JP2005522035A - Method for forming an improved metal silicide contact to a conductive silicon-containing region - Google Patents
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Abstract
シリサイド部分(208)を伝導性のシリコン含有領域中およびこの領域上に形成すべく、少なくとも3つの物質層(221)(222)および(223)を含むスタック層(220)が提供される。シリコンに隣接する層(221)は、シリサイド反応のための金属原子を供給する。中間層(222)は、たい積中に窒素を含有するガスを供給することによって形成された金属窒素化合物である。上位層(223)を形成すべく、このガスの供給が中止される。この方法はin situ方法として実行することができる。これにより、少なくとも2つのたい積チャンバを使用する必要がある典型的な先行技術のプロセスと比較して、処理能力およびたい積ツール性能を著しく改善することができる。A stack layer (220) comprising at least three material layers (221) (222) and (223) is provided to form a silicide portion (208) in and on the conductive silicon-containing region. A layer (221) adjacent to silicon supplies metal atoms for the silicide reaction. The intermediate layer (222) is a metal nitrogen compound formed by supplying a gas containing nitrogen during the deposition. This gas supply is stopped to form the upper layer (223). This method can be carried out as an in situ method. This can significantly improve throughput and deposition tool performance as compared to typical prior art processes that require the use of at least two deposition chambers.
Description
本発明は概して集積回路の製造の分野に関し、特に、伝導性のシリコン含有領域のシート抵抗を減少するために、これらの領域中にメタルシリサイド部分を有する半導体デバイスに関する。 The present invention relates generally to the field of integrated circuit manufacturing, and more particularly to semiconductor devices having metal silicide portions in these regions to reduce the sheet resistance of conductive silicon-containing regions.
現在の超高密度集積回路では、デバイス構造(device feature)はデバイスの性能および機能性を上げるため、どんどん縮小している。
しかしながら、加工寸法(パターン寸法)(feature size)をシュリンクすることは、縮小した加工寸法によって得られる利点を部分的に相殺し得る、ある問題を必然的に伴う。
一般に、例えばトランジスタ素子の加工寸法を縮小することは、トランジスタ素子中のチャネル抵抗を下げることとなり、より電流が流れやすくなると共に、トランジスタのスイッチング速度を上げることになる。
しかしながら、これらのトランジスタ素子の加工寸法を縮小する際には、加工寸法の縮小に伴って電気配線および接触領域の断面積が減少するので、これらの電気配線および接触領域、すなわち、トランジスタ素子の周りに電気的接触を提供する領域の電気抵抗が増加することが主要な問題になる。
しかしながら断面積は、電気配線および接触領域に含まれる物質の特性と共に、それぞれの配線または接触領域の抵抗を決定する。
In current ultra-high density integrated circuits, device features are shrinking to increase device performance and functionality.
However, shrinking the feature size entails certain problems that can partially offset the benefits gained by the reduced feature size.
In general, reducing the processing size of a transistor element, for example, lowers the channel resistance in the transistor element, thereby facilitating current flow and increasing the switching speed of the transistor.
However, when the processing dimensions of these transistor elements are reduced, the cross-sectional areas of the electric wiring and the contact region are reduced as the processing dimensions are reduced. The main problem is that the electrical resistance of the region providing electrical contact to the substrate increases.
However, the cross-sectional area determines the resistance of each wiring or contact area, as well as the properties of the electrical wiring and the material contained in the contact area.
上述した問題はこの点において、トランジスタのソース領域とドレイン領域の間のゲート電極の下に形成される電界効果トランジスタのチャネルの拡張部のように、クリティカルディメンジョン(CD)とも呼ばれる、典型的な加工寸法(critical feature size)について起こり得る。
一般的にチャネル長と呼ばれる、チャネルのこの拡張部を縮小することは、ゲート電極とチャネルの間のキャパシタンスがより小さくなることにより、および、より短いチャネルの抵抗の低下により、トランジスタ素子の立ち下がりおよび立ち上がり時間に関するデバイスの性能を著しく改善し得る。
しかしながら、チャネル長をシュリンクすることは、一般にポリシリコン、およびトランジスタのドレインおよびソース領域への電気的接触を許容する接触領域から作られる電界効果トランジスタのゲート電極のような、任意の電気配線のサイズを縮小することをさらに要し、従って、電荷キャリア移動(charge carrier transportation)に利用できる断面積を減少する。
その結果、減少した断面積が、配線および接触領域を形成する物質の電気的特性を改善することにより補償されなければ、ゲート電極やドレインおよびソース接触領域のような電気配線や接触領域は、より高い抵抗を示す。
The problem described above is a typical process in this respect, also called critical dimension (CD), like the channel extension of a field effect transistor formed under the gate electrode between the source and drain regions of the transistor. Possible for critical feature size.
Shrinking this extension of the channel, commonly referred to as the channel length, reduces the falling edge of the transistor element by reducing the capacitance between the gate electrode and the channel and by reducing the resistance of the shorter channel. And device performance with respect to rise time can be significantly improved.
However, shrinking the channel length is generally the size of any electrical wiring, such as polysilicon and the gate electrode of a field effect transistor made from contact regions that allow electrical contact to the drain and source regions of the transistor. Is further reduced, thus reducing the cross-sectional area available for charge carrier transportation.
As a result, if the reduced cross-sectional area is not compensated for by improving the electrical properties of the material forming the wiring and contact regions, electrical wiring and contact regions such as gate electrodes, drains and source contact regions are more High resistance.
