JP2005129551A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に微細化に対応可能な金属、シリサイド等の低抵抗導電体ゲート電極を有する半導体装置に関する。ここで、シリサイドとは金属とSiとの混合物を含み、化学量論的組成であることを要しない。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a low-resistance conductive gate electrode made of metal, silicide, or the like that can cope with miniaturization. Here, the silicide includes a mixture of a metal and Si and does not need to have a stoichiometric composition.
従来、集積回路に使用されるMOSFETにおいて、ゲート電極は多結晶シリコン層とシリサイド層との積層であるポリサイドによって形成されてきた。シリサイドとしてはW、Co、Ni等の金属とSiの化合物が用いられた。 Conventionally, in a MOSFET used in an integrated circuit, a gate electrode has been formed by polycide, which is a stack of a polycrystalline silicon layer and a silicide layer. As the silicide, a compound of metal such as W, Co, Ni and Si and Si was used.
一般的には、酸化シリコン等のゲート絶縁膜を形成した後、その上に多結晶シリコン,アモルファスシリコン等のSi層が堆積され、さらにその上に金属薄層が成膜され、熱処理によって金属とSi層上層部とを反応させてシリサイド層を形成する。シリサイド層は、Si層より低い抵抗率を有し、ゲート電極の抵抗値を低下させる。 In general, after a gate insulating film such as silicon oxide is formed, a Si layer such as polycrystalline silicon or amorphous silicon is deposited thereon, and a thin metal layer is further formed thereon. A silicide layer is formed by reacting with the upper part of the Si layer. The silicide layer has a lower resistivity than the Si layer, and lowers the resistance value of the gate electrode.
集積回路の微細化が進むと、ゲート電極長が短くなる.ゲート電極長が0.5μm以下になると、ポリサイド構造では十分低い抵抗値を得ることが困難になる。このため、ゲート電極として多結晶シリコン層を堆積した後、多結晶シリコン層全体をシリサイド化するフルシリサイデーションが提案されている(非特許文献1)。ゲート電極全体をシリサイドで形成することにより、ゲート抵抗を低下させると共に、シリコン層内に生成しえた空乏層を防止でき、トランジスタ特性を向上できる利点も生じる。 As integrated circuits become smaller, the gate electrode length becomes shorter. When the gate electrode length is 0.5 μm or less, it becomes difficult to obtain a sufficiently low resistance value in the polycide structure. For this reason, there has been proposed full silicidation in which a polycrystalline silicon layer is deposited as a gate electrode and then the entire polycrystalline silicon layer is silicided (Non-patent Document 1). By forming the entire gate electrode from silicide, the gate resistance can be reduced, and a depletion layer that can be generated in the silicon layer can be prevented, and the transistor characteristics can be improved.
集積回路に用いられるトランジスタには、nチャネルトランジスタとpチャネルトランジスタがある。これらのトランジスタを最適に動作させるためには、それぞれ最適の閾値電圧を有することが望まれ、それぞれのゲート電極は決められた範囲の仕事関数を有することが要求される。 Transistors used for integrated circuits include n-channel transistors and p-channel transistors. In order to operate these transistors optimally, it is desired that each transistor has an optimum threshold voltage, and each gate electrode is required to have a work function within a predetermined range.
pチャネル(p型)MOSFETのゲート電極は、5.1eVの仕事関数を持ち、nチャネル(n型)MOSFETのゲート電極は4.1eVの仕事関数を持つことが望まれる。従来のポリサイドゲート電極においては、仕事関数の調整は、多結晶シリコン層中への不純物イオン注入の不純物種、加速電圧、注入量により行われている。 It is desirable that the gate electrode of the p-channel (p-type) MOSFET has a work function of 5.1 eV, and the gate electrode of the n-channel (n-type) MOSFET has a work function of 4.1 eV. In the conventional polycide gate electrode, the work function is adjusted by the impurity species, acceleration voltage, and implantation amount of impurity ions implanted into the polycrystalline silicon layer.
多結晶Siにおけるのと同様に、NiSi中に不純物を添加すると仕事関数が変化することが報告されている(非特許文献2)。 As in the case of polycrystalline Si, it has been reported that when an impurity is added to NiSi, the work function changes (Non-patent Document 2).
フルシリサイデーションしたゲート電極中に不純物を添加して、nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETとを作り分けた報告もある(非特許文献3)。 There is also a report that an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET are separately formed by adding impurities into the fully silicidated gate electrode (Non-patent Document 3).
これらの報告においては、仕事関数の変化が小さく、nチャネルMOSFETおよびpチャネルMOSFETとして適当な上述の値の仕事関数は得られていない。 In these reports, the change in work function is small, and a work function having the above-mentioned values suitable as an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET has not been obtained.
また、シリサイドよりさらに低抵抗化が可能なAl,W,Cu,Mo,Ti,Taなどの金属でゲート電極を形成する提案もされてきた。特にゲート長0.1μm以下のMOSFETに有用である。空乏層生成を防止できる利点もある。 In addition, it has been proposed to form a gate electrode with a metal such as Al, W, Cu, Mo, Ti, Ta, etc., which can be further reduced in resistance than silicide. It is particularly useful for MOSFETs having a gate length of 0.1 μm or less. There is also an advantage that generation of a depletion layer can be prevented.
p型使い捨てシリコンゲート電極、n型使い捨てシリコンゲート電極の上にAl、Al−Ti等の置換可能材料層を形成し、熱処理のよって使い捨てゲート電極を置換可能材料で置換して金属ゲート電極を形成する。置換Alゲート電極は、n型ポリシリコンゲート電極の〜0.2V内のスレッショルド電圧を与えると説明されている。 A replaceable material layer such as Al or Al-Ti is formed on the p-type disposable silicon gate electrode and the n-type disposable silicon gate electrode, and the metal gate electrode is formed by replacing the disposable gate electrode with a replaceable material by heat treatment. To do. The replacement Al gate electrode is described as providing a threshold voltage within ~ 0.2V of the n-type polysilicon gate electrode.
本発明の目的は、適切な仕事関数のシリサイドゲート電極を有する半導体装置を提供することである。
本発明の他の目的は、適切な仕事関数のシリサイドゲート電極を有するnチャネルMOSFET、pチャネルMOSFETを含む半導体装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a silicide gate electrode having an appropriate work function.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET having a silicide gate electrode having an appropriate work function.
本発明のさらに他の目的は、pチャネルMOSFETとnチャネルMOSFETとに対し、異なる仕事関数を実現する(Ni+Si)ゲート電極を有する半導体装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device having (Ni + Si) gate electrodes that realize different work functions for a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET.
