JP2009141214A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009141214A JP2009141214A JP2007317504A JP2007317504A JP2009141214A JP 2009141214 A JP2009141214 A JP 2009141214A JP 2007317504 A JP2007317504 A JP 2007317504A JP 2007317504 A JP2007317504 A JP 2007317504A JP 2009141214 A JP2009141214 A JP 2009141214A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicide
- nisi
- interface
- silicide layer
- 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
Links
Images
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
【課題】 本発明は、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗の小さい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。
【解決手段】 本発明の半導体装置の製造方法は、Si層上にゲート部を形成する工程と、ゲート部を挟むSi層に、Asを導入する工程と、Asが導入されたSi層上にNi層を堆積する工程と、熱処理を用いて、Ni層とSi層とを反応させて第1シリサイド層を形成するとともに、第1シリサイド層とSi層との界面にAsを偏析させる工程と、第1シリサイド層中にPt元素を導入する工程と、熱処理を用いて、Pt元素をSi層まで拡散させて第1シリサイド層とSi層との間に第2シリサイド層を形成するとともに、第2シリサイド層とSi層との界面にAsを偏析させる工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a small parasitic resistance in a source / drain region and a method for manufacturing the same.
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a gate portion on a Si layer, a step of introducing As into a Si layer sandwiching the gate portion, and a Si layer into which As has been introduced. A step of depositing a Ni layer, a step of reacting the Ni layer and the Si layer using heat treatment to form a first silicide layer, and segregating As at the interface between the first silicide layer and the Si layer; A step of introducing a Pt element into the first silicide layer and a heat treatment are used to diffuse the Pt element to the Si layer to form a second silicide layer between the first silicide layer and the Si layer. And a step of segregating As at the interface between the silicide layer and the Si layer.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、電界効果型トランジスタおよびその製造方法に係る。 The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the same.
シリコン超集積回路(LSI)は、将来の高度情報化社会を支える基盤技術の一つである。集積回路の高機能化には、その構成素子であるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の高性能化が必要である。素子の高性能化は基本的には比例縮小則(スケーリング)により行われてきたが、近年、種々の物性的限界のため、素子の超微細化による高性能化だけでなく、素子そのものの動作も困難な状況にある。 Silicon super integrated circuits (LSIs) are one of the fundamental technologies that will support the advanced information society in the future. In order to increase the functionality of integrated circuits, it is necessary to improve the performance of MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), which is a component of the integrated circuit. Although device performance has basically been improved by proportional scaling (scaling), in recent years due to various physical limitations, not only device performance has been improved by ultra-miniaturization of the device, but also the operation of the device itself. Even in a difficult situation.
そのような物性的限界の一つにソース/ドレイン領域の寄生抵抗の問題がある。一般に、ソース/ドレイン領域は、シリサイド層(例えば、NiSi層)、その周辺に形成された高濃度不純物層およびエクステンション拡散層を備える。シリサイド層と高濃度不純物層およびエクステンション拡散層との間には、ショットキー接合が形成される。ソース/ドレイン領域の寄生抵抗は、シリサイド層自体の抵抗(Rsh)、高濃度不純物層の抵抗(Rd)というバルクの膜に起因した抵抗と、上記接合の界面抵抗(Rc)の3つに分解される。 One such physical limit is the problem of parasitic resistance in the source / drain regions. Generally, the source / drain region includes a silicide layer (for example, a NiSi layer), a high-concentration impurity layer, and an extension diffusion layer formed in the periphery thereof. A Schottky junction is formed between the silicide layer, the high concentration impurity layer, and the extension diffusion layer. The parasitic resistance of the source / drain region is decomposed into three parts: the resistance caused by the bulk film, that is, the resistance of the silicide layer itself (Rsh), the resistance of the high-concentration impurity layer (Rd), and the interface resistance (Rc) of the junction. Is done.
界面抵抗(Rc)は、3種の中で最も大きく、かつ比例縮小則に従って小さくならないため、これを低くすることが最も重要となる。界面抵抗(Rc)を低減させるためには、接合界面のショットキー障壁高さ(SBH:Schottky Barrier Height)および電子のトンネル距離を実効的に低減させることが重要である。これを実現するために、シリサイド層と高濃度不純物層の界面部分での不純物を高濃度化させることが有効である。 The interfacial resistance (Rc) is the largest of the three types and does not decrease according to the proportional reduction law. Therefore, it is most important to reduce this. In order to reduce the interface resistance (Rc), it is important to effectively reduce the Schottky Barrier Height (SBH) and the electron tunnel distance at the junction interface. In order to realize this, it is effective to increase the concentration of impurities at the interface portion between the silicide layer and the high concentration impurity layer.
それを実現するプロセスとして、不純物偏析プロセスが知られている(特許文献1・非特許文献1参照)。不純物偏析プロセスは、シリサイド形成前にイオン注入によって形成された不純物層を、シリサイド形成の際にシリサイド層とSi層の界面に偏析させ、この界面に高濃度の不純物偏析層を形成する。特許文献1によれば1×1020cm-3 程度、非特許文献1によれば2×1020cm-3 程度のAs濃度が実現されたが、近年、更なる高濃度化が求められている。
As a process for realizing this, an impurity segregation process is known (see
ところで、n型・p型MISFET双方について、NiSi層/Si層界面を平坦にするために、NiSi層とSi層との間にPtSi層を介在させることが開示されている(特許文献2参照)。しかしながら、PtSi層のショットキー障壁高さ(SBH:Schottky Barrier Height)は、p型Si層に対して0.23eV程度と小さいものの、n型Si層に対しては0.87eV程度と大きくなる。したがって、このままでは、n型MISFETの界面抵抗(Rc)が増大してしまう。 By the way, for both n-type and p-type MISFETs, it is disclosed that a PtSi layer is interposed between the NiSi layer and the Si layer in order to flatten the NiSi layer / Si layer interface (see Patent Document 2). . However, the Schottky Barrier Height (SBH) of the PtSi layer is as small as about 0.23 eV for the p-type Si layer, but as large as about 0.87 eV for the n-type Si layer. Therefore, the interface resistance (Rc) of the n-type MISFET increases as it is.
そこで、特許文献2では、n型・p型MISFET双方のシリサイド層をNiSi層/PtSi層の積層とし、n型MISFETに不純物偏析プロセスを用いて、PtSi層/Si層界面に数nmの急峻なN型不純物高濃度領域を形成することも開示している。しかしながら、特許文献2では、Si層上にPt層、Ni層を順次積んだ後にシリサイド形成する方法を用いており、特許文献1や非特許文献1と同様に、PtSi層/Si層界面に偏析する不純物濃度は未だ不十分であった。
本発明は、上記事情に鑑みて、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗の小さい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。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a low parasitic resistance in a source / drain region and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置の製造方法は、Si層上にゲート部を形成する工程と、ゲート部を挟むSi層に、Asを導入する工程と、Asが導入されたSi層上にNi層を堆積する工程と、熱処理を用いて、Ni層とSi層とを反応させて第1シリサイド層を形成するとともに、第1シリサイド層とSi層との界面にAsを偏析させる工程と、第1シリサイド層中にPt元素を導入する工程と、熱処理を用いて、Pt元素をSi層まで拡散させて第1シリサイド層とSi層との間に第2シリサイド層を形成するとともに、第2シリサイド層とSi層との界面にAsを偏析させる工程と、を備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate portion on a Si layer, a step of introducing As into the Si layer sandwiching the gate portion, and a Ni layer being deposited on the Si layer into which As has been introduced. Forming a first silicide layer by reacting the Ni layer and the Si layer using heat treatment, segregating As at the interface between the first silicide layer and the Si layer, and the first silicide layer. A step of introducing a Pt element therein and a heat treatment to diffuse the Pt element to the Si layer to form a second silicide layer between the first silicide layer and the Si layer, and the second silicide layer and the Si layer; And a step of segregating As at the interface with the layer.
また、本発明の半導体装置は、Si層と、Si層上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を挟むSi層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第1シリサイド層と、第1シリサイド層とSi層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第2シリサイド層と、第2シリサイド層とSi層との間に形成され、Asを有するSi界面層とを具備するn型MISトランジスタを備えることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is formed on a Si layer, a gate insulating film formed on the Si layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, and a Si layer surface sandwiching the gate electrode. Formed between the first silicide layer having Pt and Pt elements, the first silicide layer and the Si layer, and formed between the second silicide layer having Ni silicide and Pt silicide, and the second silicide layer and the Si layer. And an n-type MIS transistor having an Si interface layer having As.
また、本発明の半導体装置は、Si層と、Si層上に形成された第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極を挟むSi層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第1シリサイド層と、第1シリサイド層とSi層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第2シリサイド層と、第2シリサイド層とSi層との間に形成され、Asを有するSi界面層とを具備するn型MISトランジスタと、Si層上に形成された第2ゲート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、第2ゲート電極を挟むSi層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第3シリサイド層と、第3シリサイド層とSi層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第4シリサイド層とを具備するp型MISトランジスタとを備えることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention includes a Si layer, a first gate insulating film formed on the Si layer, a first gate electrode formed on the first gate insulating film, and an Si sandwiching the first gate electrode. A first silicide layer having Ni silicide and Pt elements formed on the surface of the layer; a second silicide layer having Ni silicide and Pt silicide formed between the first silicide layer and the Si layer; and a second silicide layer. N-type MIS transistor formed between the Si layer and the Si interfacial layer having As, a second gate insulating film formed on the Si layer, and a second gate insulating film The second gate electrode, formed on the surface of the Si layer sandwiching the second gate electrode, formed between the third silicide layer having Ni silicide and Pt element, and between the third silicide layer and the Si layer, Characterized in that it comprises a p-type MIS transistor having a fourth silicide layer having id and Pt silicide.
本発明は、ソース/ドレイン領域の寄生抵抗の小さい半導体装置およびその製造方法を提供できる。 The present invention can provide a semiconductor device having a small parasitic resistance in the source / drain region and a method for manufacturing the same.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.
なお、各実施の形態においては、プレーナー型シングルゲートMISFETやFIN型ダブルゲートMISFETについて説明するが、本発明はMISFET全般に適用できる。従って、例えば、チャネル領域の上下にゲートを有するプレーナー型ダブルゲート構造や、FIN型トライゲートMISFET、細線型MISFETも、無論本発明の範囲内である。 In each embodiment, a planar type single gate MISFET and a FIN type double gate MISFET will be described, but the present invention can be applied to all MISFETs. Therefore, for example, a planar double gate structure having gates above and below the channel region, a FIN trigate MISFET, and a thin line MISFET are also within the scope of the present invention.