したがって、基本的にシリコンのような半導体材料で構成される伝導性の領域の特性を改善することは、特に重要である。
例えば、現在の集積回路において、電界効果トランジスタ、キャパシタその他これに類するもののような個々の半導体デバイスは、主としてシリコンをベースとしており、この個々のデバイスはシリコン配線および金属配線によって接続される。
金属配線の抵抗率は、一般に使用されているアルミニウムを例えば銅に置換することによって改善し得るが、シリコンを含む半導体配線および半導体接触領域の電気的特性の改良が必要とされる場合、プロセスエンジニアは困難な課題に直面する。
Therefore, it is particularly important to improve the properties of conductive regions that are basically composed of a semiconductor material such as silicon.
For example, in current integrated circuits, individual semiconductor devices, such as field effect transistors, capacitors, and the like, are primarily based on silicon, and the individual devices are connected by silicon wiring and metal wiring.
The resistivity of metal interconnects can be improved by replacing commonly used aluminum with, for example, copper, but if the electrical characteristics of semiconductor interconnects and semiconductor contact regions containing silicon are needed, process engineers Face difficult challenges.
一般的には、これらのシリコン含有領域の上に金属シリサイド部分が形成されるように処理される。この金属シリサイド部分は、深くドープした状態においてであっても、シリコンよりもずっと小さなシート抵抗を示す。 Generally, processing is performed so that metal silicide portions are formed on these silicon-containing regions. This metal silicide portion exhibits a much lower sheet resistance than silicon, even in the deeply doped state.
図1aないし図1cにおいて、伝導性のシリコン含有領域上に金属シリサイド部分を形成する典型的な先行技術のプロセス・フローを記載する。
図1aは、基板101中に形成されるFET(電界効果トランジスタ)100の概略的な断面図を示す。この基板101は、シリコン基板またはFET100を保持する(carry)のに適した他の基板であってもよい。
FET100の寸法は、二酸化ケイ素のような絶縁材によって形成され得るシャロー・トレンチ分離領域103によって定義される。
例えば二酸化ケイ素を含むゲート絶縁層106は、基本的にポリシリコンにより構成されるゲート電極109をウェル領域102から分離する。このウェル領域102は、必要とされるFET100の特性により、N型ドーパント原子および(または)P型ドーパント原子を含み得る。
さらに、共に参照符号105によって示されるソース領域およびドレイン領域は、ウェル領域102で提供される。これらの領域は逆に、ウェル領域102にドープされる。
ゲート絶縁層106の下にあるウェル領域102の表面の領域はまた、チャネル領域と呼ばれる。
ドレイン領域105とソース領域105を分離する、図1aにおける横方向の距離は、チャネル長と呼ばれる。
例えば二酸化ケイ素または窒化ケイ素を含む側壁スペーサ107は、ゲート電極109の側壁と接するように形成される。
ドレイン領域・ソース領域105およびゲート電極109の表面上に、金属シリサイド部分108が形成される。この金属シリサイド部分108は一般的に、ゲート電極109やソース領域・ドレイン領域105のようなそれぞれの伝導性のシリコン含有領域の抵抗を減少すべく、低抵抗オーミック状態(low-ohmic state)でコバルト・シリサイド(CoSi2)を含む。
In FIGS. 1a-1c, a typical prior art process flow for forming a metal silicide portion on a conductive silicon-containing region is described.
FIG. 1 a shows a schematic cross-sectional view of an FET (Field Effect Transistor) 100 formed in a
The dimensions of the FET 100 are defined by a shallow
For example, the
Further, a source region and a drain region, both indicated by
The region on the surface of the
The lateral distance in FIG. 1 a that separates the
For example, the
図1aに示される構造は一般的に、後続のプロセス・ステップによって形成される。
第1に、トレンチをエッチングし、二酸化ケイ素で再充填することによってトレンチ分離領域103を形成した後、例えば酸化プロセスによってゲート絶縁層106を形成する。
次に、精巧なフォトリソグラフィ技術によってゲート電極109を形成すべく、ポリシリコン層をたい積し、パターン化する。
その後、ソース領域・ドレイン領域105中に軽くドープした領域を定義すべく、第1注入ステップを実行し、次に、ソース領域・ドレイン領域105を定義する後の注入ステップにおいて注入マスクの役割を果たす側壁スペーサ107を形成する。
次に、例えばチタン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、ニッケルおよびこれに類するものを含む耐火金属の層が、図1aに示される構造の上にたい積される。
一般的にこの金属は、必要とされる金属を提供すべく、対応するターゲットを含んだスパッタリング・ツール中のスパッタリングによってたい積される。
The structure shown in FIG. 1a is typically formed by subsequent process steps.
First, after forming the
Next, a polysilicon layer is deposited and patterned to form the
Thereafter, a first implantation step is performed to define a lightly doped region in the source region /
Next, a layer of refractory metal including, for example, titanium, tantalum, zirconium, cobalt, nickel and the like is deposited over the structure shown in FIG. 1a.
Typically this metal is deposited by sputtering in a sputtering tool containing the corresponding target to provide the required metal.