本発明の1観点によれば、n型活性領域を有するシリコン基板と、前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−70at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するp型不純物を含むゲート電極と、前記ゲート電極側方において,前記n型活性領域中に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、を有する半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a silicon substrate having an n-type active region, a gate insulating film formed on the active region, a ratio of Ni to (Ni + Si) formed on the gate insulating film, Ni / A gate electrode containing (Ni + Si) whose (Ni + Si) is 40 at% -70 at% and further containing a p-type impurity for Si, and a p-type source formed in the n-type active region on the side of the gate electrode / Drain region is provided.
本発明の他の観点によれば、p型活性領域を有するシリコン基板と、前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が30at%−60at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するn型不純物を含むゲート電極と、前記ゲート電極側方において,前記p型活性領域中に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、を有する半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a silicon substrate having a p-type active region, a gate insulating film formed on the active region, a ratio of Ni to (Ni + Si) formed on the gate insulating film, Ni / (Ni + Si) is a base of (Ni + Si) with 30 at% -60 at%, and further includes a gate electrode containing an n-type impurity for Si, and an n-type formed in the p-type active region on the side of the gate electrode A semiconductor device having a source / drain region is provided.
さらに、前記シリコン基板がp型活性領域とn型活性領域とを含み、前記ゲート電極が(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−60at%である(Ni+Si)を母体とすることが望ましい。また、前記不純物の濃度が、ゲート絶縁膜との界面近傍において、1×1021cm−3以上であることが好ましい。 Further, the silicon substrate includes a p-type active region and an n-type active region, and the gate electrode has a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 40 at% -60 at% (Ni + Si) as a base material. It is desirable. The impurity concentration is preferably 1 × 10 21 cm −3 or more in the vicinity of the interface with the gate insulating film.
(Ni+Si)をゲート電極材料とし、Ni/(Ni+Si)が40at%−70at%に選択し、Siに対するp型不純物を添加すると、仕事関数の大きな変化が得られる。pチャネルMOSFETのゲート電極として好ましい仕事関数が得られる。 When (Ni + Si) is used as a gate electrode material, Ni / (Ni + Si) is selected to be 40 at% -70 at%, and a p-type impurity for Si is added, a large change in work function is obtained. A preferable work function is obtained as a gate electrode of a p-channel MOSFET.
(Ni−Si)をゲート電極材料とし、(Ni+Si)が30at%−60at%に選択し、Siに対するn型不純物を添加すると、仕事関数の大きな変化が得られる。nチャネルMOSFETのゲート電極として好ましい仕事関数が得られる。 When (Ni—Si) is used as a gate electrode material, (Ni + Si) is selected to be 30 at% -60 at%, and an n-type impurity for Si is added, a large change in work function can be obtained. A preferable work function is obtained as a gate electrode of an n-channel MOSFET.
Ni/(Ni+Si)が40at%−60at%に選択すると、同一ゲート電極材料(母材)を用いて、nチャネルMOSFET及びpチャネルMOSFETのゲート電極として好ましい仕事関数を得ることが可能となる。 When Ni / (Ni + Si) is selected to be 40 at% -60 at%, it is possible to obtain a preferable work function as the gate electrode of the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET by using the same gate electrode material (base material).
本発明者等は、金属とシリコンを用いてゲート電極を形成し、仕事関数を大きく変化させるためにどのようなことが可能であるか調べるため以下に述べる予備実験を行った。
図1Aに示すように、10Ωcmの低効率を有するp型Si基板1の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜2を形成した。酸化シリコン膜2の膜厚は、5nm、10nm、15nmの3種類を準備した。
The present inventors formed a gate electrode using metal and silicon, and conducted a preliminary experiment described below in order to investigate what is possible in order to greatly change the work function.
As shown in FIG. 1A, the surface of a p-
図1Bに示すように、酸化シリコンのゲート絶縁膜2の上に、多結晶シリコン膜3を厚さ50nm熱化学気相堆積(CVD)により成膜した。なお,多結晶シリコン膜を堆積しないサンプルも形成した。
As shown in FIG. 1B, a
図1Cに示すように、Si基板1上方にメタルマスク4を配置し、スパッタリングによりNi膜5とTiN膜6を積層した。TiN膜6は、30nmの厚さを有し、シリサイド反応を行う際、雰囲気中に存在する酸素がNi膜5を酸化することを防止するためのキャップ層として用いられている。
As shown in FIG. 1C, a
Si層上のNi膜5の膜厚を変化させ、結果的に得られる(Ni+Si)膜の組成を変化させた。Ni膜5の厚さは、18nm、24nm、30nm,36nm、42nmとし、Ni/(Ni+Si)の比率が30at%、40at%、50at%、60at%、70at%となるようにした。Si膜3を成膜しなかったサンプルにおいては、Ni膜5を厚さ50nm成膜した。このようにして、Ni/(Ni+Si)の比率を30at%−100at%の範囲で変化させた。
The thickness of the Ni
図1Dに示すように、真空中で400℃、1分間の熱処理を行い、Si膜3とNi膜5の間でシリサイド反応を生じさせ、(Ni+Si)膜7を生成させた。Ni層5の全厚さとその下方のSi層3の全厚さとが反応し、(Ni+Si)層7を生じたと考えられる。(Ni+Si)は、シリサイドと考えられるが、厳密にはシリサイドとなっていないことも考えられる。少なくともNiとSiとが混じったものと考えられ、(Ni+Si)と標記する。
As shown in FIG. 1D, heat treatment was performed in a vacuum at 400 ° C. for 1 minute to cause a silicide reaction between the
図1Eに示すように、TiN膜6をマスクとし、イオンミリングによりTiN層6外方の多結晶Si膜3及びその下の酸化シリコンのゲート絶縁膜2を除去した。このようにして、仕事関数を測定するためのMOSダイオード構造のサンプルが形成された。
As shown in FIG. 1E, using the
MOSダイオードのフラットバンド電圧Vfbは、金属(ここでは金属シリサイド)の仕事関数ΦMと次のような関係がある。
Vfb=ΦMS−(Qf/εox)*tox
ΦMS=ΦM−ΦS
ここで、ΦSはシリコンの仕事関数、ΦMSは金属の仕事関数ΦMとSiの仕事関数ΦSの仕事関数差、Qfは固定電荷密度、toxは酸化膜厚、εoxは酸化シリコンの誘電率を示す。フラットバンド電圧Vfbを測定し、tox(5nm、10nm、15nm)に対してプロットを行い、tox=0に外挿することにより、ΦMSを求める。金属の仕事関数ΦM(ここではシリサイド(Ni−Si)の仕事関数)を、測定したΦMSと既知の値に基づき計算したΦSから求める。
The flat band voltage Vfb of the MOS diode has the following relationship with the work function ΦM of metal (here, metal silicide).
