JP3329628B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に、エレベーティッドソース/ドレイン
構造を有するMOS型の半導体装置の製造方法に関す
る。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a MOS type semiconductor device having an elevated source / drain structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置は、その高集積化に伴
って素子の微細化が進むと共に、その一方で素子の微細
化に伴う問題が発生している。例えば、MOS型トラン
ジスタでは、ゲート長を短くした場合、しきい値電圧が
低下するなどの短チャネル効果が深刻な問題となってい
る。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have been miniaturized as the degree of integration has increased, and on the other hand, there have been problems associated with the miniaturization of elements. For example, in a MOS transistor, when the gate length is reduced, a short channel effect such as a decrease in threshold voltage is a serious problem.
【0003】短チャネル効果は、不純物拡散層を充分に
浅くすると、緩和される。しかしながら、不純物拡散層
を薄くすると、拡散層抵抗を増加させてソース・ドレイ
ン間の寄生抵抗を増大させてしまう。このため、MOS
型トランジスタでは、この種の寄生抵抗の低減が切望さ
れている。[0003] The short channel effect is mitigated by making the impurity diffusion layer sufficiently shallow. However, when the impurity diffusion layer is made thin, the resistance of the diffusion layer is increased and the parasitic resistance between the source and the drain is increased. For this reason, MOS
In a type transistor, reduction of this kind of parasitic resistance is desired.
【0004】ここで、寄生抵抗の低減を図る観点から低
い電気抵抗を得る技術として、ソース・ドレイン領域上
にシリサイドを形成する方法が行なわれている。Here, as a technique for obtaining a low electric resistance from the viewpoint of reducing the parasitic resistance, a method of forming silicide on source / drain regions has been used.
【0005】一般に、ソース・ドレイン領域上にシリサ
イドを形成するには、シリコン基板に金属をスパッタし
て加熱し、この金属と半導体とを反応させる方法が用い
られている。この方法では、(1)拡散層が金属と反応
する分だけ消費されること、(2)形成されたシリサイ
ドとシリコンとの界面に凹凸があること、(3)シリサ
イド形成時にその反応に伴う点欠陥が基板内部に拡散し
て接合特性を劣化させること等の(1)〜(3)の理由
から拡散層の厚みがある程度必要となる。In general, in order to form silicide on source / drain regions, a method is used in which a metal is sputtered on a silicon substrate, heated, and the metal reacts with a semiconductor. According to this method, (1) the diffusion layer is consumed as much as reacts with the metal, (2) there is unevenness at the interface between the formed silicide and silicon, and (3) the reaction accompanying the reaction at the time of silicide formation. For reasons (1) to (3), such as the fact that defects are diffused into the inside of the substrate to deteriorate the bonding characteristics, a certain thickness of the diffusion layer is required.
【0006】しかしながら、拡散層の厚みを増加させる
と、従来の拡散層がイオン注入のみで形成されることか
ら拡散層深さを増加させてしまい、素子の微細化に相反
してしまう問題がある。However, when the thickness of the diffusion layer is increased, the conventional diffusion layer is formed only by ion implantation, so that the depth of the diffusion layer is increased, which is contradictory to miniaturization of the device. .
【0007】この問題を解決するために、エレベーティ
ドソース/ドレインと呼ばれる構造が提案されている。
エレベーティドソース/ドレインは、イオン注入を用い
てソース・ドレインを形成した後、このソース・ドレイ
ン上に単結晶シリコン層を選択エピタキシャル成長させ
てソース・ドレイン領域の高さを持ち上げている。この
ため、拡散層深さを増加させることなく、低抵抗化のた
めのシリサイドが形成可能となっている。To solve this problem, a structure called elevated source / drain has been proposed.
In the elevated source / drain, after forming a source / drain using ion implantation, a single crystal silicon layer is selectively epitaxially grown on the source / drain to increase the height of the source / drain region. For this reason, silicide for lowering the resistance can be formed without increasing the depth of the diffusion layer.
【0008】図7及び図8はこのエレベーティドソース
/ドレイン構造の適用されたMOS型トランジスタの製
造方法を示す工程断面図である。図7(a)に示すよう
に、n型シリコン基板1の表面に選択酸化法により素子
分離絶縁膜2を形成する。次いで、n型シリコン基板1
上に熱酸化によりゲート酸化膜3を形成する。ゲート酸
化膜3上にはゲート電極として、不純物ドープ多結晶シ
リコン膜4、タングステンシリサイド膜5を順次形成す
る。しかる後、全面にLP−CVD法によりシリコン酸
化膜6を形成し、これら積層膜を反応性イオンエッチン
グ法によりエッチングしてゲート部を形成する。FIGS. 7 and 8 are sectional views showing the steps of a method for manufacturing a MOS transistor to which the elevated source / drain structure is applied. As shown in FIG. 7A, an element isolation insulating film 2 is formed on the surface of an n-type silicon substrate 1 by a selective oxidation method. Next, the n-type silicon substrate 1
A gate oxide film 3 is formed thereon by thermal oxidation. On the gate oxide film 3, an impurity-doped polycrystalline silicon film 4 and a tungsten silicide film 5 are sequentially formed as a gate electrode. Thereafter, a silicon oxide film 6 is formed on the entire surface by the LP-CVD method, and these laminated films are etched by a reactive ion etching method to form a gate portion.
