JP2005175081A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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樹理 加藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having good silicide/silicon interface in which a crystal defect or roughness of the interface is improved and having stable characteristics, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The semiconductor device 100 includes a semiconductor layer 14 including at least a silicon, a gate insulating layer 26 formed on the semiconductor layer 14, a gate electrode 28 formed on the gate insulating layer 16, impurity layers 22, 24 formed on the semiconductor layer 14 and constituting a source/drain region, and silicide layers 32, 34 formed on the impurity layers 22, 24. Group IV elements except the silicon are included in the interface region IA1 between the impurity regions 22, 24 and the silicide layers 32, 34, and the group IV elements have the peak of a concentration distribution in the interface region IA1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シリサイド構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a silicide structure and a method for manufacturing the same.

ソース/ドレイン領域のシート抵抗を低減することを目的として、ソース/ドレイン領域を構成する不純物層の表面にシリサイド層を設けることが知られている(例えば特開平5−36632号公報参照)。
特開平5−36632号公報
For the purpose of reducing the sheet resistance of the source / drain regions, it is known to provide a silicide layer on the surface of an impurity layer constituting the source / drain regions (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-36632).
JP-A-5-36632

ソース/ドレイン領域は、シリコン半導体層にn型もしくはp型の不純物が導入されて形成されている。ソース/ドレイン領域とシリサイド層との界面においては、シリコン半導体層とシリサイド層との格子定数の差から生じる結晶の歪みが顕著である。このような半導体装置では、特に熱処理時において、ソース/ドレイン領域とシリサイド層との界面(シリサイド/シリコン界面)で急峻なストレスを生じ、そのため、歪みによる結晶欠陥や界面の荒れを生じやすい問題がある。このような界面における結晶欠陥や界面の荒れは、接合リークやシリサイド/シリコン界面のコンタクト抵抗が増加する原因となる。特に、トランジスタの微細化、高集積化あるいはSOI構造の採用に伴って、ソース/ドレイン領域を構成する不純物層の接合深さが浅くなるにつれて、シリサイド/シリコン界面での荒れや格子欠陥による接合リークやコンタクト抵抗の増加が、半導体装置の特性を劣化させる要因となる。   The source / drain regions are formed by introducing n-type or p-type impurities into the silicon semiconductor layer. At the interface between the source / drain region and the silicide layer, crystal distortion caused by the difference in lattice constant between the silicon semiconductor layer and the silicide layer is significant. In such a semiconductor device, a sharp stress is generated at the interface between the source / drain region and the silicide layer (silicide / silicon interface), particularly during heat treatment, and therefore, there is a problem that crystal defects and roughness of the interface are likely to occur due to strain. is there. Such crystal defects at the interface and roughness of the interface cause an increase in junction leakage and contact resistance at the silicide / silicon interface. In particular, as the junction depth of the impurity layer constituting the source / drain region becomes shallower with the miniaturization of transistors, higher integration, or the adoption of SOI structure, junction leakage due to roughness or lattice defects at the silicide / silicon interface. In addition, an increase in contact resistance becomes a factor that degrades the characteristics of the semiconductor device.

本発明の目的は、かかる問題を解消し、結晶欠陥や界面の荒れが改善された良好なシリサイド/シリコン界面を有し、安定した特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a good silicide / silicon interface with improved crystal defects and roughness of the interface, having stable characteristics, and a method for manufacturing the same, which solves such problems.

本発明にかかる半導体装置は、
少なくともシリコンを含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成された、ソース/ドレイン領域を構成する不純物層と、
前記不純物層上に形成されたシリサイド層と、
を含み、
前記不純物層と前記シリサイド層との界面領域にシリコン以外の4族元素を含み、該4族元素は前記界面領域において濃度分布のピークを有する。
The semiconductor device according to the present invention is
A semiconductor layer containing at least silicon;
A gate insulating layer formed on the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the gate insulating layer;
An impurity layer forming a source / drain region formed in the semiconductor layer;
A silicide layer formed on the impurity layer;
Including
The interface region between the impurity layer and the silicide layer contains a Group 4 element other than silicon, and the Group 4 element has a concentration distribution peak in the interface region.

この半導体装置によれば、前記不純物層と前記シリサイド層との界面領域(シリサイド/シリコン界面領域)にシリコン以外の4族元素が存在することにより、該界面領域におけるストレスが緩和され、界面領域の格子欠陥や荒れの発生を抑制できる。   According to this semiconductor device, the presence of a group 4 element other than silicon in the interface region (silicide / silicon interface region) between the impurity layer and the silicide layer reduces stress in the interface region, Generation of lattice defects and roughness can be suppressed.

本発明にかかる半導体装置において、前記シリコン以外の4族元素は、炭素およびゲルマニウムの少なくとも一方であることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the group 4 element other than silicon may be at least one of carbon and germanium.