図1bは、ドレイン領域105上にたい積した、耐火金属層110を含むドレイン領域105を部分的に拡大した断面図を概略的に示す。
耐火金属層110の上表面上には、この耐火金属層110が本質的にコバルトにより形成される場合、一般的にチタンまたは窒化チタンを含み得るキャップ層111が配置される。
このキャップ層111は、一般的にスパッタリング蒸着によって形成される。このスパッタリング蒸着において、基板101は、キャップ層111を形成すべく、個別のたい積チャンバ中で処理される。
FIG. 1 b schematically shows a partially enlarged cross-sectional view of the
On the upper surface of the
The
その後、第1平均温度(耐火金属としてコバルトを用いる場合には、一般的には440℃から600℃の範囲において)で実行される第1アニーリング・ステップが、層110中の耐火金属とドレイン領域105中のシリコンの間の化学反応を開始するように実行される。
もちろん、ゲート電極109とソース領域105中においても、対応する反応が起こることは、注目されるべきである。
この第1アニーリング・ステップの間、層110の金属、例えばコバルトと、領域105中のシリコンは、拡散にさらされ、コバルト・モノシリサイドを形成する。
この反応が起こるにつれて、本質的にチタンを含む場合のキャップ層111は、酸化チタンを形成すべく、アニール環境において存在する酸素原子と良く反応する、いわゆるゲッター層(gettering layer)の働きをする。
したがって、チタン・キャップ層111は、下にある層110中のコバルトの酸化を著しく減らすか、そうでなければコバルト酸化物を形成することができ、最終的に得られたシリサイド層の抵抗を増やすことができる。
しかしながら、第1アニール・ステップ中の拡散で、チタンとコバルトは本質的にシリコンと反応しない合成物を形成する傾向があり、よって、低抵抗の(low ohmic)シリサイド部分には役立たない。
Thereafter, a first annealing step performed at a first average temperature (generally in the range of 440 ° C. to 600 ° C. when using cobalt as the refractory metal) is performed in the refractory metal and drain regions in
Of course, it should be noted that corresponding reactions also occur in the
During this first annealing step, the metal of
As this reaction occurs, the
Thus, the
However, upon diffusion during the first anneal step, titanium and cobalt tend to form a composite that is essentially non-reactive with silicon, and thus not useful for low ohmic silicide portions.
他方、キャップ層111が本質的に窒化チタンを含む場合、キャップ層111は第1アニーリング・ステップ中に、本質的に不活性層(inert layer)の役割を果たす。しかしながらこのキャップ層111は、下にあるコバルトを、アニール環境中の残りの酸素によって酸化しないように保護することに対して、ある程度の能力しか提供しない。
さらに、アニーリングおよびコバルト・モノシリサイドの形成中に、粒界は増大し、チタン・キャップ層111が使用される場合、チタンが蓄積され得る。
On the other hand, if the
Furthermore, during annealing and formation of cobalt monosilicide, the grain boundaries increase and titanium can accumulate if the
その後、キャップ層111および層110の反応しなかったコバルトを、選択的なウェットエッチング・プロセスによって除去する。
次に、コバルト・モノシリサイドを、より安定したコバルト二珪化物に変形すべく、第2アニーリング・ステップが、第1アニーリング・ステップにおけるよりも高い平均温度(層110においてコバルトが使用された場合、一般的に650℃から700℃の範囲内)において実行される。このコバルト二珪化物は、コバルト・モノシリサイドよりも著しく低いシート抵抗を示す。
前述したように、チタン・キャップ層111の場合には、チタンは、コバルト・モノシリサイドの粒界において蓄積し得る。したがって、第2アニーリング・ステップ中の化学反応についての主要な拡散ルートが、蓄積したチタンによって著しく阻まれる可能性がある。
Thereafter, unreacted cobalt in
Next, in order to transform the cobalt monosilicide into a more stable cobalt disilicide, the second annealing step is performed at a higher average temperature than in the first annealing step (if cobalt is used in
As described above, in the case of the
さらに、図1cに示されるように、コバルト・チタン層112は、第1アニーリング・ステップの間に形成され得る。したがって、シリサイド部分108の厚みが減少する。
さらに、粒界において蓄積したチタンにより、最終的に得られたシリサイド部分108および下にあるシリコン含有領域105の界面113が比較的荒い可能性があり、したがって、電荷キャリアの増加した分散に起因して、増加した電気抵抗を示す。
窒化チタン層がキャップ層111として使用される場合、実質的にコバルト・チタン層112が生成されないようにできるが、その代わりに、最終的に得られたシリサイド部分108は、相当量のコバルト酸化物を含む可能性がある。これにより、シリサイド部分108の電気抵抗はさらに増加する。
Further, as shown in FIG. 1c, a
Furthermore, due to the titanium accumulated at the grain boundaries, the
If a titanium nitride layer is used as the
その結果、従来技術の処理によれば、これらの領域中にシリサイド部分を形成することによって伝導性のシリコン含有領域の全面的な抵抗を著しく改善できるが、シリサイド化された部分の質に関するおよびプロセス最適化を考慮した改良の余地がまだ存在する。 As a result, according to prior art processing, the overall resistance of the conductive silicon-containing region can be significantly improved by forming silicide portions in these regions, but with respect to the quality of the silicided portions and processes There is still room for improvement in consideration of optimization.
