JP2007221160A - Semiconductor device - Google Patents

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Masakatsu Tsuchiaki
正勝 土明
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which a silicide layer with uniform film thickness and film quality can be formed on a source drain region, junction leak in an MOS structure can be suppressed low, and good electrical connection between the silicide layer and metal wiring can be assured. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a gate electrode formed on a silicon substrate through a gate insulating film, a sidewall insulating film formed on the side part of the gate electrode, a source drain region formed in the silicon substrate corresponding to the gate electrode, and an As doped NiSi layer formed on the source drain region. The NiSi layer has the local maximum concentration point of As in the center part in the film thickness direction, and the concentration of As atom of the center part in the film thickness direction is ≥1.25×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>and ≤2.5×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、大規模集積化に適した半導体装置に係わり、特にシリサイド化されたソース・ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタ(以下、MOSFETと略記する)に関する。   The present invention relates to a semiconductor device suitable for large-scale integration, and more particularly to a field effect transistor (hereinafter abbreviated as MOSFET) having silicided source / drain electrodes.

近年、半導体装置の大規模集積化のために、MOSFETは益々微細化が要求され、このMOSFETのチャネル長(即ちゲート電極の長さ)の縮小に伴いしきい値電圧が下降する、いわゆる短チャネル効果が問題となっている。短チャネル効果は、MOSFETのソース及びドレインを形成するpn接合の位置を半導体表面に近づける(即ち、pn接合を浅くする)ことで回避できる。しかし、単にpn接合を浅くすると、これにより構成されているソース・ドレイン電極の抵抗が増大し、素子を伝わる信号の高速伝達を阻害することになる。   In recent years, MOSFETs are increasingly required to be miniaturized for large-scale integration of semiconductor devices, and so-called short channels in which the threshold voltage decreases as the channel length of the MOSFET (ie, the length of the gate electrode) decreases. The effect is a problem. The short channel effect can be avoided by bringing the position of the pn junction forming the source and drain of the MOSFET closer to the semiconductor surface (that is, making the pn junction shallow). However, if the pn junction is simply made shallow, the resistance of the source / drain electrodes formed thereby increases, which impedes high-speed transmission of signals transmitted through the element.

ソース・ドレイン電極の低抵抗化を図るために、ソース・ドレイン領域の上部を、CoやNi等の金属と化合(シリサイド化)させることが行われる。しかし、シリサイド形成時、或いはその後の熱処理に伴い、これらの金属原子がソース・ドレイン領域を形成するシリコン中を急速に拡散し、浅い接合を形成した場合、接合部分にまで到達してしまう。このため、接合のリークをもたらす(例えば、特許文献1参照)。   In order to reduce the resistance of the source / drain electrodes, the upper portions of the source / drain regions are combined (silicided) with a metal such as Co or Ni. However, when the silicide is formed or during the subsequent heat treatment, these metal atoms diffuse rapidly in the silicon forming the source / drain regions, and when the shallow junction is formed, the metal reaches the junction. For this reason, junction leakage is caused (for example, see Patent Document 1).

実際、Coの場合、低抵抗相のCoSi2 を形成するために800℃,30秒の急速熱処理が必要になるが、このCo原子の拡散は極めて高速で、この熱処理を行っただけで150nmの深さにまで達してしまうほどである。また、Niの場合、低抵抗相のNiSiを形成した後、このシリサイド層と金属配線との電気的接合を得るために500℃,90分程度の低温熱処理が必要になるが、この際、Ni原子は急速に拡散し、この熱処理を行っただけで、やはり140nmの深さにまで達してしまうほどである。そして、シリコン基板の深くに侵入した金属原子はリーク電流発生の原因となる。 In fact, in the case of Co, rapid heat treatment at 800 ° C. for 30 seconds is required to form CoSi 2 in a low resistance phase, but this Co atom diffusion is extremely fast, and only 150 nm is obtained by performing this heat treatment. It reaches the depth. In addition, in the case of Ni, after forming NiSi of a low resistance phase, a low-temperature heat treatment of about 500 ° C. for about 90 minutes is required to obtain an electrical junction between the silicide layer and the metal wiring. Atoms diffuse rapidly, and even after this heat treatment, the depth reaches 140 nm. Metal atoms that have penetrated deep into the silicon substrate cause leakage current.

このような問題に対処するため、ソース・ドレイン電極を形成しようとする半導体基板表面部分に選択的に半導体物質を選択成長し、この追加形成された表面を通じてソース・ドレインのpn接合の形成、及びシリサイド層の形成を行うことで、ソース・ドレインを形成する電極部分の厚み(拡散層の厚み)を確保しながら、接合の位置を本来の半導体表面(即ちチャネルの形成される面)に対しては浅くするという手法(Elevated source drain method)が用いられてきた。   In order to cope with such a problem, a semiconductor material is selectively grown on a surface portion of a semiconductor substrate where a source / drain electrode is to be formed, and a source / drain pn junction is formed through the additionally formed surface, and By forming the silicide layer, the position of the junction with respect to the original semiconductor surface (that is, the surface on which the channel is formed) is ensured while ensuring the thickness of the electrode portion forming the source / drain (thickness of the diffusion layer). Has been used (Elevated source drain method).

ところが、選択成長により追加形成されるシリコン層の膜厚や膜質(欠陥の有無)を均一にするのは極めて困難である。膜厚が不均一であると、pn接合の接合部分を本来の半導体基板表面(即ち、チャネルの形成される面)付近に形成することが極めて困難となる。また、膜質が不均一である場合も、pn接合の接合部分を半導体基板表面下の目途の位置に精度良く一致させることは困難となる。全く同様のことが、シリサイド化に伴う金属原子の拡散に対しても当てはまる。膜厚や膜質が不均一であると、シリコン層を追加形成しても、膜厚の薄いところや膜質の悪いところから金属原子が突出的に拡散し容易に接合面に達してしまう。その結果、接合リークが発生してしまうことになる。   However, it is extremely difficult to make the film thickness and film quality (existence of defects) of the silicon layer additionally formed by selective growth uniform. If the film thickness is not uniform, it becomes extremely difficult to form the junction portion of the pn junction near the original semiconductor substrate surface (that is, the surface on which the channel is formed). In addition, even when the film quality is not uniform, it is difficult to accurately match the junction portion of the pn junction with the target position below the surface of the semiconductor substrate. The same applies to the diffusion of metal atoms accompanying silicidation. If the film thickness and film quality are not uniform, even if a silicon layer is additionally formed, metal atoms project from the thin film thickness or poor film quality and easily reach the bonding surface. As a result, junction leakage occurs.

一方、シリサイド化金属種に関しては、Coの場合、シリサイド化反応に付随して、不可避的にCo原子がシリコン基板中に拡散する。これに対し、SiとNiの金属化合反応(シリサイド化反応)は、CoSi2 の形成温度である800℃よりも低温の450℃で行うことができる。従って、金属原子の拡散を抑制するためには、低温で低抵抗相が形成できるNiSiを利用するのが望ましい。 On the other hand, regarding the silicide metal species, in the case of Co, Co atoms inevitably diffuse into the silicon substrate accompanying the silicidation reaction. On the other hand, the metal compounding reaction (silicidation reaction) between Si and Ni can be performed at 450 ° C., which is lower than 800 ° C., which is the formation temperature of CoSi 2 . Therefore, in order to suppress the diffusion of metal atoms, it is desirable to use NiSi that can form a low resistance phase at a low temperature.

