を形成し、超短ゲート長構造を得る場合を示す。
【0017】図1において1は例えばSi等より成る半
導体基体で、これの上に例えば熱酸化等によって厚さ8
0Å程度のSiO2 等より成るゲート絶縁層2を形成す
る。そしてこの上に、CVD(化学的気相成長法)等に
より例えばP(燐)をドープしたポリSi層3いわゆる
DOPOSを被着した後、更にWSiX 等の高融点金属
シリサイド4をCVD等により形成し、この上にSi層
5を例えばLP−CVD(低圧CVD)等により厚さ例
えば500Åとして被着する。
【0018】このSi層5は例えば上述の下層のSi層
3と同様にDOPOSとしても良く、また後述する拡散
層即ちソース/ドレイン領域形成の際のイオン注入と同
時に、或いは後述するELAによって低抵抗化してもよ
い。
【0019】そしてこれらゲート絶縁層2、Si層3、
高融点金属シリサイド4及びSi層5とに対してフォト
リソグラフィ等の適用によってRIE(反応性イオンエ
ッチング)等の異方性エッチングを行って、所要のゲー
ト電極パターンにパターニングし、ポリSi層3、シリ
サイド4及びポリSi層5により構成され、いわば上下
両面をポリサイド構成としたゲート電極10を形成す
る。
【0020】次にこのゲート電極10をマスクとして、
半導体基体1中にAs+ 等のイオン注入を行い、ソース
/ドレイン領域8A及び8Bを形成した後、800mJ
/cm2 、1パルスのELAを行って深さ0.06μm
程度の浅い拡散層を形成した。そしてこの後図示しない
が、ソース/ドレイン電極、配線層等を形成して本発明
絶縁ゲート型半導体装置を得ることができる。
【0021】このとき、シリサイド4上のSi層、この
場合ポリSi層5の熱吸収によって、シリサイド4の剥
がれを生じることなく、ELAを行うことができた。
【0022】次に、図2の略線的拡大断面図を参照して
本発明絶縁ゲート型半導体装置の他の例を説明する。図
2において、図1に対応する部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。
【0023】この場合、ゲート電極10の両側にSiO
2 等より成るサイドウォール7を設けて、LDD(Light
ly Doped Drain) 構造を採る場合を示す。
【0024】この場合、上述の図1において説明した例
と同様の製法をもってゲート電極10をパターニングし
た後、これをマスクとして先ず低濃度のAs+ 等のイオ
ン注入を行って、低濃度ソース/ドレイン領域6A及び
6Bを形成する。
【0025】そしてこの後例えばSiO2 層を全面的に
CVD等により被着し、RIE等によってゲート電極1
0の上面及び基体1の表面が露出するまでその厚さ方向
に異方性エッチングを行って、ゲート電極10の両側の
実質的な厚さが大なるSiO2 を残してサイドウォール
7を形成する。そしてこのサイドウォール7及びゲート
電極10をマスクとして、As+ 等のイオン注入を行っ
て、ソース/ドレイン領域8A及び8Bを形成した後、
上述の図1において説明した例と同様に、例えば800
mJ/cm2 のエネルギー密度の1パルスのELAを行
って、シリサイド4の剥がれを生じることなく、0.0
μm程度の深さの拡散領域の活性化を行って、超浅接
合を有する絶縁ゲート型半導体装置を得ることができ
た。
【0026】尚、上述の各例ともに、上層のポリSi層
5の厚さを500Åとしたが、この厚さは200Å以上
1500Å以下とする。
【0027】これは、厚さが200Å未満の例えば10
0Å程度の場合は、熱吸収が不充分となって、シリサイ
ド4への影響が大となって剥がれを生じる恐れがあるこ
と、また1500Åを越える厚さとする場合には、その
上面の平坦性が悪くなってこの上の配線層等に段切れを
生じさせる恐れがあることによる。
【0028】また、上層のポリSi層5はWSiX より
成るシリサイド4を保護する熱吸収膜としての機能を有
することから、上述したようにシリサイド4の剥がれを
回避すると共に、この熱吸収層が上層に配されたことに
よって、ゲート電極10自体をマスクとしてアニールを
行うことができ、即ちセルフアラインアニールを行うこ
とができることとなる。
【0029】更に、上述したようにこのSi層5をDO
POS膜或いはイオン注入により低抵抗膜として構成す
ることによって、上層の他部の配線層とこのゲート電極
