JP2003234416A - 半導体装置及びその金属コンタクト形成方法 - Google Patents
半導体装置及びその金属コンタクト形成方法Info
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Abstract
する半導体装置、製造コストが低くて半導体装置を短チ
ャネル効果や漏電から保護できる金属コンタクトの形成
方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の周辺回路領域のp型FET及
びn型FET、とアレイ領域のn型FETの付近において
ソース/ドレイン領域を形成し、そして全面的に誘電層
を形成した後に、コンタクト孔を形成し、SixGel-x層
とけい化コバルト層及びコバルト層の結合でコンタクト
を形成する。
Description
面においてSi-Geとけい化コバルトの結合によるコンタ
クトを有する半導体装置、特に、混合式コンタクト法で
DRAM(動的随時アクセスメモリ)において低抵抗コンタ
クトを形成する方法に関する。
ンタクト(金属・半導体コンタクト)の形成方法として
は、オーミックコンタクト法及び拡散コンタクト法が挙
げられる。オーミックコンタクト法は、不純物の濃度が
固体溶化制限以上(即ち、N(n,p)>1020cm-3)になる
ようにMS境界面層に不純物を注入することにより、トン
ネル障壁を形成するものである。一方、拡散コンタクト
法は、不純物をMS境界面に拡散させSBH(ショットキ
障壁の高さ)を下げるものである。
が、その真性SBH(或いはエネルギーギャップEg、Eg=1.
11eV)が高い。したがって、シリコンを用いる場合、SB
Hを下げて良好なコンタクトを得るために、MS境界面に
おいて非常に高いドーピング濃度でドーピングする(普
段、高エネルギー注入を用いる)必要がある。しかし、
高エネルギー注入の場合、コンタクト面が必要以上に深
くなることがあるため、半導体装置において短チャネル
効果やパンチスルー(漏電)が生じられる。
解決するため、本発明の第一の目的は、低抵抗コンタク
トの金属・半導体境界面を有する半導体装置を提供する
ことにある。
ピングで金属・半導体境界面において低抵抗コンタクト
を形成し半導体装置を短チャネル効果や漏電から保護す
ることができる金属コンタクト形成方法を提供すること
にある。
を低減させ、混合式コンタクト法で記憶装置(例えばDR
AM)における金属コンタクトを形成する金属コンタクト
形成方法を提供することにある。
るための本発明の半導体装置は、半導体基板と、該半導
体基板に形成され且つ該半導体基板を露出させるコンタ
クト孔を有する誘電層と、前記コンタクト孔内に形成さ
れるSixGel-x層(0<x<l)と、該SixGel- x層に形
成されるけい化コバルト層と、前記けい化コバルト層及
び前記コンタクト孔の側壁に形成される順応性のあるコ
バルト層と、前記コンタクト孔を充填し且つ前記コバル
ト層上に形成される金属プラグとから構成される。
発明の金属コンタクト形成方法は、記憶装置における金
属コンタクトを形成する方法において、その周辺回路領
域に第一の導電型の第一のFETと第二の導電型の第二のF
ETがありそのアレイ領域に第二の導電型の第三のFET
がある半導体基板を提供する段階と、前記第一、第二及
び第三のFETの付近において、それぞれ、第一、第二
及び第三の拡散領域を形成する段階と、前記半導体基板
において誘電層を形成する段階と、前記誘電層におい
て、それぞれ、第一、第二及び第三の拡散領域まで貫通
する第一、第二及び第三のコンタクト孔を形成する段階
と、前記第一、第二及び第三のコンタクト孔内に、第二
の導電型のドーピングSixGel-x層(0<x<l)を形成
する段階と、前記第二及び第三のコンタクト孔をマスク
する段階と、前記第一のコンタクト孔内のドーピングSi
xGel-x層を除去する段階と、前記第一の拡散領域にお
いて第一の導電型の不純物を注入する段階と、前記半導
体基板において順応的にコバルト層を形成する段階と、
前記コバルト層と前記第二及び第三のコンタクト孔内の
SixGel-x層との化学反応で前記コバルト層からけい化
コバルト層を形成する段階と、前記第二及び第三のコン
タクト孔内のSixGel-x層の不純物を、前記第二及び第
三の拡散領域に拡散させる段階と、前記第一、第二及び
第三のコンタクト孔を金属プラグで充填する段階とを備
