JP2002198437A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2002198437A
JP2002198437A JP2000392560A JP2000392560A JP2002198437A JP 2002198437 A JP2002198437 A JP 2002198437A JP 2000392560 A JP2000392560 A JP 2000392560A JP 2000392560 A JP2000392560 A JP 2000392560A JP 2002198437 A JP2002198437 A JP 2002198437A
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element region
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Masato Nishigori
正人 西郡
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能な抵抗素子領域を形成する。 【解決手段】 複数の素子領域と素子分離領域とを有す
る半導体基板から成る半導体装置であって、複数の素子
領域の中の所定の素子領域に形成されたゲート電極と、
ゲート電極の側壁面を覆う第1絶縁層3a,3bと、第
1絶縁層表面を覆う第2絶縁層4a,4bとを具備し、
ゲート電極が形成されていない素子領域は第1絶縁層3
で覆われている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリサイド層を有
さない拡散層領域を抵抗素子として利用する半導体装置
の製造処理(シリサイドブロックプロセス)に適用して
好適な、半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスタの寄生抵抗を低減し、高性
能化を図るための手段の1つに、抵抗低抵抗なシリサイ
ド層を拡散層領域上に形成する処理がある。ところが、
一般に、シリサイド層の比抵抗は小さく、抵抗素子とし
て要求される抵抗値を実現するためには、その形状を非
常に細長くする必要性があることから、シリサイド層を
抵抗素子として利用する場合には、半導体装置の高集積
化を実現することが困難となる。このような背景から、
最近、所定の素子領域に対してはシリサイド層を形成し
ないプロセス(以下、シリサイドブロックプロセスと表
記する)を適用することにより、シリサイド層を有さな
い拡散層を形成し、この拡散層を抵抗素子として利用す
ることが試みられている。以下、図4〜図6を参照し
て、このシリサイドブロックプロセスを利用した半導体
装置の製造方法について詳しく説明する。
【0003】図4〜図6は、シリサイドブロックプロセ
スを利用した半導体装置の製造方法を示す断面工程図で
ある。
【0004】従来のシリサイドブロックプロセスを利用
した半導体装置の製造方法においては、始めに、素子分
離工程(素子領域と素子分離領域の形成)、ウェル形成
工程およびゲート酸化膜・ゲート電極形成工程といっ
た、一般的なCMOS集積回路製造プロセスと同様の製
造プロセスを実行することにより、図4(a)に示すよ
うな形状の半導体装置を形成する。そして次に、図4
(a)に示す半導体基板の素子領域に、イオン注入法に
よって浅い接合を有する拡散層領域(以下、エクステン
ション領域と表記)2a〜2fを形成する(図4
(b))。その後、図4(c)に示すように、ゲート電
極1a,1bの側壁を覆う絶縁性材料(側壁材料)4を
半導体基板1の全面に堆積させ、さらに、シリサイド層
を形成させないエクステンション領域2c(以下、抵抗
素子領域と表記)上にレジスト材料5をパターンニング
する。
【0005】抵抗素子領域上にレジスト材料5をパター
ンニングすると、次に、異方性イオンエッチング法によ
って側壁材料4を除去し、その後、レジスト材料5を除
去する。この結果、図4(d)に示すような、ゲート電
極1a,1bの両側面と抵抗素子領域上以外は、側壁材
料4が除去された半導体装置が形成される。
【0006】図4(d)に示す形状の半導体装置が形成
されると、続いて、図5(e)に示すように、深い接合
を有する拡散層領域(ソース・ドレイン領域)6a,6
b、7a,7bをイオン注入法によって形成する。その
後、半導体基板1表面を洗浄して基板材料を露出させ、
図5(f)に示すように、半導体基板1と反応してシリ
