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JPH11284179A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH11284179A
JPH11284179A JP8352898A JP8352898A JPH11284179A JP H11284179 A JPH11284179 A JP H11284179A JP 8352898 A JP8352898 A JP 8352898A JP 8352898 A JP8352898 A JP 8352898A JP H11284179 A JPH11284179 A JP H11284179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
gate
forming
gate electrode
silicon film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8352898A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11284179A5 (en
Inventor
Wataru Otsuka
渉 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP8352898A priority Critical patent/JPH11284179A/en
Publication of JPH11284179A publication Critical patent/JPH11284179A/en
Publication of JPH11284179A5 publication Critical patent/JPH11284179A5/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート電極の空乏化が生じることがなく、し
かもゲート絶縁膜特性を損なうことのない半導体装置お
よびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ゲート絶縁膜17の全面にCVD法によ
り薄い多結晶シリコン膜22を形成する。この多結晶シ
リコン膜22上にCVD法により保護膜を形成した後、
保護膜および多結晶シリコン膜22をそれぞれ電極パタ
ーン形状に加工する。その後、多結晶シリコン膜22お
よび保護膜の側面部にゲート側壁(サイドウォール)1
8を形成し、ゲート側壁18、保護膜および素子分離膜
13をマスクとして、n型不純物、例えば砒素のイオン
注入を行い、n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイ
ン領域15を自己整合的に形成する。保護膜を除去した
後、例えばスパッタリング法によりコバルト膜26をシ
リコン基板11の全面に形成し、熱処理(RTA)を行
う。これにより、多結晶シリコン膜22は全体がシリサ
イド化され、これがゲート電極となる。同時に、n+
ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域15の上にシ
リサイド層が形成される。
(57) Abstract: Provided is a semiconductor device which does not cause depletion of a gate electrode and does not impair the characteristics of a gate insulating film, and a method for manufacturing the same. SOLUTION: A thin polycrystalline silicon film 22 is formed on the entire surface of a gate insulating film 17 by a CVD method. After forming a protective film on the polycrystalline silicon film 22 by a CVD method,
The protective film and the polycrystalline silicon film 22 are each processed into an electrode pattern shape. Thereafter, the gate side wall (side wall) 1 is formed on the side surface of the polycrystalline silicon film 22 and the protective film.
The n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 are formed in a self-aligned manner by ion implantation of an n-type impurity, for example, arsenic, using the gate sidewall 18, the protective film and the element isolation film 13 as a mask. Form. After removing the protective film, a cobalt film 26 is formed on the entire surface of the silicon substrate 11 by, for example, a sputtering method, and heat treatment (RTA) is performed. Thereby, the entire polycrystalline silicon film 22 is silicided, and this becomes a gate electrode. At the same time, a silicide layer is formed on the n + type source region 14 and the n + type drain region 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOS(Metal Ox
ide Semiconductor ) 型のトランジスタを備えた半導体
装置およびその製造方法に係り、特にサリサイド(self
-Aligned Siliside )構造を有する半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
The present invention relates to a MOS (Metal Ox
The present invention relates to a semiconductor device having a transistor of the (ide Semiconductor) type and a method of manufacturing the same.
-Aligned Siliside) and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSI(Large Scale Integrated
circuit) 等の半導体製造の分野では、スケーリング法
則に従って素子の微細化が進み、高集積化および高性能
化(高速化および低消費電力化)がなされている。しか
しながら、この素子の微細化に伴って、MOS型電界効
果トランジスタ(FET;Field Effect Transistor )
(以下,MOSFETという)では、新たな問題が種々
顕在化してきている。その問題の1つとしてMOSFE
Tのゲートの空乏化が挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, LSIs (Large Scale Integrated
In the field of semiconductor manufacturing such as circuits, miniaturization of elements is progressing according to the scaling law, and higher integration and higher performance (higher speed and lower power consumption) are performed. However, with the miniaturization of this element, a MOS field effect transistor (FET) has been developed.
(Hereinafter referred to as MOSFET), various new problems have become apparent. One of the problems is MOSFE
Depletion of the T gate.

【0003】MOSFETのゲート電極としては、従来
のアルミニウム(Al)によるAlゲートに代わり、導
電性のある多結晶シリコンによるSiゲートが用いられ
ている。このSiゲートを用いたMOSFETでは、C
VD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法
によりSiゲート電極を形成した後、Siゲート電極を
直接マスクとしたイオン注入により、ソース・ドレイン
領域を自己整合的に形成することができる。これによっ
てSiゲートMOSFETでは、AlゲートMOSFE
Tのようにゲート電極とソース・ドレイン領域の一部が
重なることがなくなるので、寄生容量が減少しAlゲー
トMOSFETよりも高速化が可能になる。
As a gate electrode of a MOSFET, a Si gate made of conductive polycrystalline silicon is used instead of a conventional Al gate made of aluminum (Al). In the MOSFET using this Si gate, C
After forming a Si gate electrode by VD (Chemical Vapor Deposition), the source / drain regions can be formed in a self-aligned manner by ion implantation using the Si gate electrode directly as a mask. Thereby, in the Si gate MOSFET, the Al gate MOSFE
Since the gate electrode and a part of the source / drain region do not overlap with each other as in T, the parasitic capacitance is reduced, and the speed can be made higher than that of the Al gate MOSFET.

【0004】ところで、このSiゲートMOSFETで
は、多結晶シリコン膜中に不純物をイオン注入等の方法
により添加してSiゲートの低抵抗化を図っている。こ
こで、不純物のイオン注入量が多過ぎると、不純物イオ
ンが基板側へ突き抜ける虞れがあるため注入量は制限せ
ざるを得ない。しかしながら、注入量が少ないと、添加
された不純物は多結晶シリコン膜のゲート絶縁膜付近に
まで十分に拡散されず、不純物の濃度分布が不均一とな
る。すなわち、ゲート絶縁膜近傍は半導体状態のままで
あり、この状態では、SiゲートMOSFETの動作時
においてゲート電極に所定の電圧を印加したときにSi
ゲートが空乏化して容量(空乏層容量)が発生する。こ
のゲート空乏化による空乏層容量の占める割合は、微細
化が進みゲート絶縁膜の膜厚が薄くなるにしたがって相
対的に大きくなる。そのためMOSFETの電流駆動能
力が低下し、今日ではこれが大きな問題となっている。
In this Si gate MOSFET, the resistance of the Si gate is reduced by adding an impurity into the polycrystalline silicon film by a method such as ion implantation. Here, if the ion implantation amount of the impurity is too large, there is a possibility that the impurity ions may penetrate toward the substrate side, so that the implantation amount has to be limited. However, if the implantation amount is small, the added impurity is not sufficiently diffused to the vicinity of the gate insulating film of the polycrystalline silicon film, and the impurity concentration distribution becomes non-uniform. That is, the vicinity of the gate insulating film remains in a semiconductor state. In this state, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode during operation of the Si gate MOSFET, the Si
The gate is depleted to generate capacitance (depletion layer capacitance). The ratio of the depletion layer capacitance occupied by the gate depletion increases relatively as the miniaturization progresses and the thickness of the gate insulating film decreases. As a result, the current driving capability of the MOSFET is reduced, and this is a major problem today.

