JP2007115830A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ニッケルシリサイドを適用した半導体装置の製造方法と、その製造方法によって得られる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a manufacturing method of a semiconductor device to which nickel silicide is applied and a semiconductor device obtained by the manufacturing method.
従来より、トランジスタのゲート電極およびソース・ドレイン領域の表面に金属シリサイドを自己整合的に形成するサイリサイド技術が用いられている。このサリサイド技術を適用して、多結晶シリコンからなるゲート電極の配線抵抗と、ソース・ドレイン領域の寄生抵抗の低減を図ることによって、トランジスタにおける配線の遅延とコンダクタンスの劣化が抑制される。 Conventionally, a silicide technique has been used in which metal silicide is formed in a self-aligned manner on the surfaces of the gate electrode and source / drain regions of a transistor. By applying this salicide technique, the wiring resistance of the gate electrode made of polycrystalline silicon and the parasitic resistance of the source / drain regions are reduced, thereby suppressing the wiring delay and the conductance deterioration in the transistor.
最近では、半導体装置の微細化に伴って、ゲート長をより短くすること、接合の幅をより狭くすることが求められており、たとえば特許文献1〜3には、金属シリサイドとして従来のコバルトシリサイド(CoSi)から、ニッケルシリサイド(NiSi)を適用することが提案されている。また、ニッケルを適用することも検討されている。
しかしながら、従来の半導体装置では以下のような問題点があった。コバルトシリサイドやニッケルシリサイドはともに難エッチング性の性質を有する。そのため、コバルトシリサイドあるいはニッケルシリサイドを形成した後にゲート電極のパターニングを行なうのではなく、コバルトあるいはニッケルのゲート電極をパターニングした後に、ソース・ドレイン領域とともにゲート電極のシリサイド化をサリサイドプロセスにより行なっていた。 However, the conventional semiconductor device has the following problems. Both cobalt silicide and nickel silicide have a difficult etching property. Therefore, the gate electrode is not patterned after the formation of cobalt silicide or nickel silicide, but after the gate electrode of cobalt or nickel is patterned, the silicide of the gate electrode together with the source / drain regions is performed by the salicide process.
本発明の目的は、ニッケルシリサイドのパターニングを精度よく行なうことのできる半導体装置の製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような製造方法によって得られる半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of accurately patterning nickel silicide, and another object is to provide a semiconductor device obtained by such a manufacturing method. .
本発明に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板の主表面に、ニッケルシリサイド層およびニッケル層のいずれかを含む所定の導電層を形成する。その導電層上にマスク部材を形成する。そのマスク部材をマスクとして導電層に所定のエッチングを施すことにより、導電層を所定の形状にパターニングする。導電層をパターニングするパターニング工程における所定のエッチングは、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)を含むガスを用いた第1プラズマエッチングを含んでいる。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps. A predetermined conductive layer including either a nickel silicide layer or a nickel layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A mask member is formed on the conductive layer. The conductive layer is patterned into a predetermined shape by performing predetermined etching on the conductive layer using the mask member as a mask. The predetermined etching in the patterning step of patterning the conductive layer includes first plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO).
本発明に係る半導体装置は、第1ニッケルシリサイド層を含むゲート電極部と1対の第2ニッケルシリサイド層とを備えている。ゲート電極部は、半導体基板の主表面上に形成されている。1対の第2ニッケルシリサイド層は、ゲート電極部を挟んでゲート電極部の一方の側部の側に位置する半導体基板の領域と、ゲート電極部の他方の側部の側に位置する半導体基板の領域とに形成されている。その第1ニッケルシリサイド層と第2ニッケルシリサイド層とは膜厚および膜質の少なくともいずれかが異なっている。 The semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode portion including a first nickel silicide layer and a pair of second nickel silicide layers. The gate electrode portion is formed on the main surface of the semiconductor substrate. The pair of second nickel silicide layers includes a semiconductor substrate region located on one side of the gate electrode portion with the gate electrode portion interposed therebetween, and a semiconductor substrate located on the other side of the gate electrode portion. It is formed in the area. The first nickel silicide layer and the second nickel silicide layer differ in at least one of film thickness and film quality.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)を含むガスを用いた第1プラズマエッチングによって、ニッケルシリサイド層を含む導電層をエッチングにより所定の形状にパターニングすることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a conductive layer including a nickel silicide layer is etched into a predetermined shape by first plasma etching using a gas including ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO). Can be patterned.
ニッケルシリサイド層をエッチングすることによって形成されたゲート電極部を備えた本発明に係る半導体装置では、第1ニッケルシリサイド層と第2ニッケルシリサイド層の膜厚を変えたり、あるいは、プロセス条件を変えて膜質を変えることで、ゲート電極の低抵抗化を図るとともに、接合リークの低減を図ることができる。 In the semiconductor device according to the present invention having the gate electrode portion formed by etching the nickel silicide layer, the film thicknesses of the first nickel silicide layer and the second nickel silicide layer are changed, or the process conditions are changed. By changing the film quality, the resistance of the gate electrode can be reduced and junction leakage can be reduced.