Vfb = ΦMS− (Qf / εox) * tox
ΦMS = ΦM-ΦS
Here, ΦS is a work function of silicon, ΦMS is a work function difference between a metal work function ΦM and a work function ΦS of Si, Qf is a fixed charge density, tox is an oxide film thickness, and εox is a dielectric constant of silicon oxide. The flat band voltage Vfb is measured, plotted against tox (5 nm, 10 nm, 15 nm), and extrapolated to tox = 0 to obtain ΦMS. The work function ΦM of the metal (here, the work function of silicide (Ni—Si)) is obtained from ΦMS calculated based on the measured ΦMS and a known value.
図1Fは、サンプルの測定から得られた仕事関数と、サンプルの組成Ni/(Ni+Si)(at%)の関係を示すグラフである。Ni/(Ni+Si)の組成を30at%から100at%まで変化させることにより、仕事関数は約4.43eVから約5.1eVまで変化した。 FIG. 1F is a graph showing the relationship between the work function obtained from the measurement of the sample and the composition Ni / (Ni + Si) (at%) of the sample. By changing the composition of Ni / (Ni + Si) from 30 at% to 100 at%, the work function was changed from about 4.43 eV to about 5.1 eV.
Ni/(Ni+Si)=100at%でpチャネルMOSFETのゲートの仕事関数として適当な約5.1eVが得られるが、nチャネルMOSFETのゲート電極として適切な仕事関数約4.1eVは得られない。Ni/(Ni+Si)の組成を30at%から70at%の範囲で変化させると、仕事関数は約4.4eVから約4.9eV以上まで変化することが判る。 When Ni / (Ni + Si) = 100 at%, an appropriate work function of about 5.1 eV is obtained as a gate work function of a p-channel MOSFET, but an appropriate work function of about 4.1 eV as a gate electrode of an n-channel MOSFET cannot be obtained. It can be seen that when the composition of Ni / (Ni + Si) is changed in the range of 30 at% to 70 at%, the work function changes from about 4.4 eV to about 4.9 eV or more.
Niをゲート電極材料として用いると、pチャネルMOSFETのゲート電極の仕事関数として望ましい約5.1eVが得られる。但しこの場合nチャネルMOSFETのゲート電極は異なる材料で作成する必要が生じる。nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETを同一材料で形成し、かつそれぞれ望ましい仕事関数を得る方法をさらに検討した。図1Bに示す多結晶Si膜3に不純物を添加することにより、最終的に得られる(Ni+Si)膜7にp型及びn型不純物を添加することを試みた。
When Ni is used as the gate electrode material, the desired work function of the gate electrode of the p-channel MOSFET is about 5.1 eV. In this case, however, the gate electrode of the n-channel MOSFET needs to be made of a different material. A method for forming an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET with the same material and obtaining a desired work function was further studied. An attempt was made to add p-type and n-type impurities to the finally obtained (Ni + Si)
図2Aに示すように、図1Bの工程において多結晶Si膜3を成膜した後、多結晶Si膜3に、p型不純物B又はInをイオン注入した。BまたはInの濃度は、1E19(1×1019)cm−3〜1E22cm−3の範囲で変化させた。
As shown in FIG. 2A, after the
先ずp型不純物としてBを添加した場合を説明する。Bの注入条件は、加速電圧1keVで行った。Ni/(Ni+Si)の組成は30at%〜70at%の範囲で変化させた。なお、B濃度は、図1Eの構成において(Ni+Si)膜7とゲート絶縁膜2との界面近傍の値である。
First, the case where B is added as a p-type impurity will be described. B was implanted at an acceleration voltage of 1 keV. The composition of Ni / (Ni + Si) was changed in the range of 30 at% to 70 at%. The B concentration is a value near the interface between the (Ni + Si)
B濃度が低い領域においては、添加したBによる仕事関数の変化はほとんど生じていない。すなわち図1FのNi/(Ni+Si)の組成による仕事関数とほぼ同一である。B濃度を1E21cm−3以上にすると、Ni/(Ni+Si)の組成によらず、仕事関数が急激に上昇した。 In the region where the B concentration is low, the work function is hardly changed by the added B. That is, it is almost the same as the work function by the composition of Ni / (Ni + Si) in FIG. 1F. When the B concentration was 1E21 cm −3 or more, the work function increased rapidly regardless of the composition of Ni / (Ni + Si).
Ni/(Ni+Si)の組成が30at%においては、B濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は約4.9eVとなった。Ni/(Ni+Si)の組成が40at%−60at%においては、B濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は約5.1eVとなった。Ni/(Ni+Si)の組成が70at%においては、B濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は約5.3eVとなった。 When the composition of Ni / (Ni + Si) was 30 at%, when the B concentration was 1E21 cm −3 or more, the work function was about 4.9 eV. When the composition of Ni / (Ni + Si) was 40 at% -60 at%, when the B concentration was 1E21 cm −3 or more, the work function was about 5.1 eV. When the Ni / (Ni + Si) composition was 70 at%, when the B concentration was 1E21 cm −3 or more, the work function was about 5.3 eV.
Ni/(Ni+Si)の組成が40at%−70at%において、B濃度を1E21cm−3以上にすると、約5.1eVの以上の仕事関数が得られたことになる。Ni/(Ni+Si)の組成を40at%−60at%とすれば、1E21cm−3以上のB添加で得られる仕事関数は約5.1eVである。 When the composition of Ni / (Ni + Si) is 40 at% -70 at% and the B concentration is 1E21 cm −3 or more, a work function of about 5.1 eV or more is obtained. If the composition of Ni / (Ni + Si) is 40 at% -60 at%, the work function obtained by adding B of 1E21 cm −3 or more is about 5.1 eV.
次に、p型不純物としてInを用いた場合を説明する。
図2Cは、仕事関数の、(Ni+Si)中のIn濃度に対する依存性を示すグラフである。In濃度が低い領域においては、添加したInによる仕事関数の変化はほとんど生じていない。すなわち図1FのNi/(Ni+Si)の組成による仕事関数とほぼ同一である。In濃度を1E21cm−3以上にすると、Ni/(Ni+Si)の組成によらず、仕事関数が急激に上昇した。
Next, a case where In is used as a p-type impurity will be described.