サイドを形成する金属層10を基板全面に堆積する。こ
こで、半導体基板1としてSi(シリコン)を利用する
場合には、金属層10として、Ti(チタン)やCo
(コバルト)等を採用する。
【0007】半導体基板表面上に金属層10を堆積させ
ると、次に、適当な熱工程によって半導体基板1と金属
層10とを反応させ、図5(g)に示すような、シリサ
イド層8a〜8gを形成する。なお、この熱工程におい
て、ゲート電極1a,1bの側面および抵抗素子領域表
面は側壁材料4cで覆われていて、半導体基板1と金属
層10とが直に接触しないので、ゲート電極1a,1b
の側面と抵抗素子領域上にはシリサイド層は形成されな
い。
【0008】シリサイド層8a〜8gの形成が完了する
と、次に、金属層10のみを選択的に除去(溶解)する
適当な処理液を使って、図6(h)に示すように、半導
体基板と未反応の金属層10を除去する。そして、図6
(i)に示すように、層間膜11として適当な膜厚のS
iO等を堆積させた後、互いに接続すべき素子領域に
ついては、層間膜11を除去してその領域上にコンタク
ト孔を形成し、導電性の材料(導電層)12をコンタク
ト孔内に埋め込み、配線層13により接続する。そし
て、必要に応じて、第2、第3の層間膜および配線を形
成した後、最後に半導体装置全体をSiN等の保護膜1
4で覆い、一連の製造プロセスを完了する。
【0009】なお、上記の半導体装置の製造プロセスに
おける側壁材料4の膜厚は、ソース・ドレイン領域がM
OSFETのチャネル内部に拡散しないように、両者を
分離するために必要な1000Å程度となっている。し
たがって、ソース・ドレイン領域形成のためのイオン注
入時には、不純物イオンが側壁材料4cを通過すること
がないので、抵抗素子領域2cは必ず浅い接合深さとな
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、拡散層抵抗
は、一般に、温度係数を有し、不純物濃度に依存する。
また、この拡散層抵抗の不純物濃度依存性は極小点を有
し、極小点における温度係数はほぼ0となる。したがっ
て、抵抗素子領域の拡散層の不純物濃度は温度係数が0
になる濃度に設定することが好ましい(この濃度はプロ
セスによって異なるが、イオン注入量で言えば、例えば
イオン種BF、注入エネルギー20[keV]で、3.0e15cm
−2程度)。ところが、上記のようなシリサイドブロッ
クプロセスを利用した半導体装置の製造方法において
は、抵抗素子領域の接合深さやその濃度は、MOSFE
Tの性能上の制約から必然的に決まってしまうために
(プロセスによって異なるが、イオン注入量で言えば、
例えばイオン種BF、注入エネルギー3[keV]で、1.0e15
cm−2程度)、不純物濃度を最適化することができず、
高性能な抵抗素子領域を形成することができない。
【0011】このような不具合を解決するために種々の
対策が考案されており、例えば、図7に示すように、抵
抗素子領域についてのみ別のイオン注入処理を選択的に
行うような工夫がなされている。ところが、この場合、
抵抗素子領域のイオン注入処理がエクステンション領域
のそれと別になり、抵抗素子領域の不純物濃度を独立に
設定することができるというメリットはあるが、別のイ
オン注入処理を行うためのフォトマスク、リソグラフィ
工程およびイオン注入工程が必要となり、半導体装置の
製造に要する経費、労力が増加してしまう。また、例え
ば、ソース・ドレイン領域形成後に、半導体装置表面上
に適当な絶縁材料15を堆積させ、抵抗素子領域上のみ
に絶縁材料15が選択的に残るように除去する。そし
て、この状態でシリサイド層を形成するようにして、シ
リサイド層のない抵抗素子領域を製造するという工夫も
なされている(図8参照)。ところが、このような場
合、抵抗素子領域のイオン注入条件とエクステンション
領域のそれとを共通化することが可能なのであるが、側
壁材料とは別のシリサイドブロックを抵抗素子領域上に
形成する工程が必要となり、やはり半導体装置の製造に
要する経費および労力の増加につながってしまう。
【0012】このように、従来までのシリサイドブロッ
クプロセスを利用した半導体装置の製造方法において
は、半導体装置の製造に要する経費および労力の増加を
伴わずに、抵抗素子領域の拡散層の不純物濃度を最適化
し、高性能な抵抗素子領域を形成することができない。
【0013】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たものであり、その目的は、半導体装置の製造に要する