また、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically EPROM)、フラッシュメモリ等のPROMについても、同様に各実施の形態を適用できる。さらに、上述した半導体素子が集積化したメモリ、ロジック回路等、並びにこれらが同一チップ上に混載されるシステムLSI等にも適用可能である。 Also, the embodiments can be similarly applied to PROMs such as EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically EPROM), and flash memory. Furthermore, the present invention can also be applied to a memory, a logic circuit, and the like in which the above-described semiconductor elements are integrated, and a system LSI in which these are mixedly mounted on the same chip.
(本発明の概要)
本実施形態の製造方法は、図1に示すように、2段階不純物偏析プロセスを特徴とする。1段階目の偏析工程では、特許文献1と同様に、Ni層/不純物原子を含有するSi層の積層構造をシリサイド化し、それと同時にNiSi層/Si層界面のSi層側に不純物原子を偏析させる。その後、Pt元素をNiSi層に導入し、2段階目の偏析工程が行われる。ここでは、Pt元素がSi層に到達し、新たにシリサイド層(例えば、1nm〜5nm)が形成される。それと同時に、シリサイド層/Si層界面のSi層側に不純物原子が更に偏析する。
(Outline of the present invention)
The manufacturing method of the present embodiment is characterized by a two-stage impurity segregation process as shown in FIG. In the first stage segregation process, similar to
この製造方法は、特にAs原子に有効であり、n型MISFETに対して高い不純物偏析、すなわち大きなSBH変調効果が得られ、引いては、界面抵抗の低減が実現できる。 This manufacturing method is particularly effective for As atoms, and high impurity segregation, that is, a large SBH modulation effect is obtained with respect to the n-type MISFET, so that reduction of interface resistance can be realized.
まず、本発明の基本原理について理論的解析結果を用いて簡単に説明する。第一原理計算の方法としては、局所密度汎関数近似を超えたところで、なおかつスピン分極も考慮したSP−GGA(Spin−Polarized Generalized Gradient Approximation)の手法を採用した。波動関数と電荷に対するカットオフは、それぞれ25Ry(リュードベリ:1Ry≒13.6eV)および196Ryとした。また、k点(波数空間での格子点)は8点として計算した。 First, the basic principle of the present invention will be briefly described using theoretical analysis results. As a method of first-principles calculation, a SP-GGA (Spin-Polarized Generalized Gradient Application) technique was adopted that exceeded the local density functional approximation and also considered spin polarization. Cut-offs for the wave function and the charge were 25 Ry (Rydberg: 1 Ry≈13.6 eV) and 196 Ry, respectively. The k points (lattice points in the wave number space) were calculated as 8 points.
NiSi、PtSi、Siに関して、それぞれ、64個の原子を含む単位格子に関して同様の計算を行い、比較を行う。NiSi、PtSi、Siに不純物が入った場合の生成エネルギーは、以下の式により定義される。 For NiSi, PtSi, and Si, the same calculation is performed for a unit cell including 64 atoms, and a comparison is made. The generation energy when impurities enter NiSi, PtSi, and Si is defined by the following equation.
1.シリコン格子に不純物原子が入った場合の生成エネルギー
シリコンの格子間に不純物原子が入った場合の生成エネルギーをEf Intとすると、
Ef Int=−E(1個の不純物原子を含むSi64個のセル構造)
+E(Si64個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式1A)
Si原子を不純物原子が置換する場合の生成エネルギーをEf Siとすると、格子点から出たSi原子は再びバルクのシリコンに戻ると考え、
Ef Si=−E(1個の不純物原子を含むSi63個のセル構造)−E(1個のバルクSi原子)
+E(Si64個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式1B)
2.NiSi格子に不純物原子が入った場合の生成エネルギー
NiSiの格子間に不純物原子が入った場合の生成エネルギーをEf Intとすると、
Ef Int=−E(1個の不純物原子を含むNiSi夫々32個のセル構造)
+E(NiSi夫々32個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式2A)
Si原子を不純物原子が置換した場合の生成エネルギーをEf Siとすると、格子点から出たSi原子は再びバルクのシリコンに戻ると考え、
Ef Si=−E(NiSi夫々32個のSi原子1個を不純物原子に置換したセル構造)
−E(1個のバルクSi原子)
+E(NiSi夫々32個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式2B)
Ni原子を不純物原子が置換した場合の生成エネルギーをEf Niとすると、格子点から出たNi原子は、バルクのシリコン原子と結合することにより、一対のNiSiになると仮定して、
Ef Ni=−E(NiSi夫々32個からNi原子1個を不純物原子に置換したセル構造)
+31E(1個のNiSi)+E(真空中の1個の不純物原子)
+E(1個のバルクSi原子) ・・・(式2C)
3.PtSiに不純物原子が入った場合の生成エネルギー
NiSiに不純物原子が入った場合の生成エネルギーと同様に考えた。
1. Generation energy when an impurity atom enters the silicon lattice When the generation energy when an impurity atom enters between the silicon lattice is E f Int ,
E f Int = -E (Si64 cell structure including one impurity atom)
+ E (Si64 cell structure) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 1A)
If the generation energy when an Si atom is replaced by an impurity atom is E f Si , the Si atom coming out of the lattice point will return to bulk silicon again.
E f Si = −E (Si63 cell structure including one impurity atom) −E (1 bulk Si atom)
+ E (Si64 cell structure) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 1B)
2. Generation energy when impurity atoms enter NiSi lattice
If the generation energy when impurity atoms enter between the lattices of NiSi is E f Int ,
E f Int = −E (32 cell structures of NiSi each containing one impurity atom)
+ E (32 NiSi cell structures) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 2A)
If the generation energy when the Si atom is replaced by an impurity atom is E f Si , the Si atom coming out of the lattice point will return to bulk silicon again,
E f Si = -E (cell structure in which each 32 Si atoms of NiSi are replaced by impurity atoms)
-E (one bulk Si atom)
+ E (32 NiSi cell structures) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 2B)
Assuming that the generation energy when an Ni atom is substituted by an impurity atom is E f Ni , the Ni atom emitted from the lattice point is combined with a bulk silicon atom to become a pair of NiSi,
E f Ni = -E (cell structure in which one Ni atom is replaced by one impurity atom from 32 NiSi)
+ 31E (1 NiSi) + E (1 impurity atom in vacuum)
+ E (one bulk Si atom) (Formula 2C)
3. Generation energy when impurity atoms enter PtSi
It was considered in the same way as the generation energy when impurity atoms enter NiSi.
PtSiの格子間に不純物原子が入った場合の生成エネルギーをEf Intとすると、
Ef Int=−E(1個の不純物原子を含むPtSi夫々32個のセル構造)
+E(PtSi夫々32個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式3A)
Si原子に不純物原子を置換した場合の生成エネルギーをEf Siとすると、
Ef Si=−E(PtSi夫々32個のSi原子1個を不純物原子に置換したセル構造)
−E(1個のバルクSi原子)
+E(PtSi夫々32個のセル構造)+E(真空中の1個の不純物原子) ・・・(式3B)
Pt原子に不純物原子を置換した場合の生成エネルギーをEf Ptとすると、格子点から出たPt原子は、バルクのシリコン原子と結合することにより、一対のPtSiになると仮定して、
Ef Pt=−E(PtSi32個からPt原子1個を不純物原子に置換したセル構造)
+31E(1個のPtSi)+E(真空中の1個の不純物原子)
+E(1個のバルクSi原子) ・・・(式3C)
生成エネルギーに関する計算結果を図2にまとめる。
If the generation energy when an impurity atom enters between the lattices of PtSi is E f Int ,
E f Int = −E (32 cell structures each containing one impurity atom)
+ E (32 cell structures for each PtSi) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 3A)
If the generation energy when an impurity atom is substituted for a Si atom is E f Si ,
E f Si = -E (PtSi cell structure with 32 Si atoms replaced by impurity atoms)
-E (one bulk Si atom)
+ E (32 PtSi cell structures) + E (1 impurity atom in vacuum) (Formula 3B)
Assuming that the generation energy when an impurity atom is substituted for a Pt atom is E f Pt , it is assumed that the Pt atom emitted from the lattice point becomes a pair of PtSi by bonding with a bulk silicon atom.
E f Pt = -E (cell structure in which one Pt atom is replaced by impurity atom from 32 PtSi)
+ 31E (1 PtSi) + E (1 impurity atom in vacuum)
+ E (one bulk Si atom) (Formula 3C)
The calculation results regarding the generated energy are summarized in FIG.
一般的に、生成エネルギーは、反応の終状態と始状態のエネルギー差を表わしており、生成エネルギーが大きくなる状態程、現実の系では実現されやすいと考えられる。例えば、図2(c)に示すように、B原子がSi格子に入った場合の計算結果ではEf Int(2.61eV)よりもEf Si(5.19eV)の方が大きくなるため、B原子はSiの置換位置に入りやすい。また、図2(b)に示すように、As原子の場合ではEf Int(−0.61eV)が負の値となるため、格子間位置にAs原子は通常入ることができず、ほとんどのAs原子は、Si置換位置に入ることになる。 In general, the generated energy represents the energy difference between the final state and the initial state of the reaction, and it is considered that the higher the generated energy, the easier it is to be realized in an actual system. For example, as shown in FIG. 2C, in the calculation result when the B atom enters the Si lattice, E f Si (5.19 eV) is larger than E f Int (2.61 eV). B atoms are likely to enter Si substitution positions. Further, as shown in FIG. 2B, in the case of As atoms, since E f Int (−0.61 eV) is a negative value, As atoms cannot normally enter interstitial positions, and most of them The As atom will enter the Si substitution position.
次に、NiSi、PtSi、Siの各格子に不純物が入った場合の生成エネルギーを比較する。 Next, the generation energies when impurities enter NiSi, PtSi, and Si lattices are compared.
図2(a)に示すように、NiSi格子に導入されたPt原子は、格子間位置(Ef Int=4.12eV)よりも置換位置(Ef Si=5.24eV、Ef Ni=7.15eV)に入る方が安定であり、さらに、Ni置換位置(Ef Ni=7.15eV)で最も安定である。このことは、NiSi膜にPtを導入しアニール処理を施すと、PtはNiと置き換わり、PtSiが形成されることを示している。 As shown in FIG. 2A, the Pt atoms introduced into the NiSi lattice have a substitution position (E f Si = 5.24 eV, E f Ni = 7) rather than the interstitial position (E f Int = 4.12 eV). .15 eV) is more stable, and is most stable at the Ni substitution position (E f Ni = 7.15 eV). This indicates that when Pt is introduced into the NiSi film and annealed, Pt is replaced with Ni and PtSi is formed.