FIG. 2C is a graph showing the dependence of the work function on the In concentration in (Ni + Si). In the region where the In concentration is low, the work function hardly changes due to the added In. That is, it is almost the same as the work function by the composition of Ni / (Ni + Si) in FIG. 1F. When the In concentration was 1E21 cm −3 or higher, the work function increased rapidly regardless of the composition of Ni / (Ni + Si).
Ni/(Ni+Si)が30at%の場合、In濃度を1E21cm−3以上にすると、得られた仕事関数は約4.9eVであった。Ni/(Ni+Si)が40at%〜60at%の場合、In濃度を1E21cm−3以上にすると、得られた仕事関数は約5.1eVであった。Ni/(Ni+Si)が70at%の場合、In濃度を1E21cm−3以上にすると、得られた仕事関数は約5.3eVであった。 When Ni / (Ni + Si) was 30 at% and the In concentration was 1E21 cm −3 or more, the obtained work function was about 4.9 eV. When Ni / (Ni + Si) was 40 at% to 60 at%, the work function obtained was about 5.1 eV when the In concentration was 1E21 cm −3 or more. When Ni / (Ni + Si) was 70 at% and the In concentration was 1E21 cm −3 or more, the obtained work function was about 5.3 eV.
Ni/(Ni+Si)が40at%〜70at%の場合、In濃度を1E21cm−3以上にすると、約5.1eV以上の仕事関数が得られることになる。さらに、Ni/(Ni+Si)の比率を40at%〜60at%に選択すると、約5.1eVの仕事関数が得られる。仕事関数に関して、B添加の効果とIn添加の効果はほぼ同一であると考えられる。p型不純物として、B,Inの少なくとも1種を用いることにより、仕事関数調整の効果が得られるであろう。 When Ni / (Ni + Si) is 40 at% to 70 at%, a work function of about 5.1 eV or more can be obtained when the In concentration is 1E21 cm −3 or more. Furthermore, when the Ni / (Ni + Si) ratio is selected from 40 at% to 60 at%, a work function of about 5.1 eV is obtained. Regarding the work function, the effect of B addition and the effect of In addition are considered to be almost the same. By using at least one of B and In as the p-type impurity, an effect of adjusting the work function will be obtained.
図3Aは、多結晶Si膜にn型不純物9としてAs又はSbをイオン注入した場合を示す。
図3Bは、Si膜3にAsをイオン注入した場合の結果を示すグラフである。Asの濃度は、1E19−1E22cm−3で変化させた。図から明らかなように、Asを1E21cm−3以上添加すると、仕事関数は大幅に低下した。
FIG. 3A shows a case where As or Sb is ion-implanted as an n-type impurity 9 in the polycrystalline Si film.
FIG. 3B is a graph showing the results when As is ion-implanted into the
Ni/(Ni+Si)の組成が70at%の場合、Asを1E21cm−3以上添加すると、仕事関数は約4.7eVであった。Ni/(Ni+Si)の組成が40at%−60at%の場合、Asを1E21cm−3以上添加すると、約4.1eVの仕事関数が得られた。Ni/(Ni+Si)の組成が30at%の場合、Asを1E21cm−3以上添加すると、約3.9eVの仕事関数が得られた。Ni/(Ni+Si)の比率を30at%−60at%に選択すると、約4.1eV以下の仕事関数が得られたことになる。 When the composition of Ni / (Ni + Si) was 70 at%, when As was added at 1E21 cm −3 or more, the work function was about 4.7 eV. When the composition of Ni / (Ni + Si) was 40 at% -60 at%, when As was added at 1E21 cm −3 or more, a work function of about 4.1 eV was obtained. When the composition of Ni / (Ni + Si) was 30 at%, a work function of about 3.9 eV was obtained when As was added at 1E21 cm −3 or more. When the ratio of Ni / (Ni + Si) is selected to be 30 at% -60 at%, a work function of about 4.1 eV or less is obtained.
図3Cは、n型不純物としてSbを用いた場合の結果を示す。Asの場合同様、Sbの濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は大幅に低下した。Ni/(Ni+Si)が70at%の場合、Sbの濃度が1E21cm−3以上で得られる仕事関数の減少量は比較的少なく、得られる仕事関数は約4.6eVであった。Ni/(Ni+Si)の組成が40at%−60at%の場合、Sbの濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は約4.1eVであった。Ni/(Ni+Si)の組成が30at%の場合、Sbの濃度を1E21cm−3以上にすると、仕事関数は約3.9eVであった。 FIG. 3C shows the results when Sb is used as the n-type impurity. As in the case of As, when the Sb concentration was 1E21 cm −3 or more, the work function was significantly reduced. When Ni / (Ni + Si) was 70 at%, the amount of decrease in work function obtained when the Sb concentration was 1E21 cm −3 or more was relatively small, and the work function obtained was about 4.6 eV. When the composition of Ni / (Ni + Si) was 40 at% -60 at%, the work function was about 4.1 eV when the Sb concentration was 1E21 cm −3 or more. When the composition of Ni / (Ni + Si) was 30 at%, the work function was about 3.9 eV when the Sb concentration was 1E21 cm −3 or more.
Ni/(Ni+Si)の組成が30at%−60at%の場合、Sbの濃度を1E21cm−3以上にすると、約4.1eV以下の仕事関数が得られたことになる。仕事関数に関して、As添加とSb添加の効果はほぼ類似するといえる。Siに対するn型不純物であるAs、Sbを用いてほぼ同様の結果が得られた。Siに対するn型不純物であるPを用いても、同様の結果が得られるであろう。n型不純物として、P,As,Sbの少なくとも1種を用いて、仕事関数調整の効果が得られるであろう。 When the composition of Ni / (Ni + Si) is 30 at% -60 at%, when the Sb concentration is 1E21 cm −3 or more, a work function of about 4.1 eV or less is obtained. Regarding the work function, it can be said that the effects of As addition and Sb addition are almost similar. Similar results were obtained using As and Sb, which are n-type impurities for Si. Similar results would be obtained using P, an n-type impurity for Si. The work function adjustment effect will be obtained by using at least one of P, As, and Sb as the n-type impurity.
以上説明した結果から、ゲート電極として(Ni+Si)を用い、Ni/(Ni+Si)の原子比率を約0.4〜0.6の範囲に選択し、Siに対するn型不純物及びp型不純物を約1E21cm−3以上添加することにより、CMOSFETとして望ましいゲート電極の仕事関数が得られることが分かった。 From the results described above, (Ni + Si) is used as the gate electrode, the atomic ratio of Ni / (Ni + Si) is selected in the range of about 0.4 to 0.6, and the n-type impurity and the p-type impurity with respect to Si are about 1E21 cm. It was found that a work function of a gate electrode desirable as a CMOSFET can be obtained by adding −3 or more.