実施の形態1
本発明の実施の形態1では、サリサイドプロセスとしてニッケルシリサイドを対象とした半導体装置の製造方法について説明する。まず、図1に示すように、半導体基板1の主表面に、たとえば熱酸化処理を施すことによりゲート絶縁膜となる絶縁膜3が形成される。その絶縁膜3上に、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法によってポリシリコン膜5が形成される。
In the first embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device targeting nickel silicide as a salicide process will be described. First, as shown in FIG. 1, an
次に、図2に示すように、たとえばスパッタ法によって、膜厚20〜30nmのニッケル(Ni)層7がポリシリコン膜5上に形成される。次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃、時間約30秒のランプアニール処理を施して、ポリシリコン膜5中のシリコンとニッケル層7のニッケルとを反応させることにより、図3に示すように、膜厚約70nmのニッケルシリサイド(NiSi)層8が形成される。その後、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約550℃、時間約30秒のランプアニール処理が施される。次に、リン酸、硝酸、酢酸および水の混合液に半導体基板1を浸漬することにより、図4に示すように、未反応のニッケル層7が除去されてニッケルシリサイド層8の表面が露出する。
Next, as shown in FIG. 2, a nickel (Ni)
次に、ニッケルシリサイド層8上にハードマスクとなるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜(図示せず)が形成される。そのシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜に所定の写真製版処理および加工を施すことによって、図5に示すように、ゲート電極をパターニングするためのハードマスク9が形成される。
Next, a silicon oxide film or silicon nitride film (not shown) serving as a hard mask is formed on the
次に、そのハードマスク9をマスクとして、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングが施される。たとえばアンモニア(NH3)の流量を約75cm3/minとし、一酸化炭素(CO)の流量を約25cm3/minとして、圧力約0.6Pa、ソース/バイアス=1500W/300Wのもとで、ニッケルシリサイド層8に異方性プラズマエッチングを施すことによって、図6に示すように、ゲート電極の一部となるニッケルシリサイド層8aを残して、他の部分のニッケルシリサイド層8が除去される。
Next, anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) is performed using the
引き続いて、ハードマスク9をマスクとして塩素(Cl2)ガスを用いた異方性のプラズマエッチングをポリシリコン膜5に施すことによって、図7に示すように、ゲート電極の一部となるポリシリコン膜5aを残して、他の部分のポリシリコン膜5が除去される。さらに、絶縁膜3に異方性エッチングが施されてゲート絶縁膜3aが形成される。
Subsequently, by performing anisotropic plasma etching using chlorine (Cl 2 ) gas with the
次に、図8に示すように、ハードマスク9等をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる低濃度不純物領域11a,11bが形成される。次に、図9に示すように、たとえばCVD法によりハードマスク9等を覆うように、半導体基板1上に膜厚約5〜10nmの絶縁膜13が形成される。次に、図10に示すように、たとえばCVD法によって絶縁膜13上にさらに絶縁膜15が形成される。
Next, as shown in FIG. 8, by introducing impurity ions of a predetermined conductivity type into the surface of the
次に、図11に示すように、絶縁膜15,13に異方性エッチングを施すことにより、ポリシリコン膜5a等の両側面上のそれぞれに、サイドウォールスペーサ13aおよびサイドウォール絶縁膜15aが形成される。こうして、ポリシリコン膜5a、ニッケルシリサイド層8aおよびサイドウォール絶縁膜15a等を含むゲート電極部10が形成されることになる。このゲート電極部10では、ニッケルシリサイド層8aとポリシリコン膜5aがゲート電極本体となる。
Next, as shown in FIG. 11, by performing anisotropic etching on the
そのゲート電極部10をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる高濃度不純物領域17a,17bが形成される。低濃度不純物領域11a,11bと高濃度不純物領域17a,17bとによって、1対のソース・ドレイン領域18a,18bが構成される。
By introducing impurity ions of a predetermined conductivity type into the surface of the
次に、図12に示すように、たとえばスパッタ法により、ゲート電極部10を覆うように半導体基板1上にニッケル層19が形成される。次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃、時間約30秒のランプアニール処理を施して、半導体基板1中のシリコンとニッケル層19のニッケルとを反応させることにより、ソース・ドレイン領域18a,18bの表面にニッケルシリサイド(NiSi)層20a,20bがそれぞれ形成される。その後、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約550℃、時間約30秒のランプアニール処理が施される。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、リン酸、硝酸、酢酸および水の混合液に半導体基板1を浸漬することにより、図13に示すように、未反応のニッケル層19が除去されてニッケルシリサイド層20a,20bの表面がそれぞれ露出する。こうして、半導体装置におけるトランジスタの主要部分が完成する。
Next, by immersing the
上述した半導体装置の製造方法では、サリサイドプロセスによりニッケルシリサイド層が形成されて、そのニッケルシリサイド層に対してアンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングを施すことによって、ゲート電極部を形成するためのパターニングが行なわれる。 In the semiconductor device manufacturing method described above, a nickel silicide layer is formed by a salicide process, and an anisotropic gas using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) is used for the nickel silicide layer. By performing plasma etching, patterning for forming the gate electrode portion is performed.