【0009】次に、図7(b)に示すように、ゲート部
の側壁にCVD法及び異方性ドライエッチングを用いて
シリコン窒化膜からなる側壁ゲート絶縁膜7を形成す
る。Next, as shown in FIG. 7B, a sidewall gate insulating film 7 made of a silicon nitride film is formed on the sidewall of the gate portion by using the CVD method and anisotropic dry etching.
【0010】次に、図7(c)に示すように、ゲート部
をマスクとしてBF2 + イオンを打込み、しかる後、熱
処理によりボロンを活性化させてソース・ドレイン領域
となる拡散層8を形成する。Next, as shown in FIG. 7C, BF 2 + ions are implanted using the gate portion as a mask, and thereafter boron is activated by heat treatment to form a diffusion layer 8 serving as a source / drain region. I do.
【0011】次に、図8(d)に示すように、シリコン
基板1表面に選択エピタキシャル成長により単結晶シリ
コン層9を形成する。単結晶シリコン層9には、拡散層
8と同様にBF2 + イオンが注入され、熱処理される。
しかる後、全面にスパッタ法により、チタン薄膜、チタ
ンナイトライド薄膜が順次堆積される。Next, as shown in FIG. 8D, a single crystal silicon layer 9 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by selective epitaxial growth. BF 2 + ions are implanted into the single-crystal silicon layer 9 in the same manner as the diffusion layer 8 and heat-treated.
Thereafter, a titanium thin film and a titanium nitride thin film are sequentially deposited on the entire surface by a sputtering method.
【0012】次に、図8(e)に示すように、窒素雰囲
気中の熱処理によりチタン薄膜をシリコン基板と反応さ
せ、ソース・ドレイン領域上にのみチタンシリサイド膜
10を形成する。しかる後、例えばフッ化水素酸の水溶
液、硫酸と過酸化水素の混合溶液により、チタンナイト
ライド膜及び絶縁膜上の未反応のチタン薄膜を選択的に
除去する。Next, as shown in FIG. 8E, the titanium thin film is reacted with the silicon substrate by heat treatment in a nitrogen atmosphere, and a titanium silicide film 10 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively removed by, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
【0013】次に、図8(f)に示すように、全面にC
VD法によりシリコン酸化膜11を堆積し、異方性ドラ
イエッチングによりシリコン酸化膜11にコンタクトホ
ールを開口する。しかる後、シリコン及び銅を微量に含
むアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜をパタ
ーニングしてソース・ドレイン電極12を形成する。次
いで、水素を含む窒素雰囲気中で熱処理し、完成する。Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 11 is deposited by the VD method, and a contact hole is opened in the silicon oxide film 11 by anisotropic dry etching. Thereafter, an aluminum film containing trace amounts of silicon and copper is formed, and the aluminum film is patterned to form the source / drain electrodes 12. Next, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere containing hydrogen to complete the process.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うなエレベーティドソース/ドレイン構造のMOS型ト
ランジスタでは、シリコン膜を持ち上げる際に、選択エ
ピタキシャル成長により単結晶シリコン層9を形成する
ので、図8(d)に示すように、単結晶シリコン層9の
端部にファセットが形成される。この場合、ファセット
部は実効的に膜厚が薄くなるため、接合特性の劣化を引
起こす。However, in the above MOS type transistor having the elevated source / drain structure, when the silicon film is lifted, the single crystal silicon layer 9 is formed by selective epitaxial growth. As shown in d), a facet is formed at the end of the single crystal silicon layer 9. In this case, the thickness of the facet portion is effectively reduced, so that the junction characteristics are deteriorated.
【0015】また、エピタキシャル成長で形成されるシ
リコン膜がノンドープである場合、これを低抵抗化する
ために、拡散層8と同じタイプの不純物をイオン注入す
る。しかしながら、ファセット部の膜厚が薄いため、図
9に示すように、ファセット部の下の拡散層8では不純
物が深くまで拡散されてしまい、前述した短チャネル効
果が現れてトランジスタ特性の信頼性を低下させる問題
がある。When the silicon film formed by epitaxial growth is non-doped, the same type of impurity as that of the diffusion layer 8 is ion-implanted in order to reduce the resistance of the silicon film. However, since the thickness of the facet portion is small, the impurity is diffused deeply in the diffusion layer 8 below the facet portion, as shown in FIG. There is a problem of lowering.