えることを特徴とする。
発明の金属コンタクト形成方法は、DRAMにおける金
属コンタクトを形成する方法において、その周辺回路領
域にp型FETとn型FETがありそのアレイ領域にn型FE
Tがある半導体基板を提供する段階と、前記周辺回路領
域にあるp型FET及びn型FETの付近と、前記アレイ領域
にあるn型FETの付近において、それぞれ、第一、第
二及び第三のソース/ドレイン領域を形成する段階と、
前記半導体基板において誘電層を形成する段階と、前記
誘電層において、それぞれ、前記第一、第二及び第三の
ソース/ドレイン領域まで貫通する第一、第二及び第三
のコンタクト孔を形成する段階と、前記第一、第二及び
第三のコンタクト孔内に、nドーピングSixGel-x層(0
<x<l)を形成する段階と、前記第二及び第三のコン
タクト孔をマスクする段階と、前記第一のコンタクト孔
内のnドーピングSixGel-x層を除去する段階と、前記
第一のソース/ドレイン領域においてp型不純物を注入
する段階と、前記半導体基板において順応的にコバルト
層を形成する段階と、前記コバルト層と前記第二及び第
三のコンタクト孔内のnドーピングSixGel-x層との化
学反応で前記コバルト層からけい化コバルト層を形成す
る段階と、前記第二及び第三のコンタクト孔内のnドー
ピングSixGel-x層の不純物を、前記第二及び第三のソ
ース/ドレイン領域に拡散させる段階と、前記第一、第
二及び第三のコンタクト孔を金属プラグで充填する段階
とを備えることを特徴とする。
を除去するための課題を実行する本発明の実施例の構成
とその作用を添付図面に基づき詳細に説明する。
る金属・半導体境界面における金属コンタクトの形成方
法による製造段階を示す図である。
電層120を形成する。そして、半導体基板100を露出させ
るように誘電層120内においてコンタクト孔140を形成す
る。この後、コンタクト孔140内にSixGel-x層200を形
成する(ここで、0<x<l)。この後、半導体基板100
において順応的にコバルト層(Co層)220を形成する。
もの、特に、nドーピングによるものであることは好ま
しい。
法(分子線エピタキシー法)や、UHV-CVD法(超高真空
化学気相堆積法)、RT-CVD法(急速加熱CVD法)及びLRP
-CVD法(Limited Reaction Processing CVD法)等が
挙げられる。例えば、SixGel- x層200は非常に低い温度
(<800℃)で選択エピタキシー成長法により形成され
る。
xの値は、製造プロセスの選択やワークステージ及び後
続形成される各層等の要素に基づいて最適な値として決
定される。因みに、SixGel-x層200をシリコンリッチの
ものとして良い。この場合、SixGel-x層200の性質は純
シリコンの性質に近いため、転位の発生が抑制される。
例えば、x値の範囲としては、0.5<x<0.95が挙げら
れる。
-Ge層(x値及び堆積条件によって薄くなるもの)は高
温で行われる後続段階を経てもシリコン基板において転
位が生じられないということが分かる。よって、歪み存
在の状態に維持しシリコンとSi-Geの格子不整によるシ
リコン基板内転位を抑制することで結合面における漏電
流を防ぐために、SixGel-x層200の厚さを臨界厚さより
小さくする必要があるが、本発明では、SixGel-x層200
は後続のけい化段階にて多少消耗されるため、SixGe
l-x層200の厚さは、その消耗に十分に対抗するほどの
値を取る必要があり、例えば、10―30nmとする。
積)方法としては、PVD法(物理気相堆積法)やCVD法、
あるいは非選択式堆積法等が挙げられる。コバルト層22
0は、誘電層120(層間誘電層(ILD層))に対しての粘
着層兼拡散障壁層として用いられるため、他に粘着層や
拡散障壁層を形成する必要がなくなる。
ルト層220からけい化コバルト層240を形成する。本実施
例では、SixGel-x層200は選択的にコンタクト孔140の
底部に形成されるため、コバルト層200のコンタクト孔1
40の底部に当たる部分のみがコバルトとSixGel-x層200
のシリコンとの化学反応によりけい化コバルト層240に
変わるが、コバルト層200のコンタクト孔140の側壁
に当たる部分はそのまま、変わらない。
がある場合、アニ―ル法を施す際不純物が半導体基板1
00内に拡散する。このため、基板100におけるSixG