さらに、NiSi層/Si層界面に、Ptのような原子半径の大きい不純物原子が導入された場合、不純物原子はSi側界面に安定点があることが発明者らにより既に見出されている。これは不純物原子が入ることにより、NiSi層/Si層界面の歪エネルギーが緩和されるためである。このため、NiSi層/Si層界面にPtが導入され、アニールを経た後、NiSi層とSi層の間に新しくPtSi層が形成されるものと結論付けられる。 Furthermore, the inventors have already found that when an impurity atom having a large atomic radius such as Pt is introduced into the NiSi layer / Si layer interface, the impurity atom has a stable point at the Si side interface. This is because the strain energy at the NiSi layer / Si layer interface is relaxed by the entry of impurity atoms. For this reason, it is concluded that Pt is introduced into the NiSi layer / Si layer interface, and after annealing, a new PtSi layer is formed between the NiSi layer and the Si layer.
As原子およびB原子が不純物の場合、双方ともに、NiSi、PtSi、Siのどの格子であっても、最も安定なのはSi置換位置である(図2(b)(c)参照)。次に、Si置換位置同士で、NiSi、PtSi、Siの各格子を比較する。As原子の場合、NiSi格子(2.65eV)、PtSi格子(1.58eV)、Si格子(2.33eV)を比較すると、NiSi格子が最も安定であり、次いでSi格子が安定となることがわかる。B原子の場合も同様に、NiSi格子、Si格子の順で安定となる。これらの結果は、AsおよびB原子がPtSi格子に入り難いことを示している。 When the As atom and the B atom are impurities, the most stable is the Si substitution position in any lattice of NiSi, PtSi, and Si (see FIGS. 2B and 2C). Next, the NiSi, PtSi, and Si lattices are compared at the Si substitution positions. In the case of As atoms, comparing the NiSi lattice (2.65 eV), the PtSi lattice (1.58 eV), and the Si lattice (2.33 eV), it can be seen that the NiSi lattice is the most stable, followed by the Si lattice. . Similarly, in the case of B atoms, the NiSi lattice and the Si lattice are stabilized in this order. These results indicate that As and B atoms are difficult to enter the PtSi lattice.
そして、生成エネルギーの差に着目すると、図2(b)に示すように、As原子の場合、NiSi格子とPtSi格子のSi置換位置とは、1eV程度の大きな差がある。このため、NiSi格子中に存在していたAs原子は、格子がNiSiからPtSiに変化すると、PtSi格子から追い出され、別の安定点に移動するものと考えられる。 Focusing on the difference in generated energy, as shown in FIG. 2B, in the case of As atoms, there is a large difference of about 1 eV between the Si substitution position of the NiSi lattice and the PtSi lattice. For this reason, it is considered that As atoms existing in the NiSi lattice are displaced from the PtSi lattice and moved to another stable point when the lattice changes from NiSi to PtSi.
PtSi格子から追い出されたAs原子は格子間を移動する。このとき、Si格子(−0.61eV)は、NiSi格子(−2.66eV)に比して生成エネルギーが高く、移動しやすい。このため、As原子はSi層側の界面へと追い出されることになる。 As atoms driven out of the PtSi lattice move between the lattices. At this time, the Si lattice (−0.61 eV) has higher generation energy than the NiSi lattice (−2.66 eV), and is easily moved. For this reason, As atoms are expelled to the interface on the Si layer side.
図3は、上述した2段階めの偏析工程前後における原子の挙動を示す模式図である。このように、NiSi層/Si層積層のNiSi層側に存在していた不純物原子は、NiSi層/Si層界面で新たにPtSi層が形成されると、Si層側へ掃き出されることがわかる。このことを、本実施形態では、PtSi層の界面生成に伴う雪かき効果の増大、あるいは2段階雪かき効果と呼ぶ。これによって、Si層側界面に高い不純物偏析が得られ、大きなSBH変調効果が得られることになり、界面抵抗を低減できる。この効果は、特にAs原子、n型MISFETについて大きい。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the behavior of atoms before and after the second-stage segregation process described above. Thus, it can be seen that the impurity atoms present on the NiSi layer side of the NiSi layer / Si layer stack are swept out to the Si layer side when a new PtSi layer is formed at the NiSi layer / Si layer interface. . In the present embodiment, this is referred to as an increase in the snow shoveling effect associated with the interface generation of the PtSi layer, or a two-stage snow shoveling effect. As a result, high impurity segregation is obtained at the Si layer side interface, a large SBH modulation effect is obtained, and the interface resistance can be reduced. This effect is particularly great for As atoms and n-type MISFETs.
本実施形態の半導体装置について、図4および図5を参照して説明する。図4は、本実施形態の一例を示すMISFETのゲート長方向の断面模式図である。図5は、図4のソース/ドレイン領域を拡大した図である。 The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in the gate length direction of a MISFET showing an example of this embodiment. FIG. 5 is an enlarged view of the source / drain region of FIG.
図4に示すように、シリコンの半導体基板表面に素子分離領域が形成されており、MISFETは素子分離領域に囲まれている。この素子分離領域は、例えば、シリコン酸化膜が埋め込まれたSTI(Shalllow Trench Isolation)である。そして、MISFETは、シリコン基板表面のチャネル領域と、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、チャネル領域の両側に形成されたソース/ドレイン領域と、ゲート絶縁膜およびゲート電極の両側に形成されたゲート側壁絶縁膜とを有する。 As shown in FIG. 4, an element isolation region is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate, and the MISFET is surrounded by the element isolation region. This element isolation region is, for example, STI (Shallow Low Trench Isolation) in which a silicon oxide film is embedded. The MISFET includes a channel region on the surface of the silicon substrate, a gate insulating film formed on the channel region, a gate electrode formed on the gate insulating film, and source / drain regions formed on both sides of the channel region. And a gate side wall insulating film formed on both sides of the gate insulating film and the gate electrode.
図5に示すように、ソース/ドレイン領域は、シリコン基板表面に形成された第1のシリサイド層(Pt元素を含有したNiSi層)と、第1のシリサイド層よりシリコン基板側に形成された第2シリサイド層(NiSiおよびPtSiが混在した層)と、第2シリサイド層に隣接するシリコン基板側の界面領域に形成された高濃度不純物層(不純物濃度の高いSi層)と、高濃度不純物層よりシリコン基板側に形成された拡散層とを備える。 As shown in FIG. 5, the source / drain regions are a first silicide layer (NiSi layer containing Pt element) formed on the surface of the silicon substrate, and a first silicide layer formed on the silicon substrate side from the first silicide layer. Two silicide layers (a layer in which NiSi and PtSi are mixed), a high concentration impurity layer (Si layer having a high impurity concentration) formed in an interface region on the silicon substrate side adjacent to the second silicide layer, and a high concentration impurity layer And a diffusion layer formed on the silicon substrate side.
第1および第2シリサイド層は、双方ともに金属元素としてNiとPtを有する。よって、NiとPtの総量に対するPtの割合Pt/(Ni+Pt)をxで表すと、第1および第2シリサイド層は、xの異なる2つの膜となる(図6、7参照)。 Both the first and second silicide layers have Ni and Pt as metal elements. Therefore, when the ratio Pt / (Ni + Pt) of Pt to the total amount of Ni and Pt is represented by x, the first and second silicide layers are two films having different x (see FIGS. 6 and 7).
シリサイド層全体の膜厚は典型的に20nmである。Si界面から遠くて厚い第1シリサイド層ではPt濃度x1は0%〜5%とする。Si界面から1nm〜5nm程度(典型的には3nm)までの第2シリサイド層では、Pt濃度x2を30%〜90%程度の割合とする。このように、Pt濃度は、Si側界面に遠い箇所で低く、近い箇所で高くなる。シリサイド層全体における平均のPt濃度をx3とすると10%以下となる。 The overall thickness of the silicide layer is typically 20 nm. In the first silicide layer that is far from the Si interface and thick, the Pt concentration x1 is set to 0% to 5%. In the second silicide layer from the Si interface to about 1 nm to 5 nm (typically 3 nm), the Pt concentration x2 is set to a ratio of about 30% to 90%. Thus, the Pt concentration is low at a location far from the Si-side interface and high at a location close to it. When the average Pt concentration in the entire silicide layer is x3, it becomes 10% or less.
ここでx2の上限値について説明する。本発明のプロセスでは、Ptを導入する前にNiSi/Siで平坦かつ急峻な界面が形成されていることを前提とする。一般的に、多結晶シリサイドとSiの間で平坦な界面を得るためには、格子整合性が重要である。NiSiは、斜方晶系のMnP型の結晶構造を有し、典型的な格子定数はa=0.518nm、b=0.334nm、c=0.562nmである。Si上の多結晶NiSiは大部分が(010)面で配向することが知られている。これはNiSi格子定数のa=0.518nmおよびc=0.562nmとSiの格子定数0.543nmが比較的近いため、この関係において格子整合性が良いためである。PtSiは、NiSiと同様にMnP型の結晶構造を有し、格子定数はa=0.559nm、b=0.360nm、c=0.593nmである。PtSiの格子定数はa、b、cすべての値において、NiSiよりも大きな値である。従って本発明の第1のシリサイド膜では、Ptの比率に比例して格子定数が増加する。NiSi層/Si層の界面ですべてのNiSiをPtSiに置き換えると、PtSiの格子定数が大きいために界面の歪エネルギーが大きくなってしまい、構造が不安定となる。すなわち、格子定数の大きなPtSiが100%の比率で形成されると元々のNiSi(010)/Si(001)の結晶配向を維持することができず、例えばPtSi(−101)/Si(001)、PtSi(−211)/Si(001)のような別の優先的な配向が形成されてしまう。これによって元々形成されていたNiSi/Siの平坦で急峻な界面が乱されてしまい、極浅のソース・ドレイン領域を形成する上で大きな障害となる。安定な界面構造を得るために、x2の上限を50%程度とするのが望ましい。ただし、膜厚を1nm程度まで薄くした場合はPtSiの歪エネルギーが小さくなるので、x2の上限値を90%程度とすることができる。なお、膜厚を1nmよりも極端に薄くした場合はPtSiのバルクとしての性質が損なわれる恐れがある。 Here, the upper limit value of x2 will be described. In the process of the present invention, it is assumed that a flat and steep interface is formed of NiSi / Si before introducing Pt. In general, lattice matching is important in order to obtain a flat interface between polycrystalline silicide and Si. NiSi has an orthorhombic MnP type crystal structure, and typical lattice constants are a = 0.518 nm, b = 0.334 nm, and c = 0.562 nm. It is known that the polycrystalline NiSi on Si is mostly oriented in the (010) plane. This is because the NiSi lattice constants of a = 0.518 nm and c = 0.562 nm are relatively close to the lattice constant of Si of 0.543 nm, and thus the lattice matching is good in this relation. Like NiSi, PtSi has a MnP type crystal structure, and the lattice constants are a = 0.559 nm, b = 0.360 nm, and c = 0.593 nm. The lattice constant of PtSi is larger than NiSi in all values of a, b, and c. Therefore, in the first silicide film of the present invention, the lattice constant increases in proportion to the Pt ratio. If all NiSi is replaced with PtSi at the NiSi layer / Si layer interface, the lattice energy of PtSi is large, so that the strain energy at the interface becomes large and the structure becomes unstable. That is, when PtSi having a large lattice constant is formed at a ratio of 100%, the original crystal orientation of NiSi (010) / Si (001) cannot be maintained. For example, PtSi (−101) / Si (001) , Another preferential orientation such as PtSi (−211) / Si (001) is formed. As a result, the flat and steep interface of NiSi / Si originally formed is disturbed, which is a major obstacle in forming an extremely shallow source / drain region. In order to obtain a stable interface structure, it is desirable to set the upper limit of x2 to about 50%. However, when the film thickness is reduced to about 1 nm, the strain energy of PtSi is reduced, so that the upper limit value of x2 can be set to about 90%. If the film thickness is extremely thinner than 1 nm, the properties of PtSi as a bulk may be impaired.