このエッチングにおいては、一酸化炭素ガスを使用することにより、蒸気圧の比較的高い反応生成物としてカルボニル化合物が生成されて、ニッケルシリサイド層における露出した加工表面に堆積する。堆積したカルボニル化合物はニッケルシリサイド層のエッチングレートを低下させてしまうところ、アンモニアガスを使用することによってそのカルボニル化合物が適度に除去される。これにより、エッチングレートが下がることなく、ニッケルシリサイド層のパターニングを精度よく効率的に行なうことができるようになる。 In this etching, by using carbon monoxide gas, a carbonyl compound is generated as a reaction product having a relatively high vapor pressure, and is deposited on the exposed processing surface in the nickel silicide layer. The deposited carbonyl compound reduces the etching rate of the nickel silicide layer, and the ammonia compound is used to remove the carbonyl compound appropriately. As a result, the nickel silicide layer can be patterned accurately and efficiently without decreasing the etching rate.
こうして、ニッケルシリサイド層に対しては、従来、物理的なスパッタによる方法でしか加工ができなかったところ、プラズマエッチングによってパターニングを行なうことができる。 Thus, the nickel silicide layer can be patterned by plasma etching, which can be conventionally processed only by a physical sputtering method.
上述したニッケルシリサイド層のパターニングにおいては、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングを例に挙げて説明したが、ニッケルシリサイド層に含まれるシリコンの残渣をなくすため、一般にポリシリコンのエッチングに使用される塩素(Cl2)ガスを併用することが望ましい。 In the above-described patterning of the nickel silicide layer, the anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) has been described as an example. However, the nickel silicide layer includes the nickel silicide layer. In order to eliminate silicon residues, it is desirable to use chlorine (Cl 2 ) gas, which is generally used for etching polysilicon.
すなわち、図14に示すように、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いたプラズマエッチング(CO/NH3系ステップ)と、塩素(Cl2)ガスを用いたプラズマエッチング(Cl2系ステップ)とを交互に行なう(ディジタルエッチング)ことによって、シリコンの残渣が効率的に除去されてニッケルシリサイド層のより精度の高いパターニングを行なうことができる。 That is, as shown in FIG. 14, plasma etching (CO / NH 3 step) using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) and plasma using chlorine (Cl 2 ) gas. By alternately performing etching (Cl 2 system step) (digital etching), the silicon residue can be efficiently removed, and the nickel silicide layer can be patterned with higher accuracy.
その条件の一例として、CO/NH3系ステップでは、たとえばアンモニア(NH3)の流量を約75cm3/minとし、一酸化炭素(CO)の流量を約25cm3/minとして、圧力約0.6Pa、ソース/バイアス=1500W/300Wのもとで、ニッケルシリサイド層8に異方性プラズマエッチングが施される。
As an example of the conditions, in the CO / NH 3 system step, for example, the flow rate of ammonia (NH 3 ) is about 75 cm 3 / min, the flow rate of carbon monoxide (CO) is about 25 cm 3 / min, and the pressure is about 0.003. The
一方、Cl2系ステップでは、たとえば塩素(Cl2)の流量を約100cm3/minとして、圧力0.4Pa、Pμ(マイクロ波パワー)=400W、Prf(RFパワー)=60Wのもとで、ニッケルシリサイド層8にECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチングが施される。
On the other hand, in the Cl 2 system step, for example, the flow rate of chlorine (Cl 2 ) is about 100 cm 3 / min, the pressure is 0.4 Pa, Pμ (microwave power) = 400 W, Prf (RF power) = 60 W, The
また、アンモニア(NH3)および一酸化炭素(CO)に塩素(Cl2)を添加したガスを用いたプラズマエッチングを施すことによっても、ニッケルシリサイド層に含まれるシリコンの残渣を低減することができる。 Further, by performing plasma etching using a gas obtained by adding chlorine (Cl 2 ) to ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO), the silicon residue contained in the nickel silicide layer can be reduced. .
その条件の一例として、たとえばアンモニア(NH3)の流量を約75cm3/minとし、一酸化炭素(CO)の流量を約25cm3/minとし、そして、塩素(Cl2)の流量を全体の数%程度になるように微量に添加して、圧力約0.6Pa、ソース/バイアス=1500W/300Wのもとで、ニッケルシリサイド層8に異方性プラズマエッチングを施すことによって、シリコンの残渣が効率的に除去されてニッケルシリサイド層のより精度の高いパターニングを行なうことができる。
As an example of the conditions, for example, the flow rate of ammonia (NH 3 ) is about 75 cm 3 / min, the flow rate of carbon monoxide (CO) is about 25 cm 3 / min, and the flow rate of chlorine (Cl 2 ) By adding a small amount so as to be about several percent and performing anisotropic plasma etching on the
このように、本半導体装置の製造方法では、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングによって、ニッケルシリサイド層のパターニングを精度よく行なうことができ、さらに、これらのガスを用いたプラズマエッチングと塩素ガスを用いたプラズマエッチングを交互に行なうことによって、シリコンの残渣を抑制して、さらに精度の高いパターニングを行なうことができる。 As described above, in this method of manufacturing a semiconductor device, the nickel silicide layer can be accurately patterned by anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO). Furthermore, by alternately performing plasma etching using these gases and plasma etching using chlorine gas, it is possible to suppress silicon residues and perform patterning with higher accuracy.