【0016】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、ファセットによる膜厚の減少を阻止して拡散層の厚
みを実効的に増加させ、もって、トランジスタ特性の信
頼性を向上し得る半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents a decrease in film thickness due to facets, effectively increases the thickness of a diffusion layer, and thereby improves the reliability of transistor characteristics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半導体基板の一主面上にMOS構造を有す
る半導体装置の製造方法において、ゲート部、ソース領
域、ドレイン領域を形成する工程と、前記形成の後、ハ
ロゲン系材料ガスのマイクロ放電により、生成された活
性種を前記半導体基板の一主面上に供給する工程と、前
記供給の後、前記ソース領域及び前記ドレイン領域上に
のみアモルファスシリコンを選択的に堆積させる工程
と、前記堆積させたアモルファスシリコンを単結晶化す
る工程とを含んでいる半導体装置の製造方法を提供す
る。According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device having a MOS structure on one main surface of a semiconductor substrate, wherein a gate portion, a source region, and a drain region are formed. Step and after the formation,
The activity generated by micro-discharge of the
Supplying a sex species onto one main surface of the semiconductor substrate;
After the serial supply, before Kiso over source region and the drain region
Only selectively depositing amorphous silicon, and monocrystallizing the deposited amorphous silicon.
And a method of manufacturing a semiconductor device.
【0018】また、前記アモルファスシリコンとしては
III 族又はV族元素を含有していることが望ましい。Further, as the amorphous silicon,
It preferably contains a Group III or V element.
【0019】また、前記ハロゲン系材料ガスは、C
F 4 、F 2 、Cl 2 、SF 6 、HF又はClF 3 のいず
れかのハロゲン系材料を用いるようにしてもよい。The halogen-based material gas is C
F 4, F 2, Cl 2 , SF 6, HF , or ClF 3 Noise
Any of these halogen-based materials may be used.
【0020】従って、請求項1に対応する発明は以上の
ような手段を講じたことにより、ゲート部、ソース領
域、ドレイン領域を形成し、この形成の後、ハロゲン系
材料ガスのマイクロ放電により、生成された活性種を半
導体基板の一主面上に供給し、この供給の後、ソース領
域及びドレイン領域上にのみアモルファスシリコンを選
択的に堆積させ、この堆積させたアモルファスシリコン
を単結晶化するので、拡散層領域にのみアモルファスシ
リコンを選択的に堆積し、ファセットによる膜厚の減少
を阻止して拡散層の厚みを実効的に増加させ、もって、
トランジスタ特性の信頼性を向上させることができる。[0020] Therefore, by took measures as invention or corresponding to claim 1, the gate portion, to form a source region, a drain region, after the formation, halogenated
Activated species generated by micro-discharge of material gas
Supplied onto the one main surface of the conductor substrate, after this supply, source over the amorphous silicon only source region and the drain region is selectively deposited, amorphous silicon is the deposit
The as they may turn into single crystals, and selectively depositing amorphous silicon only to the diffusion layer region, effectively increasing the thickness of preventing a reduction in thickness diffusion layer faceted, with,
The reliability of transistor characteristics can be improved.
【0021】また、請求項2に対応する発明は、アモル
ファスシリコンがIII 族又はV族元素を含有しているの
で、請求項1に対応する作用と同様の作用に加え、pチ
ャネル型でもnチャネル型でも対応でき、優れた汎用性
を奏することができる。According to a second aspect of the present invention, the amorphous silicon contains a group III or group V element. It can also be used with molds, and can exhibit excellent versatility.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0023】図1は本発明の実施の形態に係るエレベー
ティドソース/ドレイン構造の適用されたMOS型トラ
ンジスタの構成を示す断面図であり、図8(f)と同一
部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述べる。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a MOS transistor to which an elevated source / drain structure according to an embodiment of the present invention is applied. The same parts as those in FIG. The detailed description is omitted, and only different parts are described here.
【0024】すなわち、本実施の形態に係るMOS型ト
ランジスタは、ファセットに伴う膜厚の減少の阻止を図
るものであり、具体的には図1に示すように、ファセッ
トを有する単結晶シリコン層9に代えて、アモルファス
シリコン膜を平坦に堆積し、熱処理により、単結晶シリ
コン膜21bとさせた構造となっている。なお、アモル
ファスシリコン膜は、非晶質であるためにファセットが
形成されない。That is, the MOS transistor according to the present embodiment is intended to prevent a decrease in the film thickness due to the facet, and more specifically, as shown in FIG. Instead, an amorphous silicon film is deposited flat, and a single crystal silicon film 21b is formed by heat treatment. Note that facets are not formed in the amorphous silicon film because it is amorphous.