経費および労力の増加を伴わずに、抵抗素子領域の拡散
層の不純物濃度を最適化し、高性能な抵抗素子領域を形
成することを可能にする技術を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明においては、ゲー
ト電極の側壁は第1および第2の絶縁層からなる2層構
造とし、抵抗素子領域は第1の絶縁層で覆われ、第1の
絶縁層を介して抵抗素子領域内に不純物を注入すること
ができる。これにより、抵抗素子領域の不純物濃度を抵
抗素子として最適な不純物濃度に設定することが可能と
なるので、半導体装置の製造に要する経費および労力の
増加を伴わずに、抵抗素子領域の拡散層の不純物濃度を
最適化し、高性能な抵抗素子領域を形成することができ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の製造方
法は、例えば、シリサイド層が形成されていない拡散層
領域を抵抗素子として利用する半導体装置の製造処理に
適用、実施することができる。以下、図1〜図3を参照
して、本発明の実施の一形態に係る半導体装置の製造方
法について詳しく説明する。
【0016】この実施の形態の半導体装置の製造方法に
おいては、素子分離工程からエクステンション領域の形
成までは、従来のプロセスと同一の方法で行い(詳しく
は従来技術を参照のこと)、図1(a)に示す状態の半
導体基板を形成する。そして、図1(a)に示す状態の
半導体基板に対して以下のプロセスを実施する。
【0017】始めに、側壁材料(第1の絶縁層)3を半
導体基板表面全面に堆積させ、その後さらに、側壁材料
3とエッチング選択比のある側壁材料4(第2の絶縁
層)を堆積させることにより、図1(b)に示すよう
に、2層構造の側壁材料層を形成する。なお、この実施
の形態としては、側壁材料3としてSiO、側壁材料
4としてSiNを採用する。
【0018】側壁材料層の形成を完了すると、次に、側
壁材料3とエッチング選択比のある条件で側壁材料4を
異方性エッチングした後、レジスト材料5が抵抗素子領
域2c上のみを覆うようにレジストパターンニングを行
い、図1(c)に示す形状の半導体装置を形成する。
【0019】レジストパターンニング処理が完了する
と、次に、図1(c)に示す形状の半導体装置に対して
異方性エッチング処理を施すことにより側壁材料3を除
去し、その後、抵抗素子領域2c上のレジスト材料5を
除去して、図2(d)に示す形態の半導体装置を形成す
る。そして、図2(d)に示す形態の半導体装置につい
てイオン注入処理を施し、図2(e)に示すような深い
接合深さを有する拡散層領域(ソース・ドレイン領域)
6a,6b、7a,7bを形成する。なお、この実施の形
態においては、抵抗素子領域2cを覆っている側壁材料
3の膜厚は数百Åと薄いために、ソース・ドレイン領域
の形成時に、側壁材料3を通過して抵抗素子領域2c内
に不純物イオンが注入される。
【0020】拡散層領域の形成を完了すると、以後は、
従来と同様にして、シリサイド層、配線を形成して図2
(f)に示す形態の半導体装置を形成し、一連の製造プ
ロセスは完了する。
【0021】ここで、側壁材料のエッチング処理を2段
階で行う場合には、上層の側壁材料4をエッチングする
際に、上層の側壁材料4を完全にエッチングすると同時
に下層の側壁材料3を全てエッチングしてしまわないよ
うにしなければならない。このため、下層の側壁材料3
の膜厚は200Å程度にすることが望ましい。なお、側
壁材料3がこの程度の膜厚であれば、抵抗素子領域2c
へのイオン注入処理は十分可能である(本来、イオンは
800〜1000Åの深さに注入するので200Å程度
浅くなっても問題はない)。
【0022】また、図3(a),(b)に示すように、
抵抗素子領域にソース・ドレイン形成のためのイオン注
入処理を行わなければ(N型とP型を打ち分けるマスク
のパターンを変更しておくだけで可能)、図3(c)に
示すように、図4,5に示した従来例と同じエクステン
ション領域の不純物層を使った抵抗素子となる。したが
って、この製造方法によれば、追加のマスクおよび工程
を必要することなく、複数の抵抗素子領域(2c,2f)
を形成することができる。
【0023】《実施の形態の効果》このように、この実
施の形態の半導体装置の製造方法によれば、抵抗素子領
域2cを覆っている側壁材料3は薄く、側壁材料3を通
過して抵抗素子領域2c内に不純物イオンを注入するこ
とができるので、抵抗素子領域2cの不純物濃度を抵抗