図1Gは、CMOSFET集積回路の構成例を示す概略断面図である。Si基板1の表面にシャロートレンチアイソレーション(STI)により素子分離領域12を形成する。素子分離領域12に画定された活性領域内にn型不純物、p型不純物をイオン注入し、n型ウエル14、p型ウエル15を形成する。Si基板表面にゲート酸化膜2を熱酸化により形成し、その上に多結晶シリコン層を堆積する。
FIG. 1G is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a CMOSFET integrated circuit. An
図2A、3Aに示したように、多結晶シリコン層にp型不純物、n型不純物をイオン注入し、その後シリサイド反応を行なわせることにより、p型不純物添加(Ni+Si)層、n型不純物添加(Ni+Si)層を形成する。この(Ni+Si)層をパターニングすることにより、pチャネルMOSFET用ゲート電極7p、nチャネルMOSFET用ゲート電極7nを形成する。
As shown in FIGS. 2A and 3A, a p-type impurity and an n-type impurity are ion-implanted into the polycrystalline silicon layer, and then a silicide reaction is performed, whereby a p-type impurity added (Ni + Si) layer and an n-type impurity added ( A Ni + Si) layer is formed. By patterning this (Ni + Si) layer, a p-channel
形成したゲート電極をマスクとし、n型不純物、p型不純物を分けてイオン注入することにより、エクステンション領域を形成する。さらに、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁膜を堆積し、リアクティブイオンエッチング(RIE)等を行うことによりサイドウォールスペーサSWを形成する。さらにn型不純物、p型不純物をイオン注入し、p型ソース/ドレイン領域21、n型ソース/ドレイン領域22を形成する。
Using the formed gate electrode as a mask, an n-type impurity and a p-type impurity are separately ion-implanted to form an extension region. Further, an insulating film such as silicon nitride or silicon oxide is deposited, and reactive ion etching (RIE) or the like is performed to form the sidewall spacer SW. Further, n-type impurities and p-type impurities are ion-implanted to form p-type source /
その後、層間絶縁膜24を堆積し、コンタクト孔を形成する。コンタクト孔内に例えばTi層、TiN層、W層を堆積することにより、コンタクトプラグを形成する。その後、必要な配線を形成することにより、CMOSFET集積回路構造が得られる。
Thereafter, an
なお、シリコンを用いてゲート電極構造を作成した後、シリサイド化を行ってもよい。Ni/(Ni+Si)の原子組成比を40at%〜60at%に選択することにより、同一ゲート電極材料(母材)を用いてpチャネルMOSFET、nチャネルMOSFETのゲート電極として適切な仕事関数を得ることができる。 Note that silicidation may be performed after the gate electrode structure is formed using silicon. By selecting the atomic composition ratio of Ni / (Ni + Si) from 40 at% to 60 at%, an appropriate work function can be obtained as a gate electrode of a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET using the same gate electrode material (base material). Can do.
ゲート電極の母材をnチャネルMOSFET、pチャネルMOSFETで変えることが許される場合は、nチャネルMOSFET用ゲート電極は30at%〜60at%の(Ni+Si)を用いて、pチャネルMOSFET用ゲート電極は40at%〜70at%の(Ni+Si)を用いて作製することもできる。 When it is allowed to change the base material of the gate electrode between the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET, the gate electrode for the n-channel MOSFET uses 30 at% to 60 at% (Ni + Si), and the gate electrode for the p-channel MOSFET is 40 at. It is also possible to produce using (Ni + Si) of% to 70 at%.
以上説明した実施例においては、ゲート電極材料として(Ni+Si)のシリサイド材料を用いた。ゲート電極材料として金属を用いれば、シリサイドよりもさらに低抵抗のゲート電極が得られる。Alゲート電極を形成する方法として、SiとAlの熱置換を用いる方法が提案されている。本発明者等は、Al置換ゲート電極に不純物を添加することにより、(Ni+Si)シリサイドゲート電極に不純物を添加した時同様の効果が得られるか否かを検討した。 In the embodiment described above, a silicide material of (Ni + Si) is used as the gate electrode material. When a metal is used as the gate electrode material, a gate electrode having a resistance lower than that of silicide can be obtained. As a method for forming the Al gate electrode, a method using thermal substitution of Si and Al has been proposed. The present inventors examined whether or not the same effect can be obtained when an impurity is added to the (Ni + Si) silicide gate electrode by adding the impurity to the Al substitution gate electrode.
図4A〜4Gは、仕事関数の測定に用いたサンプルの製造工程を概略的に示す断面図である。
図4Aに示すように、Si基板1の表面を熱酸化し、ゲート酸化膜2を形成した。ゲート酸化膜2の上に、厚さ約50nmの多結晶Si膜3を熱CVDにより作成した。
4A to 4G are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process of a sample used for measuring the work function.
As shown in FIG. 4A, the surface of the
図4(B)の示すように、多結晶Si膜3に対し、ボロンイオン8をイオン注入した。注入量は、最終的に得られる置換Alゲート電極の不純物濃度が1E15〜1E21cm−3の範囲になるように選択した。
As shown in FIG. 4B,
図4Cに示すように、ボロンをイオン注入した多結晶Si膜3の上に、ホトレジストパターンPRを形成し、ホトレジストパターンPRを形成し、ホトレジストパターンPRをマスクとして多結晶Si層3をエッチングした。その後ホトレジストパターンPRは除去した。
As shown in FIG. 4C, a photoresist pattern PR was formed on the
図4Dに示すように、パターニングした多結晶Si膜3を覆って厚さ約50nmのAl層11をスパッタリングで成膜した。
図4Eに示すように、多結晶Si膜とAl層の積層に対し、400℃、30分間の熱処理を行い、SiとAlの置換反応を行わせた。多結晶Si膜3のSiは、Al層11中に拡散し、Al層11からAlが多結晶Si膜中に拡散し、SiがAlに置換されてAlゲート電極13が形成される。
As shown in FIG. 4D, an
As shown in FIG. 4E, the stack of the polycrystalline Si film and the Al layer was subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes to cause a substitution reaction between Si and Al. Si in the
図4Fに示すように、RIEによる異方性エッチングを行い、平坦部表面上でのAl層11を除去した。ゲートAlパターンの側壁には、Alの側壁11が残る。
図4Gに示すように、さらに等方性エッチングを行い、ゲート電極13の側壁上の残留Alを除去した。このようにして形成したサンプルに対し、フラットバンド電圧の測定を行い、仕事関数を得た。
As shown in FIG. 4F, anisotropic etching by RIE was performed to remove the
As shown in FIG. 4G, isotropic etching was further performed to remove residual Al on the side wall of the
図5は、得られた仕事関数の変化と、当初Si中に添加した不純物(B)濃度の関係を示すグラフである。添加したB濃度が1E20cm−3未満では添加したBによる仕事関数の変化は小さい。添加したB濃度が1E20cm−3以上になると急激な仕事関数の変化が生じている。B濃度1E21cm−3以上において、0.35eV以上の大幅な仕事関数の変化が得られるであろう。この仕事関数の変化は、図2Bに示す仕事関数の変化と類似した特性と考えることができよう。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the obtained work function change and the concentration of the impurity (B) initially added to Si. When the added B concentration is less than 1E20 cm −3 , the change in work function due to the added B is small. When the added B concentration is 1E20 cm −3 or more, a sudden work function change occurs. At a B concentration of 1E21 cm −3 or more, a significant work function change of 0.35 eV or more will be obtained. This change in work function can be considered as a characteristic similar to the change in work function shown in FIG. 2B.