【0025】次に、このようなMOS型トランジスタの
製造方法を図2及び図3の工程断面図を用いて説明す
る。Next, a method for manufacturing such a MOS transistor will be described with reference to FIGS.
【0026】いま、図2(a)に示すように、例えば、
面方位(100)で比抵抗4〜6Ωcmのn型シリコン
基板1の表面に選択酸化法により0.6μm厚の素子分
離絶縁膜2を形成する。次いで、n型シリコン基板1上
に熱酸化により10nm厚のゲート酸化膜3を形成す
る。ゲート酸化膜3上にはゲート電極として、100n
m厚の不純物ドープ多結晶シリコン膜4、タングステン
シリサイド膜5を順次形成する。しかる後、全面にLP
−CVD法によりシリコン酸化膜6を形成し、これら積
層膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングして
ゲート部を形成する。Now, for example, as shown in FIG.
An element isolation insulating film 2 having a thickness of 0.6 μm is formed on a surface of an n-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm by a selective oxidation method. Next, a 10-nm-thick gate oxide film 3 is formed on the n-type silicon substrate 1 by thermal oxidation. On the gate oxide film 3, 100 n is formed as a gate electrode.
An m-thick impurity-doped polycrystalline silicon film 4 and a tungsten silicide film 5 are sequentially formed. After a while, LP on the whole surface
Forming a silicon oxide film 6 by a CVD method, and etching these stacked films by a reactive ion etching method to form a gate portion;
【0027】次に、図2(b)に示すように、ゲート部
の側壁に厚さ100nm程度のシリコン窒化膜からなる
側壁ゲート絶縁膜7を形成する。この側壁ゲート絶縁膜
7は、例えば、全面に厚さ50nmのシリコン窒化膜を
CVD法により堆積した後、異方性ドライエッチングに
より全面エッチングすることにより得られる。Next, as shown in FIG. 2B, a sidewall gate insulating film 7 made of a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is formed on the sidewall of the gate portion. The side wall gate insulating film 7 is obtained by, for example, depositing a silicon nitride film having a thickness of 50 nm on the entire surface by a CVD method and then etching the entire surface by anisotropic dry etching.
【0028】次に、図2(c)に示すように、ゲート部
をマスクとしてBF2 + イオンを打込む。注入されたB
F2 + イオンはシリコン基板内部で加速エネルギーに依
存するピーク深さを中心にして分布する。しかる後、例
えば、900℃、30秒間の熱処理によりボロンを活性
化させてソース・ドレイン領域となる拡散層8を形成す
る。Next, as shown in FIG. 2C, BF 2 + ions are implanted using the gate portion as a mask. B injected
F 2 + ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. Thereafter, for example, boron is activated by a heat treatment at 900 ° C. for 30 seconds to form a diffusion layer 8 serving as a source / drain region.
【0029】次に、希フッ酸溶液などでシリコン表面の
自然酸化膜を除去し、基板を減圧反応装置に入れ、例え
ば、四フッ化炭素(CF4 )ガスのマイクロ放電によ
り、生成された活性種を基板表面に供給する。これによ
り、絶縁膜表面にフッ素を多量に残留させる。この後、
基板を真空中あるいは非酸化性雰囲気中のシリコン成膜
工程に移行する。Next, the natural oxide film on the silicon surface is removed by such a diluted hydrofluoric acid solution, the substrate was placed in a vacuum reactor, for example, carbon tetrafluoride (CF 4) by the micro-discharge gas, generated active The seed is provided on the substrate surface. Thus, a large amount of fluorine remains on the surface of the insulating film. After this,
The substrate is transferred to a silicon film forming step in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere.
【0030】シリコン成膜工程においては、例えば、5
00℃でジシラン(Si2 H6 )を100sccm流す。こ
のジシランはシリコン表面でのみ熱分解され、図3
(d)に示すように、選択的にアモルファスシリコン膜
21aが堆積する。In the silicon film forming step, for example, 5
Disilane (Si 2 H 6 ) is flowed at 100 sccm at 00 ° C. This disilane is thermally decomposed only on the silicon surface, and FIG.
As shown in (d), the amorphous silicon film 21a is selectively deposited.