el- x層200の下方に拡散領域300が形成される。よっ
て、コンタクト抵抗が低減される。
0を充填するようにコバルト層220の上に金属プラグ
400を形成する。このプラグ400の形成方法は、例
えば、以下の段階から構成される。即ち、(1)選択成
長法でタングステン層を形成し、(2)CMP(化学的機
械的研磨)法でこのタングステン層を平坦化する(同
時、誘電層120の上にあるコバルト層220も除去され
る)。
(特にDRAM装置)との整合性が非常に良い。
る混合式コンタクト法によるDRAMの製造段階を示す図で
ある。半導体基板10の最初の様子は図2aに示すもの
である。図2aにおいて、半導体基板10は断線に示す
ように二分され、周辺回路領域Sとアレイ領域(メモリ
領域)Aからなる。周辺回路領域S及びアレイ回路領域A
では何れも浅トレンチ分離(STI)を利用して電気的分
離が施される。周辺回路領域Sにおいて、p型電界効果ト
ランジスタ(pFET)F1とn型電界効果トランジスタ(nF
ET)F2がそれぞれNウェル12とPウェル14の上に形
成される。ここで、ウェル12とウェル14はSTIによ
り電気的に分離される。一方、アレイ領域Aにおいて、n
型電界効果トランジスタF3がPウェル16の上に形成さ
れる。また、p型電界効果トランジスタF1、n型電界効果
トランジスタF2、n型電界効果トランジスタF3の付近に
おいて、それぞれソース/ドレイン領域S/D1、S/D2、S/D
3が形成される。
層20を形成した後に、誘電層20内において、周辺回路領
域Sのp型電界効果トランジスタ領域のS/D1まで貫通す
る第一のコンタクト孔C1と、周辺回路領域Sのn型電界効
果トランジスタ領域のS/D2まで貫通する第二のコンタク
ト孔C2と、アレイ領域Aのn型電界効果トランジスタ領域
のS/D3まで貫通する第三のコンタクト孔C3とを形成す
る。
1、C2、C3内にそれぞれnドーピングSixGel-x層30を形
成する(ここで、0<x<l)。
及びアレイ領域Aのn型電界効果トランジスタ領域をマス
クし(即ちコンタクト孔C2及びC3をマスクする)コンタ
クト孔C1内のnドーピングSixGel-x層30を露出させる
フォトレジスト層40を形成する。
し注入コンタクト法を施す。図2dに示すように、先
ず、コンタクト孔C1内のnドーピングSixGel-x層30を
除去する。この後、基板10において注入を行う。即
ち、コンタクト孔C1を介してp型不純物(例えば、硼素
またはフッ化硼素)をソース/ドレイン領域S/D1に注入
する。なお、該注入段階はSiGe層を除去する前に行われ
ても良い。
基板10表面付近に分布させるように注入エネルギーや
ドーズ量を適宜に調整する必要がある。例えば、100eV
―10KeVの低エネルギー及び1E14―1E15 atoms/cm2の低
ドーズ量で注入する。なお、20K―80KeVの高エネルギ
ー及び5E14―3E15 atoms/cm2の低ドーズ量で注入しても
良い。更に、イオンミキシング法で注入しても良い。イ
オンミキシング法の場合、先ず、100eV―10KeVの低エ
ネルギー及び1E14―1E16 atoms/cm2の高ドーズ量で注入
し、そして、20KeV―80KeVの高エネルギー及び5E13―
5E14 atoms/cm2の低ドーズ量で注入する。
より低いエネルギー及び1E15 atoms/cm2より低いドーズ
量で注入することが挙げられる。この場合、PLAD
(プラズマドーピング)法またはPIII(プラズマイ
オン堆積注入)法が用いられる。
ニ―ルするために、例えば、1050℃、10間で、RTP
(急速加熱プロセス)を行う。
ト層40を除去した後に、半導体基板10において順応的
にコバルト層50を形成する。コバルト層50の形成方法と
しては、非選択堆積法、例えば、PVD法やCVD法が
挙げられる。コバルト層50は、誘電層20(ILD層)に対
しての粘着層兼拡散障壁層として用いられる。
し熱処理(例えばアニ―ル法)を施すことによりコバル
ト層50からけい化コバルト層52を形成する。この場合、
nドーピングSixGel-x層30はコンタクト孔C2,C3の
底部に残留しているが、コンタクト孔C1から既に除去
されたため、コバルト層50のコンタクト孔C2,C3の底
部に当たる部分のみがコバルトとnドーピングSixGe
l-x層30のシリコンとの化学反応によりけい化コバルト
層52に変えられるが、コバルト層50のコンタクト孔C