【0005】そこで、その対策の1つとして、高融点金
属からなるゲート電極を備えたメタルゲート構造のMO
SFETが提案されている。このメタルゲートは、ゲー
ト電極全体が金属であるため、Siゲートの場合のよう
にゲート空乏化の問題が生じることはなく、しかもSi
ゲートよりも低抵抗化を図ることができるという利点が
ある。メタルゲート構造のMOSFETの製造方法とし
ては、ゲート酸化膜上に窒化チタン(TiN)膜および
タングステン(W)膜をこの順で積層した後に電極形状
にパターニングし、次いで、このゲート電極をマスクと
してシリコン基板に不純物のイオン注入を行い、更に例
えば1000℃のRTA(Rapid Thermal Annealing)に
よりソース領域およびドレイン領域を形成する方法(IE
DM97, p.825 〜828 )や、シリコン基板内にソース領
域およびドレイン領域を形成すると共にゲート電極部に
多結晶シリコン膜を形成した後、多結晶シリコン膜を電
極形状に加工し、この多結晶シリコン膜上に窒化チタン
とタングステンとからなる金属膜をCVD法により形成
する方法が報告されている(IEDM97, p.821 〜824
)。
Therefore, as one of the countermeasures, an MO having a metal gate structure having a gate electrode made of a high melting point metal has been proposed.
SFETs have been proposed. In this metal gate, since the entire gate electrode is made of metal, the problem of gate depletion does not occur as in the case of the Si gate.
There is an advantage that the resistance can be reduced as compared with the gate. As a method of manufacturing a MOSFET having a metal gate structure, a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film are stacked in this order on a gate oxide film, and then patterned into an electrode shape. A method of performing ion implantation of impurities into a substrate and further forming a source region and a drain region by, for example, RTA (Rapid Thermal Annealing) at 1000 ° C. (IE
DM97, p. 825-828) and after forming the source and drain regions in the silicon substrate and forming the polycrystalline silicon film in the gate electrode portion, the polycrystalline silicon film is processed into an electrode shape, and the polycrystalline silicon film is formed on the polycrystalline silicon film. A method of forming a metal film made of titanium nitride and tungsten by a CVD method has been reported (IEDM97, pp. 821 to 824).
).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
メタルゲート構造のMOSFETにおいては、いずれも
ゲート形成の際にゲート絶縁膜の特性が劣化するという
問題があった。すなわち、メタル(窒化チタンおよびタ
ングステン)からなるゲート電極を形成した後にイオン
注入およびRTAによりソース領域およびドレイン領域
を形成する方法では、RTAの際に、ゲート電極とゲー
ト絶縁膜との間で相互拡散が起こるため、ゲート絶縁膜
の特性が劣化する。
However, any of the above-mentioned MOSFETs having the metal gate structure has a problem that the characteristics of the gate insulating film are deteriorated when the gate is formed. That is, in the method of forming a source electrode and a drain region by ion implantation and RTA after forming a gate electrode made of a metal (titanium nitride and tungsten), interdiffusion between the gate electrode and the gate insulating film during RTA is performed. Occurs, so that the characteristics of the gate insulating film deteriorate.

【0007】一方、ソース領域およびドレイン領域を形
成した後、多結晶シリコン膜をエッチングし、更にこの
多結晶シリコン膜上に金属膜のゲート電極を形成する方
法では、ゲ─ト電極を形成した後の熱処理は450℃の
比較的低温で行われるためにゲ─ト電極とゲ─ト絶縁膜
との間に相互拡散が生じる虞はない。しかし、この方法
では、多結晶シリコン膜をエッチングする際にゲート絶
縁膜が露出しゲート絶縁膜にダメージを与えるため、ゲ
ート絶縁膜特性が劣化するという問題があった。更に、
この方法では、上述の方法に比較して工程が長くなると
いう問題があった。
On the other hand, in the method of forming a source region and a drain region, etching a polycrystalline silicon film, and further forming a gate electrode of a metal film on the polycrystalline silicon film, a method of forming a gate electrode Since the heat treatment is performed at a relatively low temperature of 450 ° C., there is no possibility that interdiffusion occurs between the gate electrode and the gate insulating film. However, this method has a problem in that the gate insulating film is exposed when the polycrystalline silicon film is etched and damages the gate insulating film, so that the characteristics of the gate insulating film deteriorate. Furthermore,
This method has a problem in that the process is longer than in the above-described method.

【0008】ところで、微細化に伴う他の問題として、
ソースおよびドレインの不純物領域が浅くなり、そのシ
ート抵抗が高くなる結果、アルミニウム配線と不純物領
域との間の接触抵抗が増大してくるという問題がある。
このような接触抵抗の増大を抑制するためにサリサイド
構造のMOSFETが実用化されている。このサリサイ
ド構造は、不純物領域上に金属例えばチタン(Ti)と
シリコン(Si)との化合物(シリサイド)を形成した
ものであり、マスクプロセスを用いることなく自己整合
的に形成することができるために狭い領域への形成も可
能であり、微細化に好適な技術である。従って、前述の
ゲート電極を形成する際においても、ゲート空乏化を抑
制できるということだけではなく、このようなソース領
域およびドレイン領域へのシリサイド形成のプロセスに
適合できる方法が望まれる。
[0008] As another problem associated with miniaturization,
As the impurity regions of the source and the drain become shallower and their sheet resistance becomes higher, there is a problem that the contact resistance between the aluminum wiring and the impurity region increases.
In order to suppress such an increase in contact resistance, a MOSFET having a salicide structure has been put to practical use. This salicide structure is formed by forming a metal such as a compound of titanium (Ti) and silicon (Si) (silicide) on an impurity region, and can be formed in a self-aligned manner without using a mask process. It can be formed in a narrow area, and is a technique suitable for miniaturization. Therefore, even when the above-described gate electrode is formed, not only is it possible to suppress gate depletion, but also a method that can be adapted to such a process of forming silicide in a source region and a drain region is desired.

【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ゲート電極の空乏化が生じることが
なく、しかもゲート絶縁膜の特性を損なうことのない半
導体装置およびその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device which does not cause depletion of a gate electrode and does not impair the characteristics of a gate insulating film, and a method of manufacturing the same. To provide.

【0010】本発明は、また、ゲート空乏化を抑制でき
るだけでなく、ソース領域およびドレイン領域を形成す
るためのサリサイド技術に適合でき、ソース領域および
ドレイン領域、更にはゲート電極の低抵抗化を実現でき
る半導体装置およびその製造方法を提供することを目的
とする。
The present invention not only suppresses gate depletion but also adapts to a salicide technique for forming a source region and a drain region, thereby realizing low resistance of the source region and the drain region, and further, the gate electrode. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、シリコン材料により形成されると共にソースおよび
ドレインとなる一対の不純物領域が形成された基板と、
この基板の上の不純物領域間に対応する領域に形成され
たゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成された全
体が金属シリサイドからなるゲート電極とを備えたもの
である。
A semiconductor device according to the present invention comprises: a substrate formed of a silicon material and having a pair of impurity regions serving as a source and a drain formed thereon;
The semiconductor device includes a gate insulating film formed in a region between the impurity regions on the substrate, and a gate electrode formed entirely on the gate insulating film and made of metal silicide.