【0031】ここで、アモルファスシリコン膜21aに
は、前述した拡散層8と同様にBF2 + イオンが注入さ
れ、600℃、2時間の熱処理が施される。これによ
り、アモルファスシリコン膜21bは、固相成長し、単
結晶シリコン膜21bとなる。しかる後、全面にスパッ
タ法により、25nm厚のチタン薄膜、50nm厚のチ
タンナイトライド薄膜が順次堆積される。Here, BF 2 + ions are implanted into the amorphous silicon film 21a in the same manner as in the diffusion layer 8, and heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 hours. As a result, the amorphous silicon film 21b grows in a solid phase and becomes a single crystal silicon film 21b. Thereafter, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering.
【0032】次に、図3(e)に示すように、窒素雰囲
気中の700℃、1分間の熱処理によりチタン薄膜をシ
リコン基板と反応させ、ソース・ドレイン領域上にのみ
チタンシリサイド膜22を形成する。しかる後、例えば
フッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素の混合溶液に
より、チタンナイトライド膜及び絶縁膜上の未反応のチ
タン薄膜を選択的に除去する。Next, as shown in FIG. 3E, the titanium thin film is reacted with the silicon substrate by a heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere to form a titanium silicide film 22 only on the source / drain regions. I do. Thereafter, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively removed by, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
【0033】次に、図3(f)に示すように、全面にC
VD法によりシリコン酸化膜11を堆積し、異方性ドラ
イエッチングによりシリコン酸化膜11にコンタクトホ
ールを開口する。しかる後、シリコン及び銅を夫々例え
ば0.5%ずつ含む800nm厚のアルミニウム膜を形
成し、このアルミニウム膜をパターニングしてソース・
ドレイン電極12を形成する。次いで、水素を10%含
む窒素雰囲気中で450℃、15分間の熱処理を施す。
これにより、MOS型トランジスタの製造工程が完了す
る。Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 11 is deposited by the VD method, and a contact hole is opened in the silicon oxide film 11 by anisotropic dry etching. Thereafter, an 800 nm-thick aluminum film containing, for example, 0.5% each of silicon and copper is formed, and the aluminum film is patterned to form a source film.
The drain electrode 12 is formed. Next, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.
Thereby, the manufacturing process of the MOS transistor is completed.
【0034】次に、以上のように製造されたMOS型ト
ランジスタの特性について述べる。図4はMOS型トラ
ンジスタのゲート電圧−ドレイン電流の関係を本実施の
形態と従来技術とで比較して示す図である。図示するよ
うに、従来技術ではゲート電圧を印加しない場合であっ
ても高いドレイン電流が流れてしまう。一方、本実施の
形態では、約0.2V以下のゲート電圧の場合、ドレイ
ン電流が測定限界以下となっており、リーク電流がない
ことがわかる。Next, the characteristics of the MOS transistor manufactured as described above will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gate voltage and the drain current of a MOS transistor in comparison between the present embodiment and the prior art. As shown in the figure, in the related art, a high drain current flows even when no gate voltage is applied. On the other hand, in this embodiment, when the gate voltage is about 0.2 V or less, the drain current is below the measurement limit, and it can be seen that there is no leakage current.
【0035】これは、従来技術の場合、単結晶シリコン
層9の端部がファセットにより実効的に薄くなり、チタ
ンとシリコンを反応させてシリサイドを形成すると、図
9に示すように、薄い端部から基板中にチタンが拡散
し、キャリアの生成・再結合中心が形成され、局所的な
リークパスとなるためと考えられる。This is because, in the case of the prior art, the end of the single crystal silicon layer 9 is effectively thinned by facets, and when titanium and silicon are reacted to form silicide, as shown in FIG. It is presumed that titanium diffuses from the substrate into the substrate to form a carrier generation / recombination center, which becomes a local leak path.
【0036】一方、本実施の形態の場合、ファセットを
もたずに平坦に堆積させるアモルファスシリコン膜を固
相成長させ、単結晶シリコン膜21bを得ているため、
図5に示すように、チタン22が基板1中に入り込ま
ず、ソース・ドレイン層8とシリサイドの界面を接合界
面より離すことができ、拡散層が浅い不純物分布に形成
されるからである。On the other hand, in the case of the present embodiment, a single-crystal silicon film 21b is obtained by solid-phase growing an amorphous silicon film to be deposited flat without facets.
As shown in FIG. 5, the titanium 22 does not enter the substrate 1, the interface between the source / drain layer 8 and the silicide can be separated from the junction interface, and the diffusion layer is formed with a shallow impurity distribution.