2,C3の側壁及びコンタクト孔C1に当たる部分はその
まま、変わらない。
成すると同時に、n型電界効果トランジスタ領域におい
て拡散コンタクトが行われる。即ち、周辺回路領域S及
びアレイ領域Aのn型電界効果トランジスタ領域におい
て、コンタクト孔C2,C3内のnドーピングSixGel-x
層30のn型不純物(AsまたはP)は、加熱処理中第二
及び第三のソース/ドレイン領域(S/D2及びS/D3)
に拡散する(図2f参照)。このため、SBHが下げら
れ、n型電界効果トランジスタ領域においてオートミッ
クコンタクトが形成される。
C1,C2,C3を充填するようにコバルト層50の上に金
属プラグ60を形成する。このプラグ60の形成方法として
は、例えば、以下の段階からなる。即ち、(1)選択成
長法でタングステン層を形成し、(2)CMP法でこのタ
ングステン層を平坦化する(同時、誘電層20の上にあ
るコバルト層50も除去される)。
が、これは本発明を限定するものではなく、当業者は本
発明の要旨と範囲内において変形と修正をすることがで
きる。
クトが低SBHのSixGel-x層と低抵抗のけい化コバル
ト層及びコバルト層の結合により形成されるため、コン
タクト抵抗が大幅に降下される。したがって、適当なド
ーピングで金属・半導体境界面において良好なコンタク
トを形成し、半導体装置を短チャネル効果や漏電から保
護することができる。
して用いられるため、他に粘着層や拡散障壁層を形成す
る必要がなくなる。よって、製造コストを低減すること
ができる。
ンジスタ領域において、n型SixGel -x層のコンタクト
を形成することにより、拡散コンタクト法でコンタクト
を形成することができる。一方、p型電界効果トランジ
スタ領域において、注入コンタクト法を施すことによ
り、混合式コンタクト法を用いることもできる。したが
って、本発明では、コンタクトを形成するのに混合式コ
ンタクト法が用いられる。よって、光マスクの形成段階
を減縮し製造コストを低減することができる。
界面における金属コンタクトの形成方法による製造段階
の一部分を示す図である。
である。
である。
ト法によるDRAMの製造段階の一部分を示す図である。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
Claims (18)
- 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板に形成され
且つ該半導体基板を露出させるコンタクト孔を有する誘
電層と、前記コンタクト孔内に形成されるSi xGel-x層
(0<x<l)と、該SixGel-x層に形成されるけい化コ
バルト層と、前記けい化コバルト層及び前記コンタクト
孔の側壁に形成される順応性のあるコバルト層と、前記
コンタクト孔を充填し且つ前記コバルト層上に形成され
る金属プラグとからなる半導体装置。 - 【請求項2】 前記SixGel-x層はドーピングSixGel-x
層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記SixGel-x層はnドーピングSixGe
l-x層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置。 - 【請求項4】 前記SixGel-x層はシリコンリッチのSix
Gel-x層であって、x値の範囲は0.5<x<0.95である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記SixGel-x層は、歪みが存在し半導
体基板内転位を防ぐSixGel-x層であることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 更に、前記半導体基板内における前記Si
xGel-x層の下方に位置する拡散層を有することを特徴
とする請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の半導
体装置。 - 【請求項7】 前記半導体装置は記憶装置であることを
特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の
半導体装置。 - 【請求項8】 前記記憶装置はDRAMであることを特
徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 【請求項9】 記憶装置における金属コンタクトを形成