しかしながら、NiSi2 への相転移温度である750℃よりも遙かに低い500℃,90分という熱処理を行っただけでも、Ni原子がシリコン基板の奥深くに拡散侵入し、リークの原因になることは先に説明した。当然、Ni原子のシリコン基板への浸潤を阻止するためには、熱処理温度を450℃未満に厳しく制限することが求められる。 However, even if heat treatment is performed at 500 ° C. for 90 minutes, which is much lower than the phase transition temperature to NiSi 2 , which is 750 ° C., Ni atoms can diffuse and penetrate deep into the silicon substrate and cause leakage. Explained earlier. Naturally, in order to prevent infiltration of Ni atoms into the silicon substrate, it is required to strictly limit the heat treatment temperature to less than 450 ° C.

他方、微細なMOSFETの狭小なソース・ドレイン領域に形成された、NiSiと電気配線物質との良好な電気的接続を、上記ソース・ドレイン領域よりさらに小さい開口部のコンタクトホールを通じて達成しようとする時には、500℃前後(450℃〜550℃)の熱処理は欠かせない。何故ならば、これ以下の温度では、NiSiと配線金属との間に僅かに形成される酸化物起因の絶縁性物質を十分に融解除去することができなくなるためである。
特開2002−368008号公報
On the other hand, when trying to achieve good electrical connection between NiSi and the electric wiring material formed in the narrow source / drain region of the fine MOSFET through the contact hole of the opening smaller than the source / drain region. Heat treatment at around 500 ° C. (450 ° C. to 550 ° C.) is indispensable. This is because, at temperatures below this temperature, it is impossible to sufficiently melt and remove the oxide-derived insulating material slightly formed between NiSi and the wiring metal.
JP 2002-368008 A

このように従来、素子の微細化に伴い、ソース・ドレインの接合位置を浅く保ちつつ、ソース・ドレイン電極の電気抵抗を低く抑えるために、ソース・ドレイン領域上にシリサイド層を形成することが必要になるが、シリサイドを形成する金属原子の高速拡散と、これが引き起こす接合リークを低く抑えるということが困難になってくる。   As described above, conventionally, with the miniaturization of the element, it is necessary to form a silicide layer on the source / drain region in order to keep the source / drain electrode electrical resistance low while keeping the source / drain junction position shallow. However, it becomes difficult to suppress the high-speed diffusion of the metal atoms forming the silicide and the junction leakage caused thereby.

この困難を解消すべく Elevated Source Drain 構造を採用しても、均一で均質なシリコン層の成膜は極めて困難であり、接合リークを抑制する機能は限られてしまうことになる。また、金属原子の高速拡散を抑制するために、シリサイド工程後の全ての工程温度を450℃以下に制限しようとすると、微細なシリサイド層と金属配線との電気的接続が損なわれてしまう。   Even if the Elevated Source Drain structure is adopted to eliminate this difficulty, it is extremely difficult to form a uniform and homogeneous silicon layer, and the function of suppressing junction leakage is limited. Further, if all the process temperatures after the silicide process are limited to 450 ° C. or lower in order to suppress high-speed diffusion of metal atoms, the electrical connection between the fine silicide layer and the metal wiring is impaired.

本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ソース・ドレイン領域上に膜厚及び膜質の均一なシリサイド層を形成することができ、接合リークを低く抑えることができ、且つシリサイド層と金属配線との良好な電気的接続を確保することのできる半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to form a silicide layer having a uniform film thickness and film quality on the source / drain regions, and to keep junction leakage low. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of ensuring good electrical connection between a silicide layer and a metal wiring.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

即ち、本発明の一態様は、シリサイド化されたソース・ドレイン電極を有する半導体装置において、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の側部に形成された側壁絶縁膜と、前記ゲート電極に対応して前記シリコン基板内に形成されたソース・ドレイン領域と、前記ソース・ドレイン領域上に形成されたAsドープのNiSi層とを具備してなり、前記NiSi層は、膜厚方向中央部にAsの局所的極大点を有し、該膜厚方向中央部のAs原子の濃度が、1.25×1017cm-3以上で2.5×1018cm-3以下であることを特徴とする。 That is, according to one embodiment of the present invention, in a semiconductor device having silicided source / drain electrodes, a gate electrode formed over a silicon substrate with a gate insulating film interposed therebetween and formed on a side portion of the gate electrode A sidewall insulating film; a source / drain region formed in the silicon substrate corresponding to the gate electrode; and an As-doped NiSi layer formed on the source / drain region. The layer has a local maximum point of As in the central portion in the film thickness direction, and the concentration of As atoms in the central portion in the film thickness direction is 1.25 × 10 17 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm. -3 or less.

本発明によれば、ソース・ドレイン領域上のシリサイド層の膜厚方向中央部におけるAs原子の濃度を、1.25×1017cm-3〜2.5×1018cm-3の範囲に設定することにより、シリサイド層の熱的安定性を向上させることができる。従って、Ni等のシリサイド化金属の高速拡散を招くことなく500℃程度の熱処理を加えることができ、これによりシリサイド層と金属配線との良好な電気的接続を実現することができる。 According to the present invention, the concentration of As atoms in the central portion of the silicide layer on the source / drain region in the film thickness direction is set in the range of 1.25 × 10 17 cm −3 to 2.5 × 10 18 cm −3. By doing so, the thermal stability of the silicide layer can be improved. Therefore, a heat treatment at about 500 ° C. can be applied without causing high-speed diffusion of a silicide metal such as Ni, thereby realizing a good electrical connection between the silicide layer and the metal wiring.

実施形態を説明する前に、本発明の基本原理について説明する。   Before describing the embodiment, the basic principle of the present invention will be described.

本発明者らは、配線金属との電気的接触を十分に確保する上で問題となるNiSiの熱的不安定性が、シリコン中の不純物の存在により、どのように変化するかを詳細に調べた。その結果、NiSiの形成に先立ち、シリコン原子を置換していないAs原子(以下、off-lattice Asと呼ぶことにする)を導入することで、NiSiの熱的安定性が急速に改善することを新たに発見した。そして、熱的安定性が向上したNiSiの場合、後の熱処理温度を450℃未満に制限しなくても、Ni起因の接合リーク発生を効果的に回避でき、配線金属との電気的接触を十分に確保できることを見出した。   The present inventors examined in detail how the thermal instability of NiSi, which is a problem in ensuring sufficient electrical contact with the wiring metal, changes due to the presence of impurities in silicon. . As a result, prior to the formation of NiSi, the introduction of As atoms that do not replace silicon atoms (hereinafter referred to as off-lattice As) will rapidly improve the thermal stability of NiSi. Newly discovered. In the case of NiSi with improved thermal stability, it is possible to effectively avoid the occurrence of junction leakage due to Ni without restricting the subsequent heat treatment temperature to less than 450 ° C., and sufficient electrical contact with the wiring metal It was found that it can be secured.

以下、このことを図1〜図6を用いて詳しく説明する。   Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIGS.

(背景技術)の項でも述べたように、シリコン層上に低抵抗相のNiSiを形成した後、このシリサイド層と金属配線との電気的接合を得るために500℃,90分程度の低温熱処理が必要になるが、この際、Ni原子は急速に拡散し、この熱処理を行っただけで、やはり140nmの深さにまで達してしまうほどである。そして、シリコン基板の深くに侵入した金属原子はリーク電流発生の原因となる。   As described in (Background Art), after forming NiSi of a low resistance phase on a silicon layer, a low-temperature heat treatment at 500 ° C. for about 90 minutes is performed in order to obtain an electrical junction between the silicide layer and the metal wiring. However, at this time, Ni atoms diffuse rapidly, and even if this heat treatment is performed, the depth reaches 140 nm. Metal atoms that have penetrated deep into the silicon substrate cause leakage current.