本発明は概して、伝導性のシリコン含有領域中にシリサイド化された部分を形成する方法に関する。この発明ではスタック層が提供される。このスタック中の1つ以上の金属層が、金属シリサイド部分を形成するために金属を提供する一方、このスタック中の他の層が、金属およびシリコン間の化学反応が開始する間に下にある金属層を保護すべく提供される。
さらに、ある1つの態様によれば、2つの別個のたい積チャンバを必要とする複雑なたい積技術が、スタック層を形成するその場で(in situ)行うことができる方法の提供によって著しく単純化することができる。これにより、1つのたい積チャンバで、金属層および保護層をたい積することができる。
The present invention generally relates to a method of forming a silicided portion in a conductive silicon-containing region. In the present invention, a stack layer is provided. One or more metal layers in the stack provide the metal to form a metal silicide portion, while the other layers in the stack are down while the chemical reaction between the metal and silicon begins. Provided to protect the metal layer.
Furthermore, according to one aspect, complex deposition techniques requiring two separate deposition chambers are significantly simplified by providing a method that can be performed in situ to form a stack layer. be able to. Thereby, the metal layer and the protective layer can be deposited in one deposition chamber.
本発明のある実施形態の1つによれば、伝導性のシリコン含有領域に、抵抗値を低減させた領域を形成する方法は、その上に形成された伝導性のシリコン含有領域を有する基板を提供するステップと、この伝導性のシリコン含有領域上に、第1金属層、第2金属層、およびこれらの間に位置する金属窒素化合物層を含むスタック層をたい積するステップとを含む。
この方法はさらに、伝導性のシリコン含有領域に金属シリサイド部分を形成すべく、基板を熱処理するステップを含む。
According to one embodiment of the present invention, a method for forming a region having a reduced resistance value in a conductive silicon-containing region includes a substrate having a conductive silicon-containing region formed thereon. Providing and depositing a stack layer including a first metal layer, a second metal layer, and a metal nitrogen compound layer located therebetween on the conductive silicon-containing region.
The method further includes heat treating the substrate to form a metal silicide portion in the conductive silicon-containing region.
本発明のさらなる実施形態の1つによれば、基板上に形成された伝導性のシリコン含有領域にシリサイド部分を形成する方法は、プラズマ環境中で、伝導性のシリコン含有領域上に金属をたい積するステップを含む。
さらに、続いて金属窒素化合物をたい積すべく、反応性プラズマ環境に窒素を含有するガスを供給する。
その後、金属を再度たい積すべく、窒素を含有するガスの供給を中止する。
加えて、伝導性のシリコン含有領域および金属窒素化合物の間に位置する金属から実質的に形成される金属シリサイド部分を形成すべく、熱処理を実行する。
According to one further embodiment of the present invention, a method for forming a silicide portion in a conductive silicon-containing region formed on a substrate includes depositing a metal on the conductive silicon-containing region in a plasma environment. Including the steps of:
In addition, a nitrogen-containing gas is supplied to the reactive plasma environment for subsequent deposition of metal nitrogen compounds.
Thereafter, the supply of the gas containing nitrogen is stopped in order to deposit the metal again.
In addition, heat treatment is performed to form a metal silicide portion that is substantially formed from a metal located between the conductive silicon-containing region and the metal nitrogen compound.
本発明は、添付の図面と共に、詳細な説明を参照することによって理解することができる。図面中、類似する参照符号は、類似する要素を示す。
本発明は、様々な変形および代替形態をとることが可能であるが、この中の特定の実施例を図面に記載した例で示し、詳細に説明する。
しかしながら、本図面および詳細な説明は、発明を開示された特定の形式に制限するものではない。それどころか、添付の請求項によって定義されるような本発明の趣旨およびその範囲内にある修正例、均等物および代替物に及ぶ。
The invention may be understood by reference to the detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals indicate like elements.
While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will be described in detail.
However, the drawings and detailed description are not intended to limit the invention to the particular form disclosed. On the contrary, the invention extends to the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, modifications, equivalents and alternatives.
本発明の一例となる実施形態について、以下に説明する。
明確化のために、実製品のすべての特徴点が、この明細書に記述されるとは限らない。
このような実製品の開発では、開発者の特別の目的を達成するために、実施の度に変化する、システムおよびビジネスに関連するような制限に応じて、実施に特有の多数の決定を下さなければならない。
さらに、そのような開発努力は、複雑で時間を消費する可能性があるが、それにも拘わらず、この開示から利益を受ける技術分野における当業者にとってはそれが定例のことである。
An exemplary embodiment of the present invention is described below.
For clarity, not all features of an actual product are described in this specification.
In developing such real products, a number of implementation-specific decisions are made, subject to system and business-related restrictions that change from implementation to implementation, to achieve the developer's special purpose. There must be.
Moreover, such development efforts can be complex and time consuming, but nonetheless are routine for those skilled in the art who would benefit from this disclosure.
以下の記載においては、本発明の実施形態の一例を、伝導性のシリコン含有領域を含むFETを例に記載する。
しかしながら本発明が、集積回路中に提供される、どのような伝導性のシリコン含有領域においても適用可能であることが理解されなければならない。
例えば、あるダイ領域またはそれぞれの半導体素子がポリシリコン配線によって接続されていてもよい。このポリシリコン配線は、これらの配線の伝導性におけるどのような改良も集積回路の全面的な性能を著しく高めるように、設計要件に従って、比較的小さな横断面積を有していてもよい。
In the following description, an example of an embodiment of the present invention will be described by taking an FET including a conductive silicon-containing region as an example.