但し、Alに対し不純物を添加して仕事関数が変化するのは、Bを不純物とした場合に限られ、他のp型不純物及びn型不純物を添加しても、仕事関数の変化は得られなかった。Alは、nチャネルMOSFETのゲート電極として利用可能な仕事関数を有する。但し、純Alをゲート電極として用いると、nチャネルMOSFETのゲート電極と、pチャネルMOSFETのゲート電極との仕事関数が等しくなってしまう。pチャネルMOSFETのAlゲート電極の仕事関数を増加させることが望まれる。pチャネルMOSFETのゲート電極に、Bを添加したAlを用いることにより、仕事関数を大きく増加することができる。 However, the work function is changed by adding impurities to Al only when B is used as an impurity. Even if other p-type impurities and n-type impurities are added, the work function can be changed. There wasn't. Al has a work function that can be used as a gate electrode of an n-channel MOSFET. However, when pure Al is used as the gate electrode, the work functions of the gate electrode of the n-channel MOSFET and the gate electrode of the p-channel MOSFET become equal. It is desirable to increase the work function of the p-channel MOSFET Al gate electrode. By using Al to which B is added for the gate electrode of the p-channel MOSFET, the work function can be greatly increased.
pチャネルMOSFETのゲート電極に、Bを添加したAlを用い、nチャネルMOSFETのゲート電極に、Bを添加しないAlを用いることにより、ゲート電極の仕事関数を変化させ、より好ましいCMOSFETを作成することができる。 By using Al to which B is added for the gate electrode of the p-channel MOSFET and using Al to which B is not added for the gate electrode of the n-channel MOSFET, the work function of the gate electrode is changed, and a more preferable CMOSFET is produced. Can do.
図6A〜6Fは、本発明の実施例によるCMOS半導体集積回路装置の製造工程を概略的に示す断面図である。
図6Aに示すように、シリコン基板1の表面にSTIによる素子分離領域12を形成し、n型不純物、p型不純物をイオン注入し、n型ウエル14、p型ウエル15を形成する。基板表面を熱酸化してゲート酸化膜2を形成した後、多結晶Si層を堆積し、パターニングしてゲート電極16、17を形成する。ゲート電極16、17は、例えば高さ50nm、幅40nmとする。
6A to 6F are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process of a CMOS semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6A, an
pチャネルMOSFETに対してはp型不純物、例えばBをイオン注入し、nチャネルMOSFETに対してはn型不純物、例えばP又はAsをイオン注入し、p型及びn型のエクステンション18、19を形成する。
A p-type impurity such as B is ion-implanted for the p-channel MOSFET, and an n-type impurity such as P or As is ion-implanted for the n-channel MOSFET to form p-type and n-
窒化シリコン又は酸化シリコンを熱CVDにより堆積し、RIE等により異方性エッチングを行うことによりサイドウォール20を形成する。さらにpチャネルMOSFETに対しては、p型不純物例えばBをイオン注入し、n型MOSFETに対してはn型不純物、例えばP、Asをイオン注入して高濃度のソース/ドレイン領域21、22を形成する。ゲート電極にもp型不純物、n型不純物が添加され、p型ゲート電極16、nゲート電極17が形成される。なお、以上の工程は従来の工程であり、他の公知の方法を用いることもできる。
図6Bに示すように、ゲート電極16、17を覆うように酸化シリコン等の層間絶縁膜24を成膜する。層間絶縁膜24を化学機械研磨(CMP)等により研磨し、ゲート電極16、17の表面を露出させる。nチャネルMOSFET領域をホトレジストパターンPR1で覆い、Bをイオン注入する。Bの濃度はゲート電極16中のB濃度を1E21以上とするように選択することが好ましい。その後、レジストパターンPR1は除去する。
As shown in FIG. 6B, an
図6Cに示すように、例えば1000℃、3秒間のアニーリングを行うことにより、ゲート電極16に添加したBを活性化、拡散させ、B添加ゲート電極16xを得る。
図6Dに示すように、露出させたゲート電極16x、17に接するように、Al層26を、例えば厚さ500nm堆積する。Siゲート電極16x、17と、Al層26が接触した状態で、400℃、30分間のアニール処理を行う。アニール処理により、AlとSiの置換を行う。ゲート電極中のSiはAl層26中に拡散し、Al層26からAlがゲート電極中に拡散する。
As shown in FIG. 6C, for example, by annealing at 1000 ° C. for 3 seconds, B added to the
As shown in FIG. 6D, an
図6Eは、得られる構成を示す。ゲート電極28は、イオン注入したBが添加された置換Alで形成され、ゲート電極30は、Bが添加されない置換Alで形成される。ゲート電極28は、高濃度にBが添加されているため、ゲート電極30よりも高い仕事関数を有する。
FIG. 6E shows the resulting configuration. The
図6Fに示すように、ゲート電極上のSiが拡散したAl層26xをCMP等により除去する。その後、さらに層間絶縁膜を堆積し、コンタクト孔、導電性プラグを形成してトランジスタを完成させる。さらに、層間絶縁膜、上層配線を形成し、CMOS集積回路装置を形成する。
As shown in FIG. 6F, the
上述の実施例においては、ゲート電極を形成した後、絶縁層で埋め込み、ゲート電極を露出させ、熱置換を行ってAlゲート電極を作成した。
図7A−7Hは、他の実施例を示す。
In the above-described embodiment, after forming the gate electrode, the Al gate electrode was formed by embedding with an insulating layer, exposing the gate electrode, and performing heat substitution.