まず、本発明者らは、図1に示すように、相転移反応を起こす遙か以前に、NiSi相は熱的に極めて不安定な挙動を示すことを発見した。実際NiSi2 への相転移温度である750℃よりも遙かに低い500℃,90分という熱処理を行っただけでも、シリサイド膜よりずっと深い接合深さ140nm付近で、既に接合リークが発生する。 First, as shown in FIG. 1, the present inventors discovered that the NiSi phase behaves extremely thermally unstable long before the phase transition reaction occurred. Actually, even if a heat treatment of 500 ° C. and 90 minutes, which is much lower than 750 ° C. which is the phase transition temperature to NiSi 2 , is performed, junction leakage already occurs at a junction depth of 140 nm much deeper than the silicide film.

次に、これはNi原子が基板中に拡散した結果であることを証明するために、本発明者らは、リーク電流の接合深さ依存性とシリコン基板中に拡散侵入したNi原子濃度の深さ依存性を、照らし合わせてみた。   Next, in order to prove that this is a result of diffusion of Ni atoms into the substrate, the present inventors have investigated the junction depth dependency of the leakage current and the depth of the concentration of Ni atoms diffused and penetrated into the silicon substrate. I checked the dependence.

はじめに、様々な深さのpn接合を形成したシリコン基板を用意し、この上にNiを堆積した後、450℃の窒素雰囲気中でRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行い、NiSiを30nmの厚さに形成した。その後、500℃で、10分,30分,60分,90分の熱処理を加え、発生する接合リーク電流密度を、様々な接合深さで観測した。熱処理の昇降温度は100℃/分に設定した。また、バックサイドSIMS法を用いて、夫々の試料のシリコン基板中に含まれるNiの濃度の深さ分布を求めた。なお、バックサイドSIMS法とは、試料の裏面から表面に向けて研磨し、裏面からSIMS分析を行う手法であり、表面のNiSiからのノッキングを抑制しSi基板中の正確なNi濃度が求められる。   First, a silicon substrate on which pn junctions with various depths are formed is prepared. After Ni is deposited thereon, RTA (Rapid Thermal Annealing) treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 450 ° C., and NiSi is formed to a thickness of 30 nm. Formed. Thereafter, heat treatment was performed at 500 ° C. for 10, 30, 60, and 90 minutes, and the generated junction leakage current density was observed at various junction depths. The raising and lowering temperature of the heat treatment was set to 100 ° C./min. Moreover, the depth distribution of the concentration of Ni contained in the silicon substrate of each sample was determined by using the backside SIMS method. The backside SIMS method is a method in which the sample is polished from the back surface to the front surface, and SIMS analysis is performed from the back surface. Knocking from NiSi on the surface is suppressed, and an accurate Ni concentration in the Si substrate is required. .

図2に、夫々の熱処理条件に対して、観測された接合リーク電流密度(右縦軸目盛り)を、pn接合深さの関数として示す。また、これに付随して、バックサイドSIMS法を用いて求めた、夫々の試料のSi基板中に含まれるNiの濃度(左縦軸目盛り)の深さ分布を、対応する形で合わせて示す。接合リーク電流密度の接合深さ分布とNiの濃度の深さ分布は、極めて良く整合し、リーク発生の起源が、熱処理とともにSi基板中に拡散侵入したNiによるものであることは、疑う余地がない。   FIG. 2 shows the observed junction leakage current density (right vertical scale) as a function of pn junction depth for each heat treatment condition. Further, accompanying this, the depth distribution of the concentration of Ni (left vertical scale) contained in the Si substrate of each sample obtained by using the backside SIMS method is also shown in a corresponding manner. . The junction depth distribution of the junction leakage current density and the depth distribution of the Ni concentration are very well matched, and there is no doubt that the origin of the leak is due to Ni that diffuses and penetrates into the Si substrate along with the heat treatment. Absent.

以上の結果により、リークの発生の原因が、NiSiの熱的不安定性に起因したシリコン基板中へのNi原子の侵入拡散であることが、明らかになった。従って、NiSiの熱的不安定性に由来する接合リークの発生への不純物の効果を調査するためには、シリコン基板中へのNi原子の侵入拡散が、不純物の存在によりどのように変調されるかに着目すればよいことが分かる。   From the above results, it has been clarified that the cause of the leak is the penetration and diffusion of Ni atoms into the silicon substrate due to the thermal instability of NiSi. Therefore, in order to investigate the effect of impurities on the occurrence of junction leakage due to thermal instability of NiSi, how the penetration of Ni atoms into the silicon substrate is modulated by the presence of impurities It can be seen that attention should be paid to.

そこで本発明者らは、NiSi形成に先立ち、シリコン基板表面にAs,Geを注入量2.5×1013cm-2,1.0×1014cm-2、加速エネルギー30keVの条件でイオン注入した後、Ni膜の堆積,シリサイド化によりNiSiを形成し、これに500℃,90分の熱処理を施し、Ni原子のシリコン基板への拡散がどのように変化するかを観察した。 Therefore, the present inventors ion-implanted As and Ge into the silicon substrate surface under the conditions of 2.5 × 10 13 cm −2 , 1.0 × 10 14 cm −2 and acceleration energy of 30 keV before forming NiSi. After that, NiSi was formed by deposition and silicidation of the Ni film, and this was subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 90 minutes to observe how the diffusion of Ni atoms into the silicon substrate changed.

図3に、Geイオン注入を施した場合のNiの濃度の深さ分布を、参照用としてイオン注入を全く施さなかった場合の500℃、10分,30分,60分,90分の熱処理後のNiの濃度の深さ分布と比較して示してある。同様に図4に、Asイオン注入を施した場合のNiの濃度の深さ分布を、参照用としてイオン注入を全く施さなかった場合の500℃、10分,30分,60分,90分の熱処理後のNiの濃度の深さ分布と比較して示してある。   FIG. 3 shows the depth distribution of Ni concentration when Ge ion implantation is performed after heat treatment at 500 ° C., 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes, and 90 minutes when no ion implantation is performed for reference. It is shown in comparison with the depth distribution of the concentration of Ni. Similarly, FIG. 4 shows the depth distribution of Ni concentration when As ion implantation is performed at 500 ° C., 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes, and 90 minutes when no ion implantation is performed for reference. It is shown in comparison with the depth distribution of the Ni concentration after the heat treatment.

Geイオン注入の場合、Niのシリコン基板への拡散侵入はNiSi直下の領域では抑制されているものの、基板深くへ進むに伴い抑制の効果は薄れ、100nmの深さでは、1.0×1014cm-2注入した場合でさえ、500℃,60分の熱処理を行った参照用の濃度と同等になる。さらに、Niの濃度の深さ方向への減衰の仕方が、参照用に見られるような純粋な補誤差関数型から大きく外れ、ほぼ直線的に減衰していることが見て取れる。即ち、Niのシリコン基板への侵入拡散は純粋な拡散機構ではなく、何らかの増速拡散機構が働いていることを伺わせる。よって、基板深くに進むにつれて拡散の抑制効果はさらに薄れてくるものと考えられる。 In the case of Ge ion implantation, diffusion penetration of Ni into the silicon substrate is suppressed in the region immediately below NiSi, but the effect of suppression is reduced as the substrate goes deeper, and at a depth of 100 nm, 1.0 × 10 14. Even when cm −2 is implanted, the concentration is the same as the reference concentration after heat treatment at 500 ° C. for 60 minutes. Further, it can be seen that the method of attenuation of the Ni concentration in the depth direction deviates from a pure complementary error function type as seen for reference and attenuates almost linearly. That is, it can be said that intrusion diffusion of Ni into the silicon substrate is not a pure diffusion mechanism but some speed-up diffusion mechanism is working. Therefore, it is considered that the diffusion suppressing effect is further diminished as the depth of the substrate is increased.