本明にかかる半導体装置において、前記半導体層は、絶縁層上に形成された、SOI(Silicon On Insulator)構造を有することができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer may have an SOI (Silicon On Insulator) structure formed on the insulating layer.

本発明にかかる半導体装置において、前記ソース/ドレイン領域は、エレベーテッド構造を有することができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the source / drain regions may have an elevated structure.

本発明にかかる半導体装置において、前記半導体層は、Si層、SiGe層およびSiGeC層の少なくとも一層を含むことができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer may include at least one of a Si layer, a SiGe layer, and a SiGeC layer.

本発明にかかる製造方法は、
少なくともシリコンを含む半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層にソース/ドレイン領域のための不純物層を形成する工程と、
前記不純物層上にシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成する工程の前に、前記半導体層上に、シリコン以外の4族元素を含む半導体層を形成する工程と、
熱処理によって、少なくとも前記シリコン以外の4族元素を再分布させることにより、該シリコン以外の4族元素を、前記不純物層と前記シリサイド層との界面領域にその濃度分布のピークを有するように存在させる工程と、
を含む。
The manufacturing method according to the present invention includes:
Forming a gate insulating layer over a semiconductor layer containing at least silicon;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming an impurity layer for source / drain regions in the semiconductor layer;
Forming a silicide layer on the impurity layer;
Forming a semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon on the semiconductor layer before the step of forming the silicide layer;
By redistributing at least the group 4 element other than silicon by heat treatment, the group 4 element other than silicon is present in the interface region between the impurity layer and the silicide layer so as to have a peak of its concentration distribution. Process,
including.

この製造方法によれば、比較的簡易なプロセスによって、前記不純物層とシリサイド層との界面領域に濃度分布のピークを有するように、シリコン以外の4族元素を存在させることができる。   According to this manufacturing method, a group 4 element other than silicon can be present so as to have a concentration distribution peak in the interface region between the impurity layer and the silicide layer by a relatively simple process.

ここで、「前記半導体層上に、シリコン以外の4族元素を含む半導体層を形成する工程」
とは、前記半導体層の上に直接シリコン以外の4族元素を含む半導体層を形成する場合と、前記半導体層の上に他の半導体層を介してシリコン以外の4族元素を含む半導体層を形成する場合とを含む。
Here, “a step of forming a semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon on the semiconductor layer”
Forming a semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon directly on the semiconductor layer, and a semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon via another semiconductor layer on the semiconductor layer. Including the case of forming.

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記シリコン以外の4族元素を含む半導体層は、エピタキシャル成長によって形成できる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon can be formed by epitaxial growth.

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記シリコン以外の4族元素を含む半導体層は、イオン注入によって前記シリコン以外の4族元素を半導体層に導入することによって形成できる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon can be formed by introducing a group 4 element other than silicon into the semiconductor layer by ion implantation.

本発明にかかる製造方法において、前記半導体層は、Si層、SiGe層およびSiGeC層の少なくとも一層を含むことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the semiconductor layer may include at least one of a Si layer, a SiGe layer, and a SiGeC layer.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1.第1の実施の形態
1.1.半導体装置
図1は、本実施の形態にかかる半導体装置100を模式的に示す断面図である。
1. 1. First embodiment 1.1. Semiconductor Device FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device 100 according to the present embodiment.

半導体装置100は、SOI基板を用いて構成される。すなわち、半導体装置100は、半導体基板10と、半導体基板10上に形成された絶縁層12と、絶縁層12上に形成されたシリコン層14とを有する。シリコン層14は、単結晶シリコンである。   The semiconductor device 100 is configured using an SOI substrate. That is, the semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10, an insulating layer 12 formed on the semiconductor substrate 10, and a silicon layer 14 formed on the insulating layer 12. The silicon layer 14 is single crystal silicon.

シリコン層14には、チャネル領域20と、チャネル領域20の両側に位置するソース/ドレイン領域のための第1不純物層22および第2不純物層24とが形成されている。チャネル領域20上には、ゲート絶縁層26が形成されている。ゲート絶縁層26上には、ゲート電極28が形成されている。そして、ゲート電極28の側面には、サイドウォール絶縁層29が形成されている。第1不純物層22および第2不純物層24の露出面には、それぞれ第1シリサイド層32および第2シリサイド層34が形成されている。   In the silicon layer 14, a channel region 20 and a first impurity layer 22 and a second impurity layer 24 for source / drain regions located on both sides of the channel region 20 are formed. A gate insulating layer 26 is formed on the channel region 20. A gate electrode 28 is formed on the gate insulating layer 26. A sidewall insulating layer 29 is formed on the side surface of the gate electrode 28. A first silicide layer 32 and a second silicide layer 34 are formed on the exposed surfaces of the first impurity layer 22 and the second impurity layer 24, respectively.