もっとも、本発明による製造方法ではPtの拡散現象により第1のシリサイド層を高濃度PtSiとするため、膜内のPtには必ず濃度分布が存在し、界面に100%のPtSi層を実現するのは困難である。この観点からもx2の上限値は90%程度とするのが妥当である。 However, in the manufacturing method according to the present invention, the first silicide layer is made to have a high concentration of PtSi due to the Pt diffusion phenomenon, so that a concentration distribution always exists in Pt in the film, and a 100% PtSi layer is realized at the interface. It is difficult. From this point of view, it is appropriate that the upper limit value of x2 is about 90%.
x2の下限を30%程度とする理由を、より条件の厳しい、Asを不純物として用いた場合で説明する。ここで、図2(b)で示した生成エネルギーのうちSi置換位置に着目する。AsをSiに入れた場合(2.33)とPtSiに入れた場合(1.58eV)の差をとり、これをΔEfとすると0.75eVである。同様に、AsをSiに入れた場合(2.33)とNiSiに入れた場合(2.65eV)の差をとると、ΔEf=−0.32eVである。界面にシリサイドが形成されたときに、AsがSi側へ掃き出されるには、ΔEfの値が正となる必要がある。図8に示すように、ΔEf=0となるときx1はおよそ30%であるので、x1の下限は30%となる。 The reason why the lower limit of x2 is about 30% will be described in the case where As is used as an impurity, which is more severe. Here, attention is paid to the Si substitution position in the generated energy shown in FIG. The difference between the case where As is put in Si (2.33) and the case where PtSi is put (1.58 eV) is taken, and ΔEf is 0.75 eV. Similarly, ΔEf = −0.32 eV when the difference between As (Si) (2.33) and NiSi (2.65 eV) is taken. When silicide is formed at the interface, the value of ΔEf needs to be positive in order for As to be swept out to the Si side. As shown in FIG. 8, when ΔEf = 0, x1 is approximately 30%, so the lower limit of x1 is 30%.
x1を5%以下とする理由は、第1シリサイド層の抵抗率をできるだけ低く抑えるためである。PtSiの比抵抗は28μΩcm〜35μΩcmであり、NiSiの比抵抗の2倍程度ある。 The reason for setting x1 to 5% or less is to keep the resistivity of the first silicide layer as low as possible. The specific resistance of PtSi is 28 μΩcm to 35 μΩcm, which is about twice the specific resistance of NiSi.
また、第2のシリサイド層の層厚は、第1のシリサイド層の層厚との相対関係によって最適化し、これら2層の比抵抗がNiSiと比較して同程度となる値であることが望ましい。なぜなら、PtSiの比抵抗は28μΩcm〜35μΩcmであり、NiSiの比抵抗の2倍程度あるため、Pt濃度の高い第2シリサイド層が厚すぎると、全体としての比抵抗が高くなってしまうからである。NiSiからなるソース/ドレイン電極の厚さの典型値は20nmであることを考慮すると、Pt濃度の高い第2シリサイド層の厚さは5nm以下とすることが望ましい。典型的には3nm程度である。 The layer thickness of the second silicide layer is optimized by the relative relationship with the layer thickness of the first silicide layer, and the specific resistance of these two layers is preferably a value comparable to that of NiSi. . This is because the specific resistance of PtSi is 28 μΩcm to 35 μΩcm, which is about twice the specific resistance of NiSi. Therefore, if the second silicide layer having a high Pt concentration is too thick, the specific resistance as a whole increases. . Considering that the typical thickness of the source / drain electrode made of NiSi is 20 nm, the thickness of the second silicide layer having a high Pt concentration is preferably 5 nm or less. Typically, it is about 3 nm.
第1および第2シリサイド層内のPt濃度や、両者の層厚は、プロセス条件により制御できる。 The Pt concentration in the first and second silicide layers and the thickness of both layers can be controlled by process conditions.
また、以上のプロセスでは、不純物を含有するNiSi層/Si層界面を形成した後に、PtをNiSi層に導入し、その後、アニールするという基本的な順序が必要である。この順序を逸脱しない限りは、細かいプロセス条件の変更は可能である。以下の実施形態にて詳細を説明する。 In the above process, a basic order is necessary in which after the NiSi layer / Si layer interface containing impurities is formed, Pt is introduced into the NiSi layer and then annealed. As long as the order is not deviated, the detailed process conditions can be changed. Details will be described in the following embodiments.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態では、基板上にn型MISFETとp型MISFETを有するいわゆる相補型半導体装置およびその製造方法について説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment, a so-called complementary semiconductor device having an n-type MISFET and a p-type MISFET on a substrate and a manufacturing method thereof will be described.
まず、第1の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図9から図18を参照して説明する。 First, a manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図9に示すように、例えば、B(ボロン)が1015atoms/cm3程度ドープされた面方位(100)面のp型のSi基板に、シリコン酸化膜からなる素子分離領域(STI(Shallow Trench Isolation))を形成する。その後、素子分離領域を境界にして、第1の半導体領域(p-well)および第2の半導体領域(n-well)を不純物のイオン注入により形成する。後述する工程を経て、第1の半導体領域(p-well)にはn型MISFETが形成され、第2の半導体領域(n-well)にはp型MISFESTが形成される。 As shown in FIG. 9, for example, an element isolation region (STI (Shallow) made of a silicon oxide film is formed on a p-type Si substrate having a plane orientation (100) plane doped with B (boron) by about 10 15 atoms / cm 3. Trench Isolation)). Thereafter, a first semiconductor region (p-well) and a second semiconductor region (n-well) are formed by impurity ion implantation with the element isolation region as a boundary. Through a process described later, an n-type MISFET is formed in the first semiconductor region (p-well), and a p-type MISFEST is formed in the second semiconductor region (n-well).
次に、図10示すように、第1の半導体領域上に、例えば、シリコン酸化膜で形成される、第1のゲート絶縁膜をEOTにして1nm程度形成する。同様に、第2の半導体領域上に、例えば、シリコン酸化膜で形成される、第2のゲート絶縁膜をEOTにして1nm程度形成する。これらの、第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜は同時に形成されてもかまわない。 Next, as shown in FIG. 10, a first gate insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the first semiconductor region with an EOT of about 1 nm. Similarly, on the second semiconductor region, for example, a second gate insulating film formed of a silicon oxide film is formed with an EOT of about 1 nm. The first gate insulating film and the second gate insulating film may be formed at the same time.
無論、第1第2のゲート絶縁膜は、必ずしもシリコン酸化膜に限られることはなく、シリコン酸化膜より誘電率の高い絶縁膜材料(高誘電率絶縁膜)を適用することも可能である。具体的には、例えば、La2O5、La2O3、CeO2、ZrO2、HfO2、SrTiO3、PrO3、LaAlO3、Si3N4、Al2O3、Ta2O5、TiO2等を適用することが可能である。あるいは、シリコン酸化膜や高誘電率絶縁膜に窒素やフッ素を添加した絶縁膜を適用することも可能である。また、これらの化合物の組成比を変化させた絶縁膜や、複数の絶縁膜を組み合わせた複合膜を適用することも可能である。また、ZrシリケートやHfシリケートのように、シリコン酸化物に金属イオンを添加した絶縁膜を適用することも可能である。 Of course, the first and second gate insulating films are not necessarily limited to the silicon oxide film, and an insulating film material (high dielectric constant insulating film) having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film can be applied. Specifically, for example, La 2 O 5 , La 2 O 3 , CeO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , SrTiO 3 , PrO 3 , LaAlO 3 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 or the like can be applied. Alternatively, an insulating film in which nitrogen or fluorine is added to a silicon oxide film or a high dielectric constant insulating film can be applied. It is also possible to apply an insulating film in which the composition ratio of these compounds is changed or a composite film in which a plurality of insulating films are combined. It is also possible to apply an insulating film in which metal ions are added to silicon oxide, such as Zr silicate and Hf silicate.
そして、第1のゲート絶縁膜上に、第1のゲート電極となるポリシリコン膜を減圧化学的気相堆積(以下LP−CVDともいう)法によって100nm〜150nm程度堆積する。そして、リソグラフィー技術および反応性イオンエッチング(以下RIEともいう)等のエッチング技術により、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極をゲート長が30nm程度以下となるようにパターン形成する。同様に、第2のゲート絶縁膜上に、第2のゲート電極となるポリシリコン膜をLP−CVD法によって100nm〜150nm程度堆積する。そして、リソグラフィー技術およびRIE等のエッチング技術により、第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極をゲート長が30nm程度以下となるようにパターン形成する(図11参照)。 Then, a polysilicon film serving as a first gate electrode is deposited on the first gate insulating film by about 100 nm to 150 nm by a low pressure chemical vapor deposition (hereinafter also referred to as LP-CVD) method. Then, the first gate insulating film and the first gate electrode are patterned so as to have a gate length of about 30 nm or less by lithography techniques and etching techniques such as reactive ion etching (hereinafter also referred to as RIE). Similarly, a polysilicon film serving as a second gate electrode is deposited on the second gate insulating film by about 100 nm to 150 nm by the LP-CVD method. Then, the second gate insulating film and the second gate electrode are patterned so as to have a gate length of about 30 nm or less by lithography technique and etching technique such as RIE (see FIG. 11).
なお、ポリシリコン膜の堆積や、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極のパターン形成は、n型MISFETとp型MISFETで同時におこなわれてもかまわない。また、必要に応じて、ここで1〜2nmのポスト酸化を行う。 The deposition of the polysilicon film and the pattern formation of the first gate insulating film and the first gate electrode, and the second gate insulating film and the second gate electrode are performed simultaneously in the n-type MISFET and the p-type MISFET. It does not matter. If necessary, post-oxidation of 1 to 2 nm is performed here.