一方、Asイオン注入の場合、高々2.5×1013cm-2の注入量でも、Ni原子のシリコン基板への拡散は極めて効果的に抑制され、Niの濃度分布は、500℃,90分の熱処理を施したにも拘わらず、500℃,30分の参照用Ni濃度分布と同等になる。即ち、500℃の熱処理時間に換算して60分に相当する拡散が抑制されたことになる。また、Geイオン注入に見られたような、Ni原子の非補誤差関数型の異常な濃度減衰は見られず、Niの濃度の深さ方向への減衰の仕方は、参照用のデーダにほぼ完全に一致し、急速に減衰する。 On the other hand, in the case of As ion implantation, even if the implantation amount is 2.5 × 10 13 cm −2 at most, the diffusion of Ni atoms into the silicon substrate is extremely effectively suppressed, and the Ni concentration distribution is 500 ° C. for 90 minutes. In spite of the heat treatment, the Ni concentration for reference is equivalent to 500 ° C. for 30 minutes. That is, diffusion corresponding to 60 minutes in terms of a heat treatment time of 500 ° C. is suppressed. Further, the abnormal concentration attenuation of the non-complementary error function type of Ni atoms as seen in the Ge ion implantation is not observed, and the method of attenuation of the Ni concentration in the depth direction is almost the same as that of the reference data. Matches perfectly and decays rapidly.

このことから、Niのシリコン基板への侵入拡散は純粋な拡散機構に従い、Geイオン注入の場合のような異常な増速拡散機構は発現していないことが分かる。よって、AsによるNiの拡散抑制効果は、基板深くにおいてもそのまま保持されることが帰結される。さらに、注入量を1.0×1014cm-2に増やしても、Niの拡散抑制効果には大きな変化がなく、Asの場合2.5×1013cm-2という極めて少量で、既に十全な抑制効果が達成されることが示される。 From this, it is understood that the intrusion diffusion of Ni into the silicon substrate follows a pure diffusion mechanism, and an abnormal enhanced diffusion mechanism as in the case of Ge ion implantation does not appear. Therefore, it is concluded that the Ni diffusion suppression effect by As is maintained as it is even deep in the substrate. Furthermore, even if the injection amount is increased to 1.0 × 10 14 cm −2 , the effect of suppressing the diffusion of Ni does not change greatly. In the case of As, an extremely small amount of 2.5 × 10 13 cm −2 is already sufficient. It is shown that a full inhibitory effect is achieved.

従って、Niのシリコン基板への拡散を抑制し、リーク電流の発生を阻止するには、少量で、且つ抑制効果の高いAsを不純物としてシリコン基板へ導入することが有望と考えられる。しかしながら、Asがシリコン基板中に導入される形態には、大きく分けて2つある。As原子がSi原子と置き換わり、格子位置を置換している場合(on-lattice と呼ぶことにする)と、As原子がシリコン格子位置を占めず、その間に存在する場合(off-lattice と呼ぶことにする)である。   Therefore, in order to suppress the diffusion of Ni into the silicon substrate and prevent the occurrence of leakage current, it is considered promising to introduce a small amount of As with high suppression effect into the silicon substrate as an impurity. However, there are roughly two forms in which As is introduced into the silicon substrate. When the As atom replaces the Si atom and replaces the lattice position (referred to as on-lattice), and the As atom does not occupy the silicon lattice position and exists between them (referred to as off-lattice) ).

そこで本発明者らは、このようなAsのシリコン中での形態により、リーク電流抑制効果に差が生じるか否かを、さらに検証した。即ち、Asイオン注入直後に off-lattice にあるAs原子を on-lattice に変換するべく急速熱処理を施し、これによってリーク電流がどのように変化するかを、実際に測定したのである。   Therefore, the present inventors further verified whether or not a difference occurs in the leakage current suppression effect depending on the form of As in silicon. That is, immediately after As ion implantation, rapid heat treatment was performed to convert As atoms in off-lattice to on-lattice, and how the leakage current changed due to this was actually measured.

図5に、NiSi形成に先立ち、Asイオン注入を行った場合のリーク電流密度を注入量の関数として示してある。注入エネルギーは30keVとし、注入量は2.5×1013cm-2〜1.0×1014cm-2の範囲で変化させた。接合深さは106nmとした。on-lattice Asの効果を見るために、As注入後、NiSiに先立ち700℃,30秒の急速熱処理を施したもの、また off-lattice Asの効果を見るために、上記急速熱処理を施さなかったもの、さらにAsイオン注入自体が引き起こす接合リークを計量するために、NiSiを形成しなかったもの、それぞれに500℃,90分の熱処理を施した後、これらに観測されるリーク電流を比較して示す。 FIG. 5 shows the leakage current density as a function of the implantation amount when As ion implantation is performed prior to NiSi formation. The implantation energy was 30 keV, and the amount of implantation was changed in the range of 2.5 × 10 13 cm −2 to 1.0 × 10 14 cm −2 . The junction depth was 106 nm. In order to see the effect of on-lattice As, after As injection, NiSi was subjected to a rapid heat treatment at 700 ° C. for 30 seconds, and in order to see the effect of off-lattice As, the rapid heat treatment was not applied. In order to measure the junction leakage caused by As ion implantation itself, NiSi was not formed, and each was subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 90 minutes, and then the leakage current observed in these was compared. Show.

まず、Asのシリコン中での形態がリーク抑制に及ぼす効果は、急速熱処理の有無を比較することにより計測できる。明らかに、急速熱処理を施しAsを on-lattice 状態としたものでは、リーク電流密度が2桁以上と著しく上昇してしまうことが分かる。従って、Asの導入による効果的なNi拡散抑制効果は、Asが off-lattice にある時に特異的に発現する効果であることが証明された。   First, the effect of As in silicon on leakage suppression can be measured by comparing the presence or absence of rapid thermal processing. Obviously, the leakage current density is remarkably increased to two digits or more when the rapid heat treatment is performed and the As is in the on-lattice state. Therefore, it has been proved that the effective Ni diffusion suppression effect by introducing As is an effect that is specifically expressed when As is off-lattice.

また、リーク抑制の注入量依存性を見ることで、イオン注入によるシリコン基板表面のダメージ、非晶質化の影響を査定できる。イオン注入による非晶質化は、注入量5.0×1013cm-2を境として、これ以上の注入量で進行する。しかしながら、リーク電流密度は2.5×1013cm-2注入量以降、大きな差は見られない。従って、Asの導入による効果的なNi拡散抑制効果は、off-lattice Asそのものの効果であり、シリコン基板の非晶質化をはじめとする、イオン注入に付随した基板表面のダメージは、それ自体必要ではないことが明らかとなった。 In addition, by observing the dependency of leakage suppression on the implantation amount, it is possible to assess the damage of the silicon substrate surface due to ion implantation and the influence of amorphization. Amorphization by ion implantation proceeds with an implantation amount higher than this at an implantation amount of 5.0 × 10 13 cm −2 . However, there is no significant difference in the leakage current density after 2.5 × 10 13 cm −2 implantation amount. Therefore, the effective Ni diffusion suppression effect due to the introduction of As is the effect of off-lattice As itself, and the substrate surface damage accompanying the ion implantation including the amorphization of the silicon substrate itself It became clear that it was not necessary.

最後に、Asイオン注入が、NiSiを形成しなかった試料のリーク電流密度を見ることにより、Asのイオン注入そのものが、シリコン基板中に生成する結晶欠陥に由来するリーク電流を評価できる。30keVのAs注入では、As原子自体はシリコン表面30nm以内に導入される。しかしながら、注入されるAs原子の運動エネルギーは、基板中のSi原子を弾き飛ばし、弾き飛ばされたSi原子は、100nm以上の基板深くにまで侵入して結晶欠陥を生成する。接合深さ106nmでは明らかに、この欠陥に由来するリーク電流は、off-lattice Asによって抑制されたリーク電流とほぼ同等の大きさにまで達している。   Finally, by looking at the leakage current density of the sample in which As ion implantation did not form NiSi, it is possible to evaluate the leakage current derived from crystal defects generated in the silicon substrate by As ion implantation itself. In the 30 keV As implantation, As atoms themselves are introduced within 30 nm of the silicon surface. However, the kinetic energy of the injected As atoms blows off Si atoms in the substrate, and the blown Si atoms penetrate into the substrate deeper than 100 nm and generate crystal defects. Obviously, at the junction depth of 106 nm, the leakage current derived from this defect has reached almost the same magnitude as the leakage current suppressed by off-lattice As.