However, it should be understood that the present invention is applicable to any conductive silicon-containing region provided in an integrated circuit.
For example, a certain die region or each semiconductor element may be connected by polysilicon wiring. The polysilicon wiring may have a relatively small cross-sectional area according to design requirements so that any improvement in the conductivity of these wirings significantly enhances the overall performance of the integrated circuit.
図2aは、図1aにおいて既に記載されているものと同一の構成要素および部分を本質的に有するFETの形態をとる、半導体素子200の断面を概略的に示す。
200番代か100番代かの違いを除き、対応する部分はその下2桁において同じ符号によって表示される。
したがって、半導体素子200は、基板201中に形成されたシャロー・トレンチ分離領域203を含む。この基板201は、例えばシリコン基板、シリコン・オン・インシュレータ基板およびこれに類するものを含む、適切な基板であってもよい。
ドレイン領域およびソース領域205は、中央部分を有するウェル領域202によって分離される。このウェル領域202の中央部分の上には、ゲート電極209をこのウェル02から電気的に分離するゲート絶縁層206が形成される。
さらに、側壁スペーサ207は、ゲート電極202の側壁に位置する。
FIG. 2a schematically shows a cross section of a
Except for the difference between the 200th generation and the 100th generation, the corresponding part is displayed by the same sign in the last two digits.
Accordingly, the
The drain and
Further, the
半導体素子200を形成するためのプロセスフローは、実質的に、図1aに関して既に記載されたプロセス・ステップと同じプロセス・ステップを含んでいてもよい。
したがって、これに対応する記載を省略する。
さらに、図2aに示される半導体素子200は、ドレイン領域およびソース領域205およびゲート電極209におけるシリサイド化された部分を後に形成すべくたい積された、スタック層(layer stack)220を含む(これについては、以下に詳述する)。
The process flow for forming the
Therefore, the description corresponding to this is omitted.
In addition, the
図2bは、スタック層220および下地となるシリコン含有領域(例えば領域205)の一部を含む半導体素子200を、部分的に拡大した断面を概略的に示す図である。
ある特定の実施形態によれば、スタック層220は、第1金属層221、金属窒素化合物を含む第2層222、および金属層の形態をとる第3層223の、3つの層を含む。
この第1金属層221は、例えばコバルト、チタン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、ニッケルその他これらに類するものを含んだ耐火金属または適当な合金を含んでいてもよい。
第2層222は、上述した耐火金属のうちの1つから形成される金属窒化物のような金属窒素化合物を含んでいてもよい。
第3層223は、例えば上述した金属のいずれかを含む金属または金属合金を含んでいてもよい。
それぞれの層221、222および223の厚みは、特定の必要性を満たすように選択される。
すなわち、第1層221は、伝導性のシリコン含有領域205中またはその領域上に形成されるべき金属シリサイド部分についての材料源(material source)である。
このように、この第1層221の厚みは、形成されるべきシリサイド部分が必要とされる厚みとなるように選択される。
不活性層となる、すなわち、第1層221から第2層222に対する、および(または)第3層223に対する拡散を実質的に阻む拡散バリア層となると共に、金属シリサイド部分を形成するための後のプロセス・ステップ中における第1層221と第2層222の間の化学反応に役立つ第2層222の厚みは、その後のアニール・ステップ中に下にある第1層221を十分に保護するように選択される。
例えば、第2層222中の金属窒化物が窒化チタンである場合、一般的な層の厚みは、約10から100nmの範囲にある。
後のアニーリングステップにおいて、金属酸化膜または他の合成物を形成すべく、酸素原子または他の反応的な副生成物と反応するゲッター層として役立つ第3層223の厚みは、好ましくは、実質的に酸素原子をすべて消費するようにまたはこの第3層の表面に分子が当たるように選択される。
一般的には、約10nmから30nmの範囲にある厚みは、第1層221における所望しない酸化の度合いを許容可能な範囲内に維持するのに十分である。
FIG. 2B is a diagram schematically showing a partially enlarged cross section of the
According to certain embodiments, the
The
The
The
The thickness of each
That is, the
As described above, the thickness of the
After forming a metal silicide portion, which becomes an inactive layer, ie, a diffusion barrier layer that substantially prevents diffusion from the
For example, when the metal nitride in the
The thickness of the
In general, a thickness in the range of about 10 nm to 30 nm is sufficient to maintain an undesired degree of oxidation in the
ある実施形態の1つにおいては、第1層221および第3層223は実質的に同じ金属を含む。また、第2層222は、第1層および第3層を形成する金属と同じ金属から形成された金属窒化物を実質的に含む。
第1層221、第2層222および第3層223について同じ金属を使用することは、以下のような利点がある。
In one embodiment, the
Using the same metal for the
好ましくは、大きな直径を有する基板上に高密度集積回路超製造する際に、金属層は、基板の全表面に達し得るかなり高い均一性のために、スパッタリングのような物理蒸着法によってたい積される。
スパッタリング蒸着中に、基板201のような基板は、ターゲット(すなわち、通常、基板上にたい積されることになっているディスク型の材料、および、プラズマ環境を生成する手段)を含む反応室(図示しない)に挿入される。
一般的に、プラズマは、ターゲット物質にターゲット原子を作用させるべく、イオンと電子を方向付けるように、アルゴンのような希ガスを使用して生成される。
その後、自由な原子の一部は基板に移動し、第1層221のような金属層を形成すべく、その上に凝集する(condense)。
チャンバの圧力、プラズマ生成手段に供給される電力、基板に供給されるDCまたはACバイアスの電圧、ターゲットと基板の間の距離、たい積プロセスの所要時間およびこれに類するもののようなスパッタリングのプロセス・パラメータは、設計要件に従って第1層221の厚みを調節するように制御され得る。
スパッタリング・ツールおよびプロセスは、既に従来技術において充分確立されているため、これらに関する詳細な記載は省略する。
Preferably, in high density integrated circuit superfabrication on a substrate with a large diameter, the metal layer is deposited by physical vapor deposition methods such as sputtering for a fairly high uniformity that can reach the entire surface of the substrate. .