また、上述した半導体装置の製造方法では、ゲート電極部10に形成されるニッケルシリサイド層8aと、ソース・ドレイン領域18a,18bに形成されるニッケルシリサイド層20a,20bとは同じ工程ではなく、別々の工程において形成される。
In the semiconductor device manufacturing method described above, the
特に、図12に示すように、ニッケルシリサイド層20a,20bが形成される工程では、ゲート電極部10に形成されたニッケルシリサイド層8aがハードマスク9とサイドウォール絶縁膜15a等によって覆われた状態でシリサイド化が行なわれる。これにより、ゲート電極部に形成するニッケルシリサイド層と、ソース・ドレイン領域に形成するニッケルシリサイド層とを同じ工程において形成する場合と比べると、サイドウォール絶縁膜上にもニッケルシリサイド層が成長することによって、ゲート電極部10に形成されるニッケルシリサイド層8aと、ソース・ドレイン領域18a,18bに形成されるニッケルシリサイド層20a,20bとが電気的に短絡するのを防止することができる。
In particular, as shown in FIG. 12, in the step of forming the
さらに、上述した半導体装置の製造方法では、ゲート電極部10のハードマスク9、ニッケルシリサイド層8aおよびポリシリコン膜5aの側面上にサイドスペーサ13aおよびサイドウォール絶縁膜15aが形成されている。これにより、コンタクトホールを形成する際に、サイドスペーサ13aおよびサイドウォール絶縁膜15aの直下に位置する半導体基板の領域の部分がエッチングされるのを抑制することができる。このことについて説明する。
Further, in the semiconductor device manufacturing method described above, the
コンタクトホールとしてシェアードコンタクトホールを形成する場合には、図15に示すように、ゲート電極部10のニッケルシリサイド層8aとソース・ドレイン領域18bのニッケルシリサイド層20bの表面を露出するコンタクトホール21aが層間絶縁膜21に形成される。
When the shared contact hole is formed as the contact hole, as shown in FIG. 15, the
このとき、サイドスペーサ13aとサイドウォール絶縁膜15aがハードマスク9の上端から半導体基板1の表面にわたって形成されていることにより、エッチングに伴うサイドスペーサ13aとサイドウォール絶縁膜15aの幅(W)方向の後退を抑制することができる。その結果、露出した半導体基板1の表面にエッチングが施されて削られるのを防止することができる。
At this time, since the
これに対して、比較例に係る半導体装置の場合では、図16に示すように、サイドウォール絶縁膜115aがゲート電極部110のポリシリコン膜105aの上端から半導体基板の表面にわたって形成されているために、層間絶縁膜121にシェアードコンタクトホールを形成する際のエッチングに伴って、
サイドウォール絶縁膜115aの幅(W)方向が後退してしまい、露出した半導体基板101の表面にエッチングが施されて削られてしまうことがあった。
On the other hand, in the case of the semiconductor device according to the comparative example, as shown in FIG. 16, the
In some cases, the width (W) direction of the
また、コンタクトホールとしてセルフアラインコンタクトホールを形成する場合には、図17に示すように、間隔を隔てて配設された2つのゲート電極部10の間に位置するニッケルシリサイド層20bの表面を露出するコンタクトホールが層間絶縁膜21に自己整合的に形成される。
Further, when a self-aligned contact hole is formed as a contact hole, as shown in FIG. 17, the surface of the
この場合にも、サイドスペーサ13aとサイドウォール絶縁膜15aがハードマスク9の上端から半導体基板1の表面にわたって形成されていることにより、ニッケルシリサイド層8aの表面が露出するのが阻止される。これにより、露出したニッケルシリサイド層20bとゲート電極部10との電気的な短絡を防止することができる。
Also in this case, the
これに対して、比較例に係る半導体装置の場合では、図18に示すように、サイドウォール絶縁膜115aがゲート電極部110のポリシリコン膜105aの上端から半導体基板の表面にわたって形成されているために、層間絶縁膜121にコンタクトホールを形成する際のエッチングに伴って、ニッケルシリサイド層108aやポリシリコン膜105aの表面が露出してしまうことになる。そのため、ニッケルシリサイド層120bとゲート電極部110とが電気的に短絡してしまうため、セルフアラインコンタクトホール121bを形成することができなかった。
On the other hand, in the case of the semiconductor device according to the comparative example, as shown in FIG. 18, the
また、上述した半導体装置の製造方法では、ゲート電極部10に形成されるニッケルシリサイド層8aと、ソース・ドレイン領域18a,18bに形成されるニッケルシリサイド層20a,20bとは、別々の工程において形成されることによって、図13に示すように、ニッケルシリサイド層8aの厚さt1と、ニッケルシリサイド層20a,20bの厚さt2とを互いに異なる厚さにすることができる。
Further, in the semiconductor device manufacturing method described above, the
これにより、たとえば、ゲート電極部10に形成されるニッケルシリサイド層8aの厚さを相対的に厚く、ソース・ドレイン領域18a,18bに形成されるニッケルシリサイド層20a,20bの厚さを相対的に薄く形成することによって、あるいは、サリサイドプロセス条件を変えてニッケルシリサイドの膜質を変えることによって、ゲート電極の低抵抗化を図るとともに、接合リークの低減を図ることができる。
Thereby, for example, the thickness of the
なお、膜質としては、ニッケルシリサイドのたとえば組成比や密度などがこれに該当する。ニッケル層の膜厚を変えて、その膜厚に対応した熱処理を施すことによりニッケルシリサイド層の組成比や密度を変えることができる。ニッケルをより多く含有させるにはニッケル層の膜厚をより厚くすることが好ましい。より具体的に、ニッケルシリサイドの組成としては、Ni3Si〜NiSi2が想定される。また、ニッケル層の膜厚としては、約250nm程度の膜厚が想定される。 As the film quality, for example, the composition ratio and density of nickel silicide correspond to this. The composition ratio and density of the nickel silicide layer can be changed by changing the thickness of the nickel layer and performing heat treatment corresponding to the thickness. In order to contain more nickel, it is preferable to increase the thickness of the nickel layer. More specifically, Ni3Si to NiSi2 are assumed as the composition of nickel silicide. Further, the thickness of the nickel layer is assumed to be about 250 nm.