【0037】また、図6はMOS型トランジスタにおけ
るしきい値電圧のゲート長依存性を本実施の形態と従来
技術とで比較して示す図である。図示するように、従来
技術ではゲート長が短くなるに従い、しきい値電圧が低
下し、短チャネル効果が発生してしまう。一方、本実施
の形態では、ゲート長が短くなっても、しきい値電圧が
一定であり、短チャネル効果を阻止できたことがわか
る。FIG. 6 is a graph showing the dependence of the threshold voltage on the gate length of a MOS transistor in this embodiment and the prior art. As shown in the figure, in the related art, as the gate length becomes shorter, the threshold voltage decreases, and the short channel effect occurs. On the other hand, in the present embodiment, even if the gate length is reduced, the threshold voltage is constant, and it can be seen that the short channel effect can be prevented.
【0038】上述したように本実施の形態によれば、ゲ
ート部と、ソース領域及びドレイン領域からなる拡散層
8とを形成し、形成されたソース領域及びドレイン領域
上に夫々アモルファスシリコン膜21aを選択的に堆積
させるので、拡散層8領域にのみアモルファスシリコン
を選択的に堆積し、それを固相成長させて単結晶シリコ
ン膜21bを形成しているので、ファセットによる膜厚
の減少を阻止して拡散層の厚みを実効的に増加させ、も
って、トランジスタ特性の信頼性を向上させることがで
きる。As described above, according to this embodiment, the gate portion and the diffusion layer 8 composed of the source region and the drain region are formed, and the amorphous silicon film 21a is formed on the formed source region and the drain region, respectively. Since selective deposition is performed, amorphous silicon is selectively deposited only in the diffusion layer 8 region, and the single-crystal silicon film 21b is formed by solid phase growth of the amorphous silicon. As a result, the thickness of the diffusion layer can be effectively increased, so that the reliability of the transistor characteristics can be improved.
【0039】また、本実施の形態に係るアモルファスシ
リコン膜21aがIII 族元素を含有しているので、pチ
ャネルMOS型トランジスタに対応することができた。
なお、本実施の形態とは異なるが、アモルファスシリコ
ン膜にV族元素を含有させることにより、nチャネルM
OS型トランジスタにも対応できるので、本発明は優れ
た汎用性をもっている。Further, since the amorphous silicon film 21a according to the present embodiment contains a group III element, it can be adapted to a p-channel MOS transistor.
Note that, although different from the present embodiment, the n-channel M
The present invention has excellent versatility because it can be applied to OS-type transistors.
【0040】なお、上記実施の形態では、シリサイドを
形成するための金属としてチタンを用いた場合について
説明したが、これに限らず、例えば、ニッケル、コバル
ト、プラチナ、バナジウム、パラジウムなどのチタン以
外の金属を用いてシリサイドを形成しても、本発明を同
様に実施して同様の効果を得ることができる。なお、こ
のとき、金属の種類、膜厚によりシリサイド反応で消費
されるシリコン層の量には差があるため、持ち上げるシ
リコン薄膜の膜厚は消費される層厚以上にする必要があ
る。In the above embodiment, the case where titanium was used as the metal for forming silicide was described. However, the present invention is not limited to this. For example, nickel, cobalt, platinum, vanadium, palladium, etc. other than titanium. Even if silicide is formed by using a metal, the present invention can be implemented in the same manner and the same effect can be obtained. At this time, since the amount of the silicon layer consumed by the silicide reaction varies depending on the type and thickness of the metal, the thickness of the silicon thin film to be lifted needs to be equal to or greater than the consumed layer thickness.
【0041】また、上記実施の形態では、ジシランを流
してアモルファスシリコン膜を堆積した後にBF2 + の
イオン注入により低抵抗化を図る場合を説明したが、こ
れに限らず、ジシランを流しているときにドーピングガ
スとして例えばジボラン(B2 H6 )を同時に2sccm流
してボロン添加アモルファスシリコン膜を堆積する製造
工程としても、本発明を同様に実施して同様の効果を得
ることができ、さらに、アモルファスシリコン膜へのB
F2 + のイオン注入を省略することができる。なお、こ
のボロン添加アモルファスシリコン膜は、300℃とい
ったより低温で堆積でき、結晶化したときに1.0mΩ
・cmの低抵抗なボロン添加シリコン層となる。Further, in the above-described embodiment, the case where the resistance is reduced by ion implantation of BF 2 + after depositing the amorphous silicon film by flowing disilane has been described. However, the present invention is not limited to this. In some cases, the present invention can be carried out in the same manner to obtain the same effect as a manufacturing process in which, for example, diborane (B 2 H 6 ) is simultaneously flown at 2 sccm as a doping gas to deposit a boron-added amorphous silicon film. B to amorphous silicon film
The ion implantation of F 2 + can be omitted. Note that this boron-added amorphous silicon film can be deposited at a lower temperature such as 300 ° C.
-It becomes a boron-added silicon layer having a low resistance of cm.