【0012】本発明による半導体装置の製造方法は、シ
リコン材料よりなる基板の上にゲート絶縁膜を形成する
工程と、ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成した後、
このシリコン膜の上に高融点金属を堆積させると共に熱
処理を施し、シリコン膜全体をシリサイド化してゲート
電極を形成する工程とを含むものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material; forming a silicon film on the gate insulating film;
Depositing a refractory metal on the silicon film and performing a heat treatment to silicide the entire silicon film to form a gate electrode.

【0013】本発明による他の半導体装置の製造方法
は、シリコン材料よりなる基板の上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、ゲート絶縁膜の上にシリコン膜および保
護膜をこの順に積層したのち、保護膜およびシリコン膜
をゲート電極のパターン形状に加工する工程と、加工さ
れたシリコン膜および保護膜の側面を覆うように絶縁材
料よりなるゲート側壁を形成する工程と、保護膜を選択
的に除去することによりシリコン膜の表面を露出させた
後、このシリコン膜上に高融点金属を堆積させると共に
熱処理を施し、シリコン膜全体をシリサイド化してゲー
ト電極を形成する工程とを含むものである。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material, a step of stacking a silicon film and a protective film on the gate insulating film in this order, Processing the protective film and the silicon film into a gate electrode pattern shape; forming a gate sidewall made of an insulating material so as to cover the processed silicon film and the side surface of the protective film; and selectively removing the protective film Then, after exposing the surface of the silicon film, a step of depositing a high melting point metal on the silicon film and performing a heat treatment to silicide the entire silicon film to form a gate electrode.

【0014】本発明による更に他の半導体装置の製造方
法は、シリコン材料よりなる基板の上にゲート絶縁膜を
形成する工程と、ゲート絶縁膜の上にシリコン膜および
保護膜をこの順に積層した後、保護膜およびシリコン膜
をゲート電極のパターン形状に加工する工程と、加工さ
れたシリコン膜および保護膜の壁面を覆うように絶縁材
料よりなるゲート側壁を形成する工程と、ゲート側壁お
よび保護膜をマスクとして基板に対して不純物を注入す
ることによりソースおよびドレインとなる一対の不純物
領域を形成する工程と、保護膜を選択的に除去してシリ
コン膜の表面を露出させた後、基板の全面に高融点金属
を堆積させ、次いで熱処理によりシリコン膜全体をシリ
サイド化させてゲート電極を形成すると共に、各不純物
領域上に選択的にシリサイド層を形成する工程とを含む
ものである。
Still another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material, and a step of laminating a silicon film and a protective film on the gate insulating film in this order. Processing the protection film and the silicon film into a gate electrode pattern shape, forming a gate sidewall made of an insulating material so as to cover the processed silicon film and the protection film wall surface, and forming the gate sidewall and the protection film. A step of forming a pair of impurity regions serving as a source and a drain by injecting impurities into the substrate as a mask, and selectively removing the protective film to expose the surface of the silicon film, and then covering the entire surface of the substrate. A high melting point metal is deposited, and then the entire silicon film is silicided by heat treatment to form a gate electrode, and selectively on each impurity region. It is intended to include a step of forming a Risaido layer.

【0015】本発明による半導体装置では、ゲート電極
全体が金属シリサイドにより形成されているため、ゲー
ト空乏化を生じさせることなく、ゲート電極に電圧を印
加することができる。
In the semiconductor device according to the present invention, since the entire gate electrode is formed of metal silicide, a voltage can be applied to the gate electrode without causing gate depletion.

【0016】本発明による半導体装置の製造方法では、
ゲート絶縁膜上のシリコン膜の上に高融点金属が堆積さ
れた後、熱処理が施されることによりシリコン膜全体が
シリサイド化される。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
After the refractory metal is deposited on the silicon film on the gate insulating film, heat treatment is performed to silicide the entire silicon film.

【0017】本発明による他の半導体装置の製造方法で
は、積層されたシリコン膜および保護膜の側面を覆うよ
うにゲート側壁が形成された後、保護膜が選択的に除去
されることによりシリコン膜が露出する。続いて、熱処
理によりシリコン膜全体がシリサイド化されることによ
りゲート電極が形成されると共に、ゲート電極よりも高
いゲート側壁が形成される。
In another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after a gate sidewall is formed so as to cover the side surfaces of a stacked silicon film and a protective film, the silicon film is selectively removed by removing the protective film. Is exposed. Subsequently, the gate electrode is formed by silicidation of the entire silicon film by the heat treatment, and a gate sidewall higher than the gate electrode is formed.

【0018】本発明による更に他の半導体装置の製造方
法では、ソースおよびドレインとなる不純物領域が形成
された後、基板の全面に高融点金属が堆積されると共に
熱処理が施される。その結果、不純物領域上にシリサイ
ド層が形成されると同時に、全体がシリサイド化された
ゲ─ト電極が形成される。
In still another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after forming an impurity region serving as a source and a drain, a high melting point metal is deposited over the entire surface of the substrate and heat treatment is performed. As a result, a silicide layer is formed on the impurity region, and at the same time, a gate electrode entirely silicided is formed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】図1は本発明の一実施の形態に係るnチャ
ネル型MOSFET10の構成を表すものである。この
MOSFET10はn型のシリコン基板11の表面のp
型ウェル領域12に形成されており、シリコン酸化膜
(SiO2 )よりなる厚い素子分離膜13によって隣接
する素子から絶縁分離されている。
FIG. 1 shows the configuration of an n-channel MOSFET 10 according to one embodiment of the present invention. This MOSFET 10 has a p-type MOSFET on the surface of an n-type silicon substrate 11.
It is formed in the mold well region 12 and is insulated from adjacent elements by a thick element isolation film 13 made of a silicon oxide film (SiO 2 ).

【0021】MOSFET10は、p型ウェル領域12
の表面に形成されたn+ 型ソース領域14,n+ 型ドレ
イン領域15、およびp型ウェル領域12上のn+ 型ソ
ース領域14とn+ 型ドレイン領域15との間の領域
(チャネル領域)に対向して設けられたゲート電極16
により構成されている。
The MOSFET 10 has a p-type well region 12
Region between the n + -type source region 14, n + -type drain region 15 and the p-type n + -type source region 14 in the well region 12 and the n + -type drain region 15, which is formed on the surface of the (channel region) Gate electrode 16 provided opposite to
It consists of.