実施の形態2
ここでは、ゲート電極材料としてニッケルシリサイドを適用した半導体装置の製造方法について説明する。まず、図19に示すように、半導体基板1上にゲート絶縁膜となる絶縁膜3が形成される。その絶縁膜3上に、たとえば、スパッタ法によりニッケル層が形成され、そのニッケル層にサリサイドプロセスを施すことによってニッケルシリサイド層4が形成される。次に、図20に示すように、ニッケルシリサイド層4上に、ゲート電極をパターニングするためのハードマスク9が形成される。
Embodiment 2
Here, a method for manufacturing a semiconductor device using nickel silicide as a gate electrode material will be described. First, as shown in FIG. 19, an insulating
次に、そのハードマスク9をマスクとして、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングをニッケルシリサイド層4に施すことによって、図21に示すように、ゲート電極の一部となるニッケルシリサイド層4aを残して、他の部分のニッケルシリサイド層4が除去される。
Next, the
このとき、前述したように、シリコン残渣を抑制するために、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いたプラズマエッチング(CO/NH3系ステップ)と、塩素(Cl2)ガスを用いたプラズマエッチング(Cl2系ステップ)とを交互に行なってもよい。また、アンモニア(NH3)および一酸化炭素(CO)に塩素(Cl2)を添加したガスを用いたプラズマエッチングを施してもよい。こうして、ゲート電極本体となるニッケルシリサイド層4aと、ゲート絶縁膜3aが形成される。
At this time, as described above, in order to suppress silicon residue, plasma etching (CO / NH 3 step) using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO), chlorine (Cl 2 ) Plasma etching using a gas (Cl 2 system step) may be performed alternately. Further, plasma etching using a gas obtained by adding chlorine (Cl 2 ) to ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) may be performed. In this way, the
次に、図22に示すように、ハードマスク9等をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる低濃度不純物領域11a,11bが形成される。次に、図23に示すように、たとえばCVD法によりハードマスク9等を覆うように、半導体基板1上に膜厚約5〜10nmの絶縁膜13が形成される。次に、図24に示すように、たとえばCVD法によって絶縁膜13上にさらに絶縁膜15が形成される。
Next, as shown in FIG. 22, by using the
次に、図25に示すように、絶縁膜15,13に異方性エッチングを施すことにより、ポリシリコン膜5a等の両側面上のそれぞれに、サイドウォールスペーサ13aおよびサイドウォール絶縁膜15aが形成される。こうして、ポリシリコン膜5a、ニッケルシリサイド層4aおよびサイドウォール絶縁膜15a等を含むゲート電極部10が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 25, by performing anisotropic etching on the insulating
そのゲート電極部10をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる高濃度不純物領域17a,17bが形成される。低濃度不純物領域11a,11bと高濃度不純物領域17a,17bとによって、1対のソース・ドレイン領域18a,18bが構成される。
By introducing impurity ions of a predetermined conductivity type into the surface of the
次に、図26に示すように、たとえばスパッタ法により、ゲート電極10を覆うように半導体基板1上にニッケル層19が形成される。次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃、時間約30秒のランプアニール処理を施して、半導体基板1中のシリコンとニッケル層19のニッケルとを反応させることにより、ソース・ドレイン領域18a,18bの表面にニッケルシリサイド(NiSi)層20a,20bがそれぞれ形成される。その後、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約550℃、時間約30秒のランプアニール処理が施される。
Next, as shown in FIG. 26, a
次に、リン酸、硝酸、酢酸および水の混合液に半導体基板1を浸漬することにより、図27に示すように、未反応のニッケル層19が除去されてニッケルシリサイド層20a,20bの表面がそれぞれ露出する。こうして、半導体装置におけるトランジスタの主要部分が完成する。
Next, by immersing the
上述した半導体装置の製造方法では、ニッケルシリサイド層そのものを半導体基板1に形成し、これをパターニングすることによってゲート電極部10が形成される。これにより、ゲート電極部の形成において、金属(ニッケル)シリサイド化のための工程が不要になり製造工程を削減することができる。
In the semiconductor device manufacturing method described above, the nickel silicide layer itself is formed on the
なお、上述した製造方法では、ニッケルシリサイド層そのものを半導体基板に形成してゲート電極部を形成する場合を例に挙げて説明したが、ゲート電極部を構成する材料としては、ニッケルシリサイド層の他にニッケル層を適用してもよい。 In the manufacturing method described above, the case where the nickel silicide layer itself is formed on the semiconductor substrate and the gate electrode portion is formed has been described as an example. However, the material constituting the gate electrode portion is not limited to the nickel silicide layer. A nickel layer may be applied.