シリコン層とシリサイド層との界面領域IA1、すなわち、第1不純物層22と第1シリサイド層32との界面領域IA1、および第2不純物層24と第2シリサイド層34との界面領域IA1には、シリコン以外の4族元素が存在している。かかる4族元素としては、炭素およびゲルマニウムの少なくとも一方を挙げることができる。そして、図2に模式的に示すように、4族元素は、界面領域IA1において、その濃度分布のピークが存在する状態で分布する。図2において、横軸はシリサイド層32,34の表面からの深さを示し、縦軸は4族元素の濃度を示す。図2では、4族元素としてゲルマニウムを用いた場合の濃度分布を模式的に示す。   In the interface region IA1 between the silicon layer and the silicide layer, that is, the interface region IA1 between the first impurity layer 22 and the first silicide layer 32 and the interface region IA1 between the second impurity layer 24 and the second silicide layer 34, There are Group 4 elements other than silicon. Examples of the group 4 element include at least one of carbon and germanium. Then, as schematically shown in FIG. 2, the group 4 element is distributed in the interface region IA1 in a state where the peak of the concentration distribution exists. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the depth from the surface of the silicide layers 32 and 34, and the vertical axis indicates the concentration of the group 4 element. FIG. 2 schematically shows the concentration distribution when germanium is used as the group 4 element.

本実施の形態にかかる半導体装置100によれば、シリコン層14(不純物層22,24)とシリサイド層32,34とのシリサイド/シリコン界面領域IA1に、シリコン以外の4族元素が存在することにより、以下の特徴を有する。   According to the semiconductor device 100 according to the present embodiment, a group 4 element other than silicon is present in the silicide / silicon interface region IA1 between the silicon layer 14 (impurity layers 22 and 24) and the silicide layers 32 and 34. , Has the following characteristics.

例えば炭素およびゲルマニウムは、シリコンと同じ4b族元素であり、これらに似た化学的性質を有する。また、格子定数(原子半径)の大きさは、炭素<シリコン<ゲルマニウムの関係にある。界面領域IA1に、炭素またはゲルマニウム、もしくはその両者が存在することにより、シリサイド/シリコン界面領域において炭素あるいはゲルマニウムがシリサイドとシリコン各々の層の格子位置や格子間位置に入ることができ、結晶欠陥が解消される。その結果、シリコン層とシリサイド層との格子定数の差によるストレスを緩和できる。すなわち、界面近傍の炭素やゲルマニウムなどの4族元素は、熱処理時に、シリサイド/シリコン界面の歪みエネルギーを緩和するように移動して再分布され、界面領域IA1に濃度分布のピークが存在するように分布する。その結果、界面領域IA1での荒れや格子欠陥が緩和され、接合リークを抑制することができる。   For example, carbon and germanium are the same group 4b elements as silicon and have similar chemical properties. The lattice constant (atomic radius) has a relationship of carbon <silicon <germanium. The presence of carbon or germanium or both in the interface region IA1 allows carbon or germanium to enter the lattice positions or interstitial positions of the silicide and silicon layers in the silicide / silicon interface region, thereby causing crystal defects. It will be resolved. As a result, stress due to the difference in lattice constant between the silicon layer and the silicide layer can be reduced. That is, the group 4 elements such as carbon and germanium in the vicinity of the interface move and redistribute so as to relax the strain energy of the silicide / silicon interface during the heat treatment so that a concentration distribution peak exists in the interface region IA1. Distributed. As a result, roughness and lattice defects in the interface region IA1 are alleviated, and junction leakage can be suppressed.

シリコン以外の4族元素の分布状態は、4族元素の原子半径(格子定数)やシリサイド層の種類などに依存する。すなわち、シリコン以外の4族元素は、シリサイドの形成時にシリサイド/シリコン界面の歪みエネルギーを最小にするように再分布するので、シリコンと同様の格子位置に存在する場合と、シリコンの格子間位置に存在する場合とがある。シリコンより原子半径の小さい炭素の場合には、格子面の少ない側の層(格子定数の大きい側の層)では、格子位置に存在し、格子面の多い側の層(格子定数の小さい側の層)では、格子間位置に存在する。これに対し、シリコンより原子半径の大きいゲルマニウムの場合には、格子面の多い側の層(格子定数の小さい側の層)で、格子位置に存在することができる。例えば、図2に示す例では、シリサイド層14がチタンシリサイドである場合には、チタンシリサイドはシリコンより格子定数が大きいので、ゲルマニウムはシリコン層側の界面領域により多く分布する。   The distribution state of group 4 elements other than silicon depends on the atomic radius (lattice constant) of the group 4 element, the type of silicide layer, and the like. That is, Group 4 elements other than silicon redistribute so as to minimize the strain energy of the silicide / silicon interface during the formation of silicide, and therefore, when present at the same lattice position as silicon and at the interstitial position of silicon. May exist. In the case of carbon having an atomic radius smaller than that of silicon, a layer having a smaller lattice plane (layer having a larger lattice constant) is present at a lattice position and a layer having a larger lattice plane (a layer having a smaller lattice constant). Layer) at the interstitial position. On the other hand, in the case of germanium having an atomic radius larger than that of silicon, it can be present at a lattice position in a layer having a larger lattice plane (a layer having a smaller lattice constant). For example, in the example shown in FIG. 2, when the silicide layer 14 is titanium silicide, since titanium silicide has a larger lattice constant than silicon, germanium is more distributed in the interface region on the silicon layer side.