する方法において、 その周辺回路領域に第一の導電型の第一のFETと第二の
導電型の第二のFETがありそのアレイ領域に第二の導電
型の第三のFETがある半導体基板を提供する段階と、 前記第一、第二及び第三のFETの付近において、それ
ぞれ、第一、第二及び第三の拡散領域を形成する段階
と、 前記半導体基板において誘電層を形成する段階と、 前記誘電層において、それぞれ、第一、第二及び第三の
拡散領域まで貫通する第一、第二及び第三のコンタクト
孔を形成する段階と、 前記第一、第二及び第三のコンタクト孔内に、第二の導
電型のドーピングSixGel-x層(0<x<l)を形成する
段階と、 前記第二及び第三のコンタクト孔をマスクする段階と、 前記第一のコンタクト孔内のドーピングSixGel-x層を
除去する段階と、 前記第一の拡散領域において第一の導電型の不純物を注
入する段階と、 前記半導体基板において順応的にコバルト層を形成する
段階と、 前記コバルト層と前記第二及び第三のコンタクト孔内の
SixGel-x層との化学反応で前記コバルト層からけい化
コバルト層を形成する段階と、 前記第二及び第三のコンタクト孔内のSixGel-x層の不
純物を、前記第二及び第三の拡散領域に拡散させる段階
と、 前記第一、第二及び第三のコンタクト孔を金属プラグで
充填する段階とを備えることを特徴とする金属コンタク
ト形成方法。 - 【請求項10】 前記第一、第二の導電型はそれぞれp
型、n型であることを特徴とする請求項9に記載の金属
コンタクト形成方法。 - 【請求項11】 前記第一の拡散領域において第一の導
電型の不純物を注入する段階において、該第一の導電型
の不純物が硼素であることを特徴とする請求項9に記載
の金属コンタクト形成方法。 - 【請求項12】 前記不純物を注入するのに2KeVより
低いエネルギー及び1×1015 atoms/cm2より低いドーズ
量を用いることを特徴とする請求項11に記載の金属コ
ンタクト形成方法。 - 【請求項13】 前記不純物を注入するのにPLAD法
を用いることを特徴とする請求項12に記載の金属コン
タクト形成方法。 - 【請求項14】 前記不純物を注入するのにPIII法
を用いることを特徴とする請求項12に記載の金属コン
タクト形成方法。 - 【請求項15】 前記SixGel-x層はnドーピングSixGe
l-x層であることを特徴とする請求項9に記載の金属コ
ンタクト形成方法。 - 【請求項16】 前記SixGel-x層は選択エピタキシー
成長法により形成されることを特徴とする請求項15に
記載の金属コンタクト形成方法 - 【請求項17】 前記金属プラグは選択成長法により形
成されるタングステンプラグであることを特徴とする請
求項9に記載の金属コンタクト形成方法 - 【請求項18】 DRAMにおける金属コンタクトを形
成する方法において、 その周辺回路領域にp型FETとn型FETがありそのアレイ
領域にn型FETがある半導体基板を提供する段階と、 前記周辺回路領域にあるp型FET及びn型FETの付近と、
前記アレイ領域にあるn型FETの付近において、それ
ぞれ、第一、第二及び第三のソース/ドレイン領域を形
成する段階と、 前記半導体基板において誘電層を形成する段階と、 前記誘電層において、それぞれ、前記第一、第二及び第
三のソース/ドレイン領域まで貫通する第一、第二及び
第三のコンタクト孔を形成する段階と、 前記第一、第二及び第三のコンタクト孔内に、nドーピ
ングSixGel-x層(0<x<l)を形成する段階と、 前記第二及び第三のコンタクト孔をマスクする段階と、 前記第一のコンタクト孔内のnドーピングSixGel-x層
を除去する段階と、 前記第一のソース/ドレイン領域においてp型不純物を
注入する段階と、 前記半導体基板において順応的にコバルト層を形成する
段階と、 前記コバルト層と前記第二及び第三のコンタクト孔内の
nドーピングSixGel- x層との化学反応で前記コバルト
層からけい化コバルト層を形成する段階と、 前記第二及び第三のコンタクト孔内のnドーピングSixG
el-x層の不純物を、前記第二及び第三のソース/ドレ
イン領域に拡散させる段階と、 前記第一、第二及び第三のコンタクト孔を金属プラグで
充填する段階とを備えることを特徴とする金属コンタク
ト形成方法。
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