【0022】ゲート電極16は例えば膜厚3.5nmの
シリコン酸化膜により形成されたゲート絶縁膜17上に
形成されている。このゲート電極16は、本実施の形態
では全体が高融点金属シリサイドにより形成されてお
り、その厚さは10〜150nm、好ましくは15〜1
00nmの範囲内の値となっている。この高融点金属シ
リサイドからなるゲート電極16は、後述のように例え
ばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長
)法によりシリコン膜を形成し、このシリコン膜の上に
高融点金属を堆積させた後、熱処理を施すことにより作
製されたものである。高融点金属シリサイドとしては、
高融点金属としてコバルト(Co)を用いたコバルトシ
リサイド(CoSi2 )が好ましいが、その他、高融点
金属としてチタン(Ti),ニッケル(Ni),タング
ステン(W),白金(Pt),モリブデン(Mo)など
を用いて形成されたシリサイドでもよい。
The gate electrode 16 is formed on a gate insulating film 17 formed of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 3.5 nm. In the present embodiment, the gate electrode 16 is entirely formed of a high melting point metal silicide, and has a thickness of 10 to 150 nm, preferably 15 to 1 nm.
The value is in the range of 00 nm. The gate electrode 16 made of the refractory metal silicide is formed, for example, by CVD (Chemical Vapor Deposition) as described later.
) Method, a high-melting-point metal is deposited on this silicon film, and then heat-treated. As refractory metal silicide,
Cobalt silicide (CoSi 2 ) using cobalt (Co) as the high melting point metal is preferable, but titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), platinum (Pt), molybdenum (Mo) is also used as the high melting point metal. ) May be used.

【0023】ゲート絶縁膜17上のゲート電極16の両
側面には例えば二酸化シリコン(SiO2 )よりなるゲ
ート側壁(サイドウォール膜)18が形成されている。
+型ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域15は
それぞれこのゲート側壁18を利用して自己整合的に形
成されたものである。ゲート側壁18の高さは例えば3
50nmとなっている。すなわち、ゲート側壁18はそ
の上端部がゲート電極16の上端位置よりも高い位置に
ある所謂オフセット構造となっている。これはゲート電
極16が薄くなると、このゲート電極16の高さに合わ
せてゲート側壁18を形成した場合、その分だけ後工程
においてソースおよびドレイン領域に対するコンタクト
部を形成する際に合わせずれが生じる可能性があるの
で、これを防止しプロセス余裕を持たせるためである。
On both side surfaces of the gate electrode 16 on the gate insulating film 17, gate side walls (sidewall films) 18 made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) are formed.
The n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 are formed in a self-aligned manner using the gate side walls 18. The height of the gate side wall 18 is, for example, 3
It is 50 nm. That is, the gate side wall 18 has a so-called offset structure in which the upper end is at a position higher than the upper end of the gate electrode 16. This is because, when the gate electrode 16 becomes thinner, when the gate side wall 18 is formed in accordance with the height of the gate electrode 16, misalignment may occur when a contact portion for the source and drain regions is formed in a subsequent process. This is to prevent this and to provide a process margin.

【0024】n+ 型ソース領域14とn+ 型ドレイン領
域15との間のp型ウェル領域12の表面には、n+
ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域15よりも不
純物濃度が低濃度で浅いn- 型LDD(Lightly Doped
Drain )領域19,20がn+ 型ソース領域14および
+ 型ドレイン領域15に隣接してそれぞれ形成されて
いる。n- 型LDD領域19,20の不純物濃度は、n
+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域15がそ
れぞれ例えば1×1015atoms/cm3 程度であるのに対し
て1×1014atoms/cm3 程度となっており、これにより
ドレイン近傍での電界を低減しホットキャリア効果を抑
制している。
[0024] On the surface of the p-type well region 12, impurity concentration than the n + -type source region 14 and n + -type drain region 15 low concentration between the n + -type source region 14 and n + -type drain region 15 And shallow n - type LDD (Lightly Doped
Drain) regions 19 and 20 are formed adjacent to the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15, respectively. The impurity concentration of n -type LDD regions 19 and 20 is n
The + type source region 14 and the n + type drain region 15 are, for example, about 1 × 10 15 atoms / cm 3 , respectively, whereas they are about 1 × 10 14 atoms / cm 3 . The electric field is reduced to suppress the hot carrier effect.

【0025】n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイ
ン領域15上には、それぞれゲート電極16と同一の高
融点金属シリサイド(ここではコバルトシリサイド)よ
りなる低抵抗のシリサイド層21a,21bが形成され
ている。
On the n + type source region 14 and the n + type drain region 15, low resistance silicide layers 21a and 21b made of the same high melting point metal silicide (cobalt silicide in this case) as the gate electrode 16 are formed. ing.

【0026】このMOSFET10では、ゲート電極1
6の全体が金属(高融点金属シリサイド)により形成さ
れているので、多結晶シリコンを用いたゲート電極のよ
うにゲート空乏化が発生することがなく、しかもゲート
電極16においてもn+ 型ソース領域14およびn+
ドレイン領域15と同様に低抵抗化を図ることができ
る。また、このMOSFET10では、ゲート側壁18
の高さがゲート電極16の上端面よりも高く、その分ゲ
ート側壁18の下端部における幅が相対的に広くなって
おり、n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域
15へのコンタクト部の形成の際に合わせずれが生じる
ことがなくなる。
In this MOSFET 10, the gate electrode 1
Since the entire 6 is formed of a metal (refractory metal silicide), without the gate depletion occurs as the gate electrode including polycrystalline silicon, yet also the n + -type source region in the gate electrode 16 The resistance can be reduced as in the case of the n + -type drain region 14 and the n + -type drain region 15. In this MOSFET 10, the gate side wall 18
Is higher than the upper end surface of the gate electrode 16, and the width at the lower end of the gate side wall 18 is relatively large accordingly, and the contact portions to the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 are formed. No misalignment occurs during the formation of.

【0027】次に、図2ないし図5および先の図1を参
照してこのMOSFET10の製造方法について説明す
る。
Next, a method of manufacturing the MOSFET 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 5 and FIG.

【0028】まず、図2(a)に示したように、n型の
シリコン基板11に例えばLOCOS(Local Oxidatio
n of Silicon)法によりシリコン酸化膜よりなる厚い素
子分離膜13を選択的に形成する。次いで、シリコン基
板11の素子分離膜13により囲まれた領域に対してp
型不純物例えばホウ素(B)を選択的にイオン注入して
p型ウェル領域12を形成し、このp型ウェル領域12
の表面に熱酸化法によりゲート酸化を行い、例えば厚さ
3.5nmのシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜17
を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, for example, a LOCOS (Local Oxidatio) is formed on an n-type silicon substrate 11.
A thick device isolation film 13 made of a silicon oxide film is selectively formed by an n of Silicon method. Next, p is applied to a region of the silicon substrate 11 surrounded by the element isolation film 13.
A p-type well region 12 is formed by selectively ion-implanting a type impurity such as boron (B).
Oxidation is performed on the surface of the gate insulating film 17 by, for example, a 3.5-nm-thick silicon oxide film.
To form