1.2.半導体装置の製造方法
第1の実施の形態にかかる半導体装置100の製造例について、図1および図3ないし図7を参照しながら説明する。
1.2. Manufacturing Method of Semiconductor Device An example of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 7.

(1)図3に示すように、公知のSOI基板を準備する。SOI基板は、半導体基板10上に絶縁層12およびシリコン層14が積層されている。シリコン層14は、単結晶シリコンである。   (1) As shown in FIG. 3, a known SOI substrate is prepared. In the SOI substrate, an insulating layer 12 and a silicon layer 14 are stacked on a semiconductor substrate 10. The silicon layer 14 is single crystal silicon.

(2)図4に示すように、公知の方法によってゲート絶縁層26およびゲート電極28を形成する。ゲート絶縁層26のための絶縁層は、例えば熱酸化法によってシリコン層14の表面を酸化することで形成される。ゲート絶縁層26としては、シリコンの熱酸化膜に限定されず、酸化窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁物、酸化タンタルなどの高誘電体を用いることができる。ゲート電極28としては、ポリシリコン、タングステン,タンタルなどの金属、あるいはサリサイド構造の多層導電層などを用いることができる。ゲート絶縁層26およびゲート電極28のパターニングは、酸化シリコンなどからなるハードマスク29Aを用いて、公知のリソグラフィーおよびエッチングによって行うことができる。   (2) As shown in FIG. 4, a gate insulating layer 26 and a gate electrode 28 are formed by a known method. The insulating layer for the gate insulating layer 26 is formed by oxidizing the surface of the silicon layer 14 by, for example, a thermal oxidation method. The gate insulating layer 26 is not limited to a silicon thermal oxide film, and an insulator such as silicon oxynitride or silicon nitride, or a high dielectric such as tantalum oxide can be used. As the gate electrode 28, a metal such as polysilicon, tungsten, or tantalum, or a multi-layered conductive layer having a salicide structure can be used. The gate insulating layer 26 and the gate electrode 28 can be patterned by known lithography and etching using a hard mask 29A made of silicon oxide or the like.

ついで、サイドウォール絶縁層29を形成する。サイドウォール絶縁層29は、公知の方法で形成できる。例えば、サイドウォール絶縁層29は、絶縁層をCVD法によって基板上に全面的に堆積した後、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチングを行う方法、あるいはゲート電極28がポリシリコンの場合は熱酸化によってゲート電極28の表面に酸化シリコン層を形成する方法などを用いることができる。   Next, a sidewall insulating layer 29 is formed. The sidewall insulating layer 29 can be formed by a known method. For example, the sidewall insulating layer 29 is formed by depositing the insulating layer on the entire surface by the CVD method and then performing anisotropic etching such as reactive ion etching, or when the gate electrode 28 is polysilicon. A method of forming a silicon oxide layer on the surface of the gate electrode 28 by oxidation can be used.

(3)図5に示すように、シリコン層14の露出面上に、エピタキシャル成長によってSiGe層16を形成する。SiGe層16の膜厚は、いわゆる原子層であって、表面にGe原子が付着する程度、あるいは、数オングストローム程度の極薄膜でよい。SiGe層16のエピタキシャル成長は、公知の化学的気相成長法を用いることができる。一例を挙げると、反応ガスとしてSiHおよびGeHを用い、キャリアガスとしてアルゴンまたは窒素を用い、基板温度を500℃以上にして、反応ガスを熱分解させて成膜できる。エピタキシャル成長の方法としては、これに限定されず、水素還元法、分子線エピタキシャル成長法などを用いることができる。 (3) As shown in FIG. 5, a SiGe layer 16 is formed on the exposed surface of the silicon layer 14 by epitaxial growth. The film thickness of the SiGe layer 16 is a so-called atomic layer and may be a very thin film having a degree of Ge atoms adhering to the surface or a few angstroms. For the epitaxial growth of the SiGe layer 16, a known chemical vapor deposition method can be used. For example, SiH 4 and GeH 4 are used as the reaction gas, argon or nitrogen is used as the carrier gas, the substrate temperature is set to 500 ° C. or more, and the reaction gas is thermally decomposed to form a film. The epitaxial growth method is not limited to this, and a hydrogen reduction method, a molecular beam epitaxial growth method, or the like can be used.