また、ゲート絶縁膜の例と同様に、ゲート電極の材料についてもポリシリコンに限られることはなく、いわゆるメタルゲート材料を適用することが可能である。メタルゲート材料としては、Ti、Ta、Wなどの金属単体、窒化物、炭化物、酸化物などが挙げられる。 Similarly to the example of the gate insulating film, the material of the gate electrode is not limited to polysilicon, and a so-called metal gate material can be applied. Examples of the metal gate material include simple metals such as Ti, Ta, and W, nitrides, carbides, and oxides.
次に、図12に示すように、シリコン窒化膜をLP−CVD法によって例えば、約8nm程度堆積した後、RIE法によってエッチバックすることにより、シリコン窒化膜を第1のゲート電極、第2のゲート電極の側面部にのみ残す。これにより、側壁絶縁膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 12, a silicon nitride film is deposited by, for example, about 8 nm by the LP-CVD method, and then etched back by the RIE method, whereby the silicon nitride film is formed by the first gate electrode and the second gate electrode. Leave only on the side of the gate electrode. Thereby, a sidewall insulating film is formed.
次に、図13に示すように、第2の半導体領域上をリソグラフィーによりレジスト膜でマスクし(図示せず)、ゲート電極および側壁絶縁膜をマスクに、As(砒素)をイオン注入により第1の半導体領域に導入する。これにより、例えば1×1021atoms/cm3程度のn型拡散層を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, the second semiconductor region is masked with a resist film by lithography (not shown), and As (arsenic) is ion-implanted using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask. Introduced in the semiconductor region. Thereby, for example, an n-type diffusion layer of about 1 × 10 21 atoms / cm 3 is formed.
次に、図14に示すように、第1の半導体領域上をリソグラフィーによりレジスト膜でマスクし(図示せず)、ゲート電極および側壁絶縁膜をマスクに、B(ボロン)を、イオン注入により第2の半導体領域に導入する。これにより、例えば1×1020atoms/cm3程度のp型拡散層を形成する。 Next, as shown in FIG. 14, the first semiconductor region is masked with a resist film by lithography (not shown), and B (boron) is ion-implanted by ion implantation using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask. 2 is introduced into the semiconductor region. Thereby, for example, a p-type diffusion layer of about 1 × 10 20 atoms / cm 3 is formed.
次に、図15に示すように、スパッタ法により、厚さ10nm程度のNi膜を第1の半導体領域上に形成する。すなわち、双方のMISFETのソース/ドレイン領域にNi膜が接するよう堆積する。 Next, as shown in FIG. 15, a Ni film having a thickness of about 10 nm is formed on the first semiconductor region by sputtering. That is, the Ni film is deposited in contact with the source / drain regions of both MISFETs.
その後、図16に示すように、第1、第2の熱処理として、例えば、RTA(Rapid Thermal Anneal)により、350℃、30秒程度のアニール、500℃、30秒程度のアニールを順次行い、第1の半導体領域および第2の半導体領域の表面をシリサイド化して、厚さ20nm程度のNiSiからなる第1シリサイド層を形成する。この時、ゲート電極上にも第1ゲートシリサイド層が形成される。その後、薬液により未反応の余剰のNi膜を剥離する。 Thereafter, as shown in FIG. 16, as the first and second heat treatments, for example, RTA (Rapid Thermal Anneal) is sequentially performed at 350 ° C. for about 30 seconds, 500 ° C. for about 30 seconds, The surfaces of the first semiconductor region and the second semiconductor region are silicided to form a first silicide layer made of NiSi having a thickness of about 20 nm. At this time, the first gate silicide layer is also formed on the gate electrode. Thereafter, the unreacted excess Ni film is peeled off with a chemical solution.
第1のシリサイド層が形成される際に、拡散層がシリサイド化することにより、不純物のAs、Bの各偏析層が第1のシリサイド層の界面、すなわちNiSi層/Si層界面に形成される。 When the first silicide layer is formed, the diffusion layer is silicided so that As and B segregation layers of impurities are formed at the interface of the first silicide layer, that is, the NiSi layer / Si layer interface. .
ここで、Ni堆積時の熱処理を2段階とし、第1の熱処理を、第2の熱処理よりも低温とすることが望ましい。第1の熱処理の温度を、第2の熱処理の温度よりも低温とすることにより、第1のシリサイド層が過剰な熱プロセスをへて、第1のシリサイド層中のNiが異常拡散しジャンクションリークが増大することを、抑制することが出来る。 Here, it is desirable that the heat treatment during the Ni deposition is performed in two stages, and the first heat treatment is performed at a lower temperature than the second heat treatment. By making the temperature of the first heat treatment lower than the temperature of the second heat treatment, the first silicide layer undergoes an excessive thermal process, Ni in the first silicide layer is abnormally diffused, and junction leakage occurs. Can be prevented from increasing.
ニッケルのシリサイドには多くの相が存在する。もっとも低温のアニール温度で形成されるのは、ダイニッケルシリサイド(Ni2Si)であり、アニール温度の上昇とともに、ニッケルモノシリサイド(NiSi)、ニッケルダイシリサイド(NiSi2)の順で形成される。 There are many phases in nickel silicide. Dinickel silicide (Ni 2 Si) is formed at the lowest annealing temperature, and is formed in the order of nickel monosilicide (NiSi) and nickel disilicide (NiSi 2 ) as the annealing temperature rises.
LSIに適用する場合には、このうちニッケルモノシリサイド(NiSi)が好ましい。このため、第2の熱処理においてはニッケルモノシリサイド(NiSi)が形成されるだけの十分なアニール温度が要求される。もっとも、第1の熱処理においては、第1のシリサイド層としてニッケルモノシリサイド(NiSi)が形成されなくともかまわない。この場合、第1の熱処理では、後の余剰Niの剥離の際の選択性が得られるダイニッケルシリサイド(Ni2Si)化するアニール温度を与え、後の第2および第3の熱処理によって、第1のシリサイド層としてニッケルモノシリサイド(NiSi)化すればよい。 Of these, nickel monosilicide (NiSi) is preferred when applied to LSI. For this reason, in the second heat treatment, an annealing temperature sufficient to form nickel monosilicide (NiSi) is required. However, in the first heat treatment, nickel monosilicide (NiSi) may not be formed as the first silicide layer. In this case, in the first heat treatment, an annealing temperature for converting to dinickel silicide (Ni 2 Si) that provides selectivity at the time of subsequent exfoliation of surplus Ni is given, and the second and third heat treatments later provide the first heat treatment. One silicide layer may be nickel monosilicide (NiSi).
次に、図17に示すように第1の半導体領域上および第2の半導体領域上以外をレジスト膜(図示せず)で覆った後に、第1の半導体領域上および第2の半導体領域上から、Pt原子をイオン注入する。このPt原子は、第1シリサイド層中に導入される。 Next, as shown in FIG. 17, after the portions other than the first semiconductor region and the second semiconductor region are covered with a resist film (not shown), from the first semiconductor region and the second semiconductor region. , Pt atoms are ion-implanted. The Pt atoms are introduced into the first silicide layer.
その後、第3の熱処理として、例えば、RTAにより、500℃、10秒程度のアニールを行う。このアニールにより、Pt原子を第1のシリサイド層中で拡散させ、NiSiおよびPtSiが混在した第2シリサイド層を、図16にて形成された第1シリサイド層/シリコン層接合の界面付近に形成する。この結果、図18に示す、第一の実施の形態のMISFETのソース及びドレイン電極部が形成される。 Thereafter, as the third heat treatment, annealing is performed at 500 ° C. for about 10 seconds, for example, by RTA. By this annealing, Pt atoms are diffused in the first silicide layer, and a second silicide layer in which NiSi and PtSi are mixed is formed near the interface between the first silicide layer / silicon layer junction formed in FIG. . As a result, the source and drain electrode portions of the MISFET of the first embodiment shown in FIG. 18 are formed.
第1の実施の形態では、イオン注入を用いてPt原子をNiSi層に導入する。導入されたPt原子はNiSi結晶粒内に比較的多く存在する。一方、NiSi層内では、不純物原子はNiSi結晶粒内に存在することが本発明者らにより既に見出されている。このため、イオン注入法を用いると、第3の熱処理時に、Pt原子の拡散に伴い、NiSi結晶粒内に存在する不純物原子を物理的に押し出すことができる。よって、シリサイド界面近傍の不純物濃度をより高濃度化することが可能になる。 In the first embodiment, Pt atoms are introduced into the NiSi layer using ion implantation. The introduced Pt atoms are present in a relatively large amount in the NiSi crystal grains. On the other hand, in the NiSi layer, the present inventors have already found that impurity atoms exist in NiSi crystal grains. For this reason, when the ion implantation method is used, the impurity atoms present in the NiSi crystal grains can be physically pushed out with the diffusion of the Pt atoms during the third heat treatment. Therefore, the impurity concentration near the silicide interface can be further increased.
この第3の熱処理の温度は、300℃以上550℃以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、Ptのモノシリサイドが形成されない恐れや、不純物偏析層の濃度が十分高くならない恐れがある。また、この温度範囲を上回ると、第1および第2のシリサイド層のNiがSi層中に異常拡散することにより、ジャンクションリークが増大する恐れがある。 The temperature of the third heat treatment is desirably 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. Below this range, Pt monosilicide may not be formed or the concentration of the impurity segregation layer may not be sufficiently high. If the temperature range is exceeded, Ni in the first and second silicide layers may abnormally diffuse in the Si layer, which may increase junction leakage.
なお、第1の熱処理、第2の熱処理または後述する第3の熱処理によって、第1の半導体領域および第2の半導体領域をシリサイド化する際に、シリサイド化前の拡散層の深さよりも深い領域まで第1の半導体領域および第2の半導体領域をシリサイド化することが望ましい。すなわち、最終的に形成される第1第2シリサイド層の深さが、第1の金属であるNi膜を堆積する直前の拡散層の深さよりも深いことが望ましい。これによって、拡散層中のより多くのAsまたはBを、急峻な濃度プロファイルで第1第2シリサイド層と半導体領域の界面に偏析させることが可能となるからである。 Note that when the first semiconductor region and the second semiconductor region are silicided by the first heat treatment, the second heat treatment, or the third heat treatment described later, a region deeper than the depth of the diffusion layer before silicidation. It is desirable to silicide the first semiconductor region and the second semiconductor region. That is, it is desirable that the depth of the first second silicide layer to be finally formed is deeper than the depth of the diffusion layer immediately before the Ni film that is the first metal is deposited. This is because more As or B in the diffusion layer can be segregated at the interface between the first and second silicide layers and the semiconductor region with a steep concentration profile.