【0042】また、上記実施の形態では、通常のシリコ
ン基板1を用いる場合を説明したが、これに限らず、シ
リコン基板1に代えて、SOI基板又はSIMOX基板
を用いた構成としても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。In the above embodiment, the case where the normal silicon substrate 1 is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a configuration using an SOI substrate or a SIMOX substrate instead of the silicon substrate 1. In the same manner to obtain the same effect.
【0043】さらに、本実施の形態では、アモルファス
シリコン膜21を堆積するための前処理として、CF4
ガスのマイクロ放電によりフッ素ラジカルを生成した場
合を説明したが、これに限らず、例えばF2 Cl2 、
SF6 、HF、ClF3 等の他のハロゲン系材料を用い
るようにしても、本発明を同様に実施して同様の効果を
得ることができる。Further, in this embodiment, CF 4 is used as a pretreatment for depositing the amorphous silicon film 21.
Has been described a case that generated fluorine radicals by the micro discharge gas is not limited to this, for example, F 2 Cl 2,
Even if other halogen-based materials such as SF 6 , HF, and ClF 3 are used, the present invention can be implemented in the same manner and the same effect can be obtained.
【0044】また、上記実施の形態では、アモルファス
シリコン膜21を堆積するために、ジシランガスを用い
た場合を説明したが、これに限らず、700℃以下で分
解反応を生じてシリコン層を形成可能なガスであればガ
ス種に限定はなく、例えば、シラン(SiH4 )やジク
ロルシラン(SiH2 Cl2 )をはじめ、SiCl4、
SiF4 、SiH4 Cl4 、SiH2 F2 、SiH2 C
l4 、Si2 Cl6 、SiH4 F2 、SiH2 F4 、S
i2 F6 のいずれかを用いてアモルファスシリコン膜を
堆積するようにしても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。なお、イオン注入を省略する
観点から不純物添加シリコン層を堆積する場合は、これ
らのガスにジボラン以外に三塩化硼素(BCl3 )や三
フッ化硼素(BF3 )などをドーピングガスとして混合
させればよい。また、nチャネルMOS型トランジスタ
に対しては、ホスフィン(PH3 )やアルシン(AsH
3)あるいはリンや砒素を含むハロゲン化物をドーピン
グガスとして混合させればよい。In the above embodiment, the case where disilane gas is used to deposit the amorphous silicon film 21 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a decomposition reaction occurs at 700 ° C. or less to form a silicon layer. The type of gas is not limited as long as it is a suitable gas. For example, silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), SiCl 4 ,
SiF 4 , SiH 4 Cl 4 , SiH 2 F 2 , SiH 2 C
l 4 , Si 2 Cl 6 , SiH 4 F 2 , SiH 2 F 4 , S
Even if an amorphous silicon film is deposited using any one of i 2 F 6 , the present invention can be implemented in the same manner and the same effect can be obtained. When an impurity-doped silicon layer is deposited from the viewpoint of omitting ion implantation, these gases may be mixed with boron trichloride (BCl 3 ) or boron trifluoride (BF 3 ) as a doping gas in addition to diborane. I just need. For an n-channel MOS transistor, phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH) is used.
3 ) Alternatively, a halide containing phosphorus or arsenic may be mixed as a doping gas.
【0045】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、ゲート部、ソース領域、ドレイン領域を形成し、
この形成の後、ハロゲン系材料ガスのマイクロ放電によ
り、生成された活性種を半導体基板の一主面上に供給
し、この供給の後、ソース領域及びドレイン領域上にの
みアモルファスシリコンを選択的に堆積させ、この堆積
させたアモルファスシリコンを単結晶化するので、拡散
層領域にのみアモルファスシリコンを選択的に堆積し、
ファセットによる膜厚の減少を阻止して拡散層の厚みを
実効的に増加させ、もって、トランジスタ特性の信頼性
を向上できる半導体装置の製造方法を提供できる。As described above, according to the first aspect of the present invention, a gate portion, a source region, and a drain region are formed.
After this formation, a micro discharge of the halogen-based material gas is performed.
To supply the generated active species on one main surface of the semiconductor substrate
And, after this supply, the Seo over source region and a drain region
Selectively depositing only amorphous silicon, the deposition
The amorphous silicon was as they may turn into single crystals, and selectively depositing amorphous silicon only to the diffusion layer region,
It is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of effectively reducing the thickness of a diffusion layer by preventing a decrease in film thickness due to facets, thereby improving the reliability of transistor characteristics.