10とのオーミックコンタクトを良好にすることができ
る。
【0030】更にまた、各例共に0.1μm程度の浅い
接合を形成することができ、即ちこれにより、ソース/
ドレイン領域8A及び8Bの下部からゲート電極10の
下部への横方向の拡散長をも低減化することができて、
ゲート電極10とソース/ドレイン領域8A及び8Bと
のオーバーラップによる寄生容量を低減化することがで
き、ゲート電極をポリSiではなく低シート抵抗のポリ
サイドにより構成することと相俟って、より信号伝達の
高速化をはかることができる。
【0031】また本発明は上述の実施例に限られること
なく、種々の変形変更を成し得るものであり、例えば上
述の各実施例においては、ソース/ドレイン領域8A及
び8Bのイオン注入後に、ELAによるアニールを行っ
て拡散層を形成していたが、ガス中における光ドーピン
グ、即ちPH3 、AsH3等の不純物ガス中においてエ
キシマレーザ等のレーザ照射を行って拡散層を形成する
こともでき、この場合は上述のイオン注入とレーザアニ
ールとの工程を1工程に低減することができる。
【0032】
【発明の効果】上述したように、本発明絶縁ゲート型半
導体装置によれば、シリサイド層の剥がれを生じること
なく超浅接合を形成することができて、これによりゲー
ト長の短ゲート長化、超微細構造化が可能となって、メ
モリ装置等の集積回路においてメモリ容量の増大化をは
かることができる。
【0033】またこのような超微細構造の絶縁ゲート型
半導体装置において低シート抵抗のポリサイドゲート構
成を採ることができ、且つELAにより拡散領域を形成
するため、その拡散長が小となり、オーバーラップによ
るゲート及びソース/ドレイン間容量の低減化をはかっ
て、信号伝達の高速化をはかることができる。
【0034】更に、ゲート電極をマスクとしてセルフア
ラインアニールを行うことができ、製造工程の簡易化を
はかることができる。
【0035】更にまた、光ドーピングにより拡散層を形
成することもでき、工程数の低減化をはかることもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明絶縁ゲート型半導体装置の一例の略線的
拡大断面図である。
【図2】本発明絶縁ゲート型半導体装置の他の例の略線
的拡大断面図である。
【図3】絶縁ゲート型半導体装置の一例の略線的拡大斜
視図である。
【図4】ゲート長と接合深さとの関係を示す図である。
【図5】レーザのパルスエネルギー密度に対する再結晶
化度及びシート抵抗の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基体 2 ゲート絶縁層 3 Si層 4 高融点金属シリサイド 5 Si層 6A 低濃度ソース/ドレイン領域 6B 低濃度ソース/ドレイン領域 7 サイドウォール 8A ソース/ドレイン領域 8B ソース/ドレイン領域 10 ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−195870(JP,A) 特開 昭61−150376(JP,A) 特開 平1−205468(JP,A) 特開 平3−209775(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 29/78

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体上に、ゲート絶縁層を形成す
    る工程と、 該ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、 上記半導体基体に対して上記ゲート電極をマスクとして
    不純物のイオン注入を行うイオン注入工程と、 該イオン注入工程時もしくはイオン注入工程後に、エキ
    シマレーザ光照射を行うエキシマレーザアニール工程と
    を有し、 上記ゲート電極を形成する工程が、下層Si層と、高融
    点金属シリサイド層と、厚さ200Å〜1500Åの熱
    吸収膜としての上層Si層とを順次形成する工程とさ
    れ、 上記上層Si層による熱吸収によって上記エキシマレー
    ザ光照射によるアニール後の急冷を緩和することを特徴
    とする絶縁ゲート型半導体装置の製造方法。
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