このような弾き飛ばされたSi原子は極めて高速に移動し、形成される結晶欠陥はシリコン基板の非常に奥深くにまで達する。当然、その量は深さと共に急速に減少することはない。従って、基板の奥深くに行くに従い、イオン注入そのものに起因した接合リークが、Niの拡散に由来したリーク電流を凌駕するようになる。   Such bounced Si atoms move very rapidly, and the formed crystal defects reach very deep in the silicon substrate. Of course, the amount does not decrease rapidly with depth. Therefore, as it goes deeper into the substrate, the junction leakage due to the ion implantation itself exceeds the leakage current derived from the diffusion of Ni.

これらの結晶欠陥を消滅させるためには、活性化等で用いられる高温での熱処理が必要となるが、このような熱処理を施した途端、Asは on-lattice 状態となり、Ni拡散抑制効果が失われる。一方、言うまでもないが、NiSi形成後、このような高温熱処理を行えば、これ自体がNiの拡散を誘起し、NiSiの耐熱性向上によって得られた利点を全て消費してしまうことになる。従って、off-lattice Asをイオン注入によって導入し、Ni拡散を抑制しようとする場合には、これに付随して、必ず基板の奥深くで、イオン注入そのものに由来する接合リークが発生してしまい、結果として、Ni拡散の抑制による接合リークの低減効果を著しく制限してしまうことが判明した。   In order to eliminate these crystal defects, heat treatment at a high temperature used for activation or the like is necessary. As soon as such heat treatment is performed, As becomes an on-lattice state, and Ni diffusion suppression effect is exerted. Lost. On the other hand, needless to say, if such high-temperature heat treatment is performed after NiSi is formed, this itself induces diffusion of Ni and consumes all the advantages obtained by improving the heat resistance of NiSi. Therefore, when off-lattice As is introduced by ion implantation and Ni diffusion is to be suppressed, a junction leak derived from the ion implantation itself is generated deeply in the substrate. As a result, it has been found that the effect of reducing junction leakage by suppressing Ni diffusion is significantly limited.

以上、得られた知見を総合すると、Niのシリコン基板への拡散の抑制は、off-lattice Asそのものによって発現する特異な効果であって、イオン注入に付随した物理的ダメージの生成はこれに与らない。むしろイオン注入は、シリコン基板奥深くに結晶欠陥を生成し、Ni拡散の抑制による接合リークの低減を相殺してしまうことが明確となった。即ち、Niのシリコン基板への拡散の効果的抑制は、off-lattice Asをシリコン基板へダメージを与えず導入することで初めて達成できるのである。   In summary of the above findings, the suppression of the diffusion of Ni into the silicon substrate is a peculiar effect expressed by off-lattice As itself, and the generation of physical damage accompanying ion implantation is given to this. Not. Rather, it has been clarified that ion implantation generates crystal defects deep in the silicon substrate and offsets the reduction of junction leakage due to suppression of Ni diffusion. That is, effective suppression of the diffusion of Ni into the silicon substrate can be achieved for the first time by introducing off-lattice As without damaging the silicon substrate.

ダメージを与えず off-lattice Asをシリコン基板へ導入するには、シリコン表面にAsを化学吸着すれば良い。当然、シリコン基板にダメージが生じるようなことはない。また、Asは表面に吸着している状態であって、Siの格子位置を置換するようなことはない。従って、この上にNiを堆積し、シリサイド化を行えば、上記に説明したイオン注入に付随した問題を生じることなく、効果的にNiのシリコン基板への拡散を抑制し、リークの低減が図れることになる。   In order to introduce off-lattice As to a silicon substrate without causing damage, As may be chemically adsorbed on the silicon surface. Of course, the silicon substrate is not damaged. As is adsorbed on the surface and does not replace the lattice position of Si. Therefore, if Ni is deposited thereon and silicidized, diffusion of Ni into the silicon substrate can be effectively suppressed and leakage can be reduced without causing the problems associated with the ion implantation described above. It will be.

最後に、off-lattice として導入されたAsが、その後に形成されたNiSi膜にどのように反映されているかを調べるために、Asを30keV,1.0×1014cm-2注入した後、30nmのNiSiを形成し、この中に含まれるAsをSIMS分析により測定した。 Finally, in order to examine how As introduced as off-lattice is reflected in the NiSi film formed thereafter, As was implanted at 30 keV and 1.0 × 10 14 cm −2 , 30 nm NiSi was formed, and As contained therein was measured by SIMS analysis.

図6に、NiSi中、及びその下のシリコン基板に含まれるAsの濃度を、SIMS分析した結果を示す。Off-lattice Asの効果を見るためにイオン注入後、急速熱処理を施さずにNiSiを形成した場合と、on-lattice Asの効果を見るためにイオン注入後、急速熱処理を施した後にNiSiを形成した場合を比較して示してある。On-lattice Asの場合、Asはシリサイド化反応に伴い、NiSi膜中からSi基板へ押し出されるように、NiSi/Si界面に偏析する。一方、off-lattice Asの場合は、一部のAs原子がNiSi膜中、特に膜厚の中央部に残存していることが見て取れる。Asの残存しない on-lattice Asのシリサイド化の場合には、熱的安定性の向上が見られず、Asが残存した off-lattice Asのシリサイド化の場合には、熱的安定性の著しい向上が見られた。このことから、NiSi膜中央部に残存するAsがNiSi膜の熱的安定性の向上に大きく係わっていることが分かる。   FIG. 6 shows the results of SIMS analysis of the concentration of As contained in NiSi and in the silicon substrate below the NiSi. In order to see the effect of off-lattice As, NiSi is formed without performing a rapid heat treatment after ion implantation, and in order to observe the effect of on-lattice As, NiSi is formed after performing a rapid heat treatment after ion implantation. The comparison is shown. In the case of On-lattice As, As is segregated at the NiSi / Si interface so as to be pushed out of the NiSi film to the Si substrate with the silicidation reaction. On the other hand, in the case of off-lattice As, it can be seen that some As atoms remain in the NiSi film, particularly in the center of the film thickness. In the case of silicidation of on-lattice As in which As does not remain, no improvement in thermal stability is observed, and in the case of silicidation of off-lattice As in which As remains, the thermal stability is significantly improved. It was observed. From this, it can be seen that As remaining in the central portion of the NiSi film is greatly related to the improvement of the thermal stability of the NiSi film.

もし、このようなAsを、NiSi形成後に、Asをイオン注入して導入しようとすれば、前述のように、イオン注入に付随した結晶欠陥をシリコン基板奥深くに生ぜしめるのみならず、Ni原子をもシリコン基板へ弾きいれ、多大なリーク電流を誘起することは、言うまでもない。   If such As is to be introduced by implanting As after forming NiSi, not only crystal defects associated with the ion implantation are caused deep in the silicon substrate as described above, but also Ni atoms are introduced. Needless to say, it is repelled by the silicon substrate and induces a large leakage current.

以上説明したように、シリサイド化工程に先立ち、吸着により off-lattice Asをシリコン基板にダメージを与えることなく導入すれば、シリサイド化に伴いAsはNiSi膜中に取り込まれ、この膜の耐熱性を著しく向上させることになる。一方、イオン注入に付随した新たなリークは発生しないので、効果的にNiのシリコン基板への拡散を抑制し、リークの低減が図れることになる。   As described above, if off-lattice As is introduced without damaging the silicon substrate by adsorption prior to the silicidation process, As is incorporated into the NiSi film along with silicidation, and the heat resistance of the film is reduced. It will be significantly improved. On the other hand, since no new leak accompanying the ion implantation occurs, it is possible to effectively suppress the diffusion of Ni into the silicon substrate and reduce the leak.