素子として最適な不純物濃度に設定することが可能とな
る。また、側壁材料を2層構造とする以外は追加のプロ
セスはない。これにより、工程数の増加を伴わずに、抵
抗素子領域2cの不純物濃度を最適化し、高性能な抵抗
素子領域を形成することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、工程数の増加を伴わずに、抵抗素子領域の不純物濃
度を最適化し、高性能な抵抗素子領域を形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る半導体装置の製造
方法を示す断面工程図である。
【図2】本発明の実施の一形態に係る半導体装置の製造
方法を示す断面工程図である。
【図3】本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製
造方法を示す断面工程図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
【図8】従来の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2a,2b,2c,2d,2e,2f エクステンション領
域 3,4 側壁材料 5 レジスト材料 6a,6b,7a,7b ソース・ドレイン領域 8a,8b,8c,8d,8e,8f,8g シリサイド層 9 レジスト材料 10 金属層 11 層間膜 12,13 配線層 14 保護膜 15 絶縁材料

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の素子領域と素子分離領域とを有す
    る半導体基板から成る半導体装置であって、 前記複数の素子領域の中の所定の素子領域に形成された
    ゲート電極と、 前記ゲート電極の側壁面を覆う第1絶縁層と、 前記第1絶縁層表面を覆う第2絶縁層とを具備し、 前記ゲート電極が形成されていない素子領域は前記第1
    絶縁層で覆われていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1絶縁層および第2絶縁層はそれ
    ぞれ、シリコン酸化膜層、窒化シリコン膜層であること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に第1および第2の素子領
    域と素子分離領域とを形成する工程と、 前記第1の素子領域上にゲート電極を形成する工程と、 半導体基板に不純物を注入して前記第1の素子領域に浅
    い接合深さの拡散層領域を形成する工程と、 前記半導体基板表面上に第1絶縁層を堆積させる工程
    と、 前記第1絶縁層上に第2絶縁層を堆積させる工程と、 前記ゲート電極の側壁部分に堆積した第2絶縁層を残し
    て、第2絶縁層を除去する工程と、 少なくとも前記第1の素子領域に形成された前記ゲート
    電極の側壁近傍部分および前記第2の素子領域の所定部
    分に形成された前記第1の絶縁膜を残して、前記第1絶
    縁層を除去する工程と、 前記ゲート電極が形成された第1の素子領域の半導体基
    板に不純物を注入してソース・ドレイン領域を形成する
    工程と、 半導体基板上に所定の金属層を堆積する工程と、 半導体基板を加熱して、半導体基板材料と前記金属層の
    界面にシリサイド層を形成する工程とを有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ソース・ドレイン領域の不純物濃度
    は抵抗の温度係数が極小となるように設定することを特
    徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1絶縁層および第2絶縁層はそれ
    ぞれ、シリコン酸化膜層、窒化シリコン膜層であること
    を特徴とする請求項3又は請求項4に記載の半導体装置
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の素子領域にソース・ドレイン
    領域を形成する工程はイオン注入により行われ、その
    際、前記第2の素子領域の前記第1絶縁膜下にも同種の
    イオンが注入されることを特徴とする請求項3〜請求項
    5いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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