(4)図5に示すように、SiGe層16上に、エピタキシャル成長によってシリコン層18を形成する。シリコン層18の膜厚は、このシリコン層18がシリサイド層を形成する際のシリコン供給源となることを考慮して設定すると、通常10〜50nmであることができる。シリコン層18のエピタキシャル成長は、公知の化学的気相成長法を用いることができる。一例を挙げると、反応ガスとしてSiH、Si、Si、SiHCl4−x(x=1〜4)を用い、キャリアガスとしてアルゴンまたは窒素を用い、基板温度を800℃以上にして、反応ガスを熱分解させて成膜できる。エピタキシャル成長の方法としては、これに限定されず、水素還元法、分子線エピタキシャル成長法などを用いることができる。 (4) As shown in FIG. 5, a silicon layer 18 is formed on the SiGe layer 16 by epitaxial growth. The film thickness of the silicon layer 18 can be normally 10 to 50 nm, considering that the silicon layer 18 becomes a silicon supply source when forming the silicide layer. A known chemical vapor deposition method can be used for epitaxial growth of the silicon layer 18. As an example, SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , SiH x Cl 4-x (x = 1 to 4) are used as the reaction gas, argon or nitrogen is used as the carrier gas, and the substrate temperature is set to 800. The reaction gas can be thermally decomposed at a temperature higher than or equal to 0 ° C. to form a film. The epitaxial growth method is not limited to this, and a hydrogen reduction method, a molecular beam epitaxial growth method, or the like can be used.

(5)図6に示すように、ゲート電極28およびサイドウォール絶縁層29をマスクとして、イオン注入によって特定の導電型の不純物(図示の場合、n型)をシリコン層18およびSiGe層16を介してシリコン層14に打ち込み、ソース/ドレイン領域のための不純物層22,24を形成する。その後、熱処理を行うことによって不純物を活性化させる。このときの温度は特に限定されないが、例えば800〜1000℃で行うことができる。この熱処理は、後のシリサイド層を形成する際の熱処理によっても行うことができる。その場合には、この工程での不純物を活性化させるための熱処理を省略できる。   (5) As shown in FIG. 6, by using the gate electrode 28 and the sidewall insulating layer 29 as a mask, impurities of a specific conductivity type (n-type in the case of illustration) are ion-implanted through the silicon layer 18 and the SiGe layer 16 by ion implantation. Then, the silicon layer 14 is implanted to form impurity layers 22 and 24 for the source / drain regions. Thereafter, heat treatment is performed to activate the impurities. Although the temperature at this time is not specifically limited, For example, it can carry out at 800-1000 degreeC. This heat treatment can also be performed by a heat treatment when forming a silicide layer later. In that case, the heat treatment for activating the impurities in this step can be omitted.

(6)ついで、シリサイド層を形成する。まず、図7に示すように、基板全面にシリサイド層を構成するための金属層30を形成する。金属層30の材質は、特に限定されず、公知のシリサイド材料を用いることができ、チタン、コバルト、ニッケルなどを例示できる。金属層30は、スパッタ法、CVD法、蒸着などの成膜方法によって形成できる。また、金属層30の膜厚は、特に限定されず、所定のシリサイド層を形成するのに充分な金属を供給できる程度であればよい。   (6) Next, a silicide layer is formed. First, as shown in FIG. 7, a metal layer 30 for forming a silicide layer is formed on the entire surface of the substrate. The material of the metal layer 30 is not specifically limited, A well-known silicide material can be used and titanium, cobalt, nickel etc. can be illustrated. The metal layer 30 can be formed by a film forming method such as sputtering, CVD, or vapor deposition. The film thickness of the metal layer 30 is not particularly limited as long as it can supply a sufficient metal to form a predetermined silicide layer.

(7)図1に示すように、不活性ガス雰囲気中で加熱することによって図7に示すシリコン層18と金属層30とを反応させて、不純物層22,24上にシリサイド層32,34を形成する。   (7) As shown in FIG. 1, the silicon layer 18 and the metal layer 30 shown in FIG. 7 are reacted by heating in an inert gas atmosphere to form silicide layers 32 and 34 on the impurity layers 22 and 24. Form.

シリサイド層32,34は、公知の方法で形成できる。例えば、ラピッドサーマルアニールなどを用いて基板温度を金属と絶縁膜が反応せず、Siと金属のみが反応する温度にて加熱することによりシリサイド層32,34を形成できる。その後、絶縁膜上の未反応の金属層をウエットエッチングによって除去する。さらに、不活性ガス中で凝集が生じない程度の高い温度にて熱処理を行うことにより、低抵抗で安定なシリサイド層32,34を形成できる。これらの2ステップ熱処理の温度は、金属の種類や微細パターンサイズに依存する。例えばチタンでは、550〜800℃、コバルトでは500〜800℃、ニッケルでは400〜600℃で行うことができる。   The silicide layers 32 and 34 can be formed by a known method. For example, by using rapid thermal annealing or the like, the silicide layers 32 and 34 can be formed by heating the substrate at a temperature at which only the Si and the metal react without causing the metal and the insulating film to react. Thereafter, the unreacted metal layer on the insulating film is removed by wet etching. Furthermore, by performing heat treatment at a high temperature that does not cause agglomeration in the inert gas, the low resistance and stable silicide layers 32 and 34 can be formed. The temperature of these two-step heat treatments depends on the type of metal and the fine pattern size. For example, it can be performed at 550 to 800 ° C. for titanium, 500 to 800 ° C. for cobalt, and 400 to 600 ° C. for nickel.