また、NiSi層の耐熱性が向上しているので、微細なソース・ドレイン領域上に形成されたNiSi層と、これにコンタクトホールの開口部を通じて接触する金属物質とを、450℃以上の温度に保持し、電気的接触を確保することが容易となる。その結果、浅いソース,ドレイン接合位置を保ちつつシリサイド層が形成でき、短チャネル効果のない、高速,高駆動力の微細化MOSFETを実現できる。   Further, since the heat resistance of the NiSi layer is improved, the NiSi layer formed on the fine source / drain regions and the metal material contacting the NiSi layer through the opening of the contact hole are heated to 450 ° C. or more. It becomes easy to hold and ensure electrical contact. As a result, a silicide layer can be formed while maintaining a shallow source / drain junction position, and a high-speed, high driving power miniaturized MOSFET without a short channel effect can be realized.

(実施形態)
以下、本発明の一実施形態を、図7〜図15を参照して説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態は、Ni原子の基板への拡散を抑制し、素子分離領域上に一部延在した Elevated source drain 構造を具備し、さらに自己整合的にNiSi層をソース,ドレイン,ゲート電極上に形成している。また、NiSi層よりなる局所的配線を有し、且つNiSi層の熱的安定性の向上により配線金属との良好な電気的接触を確保し、浅いソース,ドレイン拡散層を有した、相補型MOSFET構造の簡略な製造工程を具現する。   The present embodiment has an elevated source drain structure that suppresses diffusion of Ni atoms into the substrate and partially extends on the element isolation region, and further, a NiSi layer is formed on the source, drain, and gate electrodes in a self-aligning manner. Forming. Also, a complementary MOSFET having a local wiring made of a NiSi layer and ensuring good electrical contact with the wiring metal by improving the thermal stability of the NiSi layer and having a shallow source / drain diffusion layer Implement a simple manufacturing process of the structure.

まず、図7に示すように、p型シリコン基板100の表面部に浅い溝(shallow trench)101,102,103を形成し、これらの溝101〜103内にシリコン酸化膜等の絶縁膜104を埋め込み形成する。基板表面の溝101〜103は、リソグラフィ工程及びRIE工程等により形成され、埋め込み絶縁膜104は、例えばCVD(chemical vapor deposition)法による堆積、さらにCMP(chemical mechanical polishing)法による平坦化等の公知の技術により達成できる。また、シリコン基板100内には、p型ウェル領域100a,n型ウェル領域100bを、イオン注入法及び熱処理等の公知の技術により形成する。   First, as shown in FIG. 7, shallow trenches 101, 102, 103 are formed in the surface portion of a p-type silicon substrate 100, and an insulating film 104 such as a silicon oxide film is formed in these trenches 101-103. Embedded. The grooves 101 to 103 on the substrate surface are formed by a lithography process, an RIE process, and the like, and the buried insulating film 104 is publicly known, for example, deposited by a CVD (chemical vapor deposition) method, and further planarized by a CMP (chemical mechanical polishing) method. This can be achieved with In the silicon substrate 100, a p-type well region 100a and an n-type well region 100b are formed by a known technique such as ion implantation and heat treatment.

次いで、図8に示すように、基板上の全面にゲート絶縁膜200として、熱酸化法による熱酸化膜を5nmの厚さに形成する。続いて、例えばCVD法などの公知の技術を用いて、ゲート電極構成物質300としてのポリシリコン層を200nmの厚さに堆積する。次いで、リソグラフィ法によりマスク材としてのフォトレジスト(図示せず)を形成した後、ポリシリコン層300及びゲート絶縁膜200をRIE法により選択エッチングすることにより、これらをゲート構造に加工する。即ち、p型ウェル領域100a上にゲート絶縁膜200aとゲート電極300aを形成し、n型ウェル領域100b上にゲート絶縁膜200bとゲート電極300bを形成する。   Next, as shown in FIG. 8, a thermal oxide film is formed on the entire surface of the substrate as a gate insulating film 200 by a thermal oxidation method to a thickness of 5 nm. Subsequently, a polysilicon layer as a gate electrode constituent material 300 is deposited to a thickness of 200 nm using a known technique such as a CVD method. Next, after forming a photoresist (not shown) as a mask material by a lithography method, the polysilicon layer 300 and the gate insulating film 200 are selectively etched by an RIE method to process them into a gate structure. That is, the gate insulating film 200a and the gate electrode 300a are formed on the p-type well region 100a, and the gate insulating film 200b and the gate electrode 300b are formed on the n-type well region 100b.

次いで、ゲート電極及び極性の異なるウェル領域を覆うフォトレジスト(図示せず)をマスクとして、ゲート電極300a,300bの左右に、ソース,ドレインのエクステンション領域となるウェル領域と逆の導電性を有した浅い拡散層を、イオン注入により形成する。即ち、p型ウェル領域100aでは、ゲート電極300aの両側にn型拡散層111a,112aを形成し、n型ウェル領域100bでは、ゲート電極300bの両側にp型拡散層111b,112bを形成する。   Next, using a photoresist (not shown) covering the well region having the different polarity with the gate electrode as a mask, the left and right sides of the gate electrodes 300a and 300b had conductivity opposite to that of the well region serving as the source and drain extension regions. A shallow diffusion layer is formed by ion implantation. That is, in the p-type well region 100a, n-type diffusion layers 111a and 112a are formed on both sides of the gate electrode 300a, and in the n-type well region 100b, p-type diffusion layers 111b and 112b are formed on both sides of the gate electrode 300b.

次いで、図9に示すように、例えばCVD法によりシリコン窒化膜を20nm堆積した後、RIE工程等の異方性エッチングによりエッチバックすることにより、ゲート電極300a,300bの左右に、シリコン窒化膜を選択的に残存させてゲート側壁絶縁膜を形成する。即ち、ゲート電極300aの左右にゲート側壁絶縁膜301a,302aを形成し、ゲート電極300bの左右にゲート側壁絶縁膜301b,302bを形成する。   Next, as shown in FIG. 9, after depositing a silicon nitride film by 20 nm, for example, by the CVD method, the silicon nitride film is formed on the left and right sides of the gate electrodes 300a, 300b by etching back by anisotropic etching such as RIE process. A gate sidewall insulating film is formed by selectively remaining. That is, gate sidewall insulating films 301a and 302a are formed on the left and right sides of the gate electrode 300a, and gate sidewall insulating films 301b and 302b are formed on the left and right sides of the gate electrode 300b.

この後、ゲート電極,ゲート側壁,及び極性の異なるウェル領域を覆うフォトレジスト(図示せず)をマスクとして、ゲート電極の左右に、ソース・ドレイン領域となるウェル領域と逆の導電性を有した拡散層を、イオン注入により形成する。即ち、p型ウェル領域100aにはn型拡散層121a,122aを形成し、n型ウェル領域100bにはp型拡散層121b,122bを形成する。このとき、ゲート電極300a,300bにもウェル領域と逆の導電性不純物が注入される。さらに、これに急速昇降温熱処理を施すことで、不純物を活性化しておく。拡散層121a,122a,121b,122bは、シリコン基板100の表面より、例えば90nmの深さまで形成される。   Thereafter, using a photoresist (not shown) covering the gate electrode, the gate side wall, and the well region with different polarities as masks, the left and right sides of the gate electrode had conductivity opposite to that of the well region serving as the source / drain regions. A diffusion layer is formed by ion implantation. That is, n-type diffusion layers 121a and 122a are formed in the p-type well region 100a, and p-type diffusion layers 121b and 122b are formed in the n-type well region 100b. At this time, conductive impurities opposite to the well region are also implanted into the gate electrodes 300a and 300b. Furthermore, the impurities are activated by subjecting this to rapid heating / cooling heat treatment. The diffusion layers 121a, 122a, 121b, and 122b are formed from the surface of the silicon substrate 100 to a depth of, for example, 90 nm.