During sputtering deposition, a substrate, such as
In general, plasma is generated using a noble gas such as argon to direct ions and electrons to cause target atoms to act on the target material.
Thereafter, some of the free atoms move to the substrate and condense on it to form a metal layer such as the
Sputtering process parameters such as chamber pressure, power supplied to the plasma generating means, DC or AC bias voltage supplied to the substrate, distance between target and substrate, deposition process time and the like Can be controlled to adjust the thickness of the
Since sputtering tools and processes are already well established in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.
第1層221が必要な厚みでたい積された後、窒素を含有するガス(例えば窒素(N2)が、プラズマ環境に加えられる。
第2層222を金属窒化物層として形成できるように、チタン、ジルコニウム、タンタル、タングステンおよびこれらに類するもののような多くの耐火金属が、窒素が存在する状態でのスパッタリング中に窒素化合物を形成することが知られている。
さらに、上述したパラメータを含むたい積プロセス・パラメータおよび特に反応的なプラズマ環境に供給された窒素の流量は、第2層222の厚みおよび特性を調節するように制御されてもよい。
所望の厚みが得られた後、窒素の供給が中止される。このプラズマ環境は、暫増的に、基板に金属窒化物よりも金属がより多くたい積されるように、さらに維持される。
最終的に、実質的に「純粋な」金属層223が製造されるように、残りの窒素ガスが実質的にすべて消費されるまで、このプロセスは進行する。
After the
Many refractory metals, such as titanium, zirconium, tantalum, tungsten and the like, form nitrogen compounds during sputtering in the presence of nitrogen so that the
Further, deposition process parameters, including the parameters described above, and particularly the flow rate of nitrogen supplied to the reactive plasma environment may be controlled to adjust the thickness and characteristics of the
After the desired thickness is obtained, the supply of nitrogen is stopped. This plasma environment is further maintained over time, such that more metal is deposited on the substrate than metal nitride.
Eventually, the process proceeds until substantially all of the remaining nitrogen gas is consumed so that a substantially “pure”
さらに、後のスパッタリングたい積プロセスにおける金属窒化物の混入が最小限にされるように、ターゲット物質中で捕捉された窒素、またはターゲット上およびチャンバ壁上にたい積されたどんな金属窒化物も、窒素が供給されないたい積プロセスの間に除去することができる。
第3層223のたい積プロセスは、必要とされる厚みになった場合またはたい積チャンバ中の「清潔」の程度が必要とされる程度になった場合に停止される。
この第3層223は、単なる犠牲層として働くので、酸素原子をゲッターで取り除く際に必要とされる最低限の効果が保証される限り、厚みは重要ではない。
したがって、この特定の実施形態によれば、3つの層221、222および223を含むスタック層220は、in situスパッタリング・プロセスで形成することができる。これにより、処理能力およびツール性能が著しく改善される。
In addition, any trapped nitrogen in the target material, or any metal nitride deposited on the target and on the chamber walls, is nitrogen-free so that contamination of the metal nitride in subsequent sputtering deposition processes is minimized. Can be removed during the unprocessed deposition process.
The deposition process of the
Since the
Thus, according to this particular embodiment, the
さらなる実施形態の一例によれば、第1層221は、例えばコバルト層を形成すべく、第1プラズマ環境中でたい積され得る。また、その後、基板201は第2ターゲット物質(例えばチタン)および窒素を含むガス成分を含む第2プラズマ環境に晒される。
窒化チタン層がたい積された後、窒素を含有するガスの供給が中止される。また、上述の実施形態において記載したように、スパッタリング・ターゲットが除去されるのと同時に、徐々に、チタン層223がたい積される。
このように、第1層221が最適化されたシリサイド部分を生成するように選択され、第2層222および第3層223が後の熱処理中に第1層221を適切に保護するように選択されるように、物質構成を選択することができる。
According to an example of a further embodiment, the
After the titanium nitride layer is deposited, the supply of gas containing nitrogen is stopped. Also, as described in the above embodiment, the
Thus, the
次のプロセス・ステップとして、伝導性のシリコン含有領域205のシリコンおよび第1金属層221間の化学反応を開始すべく、熱処理が実行される。
この目的のため、ある実施形態の1つによれば、第1層221に含まれる金属の種類によって、第1層221中の金属および下にあるシリコン間の化学反応を開始すると共に、金属シリコン合成物を形成すべく、第1平均温度における第1アニール・ステップが実行され得る。
このアニール・ステップの間、第2層222は実質的に第1層221および第3層223の物質の上下方向への拡散を防止する。これは、第1層および第3層が互いに異なる金属を含む場合に、特に効果が高い。
さらに、第2層222は、実質的に第1層221の金属と反応しない。
その上、反応性要素(reactive element)、特にこの環境中に存在し得る酸素は、これらの反応性要素で酸化物のような合成物を形成することにより、第3層223によって実質的に消費される。
As the next process step, a heat treatment is performed to initiate a chemical reaction between the silicon in the conductive silicon-containing
For this purpose, according to one embodiment, the type of metal contained in the
During this annealing step, the
Furthermore, the
Moreover, reactive elements, particularly oxygen that may be present in this environment, are substantially consumed by the
その後、第2層222および第3層223は、選択的に除去される。また、下にあるシリコンと反応しなかった第1層221の余分な物質も除去される。
このような除去は、様々な既知のウェットエッチング・プロセスを実行することによって行うことができる。
Thereafter, the
Such removal can be done by performing various known wet etch processes.