また、Pt原子のイオン注入の条件は、イオン注入直後のPt原子がすべて第1シリサイド層中に収まるように設定されることが望ましい。これによって、Pt原子を効果的にNiSi層中で拡散させ、Si層側の不純物偏析層の不純物濃度を一層高くすることが可能となるからである。例えば、第1シリサイド層(NiSi)20nmに対するPtイオン注入の加速電圧は、30keV以下が望ましい。ドーズ量は、後述する所望のPtSi膜厚に応じて最適化する。例えば、第1シリサイド層として形成されたNiSi膜厚が20nmの時に、第2シリサイド層の厚さを2nm以下としたいときは、一桁膜厚が異なるので、シリサイド層の抵抗は第1シリサイド層(Pt含有NiSi)で決定されることになる。ここで、PtSiの単位格子(5.93Å×5.59Å×3.60Å)には4個のPt原子があるので、濃度は8.4×1021cm−3である。よって、第1のシリサイド層を、例えば2nm膜厚として作製するには、少なくとも1.68×1015cm−2のドーズ量でPt原子のイオン注入を行えば良い。打ち込まれたPtはすべて第2のシリサイド層に入る必要はなく、第1のシリサイド層に残留して5%以下のPt濃度となる。 Further, it is desirable that the conditions for ion implantation of Pt atoms are set so that all of the Pt atoms immediately after the ion implantation are contained in the first silicide layer. This is because Pt atoms can be effectively diffused in the NiSi layer, and the impurity concentration of the impurity segregation layer on the Si layer side can be further increased. For example, the acceleration voltage of Pt ion implantation for the first silicide layer (NiSi) 20 nm is desirably 30 keV or less. The dose is optimized according to the desired PtSi film thickness described later. For example, when the thickness of the NiSi film formed as the first silicide layer is 20 nm and the thickness of the second silicide layer is to be 2 nm or less, the thickness of the silicide layer is different because the thickness is different by one digit. (Pt-containing NiSi). Here, since there are four Pt atoms in the PtSi unit cell (5.93 Å × 5.59 Å × 3.60 Å), the concentration is 8.4 × 10 21 cm −3 . Therefore, in order to produce the first silicide layer with a thickness of 2 nm, for example, ion implantation of Pt atoms may be performed with a dose amount of at least 1.68 × 10 15 cm −2 . All of the implanted Pt does not need to enter the second silicide layer, and remains in the first silicide layer to have a Pt concentration of 5% or less.
また、ここでは、ゲート部(ゲート絶縁膜およびゲート電極)をソース/ドレイン領域の形成前に作成するゲートファーストプロセスを用いて説明したが、無論、ゲート部をソース/ドレイン領域の形成後に作成するゲートラストプロセスを用いてもかまわない。ゲートラストプロセスでは、ダミーゲート部を形成した後にソース/ドレイン領域を形成し、次いでダミーゲート部を剥離し、ゲート部を作成する。 Here, the gate portion (gate insulating film and gate electrode) has been described using a gate first process in which the gate portion is formed before the source / drain region is formed. Of course, the gate portion is formed after the source / drain region is formed. A gate-last process may be used. In the gate last process, after forming the dummy gate portion, the source / drain regions are formed, and then the dummy gate portion is peeled off to create the gate portion.
図18は、第1の実施の形態の一例を示す相補型半導体装置の断面図である。 FIG. 18 is a cross-sectional view of a complementary semiconductor device showing an example of the first embodiment.
図18に示すように、シリコンの半導体基板上に、n型MISFETとp型MISFETを有している。n型MISFETは、シリコン基板に形成されたpウェルに形成されている。p型MISFETは、シリコン基板に形成されたnウェル上に形成されている。そして、n型MISFETが形成される領域と、p型MISFETが形成される領域との境界には、素子分離領域が形成されている。この素子分離領域は、例えば、シリコン酸化膜が埋め込まれたSTI(Shalllow Trench Isolation)である。 As shown in FIG. 18, an n-type MISFET and a p-type MISFET are provided on a silicon semiconductor substrate. The n-type MISFET is formed in a p-well formed on a silicon substrate. The p-type MISFET is formed on an n-well formed on a silicon substrate. An element isolation region is formed at the boundary between the region where the n-type MISFET is formed and the region where the p-type MISFET is formed. This element isolation region is, for example, STI (Shallow Low Trench Isolation) in which a silicon oxide film is embedded.
そして、n型MISFETは、シリコン基板上の第1のチャネル領域と、第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、第1のチャネル領域の両側に形成された第1ソース/ドレイン領域と、を具備する。ソース/ドレイン領域は、ソース電極およびドレイン電極と、ソース/ドレイン電極に接した界面領域に形成された高濃度Asを有する界面層と、拡散層とを有する。ソース電極およびドレイン電極は、上述した第1および第2シリサイド層で形成される。ゲート電極の両側面には、例えば、シリコン窒化膜からなる側壁絶縁膜が形成されている。 The n-type MISFET has a first channel region on the silicon substrate, a first gate insulating film formed on the first channel region, and a first gate insulating film formed on the first gate insulating film. A gate electrode; and a first source / drain region formed on both sides of the first channel region. The source / drain region has a source electrode and a drain electrode, an interface layer having a high concentration As formed in an interface region in contact with the source / drain electrode, and a diffusion layer. The source electrode and the drain electrode are formed by the first and second silicide layers described above. Side wall insulating films made of, for example, a silicon nitride film are formed on both side surfaces of the gate electrode.
高濃度Asを有する界面層は、例えば、4×1020〜2×1021atoms/cm3の濃度を有している。 The interface layer having a high concentration As has a concentration of 4 × 10 20 to 2 × 10 21 atoms / cm 3 , for example.
そして、p型MISFETは、シリコン基板上の第2のチャネル領域と、第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、第2のチャネル領域の両側に形成された第2ソース/ドレイン領域と、を具備する。第2ソース/ドレイン領域は、高濃度Asを有する界面層がBに代わった他はn型MISFETと同様である。 The p-type MISFET has a second channel region on the silicon substrate, a second gate insulating film formed on the second channel region, and a second gate insulating film formed on the first gate insulating film. A gate electrode; and second source / drain regions formed on both sides of the second channel region. The second source / drain region is the same as the n-type MISFET except that the interface layer having a high concentration As is replaced with B.
高濃度Bを有する界面層は、例えば、4×1020〜2×1021atoms/cm3の濃度を有している。 The interface layer having a high concentration B has a concentration of 4 × 10 20 to 2 × 10 21 atoms / cm 3 , for example.
上述したように、従来の不純物偏析プロセスで作製したNiSi/Si界面におけるAs濃度は、2.0×1020cm−3になることが知られている(非特許文献2参照)。これに対し、上述した本実施形態のプロセスにより、2段階の雪かき効果が起きると、より界面におけるAs濃度が増大する。 As described above, it is known that the As concentration at the NiSi / Si interface produced by the conventional impurity segregation process is 2.0 × 10 20 cm −3 (see Non-Patent Document 2). On the other hand, when the two-stage snow removal effect occurs by the process of the present embodiment described above, the As concentration at the interface increases.
さらに、界面抵抗とAs濃度との関係を以下に示す式4により計算した。
この結果を図19に示す。界面のAs濃度が、現状のAs濃度の2倍である4.0×1020cm−3になれば、界面に形成されるPtSi層によってSBHは高くなるものの、それを上回る効果があり、界面抵抗を減少させることが可能となる。 The result is shown in FIG. If the As concentration at the interface is 4.0 × 10 20 cm −3 , which is twice the current As concentration, the SBH is increased by the PtSi layer formed at the interface, but there is an effect that exceeds that. Resistance can be reduced.
特に、界面のAs濃度が7.0×1020cm−3となれば、界面抵抗を現状の5分の1以下にすることが可能であり、産業的に非常に有用である。尚、図2に示した様に、PtSi格子中にAs原子が入るときの生成エネルギーは、NiSi格子中にAs原子が入る場合よりも1eV程度大きくなる。よって、シリサイド化の温度(500℃)の下では、As濃度を7.0×1020cm−3以上にすることは十分可能である。 In particular, if the As concentration at the interface is 7.0 × 10 20 cm −3 , the interface resistance can be reduced to 1/5 or less of the current value, which is very useful industrially. As shown in FIG. 2, the generation energy when As atoms enter the PtSi lattice is about 1 eV higher than the case where As atoms enter the NiSi lattice. Therefore, under the silicidation temperature (500 ° C.), it is sufficiently possible to set the As concentration to 7.0 × 10 20 cm −3 or more.
上述したように、p型Siに対してPtSiのSBHは0.23eV程度と小さく、p型MISFETの電極材料として有望であることは公知である。ただし、本発明によって不純物のBに対しても高い偏析効果が得られるため、さらに界面抵抗を下げることが可能となる。 As described above, SBH of PtSi is as small as about 0.23 eV with respect to p-type Si, and is well known as a promising electrode material for p-type MISFETs. However, since the present invention provides a high segregation effect even with respect to the impurity B, the interface resistance can be further reduced.
よって、第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を採用すれば、n型MISFETおよびp型MISFETのソース・ドレイン電極の界面抵抗を同時に低抵抗化することが可能であり、CMIS構造の半導体装置の高性能化を実現することが可能となる。また、n型MISFETとp型MISFETの、それぞれのソース・ドレイン電極に同一の構造を有するシリサイド層を用いるため、デュアルシリサイドに比べて、工程数の増加を大きく抑えることができる。 Therefore, if the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment is adopted, the interface resistance of the source / drain electrodes of the n-type MISFET and the p-type MISFET can be simultaneously reduced, and the CMIS structure semiconductor It becomes possible to realize high performance of the apparatus. Further, since the silicide layers having the same structure are used for the source / drain electrodes of the n-type MISFET and the p-type MISFET, an increase in the number of processes can be greatly suppressed as compared with the dual silicide.
(第1の実施の形態の変形例)
第1の実施の形態の変形例の半導体装置および半導体装置の製造方法は、n型MISFETおよびp型MISFETのそれぞれが、エクステンション拡散層を有する以外は、第1の実施の形態の半導体装置および半導体装置の製造方法と同様である。
(Modification of the first embodiment)
The semiconductor device and the semiconductor device manufacturing method according to the modification of the first embodiment are the same as those of the first embodiment except that each of the n-type MISFET and the p-type MISFET has an extension diffusion layer. It is the same as the manufacturing method of the apparatus.