【0029】続いて、このゲート絶縁膜17の全面にモ
ノシランガス(SiH4 )を用いたCVD(Chemical V
apor Deposition )法により例えば膜厚30nmの多結
晶シリコン膜22を形成する。このときSiH4 の流量
は例えば400sccmとし、雰囲気条件としては、温
度を例えば625℃、圧力を例えば20Paとする。な
お、多結晶シリコン膜22の膜厚は、ここでは一例とし
て30nmとしたが、10nm〜100nmの範囲であ
ればよい。この多結晶シリコン膜22は後述のようにシ
リサイド化されゲート電極となる。多結晶シリコン膜2
2のシリサイド化は、時間と温度の制限がなければ、1
00nmよりも厚くすることが可能であるが、一般的に
MOSFETに加えられる温度制限などを考慮すると上
限は100nmとすることが望ましい。一方、後工程で
シリサイド化した場合に、安定した低抵抗な膜を得るた
めには、多結晶シリコン膜22の下限は10nmとする
ことが望ましい。
Subsequently, CVD (Chemical V) using monosilane gas (SiH 4 ) is applied to the entire surface of the gate insulating film 17.
A polycrystalline silicon film 22 having a thickness of, for example, 30 nm is formed by an apor deposition method. At this time, the flow rate of SiH 4 is, eg, 400 sccm, and the ambient conditions are a temperature, eg, 625 ° C., and a pressure, eg, 20 Pa. The thickness of the polycrystalline silicon film 22 is 30 nm as an example here, but may be in the range of 10 nm to 100 nm. This polycrystalline silicon film 22 is silicided as described later to become a gate electrode. Polycrystalline silicon film 2
The silicidation of 2 can be performed as follows if there is no time and temperature limitation.
Although it can be made thicker than 00 nm, the upper limit is preferably set to 100 nm in consideration of the temperature limitation generally applied to the MOSFET. On the other hand, when silicidation is performed in a later step, the lower limit of the polycrystalline silicon film 22 is desirably 10 nm in order to obtain a stable and low-resistance film.

【0030】次に、図2(b)に示したように、多結晶
シリコン膜22上に例えば温度400℃のCVD法によ
り、例えば膜厚200nmの窒化シリコン(SiN)よ
りなる保護膜23を形成する。この保護膜23は、後述
の工程において多結晶シリコン膜22へイオン注入する
際に不純物イオンがシリコン基板11側へ突き抜けるこ
とを阻止すると共に、ゲート側壁18の形成工程におい
て、ゲート側壁18をゲート電極16よりも高く形成す
るために利用されるものである。
Next, as shown in FIG. 2B, a protective film 23 made of, for example, silicon nitride (SiN) having a thickness of 200 nm is formed on the polycrystalline silicon film 22 by, for example, a CVD method at a temperature of 400 ° C. I do. This protective film 23 prevents impurity ions from penetrating to the silicon substrate 11 side when ions are implanted into the polycrystalline silicon film 22 in a step described later, and also forms the gate side wall 18 in a gate electrode forming step. It is used for forming a height higher than 16.

【0031】続いて、図2(c)に示したように保護膜
23上に選択的に電極パターンのフォトレジスト膜24
を塗布形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a photoresist film 24 having an electrode pattern is selectively formed on the protective film 23.
Is applied and formed.

【0032】次に、図3(a)に示したように、フォト
レジスト膜24をマスクとして例えばRIE(Reactive
Ion Etching)による異方性エッチングを行い、保護膜
23および多結晶シリコン膜22をそれぞれ電極パター
ン形状に加工する。
Next, as shown in FIG. 3A, RIE (Reactive) is performed using the photoresist film 24 as a mask.
Anisotropic etching by Ion Etching is performed, and the protective film 23 and the polycrystalline silicon film 22 are each processed into an electrode pattern shape.

【0033】次に、図3(b)に示したように素子分離
膜13および保護膜23をマスクとして、例えばエネル
ギー10keV、注入量8×1014ions/cm2
件のもとでn型不純物、例えば砒素(As)をイオン注
入(LDD注入)し、n- 型LDD領域19,20を形
成する。続いて、シリコン基板11の全面に例えば76
0℃の温度のプラズマCVD法により二酸化シリコン
(図示せず)を150nm堆積させた後、この窒化チタ
ン膜の異方性エッチング(エッチバック)を行い、多結
晶シリコン膜22および保護膜23の側面部に幅広のゲ
ート側壁(サイドウォール)18を形成する。なお、本
実施の形態では、保護膜23を構成する材料として窒化
シリコン、ゲート側壁18を構成する材料として二酸化
シリコンを例示しているが、その他、保護膜23として
はPSG(Phospho-Silicate Glass)膜,二酸化シリコ
ン膜または有機膜など、ゲート側壁18としては窒化シ
リコン膜などの絶縁材料を適宜用いることができる。但
し、その組み合わせは、所望の形状のゲート側壁18を
形成するために、ゲート側壁18を保護膜23を構成す
る材料よりエッチング速度の速い材料により形成する必
要がある。
Next, as shown in FIG. 3B, using the element isolation film 13 and the protective film 23 as a mask, for example, under the conditions of an energy of 10 keV and an injection amount of 8 × 10 14 ions / cm 2, an n-type impurity is formed. For example, arsenic (As) is ion-implanted (LDD-implanted) to form n -type LDD regions 19 and 20. Subsequently, for example, 76
After depositing 150 nm of silicon dioxide (not shown) by a plasma CVD method at a temperature of 0 ° C., the titanium nitride film is subjected to anisotropic etching (etch back), and the side surfaces of the polycrystalline silicon film 22 and the protective film 23 are formed. A wide gate side wall (side wall) 18 is formed at the portion. In this embodiment, silicon nitride is exemplified as a material forming the protection film 23 and silicon dioxide is illustrated as a material forming the gate side wall 18. In addition, PSG (Phospho-Silicate Glass) is used as the protection film 23. An insulating material such as a silicon nitride film can be appropriately used for the gate side wall 18 such as a film, a silicon dioxide film or an organic film. However, in this combination, in order to form the gate side wall 18 having a desired shape, the gate side wall 18 needs to be formed of a material having a higher etching rate than the material forming the protective film 23.

【0034】ゲート側壁18を形成したのち、図3
(c)に示したように、ゲート側壁18、保護膜23お
よび素子分離膜13をマスクとして、n型不純物、例え
ば砒素のイオン注入を行い、n- 型LDD領域19,2
0より深い接合深さを有する高濃度のn+ 型ソース領域
14およびn+ 型ドレイン領域15を自己整合的に形成
する。イオン注入は、例えばエネルギーを50keV、
イオン注入量を3×1015ions/cm2 として行
う。続いて、n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイ
ン領域15に注入された不純物の活性化のために、例え
ば1000℃で10秒間の熱処理(RTA)を施す。こ
のとき多結晶シリコン膜22は保護膜23により覆われ
ているため、不純物イオンがシリコン基板11側に突き
抜けるようなことがない。
After the formation of the gate side wall 18, FIG.
As shown in (c), ion implantation of an n-type impurity, for example, arsenic is performed using the gate side wall 18, the protective film 23 and the element isolation film 13 as a mask, and the n -type LDD regions 19 and 2 are formed.
A high-concentration n + -type source region 14 and an n + -type drain region 15 having a junction depth deeper than 0 are formed in a self-aligned manner. In the ion implantation, for example, the energy is 50 keV,
The ion implantation is performed at a dose of 3 × 10 15 ions / cm 2 . Subsequently, a heat treatment (RTA) at 1000 ° C. for 10 seconds, for example, is performed to activate the impurities implanted into the n + type source region 14 and the n + type drain region 15. At this time, since the polycrystalline silicon film 22 is covered with the protective film 23, the impurity ions do not penetrate to the silicon substrate 11 side.