次いで、図10に示すように、例えばCVD法などを用いてシリコン膜400を20nmの膜厚で全面に堆積する。その後、後述するように、素子分離上に延在させて Elevated Source Drain 構造として利用する部分401,403、素子間の局所的配線として利用する部分402等を除いて、不要部分のシリコン膜400をリソグラフィ法及びRIE法等により除去する。   Next, as shown in FIG. 10, a silicon film 400 is deposited on the entire surface to a thickness of 20 nm by using, for example, a CVD method. Thereafter, as will be described later, unnecessary portions of the silicon film 400 are formed except for the portions 401 and 403 that are used as an Elevated Source Drain structure and are used as a local wiring between the devices. It is removed by lithography or RIE.

ここで、CVD法によるシリコン膜400の堆積は、均一に行うことができ、エピタキシャル成長技法に見られるような、膜厚,膜質の不均一性を回避できる。従って、膜厚,膜質の不均一性に起因するシリサイド化金属の突出が阻止され、安定したシリサイド層の成膜が可能となる。また、ソース,ドレイン電極の一部が素子分離領域上に延在することになるので、基板との結合容量が低減し、素子の高速動作が可能となることにも注目すべきである。   Here, the deposition of the silicon film 400 by the CVD method can be performed uniformly, and non-uniformity in film thickness and film quality as seen in the epitaxial growth technique can be avoided. Accordingly, protrusion of the silicide metal due to the nonuniformity of the film thickness and film quality is prevented, and a stable silicide layer can be formed. It should also be noted that since part of the source and drain electrodes extend on the element isolation region, the coupling capacitance with the substrate is reduced and the element can be operated at high speed.

次いで、この基板を炭素含有プラズマに晒す。炭素含有プラズマは、公知の技術の範囲内の効果的な方法で生成することができる。炭素の供給源は、プラズマ内に炭素を供給できる任意の供給源で良い。例えば、炭素含有プラズマは、CF4 ,CHF3 ,CCl,CH4 などのガスをプラズマ中に供給することで生成できる。また、炭素は基板にフォトレジストマスクのような炭素含有物質がある場合、ここから、RIEに伴うイオン衝撃を利用して供給させることもできる。 The substrate is then exposed to a carbon-containing plasma. The carbon-containing plasma can be generated in an effective manner within the known art. The source of carbon can be any source that can supply carbon into the plasma. For example, the carbon-containing plasma can be generated by supplying a gas such as CF 4 , CHF 3 , CCl, or CH 4 into the plasma. In addition, when the substrate has a carbon-containing material such as a photoresist mask, carbon can be supplied from here using ion bombardment accompanying RIE.

一般に、プラズマは、その状態を維持するために、周囲の物質に対し正の電位を帯びるようになる。この結果、プラズマより、周囲の物質に対して正電荷を帯びた粒子を垂直に入射させる方向に電界が発生する。よって、プラズマ中の正電荷を帯びた炭素粒子は、ゲート電極300a,300b,及びシリコン膜400に垂直に衝突する。このため、水平表面のみに炭素粒子は注入され、垂直表面には炭素粒子は注入されない。こうして、炭素含有シリコン層が水平表面に形成される。通常使われるRIEプラズマからの入射粒子は1kV以下で加速されているので、この炭素含有シリコン層の厚さは数十オングストロームにとどまる。炭素含有シリコン層の炭素含有率は1at%以上あれば良い。   In general, the plasma becomes positive with respect to surrounding materials in order to maintain the state. As a result, an electric field is generated from the plasma in a direction in which particles having a positive charge with respect to the surrounding substance are vertically incident. Therefore, positively charged carbon particles in the plasma collide perpendicularly with the gate electrodes 300a and 300b and the silicon film 400. For this reason, carbon particles are injected only on the horizontal surface, and no carbon particles are injected on the vertical surface. Thus, a carbon-containing silicon layer is formed on the horizontal surface. Since incident particles from a commonly used RIE plasma are accelerated at 1 kV or less, the thickness of the carbon-containing silicon layer is only tens of angstroms. The carbon content of the carbon-containing silicon layer may be 1 at% or more.

公知文献(USP 6,271,566 B1(M.Tsuchiaki, Toshiba)に開示してある原理により、この炭素含有シリコン層を熱酸化すると、HF溶液中でエッチングされない酸化膜が形成される。一方、シリコン膜400の垂直部には通常の酸化膜が形成される。このため、熱酸化後、HF溶液中に浸すことで、シリコン膜400の水平表面のみに酸化膜を選択的に残存させることが可能となる。この酸化膜をマスクとして、酸化膜に対して選択性を有するシリコンの等方的エッチング工程、例えばCDE(Chemical Dry Etching)のようなエッチング工程により、シリコン膜400の垂直部のみを除去することができる。この後、シリコン膜400の水平表面に残存する酸化膜を、例えばRIE法によって剥離する。   When this carbon-containing silicon layer is thermally oxidized according to the principle disclosed in a known document (USP 6,271,566 B1 (M. Tsuchiaki, Toshiba)), an oxide film that is not etched in an HF solution is formed. Since a normal oxide film is formed in the vertical portion, it is possible to selectively leave the oxide film only on the horizontal surface of the silicon film 400 by immersing it in an HF solution after thermal oxidation. Using this oxide film as a mask, only the vertical portion of the silicon film 400 can be removed by an isotropic etching process of silicon having selectivity with respect to the oxide film, for example, an etching process such as CDE (Chemical Dry Etching). Thereafter, the oxide film remaining on the horizontal surface of the silicon film 400 is removed by, for example, the RIE method.

このような工程により、一部素子分離追加領域に延在する追加ソース,ドレイン−シリコン層401,403、及び素子間の局所的配線を形成すべきシリコン層402、ゲート電極上の追加シリコン層430a,430bが形成される。この段階の素子構造断面図を、図11に示す。   By such a process, the additional source and drain-silicon layers 401 and 403 partially extending to the element isolation additional region, the silicon layer 402 in which local wiring between elements is to be formed, and the additional silicon layer 430a on the gate electrode , 430b. FIG. 11 is a cross-sectional view of the element structure at this stage.

ここで、シリサイド層の形成は、このように追加形成されたシリコン層上面より行うことになるので、シリサイド工程を行う上で、実効的な接合深さは20nm+90nm=110nmとなることに注目されたい。   Here, since the silicide layer is formed from the upper surface of the additionally formed silicon layer, it should be noted that the effective junction depth is 20 nm + 90 nm = 110 nm in performing the silicide process. .

次いで、シリコン膜400を、Heで5%に希釈したAsH3 ガスに、例えば温度600℃,圧力1Torrの条件下で晒すことにより、図12に示すように、As原子をシリコン膜400の表面に選択的に吸着させる。吸着量は、5×1014cm-2程度で飽和し、処理時間を伸ばしてもこれ以上のAsが吸着することはない。前述した通り、この吸着量は、Niの熱的安定性を改善するには十分な量である。一方、この程度のAsが導入されても、p+ ソース・ドレイン領域の極性が反転することはないので、この手法は、相補型MOSFET回路(CMOS回路)の製造に、安定的に適応することができる。 Next, by exposing the silicon film 400 to an AsH 3 gas diluted to 5% with He under conditions of a temperature of 600 ° C. and a pressure of 1 Torr, As atoms are exposed to the surface of the silicon film 400 as shown in FIG. Adsorb selectively. The adsorption amount is saturated at about 5 × 10 14 cm −2 , and no more As is adsorbed even if the treatment time is extended. As described above, this adsorption amount is sufficient to improve the thermal stability of Ni. On the other hand, even if this level of As is introduced, the polarity of the p + source / drain region does not invert, so that this method can be stably applied to the manufacture of a complementary MOSFET circuit (CMOS circuit). Can do.