このシリサイド工程での熱処理によって、図7に示すSiGe層16のゲルマニウムが再分布される。すなわち、ゲルマニウムは、熱処理時に、シリサイド/シリコン界面の歪みエネルギーを緩和するように移動して再分布され、シリサイド/シリコン界面領域IA1(図1参照)に濃度分布のピークが存在するように分布する。その結果、界面領域IA1での荒れや格子欠陥が緩和され、格子定数の差によるストレスを解消できる。なお、シリサイド工程で、SiGe層16のゲルマニウムの再分布が充分に行われない場合には、さらに必要な熱処理を行うことができる。このゲルマニウムの再分布に必要な熱処理の温度は、例えば400〜800℃である。   By the heat treatment in the silicide process, germanium in the SiGe layer 16 shown in FIG. 7 is redistributed. That is, germanium moves and redistributes during the heat treatment so as to relieve strain energy at the silicide / silicon interface, and is distributed so that a peak of concentration distribution exists in the silicide / silicon interface region IA1 (see FIG. 1). . As a result, roughness and lattice defects in the interface region IA1 are alleviated, and stress due to the difference in lattice constant can be eliminated. If the germanium redistribution of the SiGe layer 16 is not sufficiently performed in the silicide process, further necessary heat treatment can be performed. The temperature of the heat treatment necessary for the redistribution of germanium is, for example, 400 to 800 ° C.

以上のように、本実施の形態にかかる製造方法によれば、シリコン層14(不純物層22,24)と、シリサイド層32,34を形成するためのシリコン層18との間に、ゲルマニウムを含む層、例えばSiGe層16を形成し、その後熱処理(この例では工程(7)の熱処理)を行うことにより、界面領域IA1に濃度分布のピークが存在するようにゲルマニウムを分布させることができる。このようにして、本実施の形態にかかる半導体装置100を比較的簡易な方法によって形成することができる。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, germanium is contained between the silicon layer 14 (impurity layers 22 and 24) and the silicon layer 18 for forming the silicide layers 32 and 34. By forming a layer, for example, the SiGe layer 16, and then performing a heat treatment (heat treatment in the step (7) in this example), germanium can be distributed so that a peak of concentration distribution exists in the interface region IA1. Thus, the semiconductor device 100 according to the present embodiment can be formed by a relatively simple method.

上述した製造方法の例では、シリコン以外の4族元素を含む層としてSiGe層を用いたが、これに代わり、SiC層またはSiGeC層を用いることができる。これらの層は、公知のエピタキシャル成長法によって形成できる。SiC層を用いた場合には、シリサイド/シリコン界面領域に炭素が存在し、SiGeC層を用いた場合には、シリサイド/シリコン界面領域に炭素とゲルマニウムとが存在することになる。   In the example of the manufacturing method described above, the SiGe layer is used as a layer containing a group 4 element other than silicon. However, instead of this, a SiC layer or a SiGeC layer can be used. These layers can be formed by a known epitaxial growth method. When the SiC layer is used, carbon exists in the silicide / silicon interface region, and when the SiGeC layer is used, carbon and germanium exist in the silicide / silicon interface region.

また、上述した製造方法の例では、シリコン以外の4族元素を含む層の形成方法としてエピタキシャル成長を用いたが、かかる層を形成する方法はこれに限定されない。例えば、SiGe層18をエピタキシャル成長で形成する代わりに、イオン注入によってゲルマニウムをシリコン層18に導入して、ゲルマニウムを含む層(Si(Ge)層)を形成できる。イオン注入は、注入されるゲルマニウムの濃度ピークがシリサイド層32,34とシリコン層14との界面近傍に位置するように行うことができる。イオン注入によって形成されるGeの深さ方向の分布は、イオン注入のエネルギーやドーズ量などによって制御できる。ゲルマニウムのイオン注入は、例えば、低加速で1×1015cm−2の濃度で行うことができる。この場合にも、シリサイド層を形成する工程での熱処理(前記工程(7))によって、上述した例と同様に、ゲルマニウムをシリサイド/シリコン界面領域に分布させることができる。シリコン以外の4族元素を含む層がSiC層あるいはSiGeC層の場合も、同様にイオン注入によってこれらの層を形成できる。 In the example of the manufacturing method described above, epitaxial growth is used as a method for forming a layer containing a group 4 element other than silicon, but the method for forming such a layer is not limited to this. For example, instead of forming the SiGe layer 18 by epitaxial growth, germanium can be introduced into the silicon layer 18 by ion implantation to form a layer containing germanium (Si (Ge) layer). The ion implantation can be performed so that the concentration peak of germanium to be implanted is located in the vicinity of the interface between the silicide layers 32 and 34 and the silicon layer 14. The distribution in the depth direction of Ge formed by ion implantation can be controlled by the energy of ion implantation, the dose amount, and the like. The germanium ion implantation can be performed at a low acceleration and a concentration of 1 × 10 15 cm −2 , for example. Also in this case, germanium can be distributed in the silicide / silicon interface region by the heat treatment in the step of forming the silicide layer (the step (7)) as in the above-described example. When the layer containing a group 4 element other than silicon is a SiC layer or a SiGeC layer, these layers can be similarly formed by ion implantation.