【0035】続いて、図4(a)に示したように、シリ
コン基板11の全面にフォトレジスト膜25を形成した
後、このフォトレジスト膜25を保護膜23の表面のみ
が露出するようにエッチング(エッチバック)する。次
いで、このフォトレジスト膜25をマスクとして、例え
ばフッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングを
行う。これにより図4(b)に示したように多結晶シリ
コン膜22の上から保護膜23が選択的に除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, after a photoresist film 25 is formed on the entire surface of the silicon substrate 11, this photoresist film 25 is etched so that only the surface of the protective film 23 is exposed. (Etch back). Next, wet etching using, for example, a hydrofluoric acid-based etchant is performed using the photoresist film 25 as a mask. As a result, as shown in FIG. 4B, the protective film 23 is selectively removed from above the polycrystalline silicon film 22.

【0036】次に、図5に示したように、ゲート絶縁膜
17のうちのn+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイ
ン領域15それぞれの上の部分をフッ酸系エッチング液
を用いたウェットエッチングにより選択的に除去する。
次いで、例えばスパッタリング法により膜厚20nmの
コバルト膜26をシリコン基板11の全面に形成する。
なお、ここでは、前述のようにコバルト以外のチタン,
ニッケル等の高融点金属膜を形成するようにしてもよ
い。コバルト膜26を形成した後、例えば550℃で3
0秒間の熱処理(RTA)を行い、多結晶シリコン膜2
2、n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイン領域1
5におけるシリコンとコバルトとを反応させる。これに
より、図1に示したように、多結晶シリコン膜22は全
体がシリサイド化し、低抵抗で細線効果のないコバルト
シリサイドよりなるゲート電極16が形成される。ま
た、同時に、n+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイ
ン領域15の上にシリサイド層21a,21bが形成さ
れる。シリサイド化の後、硫酸過水等のエッチング液に
浸すことにより素子分離膜13、ゲート側壁18等の上
面における未反応のコバルトを選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 5, portions of the gate insulating film 17 above the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 are wet-etched using a hydrofluoric acid-based etchant. To remove selectively.
Next, a cobalt film 26 having a thickness of 20 nm is formed on the entire surface of the silicon substrate 11 by, for example, a sputtering method.
Here, as described above, titanium other than cobalt,
A refractory metal film such as nickel may be formed. After forming the cobalt film 26, for example,
A heat treatment (RTA) for 0 seconds is performed, and the polycrystalline silicon film 2 is formed.
2, n + type source region 14 and n + type drain region 1
The silicon in 5 is reacted with cobalt. As a result, as shown in FIG. 1, the polycrystalline silicon film 22 is entirely silicided, and the gate electrode 16 made of cobalt silicide having low resistance and no thin wire effect is formed. At the same time, silicide layers 21a and 21b are formed on n + -type source region 14 and n + -type drain region 15. After silicidation, unreacted cobalt on the upper surfaces of the element isolation film 13, the gate sidewalls 18 and the like is selectively removed by immersion in an etchant such as sulfuric acid-hydrogen peroxide.

【0037】その後、図示しないが、例えばCVD法に
よりシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜を形成し、続い
てドライエッチングにより層間絶縁膜のn+ 型ソース領
域14およびn+ 型ドレイン領域15に対向する領域に
それぞれシリサイド層21a,21bに達する接続孔
(コンタクトホール)を形成する。この接続孔の内壁お
よび底部(すなわち、シリサイド層21a,21bの表
面)に選択的に薄い窒化チタン膜およびチタン(Ti)
膜からなる積層膜(TiN/Ti)を形成し、その後接
続孔内をタングステン層で埋め込む。続いて、接続孔を
含むシリコン基板11上にチタン膜を形成し、更にこの
チタン膜上にシリコンを含むアルミニウム(Al)等の
アルミニウム系合金を成膜し、パターニングすることに
よりタングステン層と電気的に接続された配線層を形成
する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film made of a silicon oxide film is formed by, for example, a CVD method, and subsequently, the dry film is opposed to the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 of the interlayer insulating film. In the regions, contact holes (contact holes) reaching the silicide layers 21a and 21b are formed. A selectively thin titanium nitride film and titanium (Ti) are selectively formed on the inner wall and the bottom of the connection hole (that is, the surfaces of the silicide layers 21a and 21b).
A laminated film (TiN / Ti) made of a film is formed, and then the connection holes are filled with a tungsten layer. Subsequently, a titanium film is formed on the silicon substrate 11 including the connection holes, and an aluminum-based alloy such as aluminum (Al) containing silicon is formed on the titanium film and patterned to be electrically connected to the tungsten layer. Is formed.

【0038】このように本実施の形態に係るMOSFE
T10の製造方法では、厚さ30nm程度の薄い多結晶
シリコン膜22上にコバルト(高融点金属)を堆積さ
せ、シリコンとコバルトとを反応させてゲート電極16
を形成するようにしたので、全体が低抵抗の高融点金属
シリサイドよりなるメタルゲートを自己整合的に得るこ
とができる。従って、従来の多結晶シリコンゲートのよ
うな空乏化の問題が生ずることがなくなる。
As described above, the MOSFE according to the present embodiment
In the method of manufacturing T10, cobalt (high melting point metal) is deposited on a thin polycrystalline silicon film 22 having a thickness of about 30 nm, and silicon reacts with cobalt to form the gate electrode 16.
Is formed, a metal gate entirely made of a low-resistance high-melting-point metal silicide can be obtained in a self-aligned manner. Therefore, the problem of depletion unlike the conventional polycrystalline silicon gate does not occur.

【0039】また、本実施の形態では、このゲート電極
16におけるシリサイド化を、n+型ソース領域14お
よびn+ 型ドレイン領域15のシリサイド化と同時に行
うことができるので、MOSFETの製造プロセスが簡
略化される。
In this embodiment, since the silicidation of the gate electrode 16 can be performed simultaneously with the silicidation of the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15, the manufacturing process of the MOSFET is simplified. Be transformed into

【0040】更に、本実施の形態では、熱処理(RT
A)によりn+ 型ソース領域14およびn+ 型ドレイン
領域15を形成した後に、シリサイド化を行うようにし
たので、RTAによってゲート絶縁膜17中へシリサイ
ドが拡散するようなことがない。よって、ゲート電極1
6とゲート絶縁膜17との界面特性の安定性を高めるこ
とができ、ゲート絶縁膜17の特性が劣化するようなこ
とがなくなる。
Further, in this embodiment, the heat treatment (RT
Since the silicidation is performed after the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 are formed by A), the silicide does not diffuse into the gate insulating film 17 by RTA. Therefore, the gate electrode 1
The stability of the interface characteristics between the gate insulating film 6 and the gate insulating film 17 can be improved, and the characteristics of the gate insulating film 17 do not deteriorate.