図20は、本変形例の半導体装置の断面模式図である。図20に示すように、n型MISFETは、例えば、不純物濃度が1×1020atoms/cm3程度のAsのエクスション拡散層を有している。また、p型MISFETは、例えば、不純物濃度が1×1020atoms/cm3程度のBのエクスション拡散層を有している。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to this modification. As shown in FIG. 20, the n-type MISFET has an As diffusion layer having an impurity concentration of about 1 × 10 20 atoms / cm 3 , for example. In addition, the p-type MISFET has, for example, an B diffusion layer having an impurity concentration of about 1 × 10 20 atoms / cm 3 .
本変形例の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、エクステンション拡散層を付加することにより、第1の実施の形態の効果に加えて、MISFETの特性最適化、具体的には、ショートチャネル効果と動作電流との最適化等が容易になるという効果が得られる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of this modification, by adding the extension diffusion layer, in addition to the effects of the first embodiment, the characteristics of the MISFET are optimized, specifically, the short channel The effect that the optimization of the effect and the operating current becomes easy can be obtained.
(第2の実施の形態)
図21に示したように、第2の実施の形態の半導体装置の製造方法は、第2の半導体領域上へのBのイオン注入を、NiSiを含む第1のシリサイド層を形成した後に行い、さらにBのイオン注入後にアニールを行うことを特徴とする。この方法は、不純物後打ちプロセスと呼ばれる。第2シリサイド形成前の、第1シリサイド(NiSi)の形成方法とこの方法に特徴的な不純物分布以外は、第1の実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 21, in the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment, B ions are implanted into the second semiconductor region after forming the first silicide layer containing NiSi. Further, annealing is performed after ion implantation of B. This method is called an impurity post-coating process. The first embodiment is the same as the first embodiment except for the formation method of the first silicide (NiSi) and the impurity distribution characteristic of this method before forming the second silicide.
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態に比較して、よりp型MISFETの界面抵抗を低減することが可能となる。 According to the second embodiment, the interface resistance of the p-type MISFET can be further reduced as compared with the first embodiment.
従来の不純物偏析プロセスは、n型MISFETの高性能化にとっては有用であるが、p型MISFETの高性能化にとっては必ずしも有用でない。なぜなら、p型Siの代表的不純物であるBの場合は、シリサイド化中にNiSi膜にBが取り込まれるため、その多くがNiSi膜中に分布し、Si膜側の不純物濃度が低くなるからである(非特許文献1参照)。p型MISFETの界面抵抗(Rc)の低抵抗化実現のためには、NiSi層形成後にBのイオン注入を行う、いわゆる不純物後打ちプロセスが有効である。 Conventional impurity segregation processes are useful for improving the performance of n-type MISFETs, but are not necessarily useful for improving the performance of p-type MISFETs. This is because B, which is a typical impurity of p-type Si, is incorporated into the NiSi film during silicidation, so that most of it is distributed in the NiSi film and the impurity concentration on the Si film side decreases. Yes (see Non-Patent Document 1). In order to reduce the interface resistance (Rc) of the p-type MISFET, a so-called impurity post-implantation process in which B ions are implanted after the NiSi layer is formed is effective.
不純物後打ちプロセスによれば、Bを不純物として用いた場合に、NiSi層/Si層界面付近の不純物濃度を高くでき、この結果SBHを低下させることができる。よって、このプロセスが、p型MISFETの界面抵抗(Rc)の低抵抗化実現のために有効である。 According to the impurity post-implantation process, when B is used as an impurity, the impurity concentration in the vicinity of the NiSi layer / Si layer interface can be increased, and as a result, SBH can be decreased. Therefore, this process is effective for realizing low resistance of the interface resistance (Rc) of the p-type MISFET.
第2の実施の形態によれば、2段階不純物偏析プロセスと不純物後打ちプロセスとを組み合わせることにより、p型MISFETの界面抵抗(Rc)の更なる低抵抗化が可能となる。 According to the second embodiment, the resistance of the interface resistance (Rc) of the p-type MISFET can be further reduced by combining the two-stage impurity segregation process and the impurity post-bake process.
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の半導体装置の製造方法は、第1シリサイド層(NiSi層)へのPt元素の導入方法として、イオン注入ではなく、第1シリサイド層上にPtを含む金属層を堆積させた後にアニールする方法を採ることを特徴とする。これ以外は、第1の実施の形態と同様であるので記述を省略する。
(Third embodiment)
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, as a method for introducing a Pt element into a first silicide layer (NiSi layer), a metal layer containing Pt is deposited on the first silicide layer instead of ion implantation. It is characterized by adopting a method of annealing after that. Other than this, the description is omitted because it is the same as the first embodiment.
第3の実施の形態においては、第1の実施の形態における図17に示すPtイオン注入工程に代えて、Ptを含有した金属膜を堆積する。 In the third embodiment, instead of the Pt ion implantation step shown in FIG. 17 in the first embodiment, a metal film containing Pt is deposited.
その後、300℃以上550℃以下のアニール(第3の熱処理)により、Ptを含有した膜から、第1シリサイド層(NiSi層)の結晶粒内あるいは結晶粒界を通して拡散させ、第2シリサイド層をNiSi層とSi層の界面領域に形成する。 Thereafter, the second silicide layer is diffused from the Pt-containing film through the crystal grains of the first silicide layer (NiSi layer) or through the crystal grain boundaries by annealing (third heat treatment) at 300 ° C. to 550 ° C. It is formed in the interface region between the NiSi layer and the Si layer.
なお、第3の熱処理の処理温度に関しては、第1の熱処理および第2の熱処理の処理温度よりも低温であることが望ましい。これは、第1の熱処理で形成された第1シリサイド層(NiSi層)からのNi拡散を抑え、ジャンクションリークの増加を抑制するためである。また、NiSiの組成変化により電極自体の抵抗が増大するのを抑制するためでもある。さらに、拡散層のチャネル方向への伸びを抑え、トランジスタ特性の劣化を抑制する観点からも低温であることが望ましい。 Note that the treatment temperature of the third heat treatment is preferably lower than the treatment temperatures of the first heat treatment and the second heat treatment. This is for suppressing Ni diffusion from the first silicide layer (NiSi layer) formed by the first heat treatment and suppressing an increase in junction leak. Moreover, it is also for suppressing that resistance of electrode itself increases by the composition change of NiSi. Furthermore, it is desirable that the temperature is low from the viewpoint of suppressing the extension of the diffusion layer in the channel direction and suppressing the deterioration of the transistor characteristics.
もっとも、NiSi層上にPt層を堆積させた後、アニールによりPt元素をNiSi膜中に拡散させる工程では、元から形成されているNiSi層の結晶性の違いにより、Ptの分布が不均一になる可能性がある。例えば、Si(001)基板上のNiSi膜は一般に多結晶であるため、結晶粒界が存在する。Pt元素の拡散はこの結晶粒界で優先的に起きてしまうことが考えられる。しかし、公知の成膜条件を調整することにより、結晶粒の大きなNiSi膜を作製することが可能であり、粒界での拡散を低減させることができる。従って、この本実施の形態の場合でも、本発明による不純物雪かき効果が発生する。 However, in the step of depositing the Pt layer on the NiSi layer and then diffusing the Pt element into the NiSi film by annealing, the distribution of Pt becomes uneven due to the difference in crystallinity of the NiSi layer formed from the beginning. There is a possibility. For example, since a NiSi film on a Si (001) substrate is generally polycrystalline, a crystal grain boundary exists. It is conceivable that diffusion of Pt element occurs preferentially at this crystal grain boundary. However, by adjusting known film formation conditions, a NiSi film having large crystal grains can be produced, and diffusion at grain boundaries can be reduced. Therefore, even in the case of this embodiment, the impurity snow shoveling effect according to the present invention occurs.
Ptを含む金属層をNiSi層上へ堆積させる方法として、例えば、スパッタ、真空蒸着、メタルCVD等が用いられる。スパッタ等の簡便な成膜方法を用いることにより、第1実施の形態のイオン注入よりも、工程が簡素化できるという長所がある。 As a method for depositing the metal layer containing Pt on the NiSi layer, for example, sputtering, vacuum evaporation, metal CVD, or the like is used. By using a simple film formation method such as sputtering, there is an advantage that the process can be simplified as compared with the ion implantation of the first embodiment.
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態の半導体装置およびその製造方法は、第1シリサイド層(NiSi層)と第2シリサイド層(NiSiとPtSiの混在した層)に、シリサイド化していないPt元素を含むこと以外は、第1の実施の形態と同様である。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment, except that the first silicide layer (NiSi layer) and the second silicide layer (layer in which NiSi and PtSi are mixed) contain a Pt element that is not silicided. This is the same as in the first embodiment.
第4の実施の形態の半導体装置では、第1第2シリサイド層の結晶格子中に原子状態のPt元素や、結晶粒界にPt金属が存在する。このため、第3の熱処理において、より低温でのプロセスが可能となり、プロセスの汎用性が増し、工程の簡素化が可能となる。 In the semiconductor device according to the fourth embodiment, the Pt element in the atomic state exists in the crystal lattice of the first second silicide layer, and the Pt metal exists in the crystal grain boundary. For this reason, in the third heat treatment, a process at a lower temperature is possible, the versatility of the process is increased, and the process can be simplified.
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態の半導体装置の製造方法は、n型MISFETの第2シリサイド層/Si層の界面に、第3の金属層を含むこと以外は、第1の実施の形態と同様である。
(Fifth embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment except that the third metal layer is included in the second silicide layer / Si layer interface of the n-type MISFET. .
第3の金属層は、仕事関数が約3.5eVであるErのように、仕事関数がシリコンのミッドギャップよりも小さい金属、例えば、Y(イットリウム:約3.1eV)、Sr(ストロンチウム:約2.59eV、La(ランタン:約3.5eV)、Hf(ハフニウム:約3.9eV)、Yb(イッテルビウム:約2.9eV)、Al(アルミニウム:約4.28eV)、In(インジウム:約4.12eV)等、あるいはこれらのシリサイド、あるいはこれらの混合物であり、n型MISFETに対してPtSiよりもSBHを下げる効果を有する材料により形成される。 The third metal layer is made of a metal having a work function smaller than the silicon midgap, such as Er having a work function of about 3.5 eV, such as Y (yttrium: about 3.1 eV), Sr (strontium: about 2.59 eV, La (lanthanum: about 3.5 eV), Hf (hafnium: about 3.9 eV), Yb (ytterbium: about 2.9 eV), Al (aluminum: about 4.28 eV), In (indium: about 4 .12 eV) or the like, or a silicide thereof, or a mixture thereof, and is formed of a material having an effect of lowering SBH than PtSi with respect to n-type MISFET.