この場合にも、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングを施すことによってニッケル層のパターニングを行なうことができる。 Also in this case, the nickel layer can be patterned by performing anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO).
また、ニッケルから形成されたゲート電極部の場合には、ゲート電極部がニッケルシリサイド層を含む場合と比べて、ソース・ドレイン領域の表面にニッケルシリサイド層を形成する際のランプアニールによって、ゲート電極のニッケルシリサイド(NiSi)層が
、NiSi2に変化することがなく、抵抗が高くなるのを回避することができる。
Further, in the case of the gate electrode portion formed of nickel, the gate electrode portion is formed by lamp annealing when the nickel silicide layer is formed on the surface of the source / drain region as compared with the case where the gate electrode portion includes the nickel silicide layer. This nickel silicide (NiSi) layer does not change to NiSi 2, and it is possible to avoid an increase in resistance.
実施の形態3
ここでは、ソース・ドレイン領域がニッケルシリサイド層そのものから形成される場合を例に挙げて説明する。
Here, a case where the source / drain regions are formed from the nickel silicide layer itself will be described as an example.
まず、前述した図1〜図7に示す工程と同様にして、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングをニッケルシリサイド層に施すことによって、図28に示すように、ゲート電極部の一部となるニッケルシリサイド層8a等が形成される。
First, by performing anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) on the nickel silicide layer in the same manner as the steps shown in FIGS. As shown in FIG. 28, a
次に、たとえばCVD法によりハードマスク9等を覆うように、半導体基板1上に膜厚約5〜10nmの絶縁膜(図示せず)が形成される。その絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより、図29に示すように、ポリシリコン膜5a等の両側面上のそれぞれに、サイドウォールスペーサ13aが形成される。
Next, an insulating film (not shown) having a film thickness of about 5 to 10 nm is formed on the
次に、図30に示すように、たとえばスパッタ法により、ゲート電極部10を覆うように半導体基板1上にニッケル層19が形成される。次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃、時間約30秒のランプアニール処理を施して、半導体基板1中のシリコンとニッケル層19のニッケルとを反応させることにより、半導体基板1の表面にニッケルシリサイド(NiSi)層20a,20bがそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 30, a
次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約550℃、時間約30秒のランプアニール処理が施される。こうして形成されるニッケルシリサイド層20a,20bが、ソース・ドレイン領域18a,18bとなる。その後、リン酸、硝酸、酢酸および水の混合液に半導体基板1を浸漬することにより、未反応のニッケル層19が除去される。
Next, lamp annealing is performed under a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of about 550 ° C. for a time of about 30 seconds. The
次に、たとえばCVD法によってハードマスク9等を覆うように、半導体基板1上に絶縁膜(図示せず)が形成される。次に、その絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより、図31に示すように、ポリシリコン膜5a等の両側面上のそれぞれにサイドウォール絶縁膜15aが形成される。こうして、半導体装置におけるトランジスタの主要部分が完成する。
Next, an insulating film (not shown) is formed on the
上述した製造方法では、実施の形態1において説明した効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、ソース・ドレイン領域の形成にイオン注入法を適用しないので、イオン注入を含めイオン注入に伴うアニール処理等が不要になる。これにより、製造工程の削減を図ることができるとともに、プロセスの低温化を図ることができる。 In the manufacturing method described above, the following effects are obtained in addition to the effects described in the first embodiment. That is, since the ion implantation method is not applied to the formation of the source / drain regions, an annealing process accompanying ion implantation including ion implantation becomes unnecessary. As a result, the number of manufacturing steps can be reduced, and the temperature of the process can be reduced.
なお、上述した製造方法では、ゲート電極部としてニッケルシリサイド層とポリシリコン膜を形成する場合を例に挙げて説明したが、実施の形態2において説明したように、ニッケルシリサイド層そのものを形成したり、あるいは、ニッケル層を形成してもよい。 In the manufacturing method described above, the case where the nickel silicide layer and the polysilicon film are formed as the gate electrode portion has been described as an example. However, as described in the second embodiment, the nickel silicide layer itself may be formed. Alternatively, a nickel layer may be formed.