図2cは、余分な物質を除去した後、伝導性のシリコン含有領域205中およびその領域上に形成された金属シリコン合成物225を概略的に示す図である。
その後、第2アニール・ステップのようなさらなる熱処理が、第1熱処理における平均温度よりも高い平均温度で、金属シリコン合成物を領域205または金属シリコン合成物225中のシリコンよりもずっと低い抵抗値を示す金属シリサイドに変形すべく実行される。
FIG. 2c schematically illustrates the
Thereafter, a further heat treatment, such as a second annealing step, causes the metal silicon composite to have a much lower resistance than the silicon in
図2dは、第2熱処理が完了した後の半導体素子200を概略的に示す図であり、金属シリサイド部分208が、ソース領域・ドレイン領域205、およびゲート電極209中およびこれらの領域上に形成されている。
第1熱処理の間の第2層222を設けたことにより、第1層221の金属が第3層223の金属と異なっているとしても、これらの2つの層間の拡散活動は実質的に回避されるので、シリコンおよび金属シリサイド領域208の間の界面(interface)は著しく改善される。
FIG. 2d schematically shows the
By providing the
以上に記載した実施形態において、スタック層220が3つの異なる層を有するものとして記載したが、スタック層220は、必要とされる拡散バリア機能および必要とされるゲッタリング機能を得られるような適当な数の層を含んでいてもよい。
特に、第2層222および第3層223の間の移動(transition)は、第1金属層221上の一部が必要とされる拡散防止特性を示す一方、スタック層220の上面がより良いゲッターリング効率を示すように、金属および金属窒化物の比率が段階的に異なり得る、段階的な移動であり得る。
これは、in situたい積プロセスを使用する実施形態にあてはまる。このin situたい積プロセスでは、第2層および第3層に必要とされる金属窒化物および金属構成(metal configuration)を得るように窒素ガスの供給を制御できる。
さらに、ある実施形態においては、金属層221および対応する窒化物層222を形成すべく、第1層221および第2層222はin situプロセスにおいてたい積され得る一方で、第3層223は、別個のたい積プロセスにおける異なる物質から形成され得る。
In the embodiments described above, the
In particular, the transition between the
This is true for embodiments using an in situ deposition process. In this in situ deposition process, the supply of nitrogen gas can be controlled to obtain the metal nitride and metal configuration required for the second and third layers.
Further, in some embodiments, the
他の実施形態においては、シリサイドを形成する金属(silicide forming metal)に必要とされる保護キャップを得るべく、4つ以上の層がスタック層中に使用されていてもよいことに注意すべきである。
他の実施形態においては、特に層のうちの2つまたは3つの層にin situたい積が使用される場合、層という用語は、下にある層または上にある層に対する境界というよりも、その機能によって実質的に定義される層について記載される。
例えば窒素が供給されると共にスパッタリングによってたい積される金属窒化物層、および、金属窒化物がある厚みになった後に窒素の供給を中止することによって形成された層は、最終的に形成された層のゲッタリング機能およびその前の層の不活性効果により、その間に明確な物理的な境界を定義するのは困難であるが、少なくとも2つの層として理解され得る。
It should be noted that in other embodiments, more than four layers may be used in the stack layer to obtain the protective cap required for the silicide forming metal. is there.
In other embodiments, particularly when in situ deposition is used for two or three of the layers, the term layer refers to its function rather than to the underlying layer or the boundary to the overlying layer. The layer substantially defined by is described.
For example, a metal nitride layer that is supplied by nitrogen and deposited by sputtering, and a layer that is formed by stopping the supply of nitrogen after the metal nitride has reached a certain thickness, is a finally formed layer. It is difficult to define a clear physical boundary between them due to the gettering function and the inert effect of the previous layer, but can be understood as at least two layers.
上述された特定の実施形態は専ら説明のためのものであり、ここに記載された教示の利益を有する当業者には、異なるが均等な方式で修正の上、実施可能であることは明らかである。例えば、上述されたプロセス・ステップは、異なる順に実行されてもよい。
更に、添付の請求項に記載されている他は、ここに示された構造または設計の詳細に本発明を制限するものではない。
したがって、上述の特定の具体例は、代替または修正をすることができ、このような全ての変形例は、発明の要旨及び範囲内のものとして考えられる。
よって、本願で要求する保護は、添付の特許請求の範囲に記載される。
It will be apparent to those skilled in the art having the benefit of the teachings described herein that the particular embodiments described above can be practiced with modification in a different but equivalent manner. is there. For example, the process steps described above may be performed in a different order.