【0047】また、請求項2の発明によれば、アモルフ
ァスシリコンがIII 族又はV族元素を含有しているの
で、請求項1の効果に加え、pチャネル型でもnチャネ
ル型でも対応でき、優れた汎用性を奏することができる
半導体装置の製造方法を提供できる。According to the second aspect of the present invention, since the amorphous silicon contains a group III or group V element, in addition to the effect of the first aspect, it is possible to cope with both the p-channel type and the n-channel type. It is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can exhibit general versatility.
【0048】さらに、請求項3の発明によれば、ハロゲ
ン系材料ガスとしては、CF 4 、F 2 、Cl 2 、S
F 6 、HF又はClF 3 のいずれかのハロゲン系材料を
用いるので、請求項1と同様の効果を奏することができ
る半導体装置の製造方法を提供できる。Further, according to the third aspect of the present invention, the halogenation
CF 4 , F 2 , Cl 2 , S
Any halogen-based material of F 6 , HF or ClF 3
Since use can be provided a method of manufacturing a semiconductor device which can achieve the same effect as claim 1.
【図1】本発明の実施の形態に係るエレベーティドソー
ス/ドレイン構造の適用されたMOS型トランジスタの
構成を示す断面図、FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a MOS transistor to which an elevated source / drain structure according to an embodiment of the present invention is applied;
【図2】同実施の形態におけるMOS型トランジスタの
製造方法を示す工程断面図、FIG. 2 is a sectional view showing a step of the method for manufacturing the MOS transistor in the embodiment.
【図3】同実施の形態におけるMOS型トランジスタの
製造方法を示す工程断面図、FIG. 3 is a sectional view showing a step of the method for manufacturing the MOS transistor in the embodiment.
【図4】同実施の形態におけるゲート電圧−ドレイン電
流の関係を示す比較図、FIG. 4 is a comparative diagram showing a relationship between a gate voltage and a drain current in the embodiment.
【図5】同実施の形態における不純物分布を示す断面
図、FIG. 5 is a sectional view showing an impurity distribution in the embodiment.
【図6】同実施の形態におけるしきい値電圧のゲート長
依存性を示す比較図、FIG. 6 is a comparative diagram showing a gate length dependency of a threshold voltage in the embodiment;
【図7】従来のエレベーティドソース/ドレイン構造の
適用されたMOS型トランジスタの製造方法を示す工程
断面図、FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing a MOS transistor to which a conventional elevated source / drain structure is applied;
【図8】従来のエレベーティドソース/ドレイン構造の
適用されたMOS型トランジスタの製造方法を示す工程
断面図、FIG. 8 is a process sectional view showing a method for manufacturing a MOS transistor to which a conventional elevated source / drain structure is applied;
【図9】従来の形態における不純物分布を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an impurity distribution in a conventional mode.
1…n型シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…ゲー
ト酸化膜、4…不純物ドープ多結晶シリコン膜、5…タ
ングステンシリサイド膜、6…シリコン酸化膜、7…側
壁ゲート絶縁膜、8…拡散層、11…シリコン酸化膜、
12…ソース・ドレイン電極、21a…アモルファスシ
リコン膜、21b…単結晶シリコン膜、22…チタンシ
リサイド膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type silicon substrate, 2 ... element isolation insulating film, 3 ... gate oxide film, 4 ... impurity doped polycrystalline silicon film, 5 ... tungsten silicide film, 6 ... silicon oxide film, 7 ... side wall gate insulating film, 8 ... Diffusion layer, 11 ... silicon oxide film,
12: source / drain electrodes, 21a: amorphous silicon film, 21b: single crystal silicon film, 22: titanium silicide film.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/28 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/28
Claims (3)
する半導体装置の製造方法において、 ゲート部、ソース領域、ドレイン領域を形成する工程
と、前記形成の後、ハロゲン系材料ガスのマイクロ放電によ
り、生成された活性種を前記半導体基板の一主面上に供
給する工程と、 前記供給の後、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域上
にのみアモルファスシリコンを選択的に堆積させる工程
と、 前記堆積させたアモルファスシリコンを単結晶化する工
程と を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device having a MOS structure on one main surface of a semiconductor substrate, comprising the steps of: forming a gate portion, a source region, and a drain region; By
Supplying the generated active species onto one main surface of the semiconductor substrate.
A step of feeding, after the supply, the step of selectively depositing amorphous silicon only before Kiso over source region and said drain region, engineering of single crystallization of amorphous silicon obtained by the deposition
The method of manufacturing a semiconductor device characterized by and a degree.
はV族元素を含有していることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the amorphous silicon contains a group III or group V element.
2 、Cl 2 、SF 6 、HF又はClF 3 のいずれかのハ
ロゲン系材料を用いることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 2, wherein the halogen-based material gas is CF 4 , F
2, Cl 2, SF 6, HF , or any of Ha ClF 3
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a logene-based material is used .
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