実施の形態4
実施の形態4では、金属シリサイドからなるゲート電極部を備えた半導体装置の製造方法について説明する。まず、図32に示すように、半導体基板1の主表面に、たとえばHfSiONなどのhigh−k膜からなりゲート絶縁膜となる絶縁膜3が形成される。その絶縁膜3上に、たとえばCVD法によってポリシリコン膜5が形成される。
In the fourth embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device having a gate electrode portion made of metal silicide will be described. First, as shown in FIG. 32, an insulating
次に、図33に示すように、たとえばスパッタ法によって、ポリシリコン膜5上にニッケル(Ni)層7が形成される。そのニッケル層7上にゲート電極をパターニングするためのレジストパターン30が形成される。
Next, as shown in FIG. 33, a nickel (Ni)
次に、そのレジストパターン30をマスクとして、前述したように、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングをニッケル層7に施し、引き続き、ポリシリコン膜5に異方性エッチングを施すことによって、図34に示すように、ゲート電極を形成するためのポリシリコン膜5aおよびニッケル層7aが形成される。その後、レジストパターンが除去される。
Next, using the resist
次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃のランプアニール処理を施して、ポリシリコン膜5a中のシリコンとニッケル層7aのニッケルとを反応させることにより、図35に示すように、ポリシリコン膜5aとニッケル層7aの全体をニッケルシリサイド層8にする。なお、このようなニッケルシリサイド層8から形成されるゲート電極は、FUSI(Full Silicide)電極と称される。次に、図36に示すように、ニッケルシリサイド層8と半導体基板1との間に介在する絶縁膜3の部分を残して、他の領域に位置する絶縁膜3の部分が除去される。
Next, lamp annealing is performed at a temperature of about 320 ° C. under a nitrogen (N 2 ) atmosphere to react silicon in the
次に、図37に示すように、ニッケルシリサイド層8をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる低濃度不純物領域11a,11bが形成される。
Next, as shown in FIG. 37, impurity ions of a predetermined conductivity type are introduced into the surface of the
次に、図38に示すように、たとえばCVD法によりニッケルシリサイド層8を覆うように、半導体基板1上に膜厚約5〜10nmの絶縁膜13が形成される。次に、図39に示すように、たとえばCVD法によって絶縁膜13上にさらに絶縁膜15が形成される。
Next, as shown in FIG. 38, an insulating
次に、図40に示すように、絶縁膜15,13に異方性エッチングを施すことにより、ニッケルシリサイド層8の両側面上のそれぞれに、サイドウォールスペーサ13aおよびサイドウォール絶縁膜15aが形成される。こうして、ニッケルシリサイド層8およびサイドウォール絶縁膜15a等を含むゲート電極部10が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 40, by performing anisotropic etching on the insulating
次に、そのゲート電極部10をマスクとして、所定導電型の不純物イオンを半導体基板1の表面に導入することにより、ソース・ドレイン領域の一部となる高濃度不純物領域17a,17bが形成される。低濃度不純物領域11a,11bと高濃度不純物領域17a,17bとによって、1対のソース・ドレイン領域18a,18bが構成される。
Next, impurity ions of a predetermined conductivity type are introduced into the surface of the
次に、図41に示すように、たとえばスパッタ法により、ゲート電極部10を覆うように半導体基板1上にニッケル層19が形成される。次に、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約320℃、時間約30秒のランプアニール処理を施して、半導体基板1中のシリコンとニッケル層19のニッケルとを反応させることにより、ソース・ドレイン領域18a,18bの表面にニッケルシリサイド(NiSi)層20a,20bがそれぞれ形成される。その後、窒素(N2)雰囲気のもとで、温度約550℃、時間約30秒のランプアニール処理が施される。
Next, as shown in FIG. 41, a
次に、リン酸、硝酸、酢酸および水の混合液に半導体基板1を浸漬することにより、図42に示すように、未反応のニッケル層19が除去されてニッケルシリサイド層20a,20bの表面がそれぞれ露出する。こうして、半導体装置におけるトランジスタの主要部分が完成する。
Next, by immersing the
上述した半導体装置の製造方法では、ゲート電極を形成するためのニッケル層に対してアンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)とを含むガスを用いた異方性のプラズマエッチングを施すことによって、ゲート電極部のパターニングを精度よく行なうことができる。 In the semiconductor device manufacturing method described above, anisotropic plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO) is performed on the nickel layer for forming the gate electrode. The patterning of the gate electrode portion can be performed with high accuracy.
なお、上述した半導体装置の製造方法では、図35に示す工程においてニッケル層7aとポリシリコン膜5aの全体をニッケルシリサイド層にする場合を例に挙げて説明したが、ニッケル層7aとポリシリコン膜5aの全体をニッケルシリサイド層にする必要はなく、ソース・ドレイン領域18a,18bの表面にニッケルシリサイド(NiSi)層20a,20bを形成する際の熱処理によって、ニッケル層7aとポリシリコン膜5aの全体がニッケルシリサイド層になるようにすればよい。
In the semiconductor device manufacturing method described above, the
今回開示された実施の形態は例示であって、これに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体基板、3,13,15 絶縁膜、3a ゲート絶縁膜、4,4Wa,8,8a,20a,20b ニッケルシリサイド層、5,5a ポリシリコン膜、7,19 ニッケル層、9 ハードマスク、10 ゲート電極部、11a,11b 低濃度不純物領域、13a サイドスペーサ、15a サイドウォール絶縁膜、17a,17b 高濃度不純物領域、18a,18b ソース・ドレイン領域、21 層間絶縁膜、21a シェアードコンタクトホール、21b セルフアラインコンタクトホール。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記導電層上にマスク部材を形成する工程と、
前記マスク部材をマスクとして前記導電層に所定のエッチングを施すことにより、前記導電層を所定の形状にパターニングするパターニング工程と
を備え、
前記パターニング工程における前記所定のエッチングは、アンモニア(NH3)と一酸化炭素(CO)を含むガスを用いた第1プラズマエッチングを含む、半導体装置の製造方法。 Forming a predetermined conductive layer including either a nickel silicide layer or a nickel layer on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming a mask member on the conductive layer;
A patterning step of patterning the conductive layer into a predetermined shape by performing predetermined etching on the conductive layer using the mask member as a mask,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the predetermined etching in the patterning step includes first plasma etching using a gas containing ammonia (NH 3 ) and carbon monoxide (CO).