図22(a)に示すように、第1の実施の形態でNiSi層/PtSi層/Si層が形成された後、導入したい金属元素を含有する膜を堆積し、熱処理を行うことにより、NiSi層/PtSi層の結晶粒界を介してSi側界面まで該金属元素を導入して、第3の金属層を形成する。この結果、図22(b)に示すように、高濃度Bの偏析によるバンド曲がりの効果と、第3の金属層による低いSBHの相乗効果により、低い界面抵抗(Rc)を実現できる。 As shown in FIG. 22 (a), after the NiSi layer / PtSi layer / Si layer is formed in the first embodiment, a film containing a metal element to be introduced is deposited and heat treatment is performed. The third metal layer is formed by introducing the metal element to the Si side interface through the grain boundary of the layer / PtSi layer. As a result, as shown in FIG. 22B, a low interface resistance (Rc) can be realized by the effect of band bending due to segregation at high concentration B and the synergistic effect of low SBH due to the third metal layer.
第5の実施の形態においては、第3の実施の形態とは反対に、NiSi層/PtSi層の結晶粒界を積極的に活用する。第1の実施の形態で説明したように、本発明の製造方法によりNiSi層/PtSi層/Si層のSi層にAsの高い不純物偏析効果が得られるが、元々n型Siに対するPtSiのSBHは0.87eV程度と大きい。そこで本実施の形態では、PtSiよりも低いSBHが期待できる第3の金属層を、必要に応じて界面にのみ導入するものである。 In the fifth embodiment, contrary to the third embodiment, the crystal grain boundaries of the NiSi layer / PtSi layer are positively utilized. As described in the first embodiment, the manufacturing method of the present invention provides a high As impurity segregation effect in the Si layer of NiSi layer / PtSi layer / Si layer, but originally SBH of PtSi with respect to n-type Si is As large as about 0.87 eV. Therefore, in the present embodiment, a third metal layer that can be expected to have SBH lower than PtSi is introduced only at the interface as necessary.
(第6の実施の形態)
第6の実施の形態の半導体装置および半導体装置の製造方法は、半導体装置を構成するn型MISFETおよびp型MISFETが、Fin型MISFETであること以外は第1の実施の形態と同様であるので記述を省略する。
(Sixth embodiment)
The semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of the sixth embodiment are the same as those of the first embodiment except that the n-type MISFET and the p-type MISFET constituting the semiconductor device are Fin-type MISFETs. Description is omitted.
図23は、第6の実施の形態の半導体装置の斜視図である。 FIG. 23 is a perspective view of the semiconductor device according to the sixth embodiment.
図23に示すように、本実施の形態の半導体装置は、例えば、シリコンの半導体基板上に、Fin型のn型MISFETと、Fin型のp型MISFETを有している。 As shown in FIG. 23, the semiconductor device of this embodiment has, for example, a Fin-type n-type MISFET and a Fin-type p-type MISFET on a silicon semiconductor substrate.
n型MISFETは、第1のチャネル領域の両側に、NiSi層/PtSi層/Si層からなるソース電極およびドレイン電極と、第1のチャネル領域と第1のシリサイド層との間に形成されたAs界面層を有している。p型MISFETは、第2のチャネル領域の両側に、NiSi層/PtSi層/Si層からなるソース電極およびドレイン電極と、第2のチャネル領域と第1のシリサイド層との間に形成されたB偏界面を有している。 The n-type MISFET is formed on both sides of the first channel region between the source and drain electrodes made of NiSi layer / PtSi layer / Si layer and the As channel formed between the first channel region and the first silicide layer. It has an interface layer. The p-type MISFET has a B electrode formed on both sides of the second channel region, between the source and drain electrodes made of NiSi layer / PtSi layer / Si layer, and between the second channel region and the first silicide layer. It has a partial interface.
そして、n型MISFET、p型MISFETのチャネル領域は、半導体基板に垂直なFin形状をしており、相対する2つの主面を有している。そして、この2つの主面上に、それぞれ、ゲート絶縁膜が形成されている。そのゲート絶縁膜上に、ゲート電極が形成されている。このように、第6の実施の形態のMISFETは、いわゆるダブルゲート構造を有するFin型MISFETである。 The channel regions of the n-type MISFET and the p-type MISFET have a Fin shape perpendicular to the semiconductor substrate and have two opposing main surfaces. A gate insulating film is formed on each of the two main surfaces. A gate electrode is formed on the gate insulating film. As described above, the MISFET of the sixth embodiment is a Fin-type MISFET having a so-called double gate structure.
尚、図23では、一つのMISFSETは一つのFinを有しているが、無論、一つのMISFETが複数のMISFSETを有していてもかまわない。 In FIG. 23, one MISSSET has one Fin, but it goes without saying that one MISFET may have a plurality of MSFSETs.
また、製造方法としては、Fin型MISFETのソース/ドレイン領域を形成する際に、上述した第1の実施の形態のプロセスを採用すればよい。 As a manufacturing method, the process of the first embodiment described above may be employed when forming the source / drain regions of the Fin-type MISFET.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.
Claims (6)
前記ゲート部を挟む前記Si層に、Asを導入する工程と、
前記Asが導入された前記Si層上にNi層を堆積する工程と、
熱処理を用いて、前記Ni層と前記Si層とを反応させて第1シリサイド層を形成するとともに、前記第1シリサイド層と前記Si層との界面に前記Asを偏析させる工程と、
前記第1シリサイド層中にPt元素を導入する工程と、
熱処理を用いて、前記Pt元素を前記Si層まで拡散させて前記第1シリサイド層と前記Si層との間に第2シリサイド層を形成するとともに、前記第2シリサイド層と前記Si層との界面に前記Asを偏析させる工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate portion on the Si layer;
Introducing As into the Si layer sandwiching the gate portion;
Depositing a Ni layer on the Si layer introduced with As;
Forming a first silicide layer by reacting the Ni layer and the Si layer using heat treatment, and segregating the As at the interface between the first silicide layer and the Si layer;
Introducing a Pt element into the first silicide layer;
Using a heat treatment, the Pt element is diffused to the Si layer to form a second silicide layer between the first silicide layer and the Si layer, and an interface between the second silicide layer and the Si layer. And segregating the As to
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記Si層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟む前記Si層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第1シリサイド層と、
前記第1シリサイド層と前記Si層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第2シリサイド層と、
前記第2シリサイド層と前記Si層との間に形成され、Asを有するSi界面層とを具備するn型MISトランジスタを備えることを特徴とする半導体装置。 A Si layer;
A gate insulating film formed on the Si layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A first silicide layer formed on the surface of the Si layer sandwiching the gate electrode and having Ni silicide and a Pt element;
A second silicide layer formed between the first silicide layer and the Si layer and having Ni silicide and Pt silicide;
A semiconductor device comprising an n-type MIS transistor formed between the second silicide layer and the Si layer and comprising an Si interface layer having As.
前記Si層上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極を挟む前記Si層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第1シリサイド層と、
前記第1シリサイド層と前記Si層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第2シリサイド層と、
前記第2シリサイド層と前記Si層との間に形成され、Asを有するSi界面層とを具備するn型MISトランジスタと、
前記Si層上に形成された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極を挟む前記Si層表面に形成され、NiシリサイドおよびPt元素を有する第3シリサイド層と、
前記第3シリサイド層と前記Si層との間に形成され、NiシリサイドおよびPtシリサイドを有する第4シリサイド層とを具備するp型MISトランジスタとを備えることを特徴とする半導体装置。 A Si layer;
A first gate insulating film formed on the Si layer;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A first silicide layer formed on the surface of the Si layer sandwiching the first gate electrode and having Ni silicide and a Pt element;
A second silicide layer formed between the first silicide layer and the Si layer and having Ni silicide and Pt silicide;
An n-type MIS transistor formed between the second silicide layer and the Si layer and comprising an Si interface layer having As;
A second gate insulating film formed on the Si layer;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A third silicide layer formed on the surface of the Si layer sandwiching the second gate electrode and having Ni silicide and a Pt element;
And a p-type MIS transistor formed between the third silicide layer and the Si layer and including a fourth silicide layer having Ni silicide and Pt silicide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007317504A JP2009141214A (en) | 2007-12-07 | 2007-12-07 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007317504A JP2009141214A (en) | 2007-12-07 | 2007-12-07 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009141214A true JP2009141214A (en) | 2009-06-25 |
Family
ID=40871523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007317504A Pending JP2009141214A (en) | 2007-12-07 | 2007-12-07 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009141214A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011040641A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP5553256B2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-07-16 | 国立大学法人東北大学 | MOSFET having three-dimensional structure and manufacturing method thereof |
| WO2016088196A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-09 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Method for producing semiconductor device and semiconductor device |
-
2007
- 2007-12-07 JP JP2007317504A patent/JP2009141214A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011040641A (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP5553256B2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-07-16 | 国立大学法人東北大学 | MOSFET having three-dimensional structure and manufacturing method thereof |
| WO2016088196A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-09 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Method for producing semiconductor device and semiconductor device |
| JPWO2016088196A1 (en) * | 2014-12-02 | 2017-07-20 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
| US10014410B2 (en) | 2014-12-02 | 2018-07-03 | Renesas Electronics Corporation | Method for producing semiconductor device and semiconductor device |
| US10121895B2 (en) | 2014-12-02 | 2018-11-06 | Renesas Electronics Corporation | Method for producing semiconductor device and semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8502299B2 (en) | Strained semiconductor device and method of making same | |
| US12014960B2 (en) | Etch profile control of polysilicon structures of semiconductor devices | |
| US8004047B2 (en) | Semiconductor devices and methods of manufacture thereof | |
| US6037605A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US8405160B2 (en) | Multi-strained source/drain structures | |
| US20150287811A1 (en) | Methods to integrate SONOS into CMOS Flow | |
| JP4939960B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US20090008726A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
| US8871585B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device | |
| US20250248094A1 (en) | Gate Structures in Transistors and Method of Forming Same | |
| WO2008106413A2 (en) | Formation of fully silicided gate with oxide barrier on the source/drain silicide regions | |
| US8241974B2 (en) | Nonvolatile memory device with multiple blocking layers and method of fabricating the same | |
| CN112786438A (en) | Semiconductor device and forming method of grid structure thereof | |
| US20250359154A1 (en) | Field effect transistor with dual silicide and method | |
| JP2008004776A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP2007005721A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US20210399221A1 (en) | Method of Forming a FinFET Device | |
| CN108735671B (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2009141214A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR101561060B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| US12476112B2 (en) | Method for fabricating a semiconductor device including a MOS transistor having a silicide layer | |
| JPH10116988A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US12527070B2 (en) | Method for forming wells for semiconductor devices using implanations of increasing energy | |
| US20250023255A1 (en) | Etch Profile Control Of Polysilicon Structures Of Semiconductor Devices | |
| US7947583B2 (en) | Forming of silicide areas in a semiconductor device |