7A-7H show another embodiment.
図7Aに示すように、Si基板1に素子分離領域12、n型ウエル14、p型ウエル15を形成し、熱酸化によりゲート絶縁膜2を形成した後その上に多結晶Si層35を堆積する。
As shown in FIG. 7A, an
図7Bに示すように、多結晶Si層の上にレジストパターンPR1を形成し、pチャネルMOSFET領域の多結晶Si層にBをイオン注入する。高濃度にBを添加された多結晶Si層35xが形成される。なお、nチャネルMOSFET上の多結晶Si層35は、不純物が添加されていない状態を保つ。
As shown in FIG. 7B, a resist pattern PR1 is formed on the polycrystalline Si layer, and B is ion-implanted into the polycrystalline Si layer in the p-channel MOSFET region. A
図7Cに示すように、レジストパターンPR1を除去し、新たにゲート電極の形状を有するレジストパターンPR2を形成する。レジストパターンPR2をマスクとし、多結晶Si層35、35xをエッチングし、ゲート電極形状を得る。その後レジストパターンPR2は除去する。 As shown in FIG. 7C, the resist pattern PR1 is removed, and a resist pattern PR2 having a new gate electrode shape is formed. Using the resist pattern PR2 as a mask, the polycrystalline Si layers 35 and 35x are etched to obtain a gate electrode shape. Thereafter, the resist pattern PR2 is removed.
図7Dに示すように、nチャネルMOSトランジスタ領域をレジストパターンPR3で覆い、p型不純物例えばBをイオン注入し、ソース/ドレイン領域21を形成する。その後レジストパターンPR3は除去する。
As shown in FIG. 7D, the n-channel MOS transistor region is covered with a resist pattern PR3, and p-type impurities such as B are ion-implanted to form source /
図7Eに示すように、レジストパターンPR4でpチャネルMOSFET領域を覆い、nチャネルMOSFET領域にn型不純物、例えばP又はAsをイオン注入する。nチャネルMOSFETのソース/ドレイン領域22が形成されると共に、ゲート電極にn型不純物が添加され、n型ゲート電極35yが形成される。その後レジストパターンPR4は除去する。
As shown in FIG. 7E, the p-channel MOSFET region is covered with a resist pattern PR4, and an n-type impurity such as P or As is ion-implanted into the n-channel MOSFET region. The source /
図7Fに示すように、例えば窒化シリコン膜37を堆積し、RIE等により異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極側壁上にサイドウォールSWを作成する。
図7Gに示すように、ゲート電極を覆って酸化シリコン等の層間絶縁膜38を形成する。層間絶縁膜38をCMP等により研磨し、ゲート電極表面を露出させる。
As shown in FIG. 7F, for example, a
As shown in FIG. 7G, an
図7Hに示すように、露出したゲート電極表面に接触するように、Al層26を例えば厚さ500nm堆積する。以下、前述の実施例同様例えば400℃、30分間のアニール処理を行い、AlとSiの置換反応を生じさせる。その後Siの拡散したAl層26は除去する。
As shown in FIG. 7H, an
図8A−8Eは変形例を示す。図8Aは、図7Aと同様の工程を経た半導体基板の構造を示す。
図8Bは、図7Bに示した工程と同様の工程であり、pチャネルMOSFET領域の多結晶Si膜35にBを好ましくは1E21cm−3以上イオン注入する。その後レジストパターンPR1は除去する。
8A-8E show a modification. FIG. 8A shows the structure of a semiconductor substrate that has undergone the same steps as FIG. 7A.
FIG. 8B is a step similar to the step shown in FIG. 7B, and B is ion-implanted into the
図8Cは、露出した多結晶Si膜上に直接Al層26を堆積する工程を示す。この状態において、例えば400℃、40分間のアニール処理を行い、多結晶Si層35,35xのSiとAl層26のAlの置換反応を生じさせる。シリコン基板上の多結晶Si層は消滅し、置換Al層となる。
FIG. 8C shows a process of depositing an
図8Dは、Al層26の上にレジストパターンPR2を形成し、下のAl層26x及び置換Al層をパターニングした状態を示す。pチャネルMOSFET領域には、Bを添加した置換Alート電極28がパターニングされ、nチャネルMOSFET領域は、Bが添加されていない置換Alゲート電極30が形成される。それぞれのゲート電極の上にはSiが拡散したAl層26xが残る。Al層26xは金属であり、このままゲート電極として用いることができる。
FIG. 8D shows a state in which the resist pattern PR2 is formed on the
図8Eは他の変形例を示す。図8Bに示す工程の後、多結晶Si層35、35xの上に例えば厚さ200nmのAl層26、厚さ500nmのTi層38をスパッタリングで積層する。Ti層38は、Siを吸収する機能を有する。Si層35、35xから、Al層26に拡散したSiはさらにTi層38に吸収され、Tiシリサイドとなって安定化する。例えば、図8Eに示す構造に対し、400℃、3時間の熱置換反応を行うと、Siは層35、35xから、層26を通り、Ti層38に吸い出される。Al層26は、ほとんどSiを含まないAl層とすることができる。その後Ti層38を除去し、図8D同様に工程によりゲート電極をパターニングする。
FIG. 8E shows another modification. After the step shown in FIG. 8B, an
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない、例えば種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
以下本発明の特徴を付記する。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to these embodiments. For example, various changes, improvements, and combinations are possible.
The features of the present invention will be described below.
(付記1) n型活性領域を有するシリコン基板と、
前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−70at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するp型不純物を含むゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記n型活性領域中に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。
(Appendix 1) a silicon substrate having an n-type active region;
A gate insulating film formed on the active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and having a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 40 at% -70 at% as a base material and further containing a p-type impurity with respect to Si;
A p-type source / drain region formed in the n-type active region on the side of the gate electrode;
A semiconductor device.
(付記2) p型活性領域を有するシリコン基板と、
前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が30at%−60at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するn型不純物を含むゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記p型活性領域中に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。
(Appendix 2) A silicon substrate having a p-type active region;
A gate insulating film formed on the active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and having a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 30 at% -60 at% as a base material and further containing an n-type impurity with respect to Si;
N-type source / drain regions formed in the p-type active region on the side of the gate electrode;
A semiconductor device.