前記パターニング工程では、前記第1プラズマエッチングと前記第2プラズマエッチングとが交互に行なわれる、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The predetermined etching includes a second plasma etching using a gas containing chlorine (Cl 2 ),
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the patterning step, the first plasma etching and the second plasma etching are alternately performed.
前記パターニング工程の前記第1プラズマエッチングでは、前記アンモニア(NH3)、前記一酸化炭素(CO)および前記塩素(Cl2)を含むガスを用いたプラズマエッチングが行なわれる、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 In the predetermined etching, chlorine (Cl 2 ) is further added,
2. The semiconductor according to claim 1, wherein in the first plasma etching of the patterning step, plasma etching is performed using a gas containing the ammonia (NH 3 ), the carbon monoxide (CO), and the chlorine (Cl 2 ). Device manufacturing method.
前記ゲート電極部を形成した後、
前記ゲート電極部を覆うように前記半導体基板上にニッケル層を形成する工程と、
所定の熱処理を施して前記半導体基板におけるシリコンと前記ニッケル層のニッケルとを反応させることにより、前記ゲート電極部を挟んで、前記ゲート電極部の一方の側部の側に位置する前記半導体基板の部分と、前記ゲート電極部の他方の側部の側に位置する前記半導体基板の部分とにニッケルシリサイド層をそれぞれ形成する工程と
をさらに備えた、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The patterning step includes a step of forming a gate electrode portion extending with a predetermined width on a main surface of the semiconductor substrate,
After forming the gate electrode portion,
Forming a nickel layer on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode portion;
By performing a predetermined heat treatment to react silicon in the semiconductor substrate with nickel in the nickel layer, the semiconductor substrate positioned on one side of the gate electrode portion with the gate electrode portion interposed therebetween 4. The semiconductor according to claim 1, further comprising a step of forming a nickel silicide layer on the portion and the portion of the semiconductor substrate located on the other side of the gate electrode portion. Device manufacturing method.
前記ゲート電極部を覆うように前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより、前記ゲート電極部と前記ニッケルシリサイド層とに平面的にオーバラップして、前記ゲート電極部と前記ニッケルシリサイドの表面を露出する開口部を形成する工程と
を備えた、請求項5記載の半導体装置の製造方法。 After forming the gate electrode portion,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode portion;
By performing anisotropic etching on the insulating film, the gate electrode portion and the nickel silicide layer are planarly overlapped to form an opening exposing the surface of the gate electrode portion and the nickel silicide. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, comprising a step.
2本の前記ゲート電極部を形成した後、
2本の前記ゲート電極部を覆うように前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより、一のゲート電極と他のゲート電極部との間に位置する前記半導体基板の領域に位置する前記ニッケルシリサイドの部分の表面を露出する開口部を自己整合的に形成する工程と
を備えた、請求項5記載の半導体装置の製造方法。 The patterning step includes a step of forming two gate electrode portions at a predetermined interval,
After forming the two gate electrode portions,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the two gate electrode portions;
By performing anisotropic etching on the insulating film, an opening exposing the surface of the nickel silicide portion located in the region of the semiconductor substrate located between one gate electrode and another gate electrode portion is formed. 6. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming in a self-aligning manner.
前記ゲート電極部を挟んで前記ゲート電極部の一方の側部の側に位置する前記半導体基板の領域と、前記ゲート電極部の他方の側部の側に位置する前記半導体基板の領域とに形成された1対の第2ニッケルシリサイド層と
を備え、
前記第1ニッケルシリサイド層と前記第2ニッケルシリサイド層とは、膜厚および膜質の少なくともいずれかが異なる、半導体装置。 A gate electrode portion formed on the main surface of the semiconductor substrate and including a first nickel silicide layer;
Formed in the region of the semiconductor substrate located on one side of the gate electrode portion and the region of the semiconductor substrate located on the other side of the gate electrode portion across the gate electrode portion A pair of second nickel silicide layers formed,
The semiconductor device in which the first nickel silicide layer and the second nickel silicide layer are different in at least one of film thickness and film quality.
前記第1ニッケルシリサイド層を含むゲート電極本体と、
前記ゲート電極本体上に形成されたマスク部材と、
前記ゲート電極本体および前記マスク部材の両側面上に形成された側壁絶縁膜と
を含む、請求項8記載の半導体装置。 The gate electrode portion is
A gate electrode body including the first nickel silicide layer;
A mask member formed on the gate electrode body;
The semiconductor device according to claim 8, further comprising a sidewall insulating film formed on both side surfaces of the gate electrode body and the mask member.
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JP2005304623A JP2007115830A (en) | 2005-10-19 | 2005-10-19 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10304683B2 (en) * | 2017-10-31 | 2019-05-28 | Globalfoundries Inc. | Early gate silicidation in transistor elements |
CN111640663A (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-08 | 东京毅力科创株式会社 | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
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-
2005
- 2005-10-19 JP JP2005304623A patent/JP2007115830A/en not_active Withdrawn
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