Furthermore, nothing else described in the appended claims is intended to limit the invention to the details of construction or design shown herein.
Accordingly, the specific embodiments described above may be substituted or modified and all such variations are considered within the spirit and scope of the invention.
Accordingly, the protection sought in this application is set forth in the appended claims.
Claims (13)
この伝導性のシリコン含有領域上に、第1金属層(221)、第2金属層(223)、およびこれらの間に位置する金属窒素化合物層(222)を含むスタック層(220)をたい積するステップと、
前記伝導性のシリコン含有領域に金属シリサイド部分(208)を形成すべく、前記基板(201)を熱処理するステップと、
を含む、伝導性のシリコン含有領域に、抵抗値を低減させた領域を形成する方法。 Providing a substrate (201) having conductive silicon-containing regions formed thereon;
A stack layer (220) including a first metal layer (221), a second metal layer (223), and a metal nitrogen compound layer (222) positioned therebetween is deposited on the conductive silicon-containing region. Steps,
Heat treating the substrate (201) to form a metal silicide portion (208) in the conductive silicon-containing region;
Forming a region having a reduced resistance value in a conductive silicon-containing region.
プラズマ環境において前記第1金属層(221)をスパッタリング蒸着するステップと、
前記金属窒素化合物層(222)をたい積すべく、前記プラズマ環境に窒素を含有するガスを供給するステップと、
前記第2金属層(223)をたい積すべく、前記窒素を含有するガスの供給を中止するステップと、
を含む、請求項1記載の方法。 Depositing the stack layer (220) comprises:
Sputter depositing the first metal layer (221) in a plasma environment;
Supplying a nitrogen-containing gas to the plasma environment to deposit the metal nitrogen compound layer (222);
Stopping the supply of the nitrogen-containing gas to deposit the second metal layer (223);
The method of claim 1 comprising:
前記第1金属層(221)をたい積すべく、第1プラズマ環境に前記基板(201)を晒すステップと、
前記金属窒素化合物層(222)をたい積すべく、第2プラズマ環境に対して窒素を含有するガスを供給し、この第2プラズマ環境に前記基板(201)を晒すステップと、
前記第2金属層(223)をたい積すべく、前記第2プラズマ環境に対する前記窒素を含有するガスの供給を中止するステップと、
を含む、請求項1記載の方法。 Depositing the stack layer (220) comprises:
Exposing the substrate (201) to a first plasma environment to deposit the first metal layer (221);
Supplying a nitrogen-containing gas to a second plasma environment to deposit the metal nitrogen compound layer (222), and exposing the substrate (201) to the second plasma environment;
Stopping the supply of the nitrogen-containing gas to the second plasma environment to deposit the second metal layer (223);
The method of claim 1 comprising:
前記第1金属層(221)をたい積すべく、第1プラズマ環境に前記基板(201)を晒すステップと、
前記金属窒素化合物層(222)をたい積すべく、前記第1プラズマ環境に対して窒素を含有するガスを供給するステップと、
前記第2金属層(223)をたい積すべく、第2プラズマ環境に前記基板(201)を晒すステップと、
を含む、請求項1記載の方法。 Depositing the stack layer (220) comprises:
Exposing the substrate (201) to a first plasma environment to deposit the first metal layer (221);
Supplying a nitrogen-containing gas to the first plasma environment to deposit the metal nitrogen compound layer (222);
Exposing the substrate (201) to a second plasma environment to deposit the second metal layer (223);
The method of claim 1 comprising:
第1平均温度における第1アニーリング・プロセスと、
前記第1平均温度よりも高い第2平均温度における第2アニーリング・プロセスと、
を含む、請求項1記載の方法。 The step of heat-treating the substrate (301) includes:
A first annealing process at a first average temperature;
A second annealing process at a second average temperature that is higher than the first average temperature;
The method of claim 1 comprising:
前記たい積された金属上に、金属窒素化合物をたい積すべく、前記プラズマ環境に窒素を含有するガスを供給するステップと、
前記金属窒素化合物上に、前記金属をたい積すべく、前記窒素を含有するガスの供給を中止するステップと、
伝導性のシリコン含有領域および前記金属窒素化合物の間に位置する金属から実質的に形成される金属シリサイド部分(208)を形成すべく、前記基板(201)を熱処理するステップと、
を有する、基板上に形成された伝導性のシリコン含有領域にシリサイド部分を形成する方法。 Depositing metal on a conductive silicon-containing region in a plasma environment;
Supplying a nitrogen-containing gas to the plasma environment to deposit a metal nitrogen compound on the deposited metal;
Stopping the supply of the nitrogen-containing gas to deposit the metal on the metal nitrogen compound;
Heat treating the substrate (201) to form a metal silicide portion (208) formed substantially from a metal located between a conductive silicon-containing region and the metal nitrogen compound;
Forming a silicide portion in a conductive silicon-containing region formed on a substrate.
前記金属窒素化合物をたい積するステップは、不活性層として働く第2層(222)を生成し、
前記金属窒素化合物上に前記金属をたい積するステップは、ゲッター層として働く第3層(223)を生成する、
請求項12記載の方法。 Depositing a metal in the conductive silicon-containing region produces a first layer (221);
Depositing the metal nitrogen compound produces a second layer (222) that acts as an inert layer;
Depositing the metal on the metal nitrogen compound produces a third layer (223) that serves as a getter layer;
The method of claim 12.
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