また、上述した例では、半導体層としてシリコン層14を用いたが、シリコン層の代わりに、SiGe層またはSiGeC層を用いることができる。また、半導体層としては、シリコン層、SiGe層およびSiGeC層のうちの2層以上を積層したヘテロ構造を用いることもできる。   In the example described above, the silicon layer 14 is used as the semiconductor layer, but a SiGe layer or a SiGeC layer can be used instead of the silicon layer. As the semiconductor layer, a heterostructure in which two or more of a silicon layer, a SiGe layer, and a SiGeC layer are stacked can be used.

2.第2の実施の形態
本発明は、図8に示すようなエレベーテッド構造のソース/ドレイン領域を有する半導体装置200であってもよい。図8に示す半導体装置200において、図1に示す半導体装置100と実質的に同じ部分には同一符合を付して、その詳細な説明を省略する。
2. Second Embodiment The present invention may be a semiconductor device 200 having a source / drain region having an elevated structure as shown in FIG. In the semiconductor device 200 shown in FIG. 8, the same reference numerals are given to substantially the same parts as those of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.

図8に示す半導体装置200では、ソース/ドレイン領域は、エレベーテッド構造を有する点で第1の実施の形態と異なる。すなわち、ソース/ドレイン領域は、シリコン層14に形成された不純物層22,24と、シリコン層14上に形成された半導体層17とから構成されている。半導体層17は、公知のエピタキシャル成長によって形成でき、その組成も特に限定されない。半導体層17は、例えば、シリコン層、SiGe層、SiC層、SiGeC層などによって形成できる。この例では、シリコン以外の4族元素、例えば炭素およびゲルマニウムの少なくとも一方は、半導体層17とシリサイド層32,34との界面領域IA2に濃度分布のピークが存在するように分布する。   A semiconductor device 200 shown in FIG. 8 is different from the first embodiment in that the source / drain regions have an elevated structure. That is, the source / drain region is composed of impurity layers 22 and 24 formed in the silicon layer 14 and a semiconductor layer 17 formed on the silicon layer 14. The semiconductor layer 17 can be formed by known epitaxial growth, and the composition thereof is not particularly limited. The semiconductor layer 17 can be formed by, for example, a silicon layer, a SiGe layer, a SiC layer, a SiGeC layer, or the like. In this example, at least one of group 4 elements other than silicon, such as carbon and germanium, is distributed such that a concentration distribution peak exists in the interface region IA2 between the semiconductor layer 17 and the silicide layers 32 and 34.

本実施の形態の半導体装置200は、第1の実施の形態で述べた製造方法に半導体層17を形成する工程を付加することで製造できる。すなわち、この製造方法の工程(2)の後に、半導体層17を形成する工程を付加する。なお、半導体層17として、SiGe層、SiC層、SiGeC層を用いる場合には、第1の実施の形態で述べた製造方法における工程(3)は、この半導体層17を形成する工程を兼ねることができる。   The semiconductor device 200 of the present embodiment can be manufactured by adding the process of forming the semiconductor layer 17 to the manufacturing method described in the first embodiment. That is, a step of forming the semiconductor layer 17 is added after the step (2) of the manufacturing method. When a SiGe layer, SiC layer, or SiGeC layer is used as the semiconductor layer 17, step (3) in the manufacturing method described in the first embodiment also serves as a step of forming the semiconductor layer 17. Can do.

本実施の形態でも、第1の実施の形態と同様の特徴を有し、同様の作用効果を達成できる。   This embodiment also has the same features as those of the first embodiment and can achieve the same functions and effects.

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、シリサイド層を有する半導体装置に適用できる。例えば、上述した実施の形態では、SOI基板を用いた例について述べたが、本発明はいわゆるバルクシリコン層を有する半導体装置にも適用できる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and can be applied to a semiconductor device having a silicide layer. For example, in the above-described embodiment, an example using an SOI substrate has been described. However, the present invention can also be applied to a semiconductor device having a so-called bulk silicon layer.