【0041】また、本実施の形態では、多結晶シリコン
膜22上に保護膜23を配設した状態でn+ 型ソース領
域14およびn+ 型ドレイン領域15形成のためのイオ
ン注入を行うようにしたので、シリコン注入の際に不純
物が多結晶シリコン膜22を通過してシリコン基板11
へ突き抜けたりすることを防止することができる。
In this embodiment, ion implantation for forming n + -type source region 14 and n + -type drain region 15 is performed with protective film 23 provided on polycrystalline silicon film 22. Therefore, during silicon implantation, impurities pass through the polycrystalline silicon film 22 and pass through the silicon substrate 11.
Can be prevented.

【0042】加えて、本実施の形態では、多結晶シリコ
ン膜22および保護膜23の積層膜の側面を覆うように
ゲート側壁18を形成した後、保護膜23を除去するよ
うにしたので、ゲート側壁18の上端部は多結晶シリコ
ン膜22(すなわち、ゲート電極16)の上面よりも高
い位置にある構造となる。よって、n+ 型ソース領域1
4およびn+ 型ドレイン領域15に対するコンタクト部
を自己整合的に形成する際のプロセス余裕の拡大化を図
ることができる。
In addition, in the present embodiment, the gate sidewall 18 is formed so as to cover the side surface of the laminated film of the polycrystalline silicon film 22 and the protective film 23, and then the protective film 23 is removed. The upper end of the side wall 18 has a structure located at a position higher than the upper surface of the polycrystalline silicon film 22 (that is, the gate electrode 16). Therefore, the n + type source region 1
It is possible to increase the process margin when forming the contact portion for the 4 and n + type drain regions 15 in a self-aligned manner.

【0043】以上要するに、本実施の形態では、低抵抗
で、かつ空乏化することのないゲート電極16を自己整
合的に形成することができると同時に、n+ 型ソース領
域14およびn+ 型ドレイン領域15のサリサイド構造
を実現することができ、更に、n+ 型ソース領域14お
よびn+ 型ドレイン領域15に対するコンタクト部を自
己整合的に形成することも可能になる。
In short, in the present embodiment, the gate electrode 16 having low resistance and not being depleted can be formed in a self-aligned manner, and at the same time, the n + -type source region 14 and the n + -type drain can be formed. The salicide structure of the region 15 can be realized, and further, the contact portions to the n + -type source region 14 and the n + -type drain region 15 can be formed in a self-aligned manner.

【0044】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので
はなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態に
おいては、ゲート電極形成のためのシリコン膜を多結晶
シリコン膜として説明したが、非晶質シリコン膜をシリ
サイド化してゲート電極を形成するようにしてもよい。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be variously modified. For example, in the above embodiments, the silicon film for forming the gate electrode is described as a polycrystalline silicon film. However, the gate electrode may be formed by silicidizing an amorphous silicon film.

【0045】また、上記実施の形態においては、半導体
装置の一例としてnチャネル型MOSFETについて説
明したが、pチャネル型MOSFETやCMOS(Comp
lementary Metal Oxide Semiconductor)構造のFETに
ついても適用できることはいうまでもない。
In the above embodiment, an n-channel MOSFET has been described as an example of a semiconductor device.
Needless to say, the present invention can be applied to an FET having a complementary metal oxide semiconductor (structure) structure.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項6のいずれかに記載の半導体装置によれば、全体が金
属シリサイドよりなるゲート電極を備えるようにしたの
で、ゲート空乏化を阻止することができると共に低抵抗
化を図ることができ、電流駆動能力が著しく向上すると
いう効果を奏する。
As described above, according to the semiconductor device of any one of the first to sixth aspects, the gate electrode is entirely made of metal silicide, so that gate depletion is prevented. In addition, the resistance can be reduced, and the current driving capability is significantly improved.

【0047】また、請求項7ないし請求項13のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法によれば、薄いシリコ
ン膜の上に高融点金属を堆積させると共に熱処理により
シリコン膜全体をシリサイド化してゲート電極を形成す
るようにしたので、ゲ─ト電極の下地のゲ─ト絶縁膜を
侵すことなく、完全に金属化され空乏化することのない
ゲート電極を作製することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 13, a refractory metal is deposited on a thin silicon film, and the entire silicon film is silicided by heat treatment to form a gate. Since the electrodes are formed, it is possible to manufacture a gate electrode which is completely metallized and does not become depleted without attacking the gate insulating film underlying the gate electrode.

【0048】特に、請求項8ないし請求項10のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコン膜
および保護膜の積層構造の側面を覆うようにゲート側壁
を形成した後、保護膜を除去してシリコン膜を露出させ
るようにしたので、ゲート側壁がゲート電極よりも高く
形成される。従って、ソースおよびドレインの不純物領
域に対するコンタクト部を形成する際のプロセス余裕が
拡大化される。
In particular, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 8 to 10, after forming the gate side wall so as to cover the side surface of the laminated structure of the silicon film and the protection film, the protection film is formed. Is removed to expose the silicon film, so that the gate side wall is formed higher than the gate electrode. Therefore, the process margin when forming the contact portion for the source and drain impurity regions is expanded.

【0049】更に、請求項12または請求項13記載の
半導体装置の製造方法によれば、基板の全面に高融点金
属を堆積させた後、熱処理を施すことにより、ゲ─ト電
極と、ソ─スおよびドレインとなる一対の不純物領域上
のシリサイド層とを形成するようにしたので、全体が金
属シリサイドよりなるゲート電極とサリサイド構造を有
するソ─ス領域およびドレイン領域とが同時に形成さ
れ、製造工程が簡略化される。また、ソ─スおよびドレ
インとなる不純物領域を形成した後、高融点金属シリサ
イドよりなるゲ─ト電極を形成するようにしたので、ゲ
─ト電極形成後に熱処理を必要としない。よって、ゲ─
ト絶縁膜特性の劣化を阻止することができるという効果
を奏する。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect, a high-melting-point metal is deposited on the entire surface of the substrate and then subjected to a heat treatment, so that the gate electrode and the soft Since a silicide layer on a pair of impurity regions serving as a source and a drain is formed, a gate electrode entirely made of metal silicide and a source region and a drain region having a salicide structure are simultaneously formed. Is simplified. Further, since the gate electrode made of the refractory metal silicide is formed after forming the impurity regions to be the source and the drain, no heat treatment is required after the formation of the gate electrode. Therefore,
This has the effect that deterioration of the insulating film characteristics can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係るnチャネルMOS
FETの構成を表す断面図である。
FIG. 1 shows an n-channel MOS according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an FET.