(付記3) 前記シリコン基板がp型活性領域とn型活性領域とを含み、前記ゲート電極が(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−60at%である(Ni+Si)を母体とする、付記1または2記載の半導体装置。
(Supplementary Note 3) (Ni + Si) in which the silicon substrate includes a p-type active region and an n-type active region, and the gate electrode has a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 40 at% -60 at%. The semiconductor device according to
(付記4) 前記不純物の濃度が、ゲート絶縁膜との界面近傍において、1×1021cm−3以上である付記1−3のいずれか1項記載の半導体装置。
(付記5) 前記不純物が、各ゲート電極においてP,As,Sb,B,Inの1種以上である付記1−4のいずれか1項記載の半導体装置。
(Additional remark 4) The semiconductor device of any one of additional remark 1-3 whose density | concentration of the said impurity is 1 * 10 < 21 > cm < -3 > or more in the interface vicinity with a gate insulating film.
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1-4, wherein the impurity is one or more of P, As, Sb, B, and In in each gate electrode.
(付記6) p型活性領域とn型活性領域とを有するシリコン基板と、
前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−60at%である(Ni+Si)を母体とし、p型活性領域上方ではSiに対するn型不純物を含み、n型活性領域上方ではSiに対するp型不純物を含むゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記p型活性領域中に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、前記n型活性領域中に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。
(Appendix 6) A silicon substrate having a p-type active region and an n-type active region;
A gate insulating film formed on the active region;
(Ni + Si), which is formed on the gate insulating film and has a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 40 at% -60 at%, and includes an n-type impurity for Si above the p-type active region, Above the n-type active region, a gate electrode containing p-type impurities for Si;
On the side of the gate electrode, an n-type source / drain region formed in the p-type active region, a p-type source / drain region formed in the n-type active region,
A semiconductor device.
(付記7) 前記n型不純物と前記p型不純物とが共に、1E21cm−3以上の濃度を有する付記6記載の半導体装置。
(付記8) 前記n型不純物がP,As,Sbの少なくとも1種を含み、前記p型不純物がB,Inの少なくとも1種を含む付記6または7記載の半導体装置。
(Supplementary note 7) The semiconductor device according to
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to
(付記9) n型活性領域を有するシリコン基板と、
前記n型活性領域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、Bを添加された置換Alで形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記n型活性領域中に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。
(Supplementary Note 9) A silicon substrate having an n-type active region;
A gate insulating film formed on the n-type active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and formed of substituted Al doped with B;
A p-type source / drain region formed in the n-type active region on the side of the gate electrode;
A semiconductor device.
(付記10) さらに、
前記シリコン基板に形成されたp型活性領域と、
p型活性領域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、Bを含まない置換Alで形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記p型活性領域中に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
を有する付記9記載の半導体装置。
(Appendix 10) Furthermore,
A p-type active region formed in the silicon substrate;
a gate insulating film formed on the p-type active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and formed of substituted Al not containing B;
N-type source / drain regions formed in the p-type active region on the side of the gate electrode;
The semiconductor device according to appendix 9, wherein
(付記11) 前記Bを添加された置換Alで形成されたゲート電極は、Bを1E21cm−3以上添加したSiをAlで置換した置換Alで形成されている付記6または10記載の半導体装置。
(Supplementary note 11) The semiconductor device according to
(付記12) (a)n型活性領域とp型活性領域と、これらの活性領域上に形成されたゲート絶縁層を有するシリコン基板上に、Si層を形成する工程と、
(b)前記n型活性領域上方のSi層にBを添加する工程と、
(c)前記Si層をパターニングして、使い捨てゲート電極を形成する工程と、
(d)前記使い捨てゲート電極に接するAl層を形成する工程と、
(e)アニールにより、SiとAlの置換を生じさせる工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 12) (a) forming a Si layer on a silicon substrate having an n-type active region, a p-type active region, and a gate insulating layer formed on these active regions;
(B) adding B to the Si layer above the n-type active region;
(C) patterning the Si layer to form a disposable gate electrode;
(D) forming an Al layer in contact with the disposable gate electrode;
(E) a step of causing substitution of Si and Al by annealing;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(付記13) 前記Bを添加する工程は、Bを1E21cm−3以上添加する付記12記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 前記工程(c)が、前記工程(b)の前に行われる付記9または13記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 13) The process of adding said B is the manufacturing method of the semiconductor device of
(Additional remark 14) The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記15) さらに、(f)前記工程(d)の前に、パターニングした前記使い捨てゲート電極を覆って絶縁層を形成し、研磨して前記使い捨てゲート電極の表面を露出させる工程を含む付記12−14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 15) Further, (f) before the step (d), includes a step of forming an insulating layer so as to cover the patterned disposable gate electrode and polishing to expose the surface of the disposable gate electrode. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of -14.
1 Si基板
2 ゲート絶縁膜
3 多結晶Si膜
4 メタルマスク
5 Ni層
6 TiN層
7 (Ni+Si)層
8 p型不純物
9 n型不純物
11 Al層
12 素子分離領域
14 n型ウエル
15 p型ウエル
16 p型MOSFET用ゲート電極
17 n型MOSFET用ゲート電極
18 p型エクステンション領域
19 n型エクステンション領域
20、SW サイドウォール
21 p型ソース/ドレイン領域
22 n型ソース/ドレイン領域
24 層間絶縁膜
26 Al層
28 Bを含む置換Alゲート電極
30 Bを含まない置換Alゲート電極
35 多結晶Si層
37 窒化シリコン層
38 層間絶縁膜
1
Claims (5)
前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が40at%−70at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するp型不純物を含むゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記n型活性領域中に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。 a silicon substrate having an n-type active region;
A gate insulating film formed on the active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and having a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 40 at% -70 at% as a base material and further containing a p-type impurity with respect to Si;
A p-type source / drain region formed in the n-type active region on the side of the gate electrode;
A semiconductor device.
前記活性領域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、(Ni+Si)に対するNiの比Ni/(Ni+Si)が30at%−60at%である(Ni+Si)を母体とし、さらにSiに対するn型不純物を含むゲート電極と、
前記ゲート電極側方において,前記p型活性領域中に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
を有する半導体装置。 a silicon substrate having a p-type active region;
A gate insulating film formed on the active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and having a Ni ratio of Ni / (Ni + Si) to (Ni + Si) of 30 at% -60 at% as a base material and further containing an n-type impurity with respect to Si;
N-type source / drain regions formed in the p-type active region on the side of the gate electrode;
A semiconductor device.
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