本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 半導体層におけるゲルマニウムの濃度分布を模式的に示す図。The figure which shows typically the concentration distribution of the germanium in a semiconductor layer. 第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the semiconductor device concerning 1st Embodiment. 本発明の第2の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the semiconductor device concerning the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体基板、12 絶縁層、14 シリコン層、16 SiGe層、17 半導体層、18 シリコン層、20 チャネル領域、22,24 不純物層、26 ゲート絶縁層、28 ゲート電極、29 サイドウォール絶縁層、29A ハードマスク、32,34 シリサイド層、IA1,IA2 界面領域、100,200 半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate, 12 Insulating layer, 14 Silicon layer, 16 SiGe layer, 17 Semiconductor layer, 18 Silicon layer, 20 Channel region, 22, 24 Impurity layer, 26 Gate insulating layer, 28 Gate electrode, 29 Side wall insulating layer, 29A Hard mask, 32, 34 silicide layer, IA1, IA2 interface region, 100, 200 semiconductor device

Claims (11)

少なくともシリコンを含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極と、
前記半導体層に形成された、ソース/ドレイン領域を構成する不純物層と、
前記不純物層上に形成されたシリサイド層と、
を含み、
前記不純物層と前記シリサイド層との界面領域にシリコン以外の4族元素を含み、該4族元素は前記界面領域において濃度分布のピークを有する、半導体装置。
A semiconductor layer containing at least silicon;
A gate insulating layer formed on the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the gate insulating layer;
An impurity layer forming a source / drain region formed in the semiconductor layer;
A silicide layer formed on the impurity layer;
Including
The semiconductor device includes a group 4 element other than silicon in an interface region between the impurity layer and the silicide layer, and the group 4 element has a peak of concentration distribution in the interface region.
請求項1において、
前記シリコン以外の4族元素は、炭素およびゲルマニウムの少なくとも一方である、半導体装置。
In claim 1,
The semiconductor device, wherein the group 4 element other than silicon is at least one of carbon and germanium.
請求項1または2において、
前記半導体層は、絶縁層上に形成された、半導体装置。
In claim 1 or 2,
The semiconductor device is a semiconductor device formed on an insulating layer.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記ソース/ドレイン領域は、エレベーテッド構造を有する、半導体装置。
In any of claims 1 to 3,
The semiconductor device in which the source / drain regions have an elevated structure.
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記半導体層は、Si層、SiGe層およびSiGeC層の少なくとも一層を含む、半導体装置。
In any of claims 1 to 4,
The semiconductor device, wherein the semiconductor layer includes at least one of a Si layer, a SiGe layer, and a SiGeC layer.
少なくともシリコンを含む半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層にソース/ドレイン領域のための不純物層を形成する工程と、
前記不純物層上にシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成する工程の前に、前記半導体層上に、シリコン以外の4族元素を含む半導体層を形成する工程と、
熱処理によって、少なくとも前記シリコン以外の4族元素を再分布させることにより、該シリコン以外の4族元素を、前記不純物層と前記シリサイド層との界面領域にその濃度分布のピークを有するように存在させる工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating layer over a semiconductor layer containing at least silicon;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming an impurity layer for source / drain regions in the semiconductor layer;
Forming a silicide layer on the impurity layer;
Forming a semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon on the semiconductor layer before the step of forming the silicide layer;
By redistributing at least the group 4 element other than silicon by heat treatment, the group 4 element other than silicon is present in the interface region between the impurity layer and the silicide layer so as to have a peak of its concentration distribution. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項6において、
前記シリコン以外の4族元素を含む半導体層は、エピタキシャル成長によって形成される、半導体装置の製造方法。
In claim 6,
The semiconductor device manufacturing method, wherein the semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon is formed by epitaxial growth.
請求項6において、
前記シリコン以外の4族元素を含む半導体層は、イオン注入によって前記シリコン以外の4族元素を半導体層に導入することによって形成される、半導体装置の製造方法。
In claim 6,
The semiconductor layer containing a group 4 element other than silicon is formed by introducing a group 4 element other than silicon into the semiconductor layer by ion implantation.
請求項6ないし8のいずれかにおいて、
前記半導体層は、Si層、SiGe層およびSiGeC層の少なくとも一層を含む、半導体装置の製造方法。
In any of claims 6 to 8,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor layer includes at least one of a Si layer, a SiGe layer, and a SiGeC layer.
請求項6ないし9のいずれかにおいて、
前記半導体層は、絶縁層上に形成される、半導体装置の製造方法。
In any of claims 6 to 9,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor layer is formed on an insulating layer.
請求項6ないし10のいずれかにおいて、
前記ソース/ドレイン領域は、エレベーテッド構造を有する、半導体装置の製造方法。
In any of claims 6 to 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the source / drain regions have an elevated structure.
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JP2010245233A (en) * 2009-04-03 2010-10-28 Toshiba Corp Semiconductor device and method of fabricating the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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