【図2】図1に示したMOSFETの各製造工程を表す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating each manufacturing process of the MOSFET illustrated in FIG.

【図3】図2に続く各製造工程を表す断面図である。FIG. 3 is a sectional view illustrating each manufacturing step following FIG. 2;

【図4】図3に続く各製造工程を表す断面図である。FIG. 4 is a sectional view illustrating each manufacturing step following FIG. 3;

【図5】図4に続く各製造工程を表す断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating each manufacturing step following FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリコン基板、12…p型ウェル領域、13…素
子分離膜、14…n+型ソース領域、15…n+ 型ドレ
イン領域、16…ゲート電極、17…ゲート絶縁膜、1
8…ゲート側壁、19,20…n- 型LDD領域、21
a,21b…シリサイド層、22…多結晶シリコン膜、
23…保護膜、24,25…フォトレジスト膜、26…
コバルト膜
11 ... silicon substrate, 12 ... p-type well region, 13 ... isolation layer, 14 ... n + -type source region, 15 ... n + -type drain region, 16 ... gate electrode, 17 ... gate insulating film, 1
8 ... gate side wall, 19, 20 ... n - type LDD region, 21
a, 21b: silicide layer, 22: polycrystalline silicon film,
23 ... Protective film, 24, 25 ... Photoresist film, 26 ...
Cobalt film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン材料により形成されると共にソ
ースおよびドレインとなる一対の不純物領域が形成され
た基板と、 この基板の上の前記不純物領域間に対応する領域に形成
されたゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成された全体が金属シリサイド
からなるゲート電極とを備えたことを特徴とする半導体
装置。
A substrate formed of a silicon material and having a pair of impurity regions serving as a source and a drain formed thereon; a gate insulating film formed in a region on the substrate corresponding to the region between the impurity regions; A gate electrode formed entirely on the gate insulating film and made of metal silicide.
【請求項2】 前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上
にシリコン膜を形成し、このシリコン膜上に高融点金属
膜を形成した後、熱処理によりシリコン膜全体をシリサ
イド化することにより形成されたものであることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
2. The gate electrode is formed by forming a silicon film on the gate insulating film, forming a refractory metal film on the silicon film, and then silicidizing the entire silicon film by heat treatment. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項3】 前記ゲート電極の側面に絶縁材料により
形成されたゲート側壁が設けられたことを特徴とする請
求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate side wall made of an insulating material is provided on a side surface of said gate electrode.
【請求項4】 前記ゲ─ト側壁は、その上端部が前記ゲ
─ト電極の表面よりも高い位置にあることを特徴とする
請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said gate side wall has an upper end located at a position higher than a surface of said gate electrode.
【請求項5】 前記ゲート電極の厚さは10〜150n
mの範囲であることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。
5. The gate electrode has a thickness of 10 to 150 n.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the range is m.
【請求項6】 前記一対の不純物領域それぞれの上に金
属シリサイド層が形成されたことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a metal silicide layer is formed on each of the pair of impurity regions.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項7】 シリコン材料よりなる基板の上にゲート
絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成した後、この
シリコン膜の上に高融点金属を堆積させると共に熱処理
を施し、シリコン膜全体をシリサイド化してゲート電極
を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
7. A step of forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material, and after forming a silicon film on the gate insulating film, depositing a refractory metal on the silicon film and performing a heat treatment. And forming a gate electrode by silicidizing the entire silicon film.
【請求項8】 シリコン材料よりなる基板の上にゲート
絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜および保護膜をこの
順に積層したのち、前記保護膜およびシリコン膜をゲー
ト電極のパターン形状に加工する工程と、 前記加工されたシリコン膜および保護膜の側面を覆うよ
うに絶縁材料よりなるゲート側壁を形成する工程と、 前記保護膜を選択的に除去することによりシリコン膜の
表面を露出させた後、このシリコン膜上に高融点金属を
堆積させると共に熱処理を施し、シリコン膜全体をシリ
サイド化してゲート電極を形成する工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material, a step of stacking a silicon film and a protective film on the gate insulating film in this order, and forming the protective film and the silicon film on a gate electrode. A step of forming a gate sidewall made of an insulating material so as to cover side surfaces of the processed silicon film and the protective film; and selectively removing the protective film to form a silicon film. Forming a gate electrode by exposing the surface, depositing a refractory metal on the silicon film and performing heat treatment to silicide the entire silicon film to form a gate electrode.
【請求項9】 前記ゲート側壁を保護膜を構成する材料
に比べてエッチング速度の速い材料により形成すること
を特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the gate side wall is formed of a material having a higher etching rate than a material forming the protective film.
【請求項10】 前記保護膜を窒化シリコンにより形成
すると共に、ゲート側壁を二酸化シリコンにより形成す
ることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方
法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein said protection film is formed of silicon nitride, and said gate side wall is formed of silicon dioxide.
【請求項11】 前記シリコン膜の膜厚を10〜100
nmの範囲内の値とすることを特徴とする請求項8記載
の半導体装置の製造方法。
11. The silicon film has a thickness of 10 to 100.
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the value is within a range of nm.
【請求項12】 シリコン材料よりなる基板の上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜および保護膜をこの
順に積層した後、前記保護膜およびシリコン膜をゲート
電極のパターン形状に加工する工程と、 前記加工されたシリコン膜および保護膜の壁面を覆うよ
うに絶縁材料よりなるゲート側壁を形成する工程と、 前記ゲート側壁および保護膜をマスクとして基板に対し
て不純物を注入することによりソースおよびドレインと
なる一対の不純物領域を形成する工程と、 前記保護膜を選択的に除去してシリコン膜の表面を露出
させた後、前記基板の全面に高融点金属を堆積させ、次
いで熱処理によりシリコン膜全体をシリサイド化させて
ゲート電極を形成すると共に、各不純物領域上に選択的
にシリサイド層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
12. A step of forming a gate insulating film on a substrate made of a silicon material, and after laminating a silicon film and a protective film on the gate insulating film in this order, forming the protective film and the silicon film on a gate electrode. Forming a gate sidewall made of an insulating material so as to cover a wall surface of the processed silicon film and the protective film; and forming an impurity on a substrate using the gate sidewall and the protective film as a mask. Forming a pair of impurity regions serving as a source and a drain by injecting a metal. After selectively removing the protective film to expose the surface of the silicon film, depositing a refractory metal over the entire surface of the substrate Then, the entire silicon film is silicided by heat treatment to form a gate electrode, and a silicide layer is selectively formed on each impurity region. The method of manufacturing a semiconductor device which comprises the step of forming.
【請求項13】 高融点金属としてコバルトを用い、ゲ
─ト電極および各不純物領域上のシリサイド層をコバル
トシリサイドとすることを特徴とする請求項12記載の
半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein cobalt is used as the high melting point metal, and the silicide layer on the gate electrode and each impurity region is made of cobalt silicide.
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