なお、Asの吸着量は、先に説明したように2.5×1013cm-2以上であればNiの拡散抑制効果がある。従って、AsH3 ガスに晒す時間を調節して、2.5×1013cm-2以上5×1014cm-2以下のAs原子が吸着されるようにしても良い。 In addition, if the adsorption amount of As is 2.5 × 10 13 cm −2 or more as described above, there is an effect of suppressing the diffusion of Ni. Therefore, the time of exposure to AsH 3 gas may be adjusted so that As atoms of 2.5 × 10 13 cm −2 or more and 5 × 10 14 cm −2 or less are adsorbed.

次いで、図13に示すように、Ni膜500を例えばスパッタ法などを用いて12nmの膜厚で全面に堆積する。必要に応じてこの上にさらに、Capとなる金属物質、例えばTi,TiNのような物質を堆積形成しても良い。続いて、この基板を、例えば450℃,30秒の条件で窒素中で急速熱処理し、Niと直接接しているシリコンとの間でシリサイド化反応を選択的に進行させる。未反応のNiは、硫酸と過酸化水素水の混合液に浸すことで選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 13, a Ni film 500 is deposited on the entire surface to a thickness of 12 nm by using, for example, a sputtering method. If necessary, a metal material that becomes Cap, such as a material such as Ti or TiN, may be further deposited thereon. Subsequently, this substrate is rapidly heat-treated in nitrogen under conditions of, for example, 450 ° C. for 30 seconds, and a silicidation reaction is selectively advanced with silicon in direct contact with Ni. Unreacted Ni is selectively removed by dipping in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

これにより、追加ソース,ドレイン−シリコン層401,403、及び素子間の局所的配線を形成すべきシリコン層402上にNiSi層501,502,503がそれぞれ形成され、ゲート電極上の追加シリコン層430a,430b上にNiSi層530a,530bがそれぞれ形成される。このとき、NiSiの膜厚は28nm〜30nmとなる。シリサイド化反応によって、追加シリコン層がほぼ完全に消費される。   As a result, NiSi layers 501, 502, and 503 are formed on the additional source, drain-silicon layers 401 and 403, and the silicon layer 402 where local wiring between the elements is to be formed, respectively, and the additional silicon layer 430 a on the gate electrode is formed. , 430b, NiSi layers 530a and 530b are respectively formed. At this time, the film thickness of NiSi is 28 nm to 30 nm. Due to the silicidation reaction, the additional silicon layer is almost completely consumed.

このとき、2.5×1013cm-2以上5×1014cm-2以下のAs原子が吸着されていた場合には、NiSi膜中央部でのAs原子の濃度は、1.25×1017cm-3以上2.5×1018cm-2以下となる。このように取り込まれたAsにより、NiSiの熱的安定性が向上し、500℃,90分の熱処理を加えても、リークは発生しないことになる。 At this time, when As atoms of 2.5 × 10 13 cm −2 or more and 5 × 10 14 cm −2 or less are adsorbed, the concentration of As atoms in the central portion of the NiSi film is 1.25 × 10 10. 17 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm −2 or less. As is incorporated in this way, the thermal stability of NiSi is improved, and even if a heat treatment is performed at 500 ° C. for 90 minutes, no leakage occurs.

また、ゲート上に形成されたNiSi層530a,530bは、MOSFETの極性によらず、Asのみを含有することになる。n型,p型両方の導電性不純物を含むシリコンをシリサイド化して得られたNiSiの抵抗率は、一方のみを含むシリコンをシリサイド化して得られたNiSiに比して高くなることが知られている。   The NiSi layers 530a and 530b formed on the gate contain only As regardless of the polarity of the MOSFET. It is known that the resistivity of NiSi obtained by siliciding silicon containing both n-type and p-type conductive impurities is higher than that of NiSi obtained by siliciding silicon containing only one of them. Yes.

従来のCMOS形成法では、n−MOSFET,p−MOSFETを連結するゲートポリシリコン電極の一部には、両方の導電性不純物が導入されることがあるが、本実施形態に場合は、本来のゲートポリシリコン電極の上部に、Asのみを含有するシリコン層430a,430bを形成し、これをシリサイド化しているので、NiSiの抵抗率の上昇は回避できる。従って、n−MOSFET,p−MOSFETを連結する細線形状のゲートポリシリコン電極の電気抵抗を効率良く低減することが可能となる。   In the conventional CMOS forming method, both conductive impurities may be introduced into a part of the gate polysilicon electrode that connects the n-MOSFET and the p-MOSFET. Since silicon layers 430a and 430b containing only As are formed on the gate polysilicon electrode and silicided, an increase in the resistivity of NiSi can be avoided. Therefore, it is possible to efficiently reduce the electrical resistance of the thin line-shaped gate polysilicon electrode connecting the n-MOSFET and the p-MOSFET.

勿論、局所配線がシリサイド化と同時に完成するので、素子製造工程が簡略化されるのは、言うまでもない。さらに、Asを含有したシリコン層をNiSi化した場合、NiSiの仕事関数が、真性シリコンの禁制帯中央に近づくことが知られている。従って、本実施形態のように、Asを含有したシリコン層をNiSi化してn型ウェル領域、p型ウェル領域を横断する素子間の局所的配線を形成すると、局所配線の仕事関数が真性シリコンの禁制帯中央に近いため、何れの極性の電位が印加されようとも、何れかのウェル領域が反転されやすいと言うことがなくなる。この結果、印加可能電位の範囲を広げることができる。これにより、素子分離用絶縁膜厚を低減することも可能となり、微細素子分離を従来よりも浅い溝により実現できるため、素子分離工程が容易になる。   Of course, since the local wiring is completed simultaneously with silicidation, it goes without saying that the element manufacturing process is simplified. Furthermore, it is known that when a silicon layer containing As is converted to NiSi, the work function of NiSi approaches the center of the forbidden band of intrinsic silicon. Therefore, as in the present embodiment, when the As-containing silicon layer is converted to NiSi to form local wiring between elements crossing the n-type well region and p-type well region, the work function of the local wiring is made of intrinsic silicon. Since it is close to the forbidden band center, no matter which polarity potential is applied, any well region is not easily inverted. As a result, the range of potentials that can be applied can be expanded. As a result, it is possible to reduce the insulating film thickness for element isolation, and the fine element isolation can be realized by a shallower groove than the conventional one, so that the element isolation process is facilitated.

次いで、まず、NiSi領域501,503,502,530a,530bを覆うように、シリコン窒化膜600を、例えば20nmの厚さで基板の表面に一様に堆積させる。低温でのシリコン窒化膜の一様な堆積は、Si2 Cl6 とNH3 を供給ガスとしたCVD法、或いはSiH2 Cl4 とNH3 を用いた原子層堆積法(ALD,Atomic Layer Deposition)によって実現できる。 Next, first, a silicon nitride film 600 is uniformly deposited on the surface of the substrate with a thickness of, for example, 20 nm so as to cover the NiSi regions 501, 503, 502, 530a, and 530b. The uniform deposition of the silicon nitride film at low temperature is performed by a CVD method using Si 2 Cl 6 and NH 3 as supply gases, or an atomic layer deposition method (ALD, atomic layer deposition) using SiH 2 Cl 4 and NH 3. Can be realized.

このシリコン窒化膜600は、その後の層間絶縁膜形成、これを貫くコンタクトホール形成時に、バリア層,エッチングストップ層、即ちライナー層として機能することになる。このようなライナー層を素子分離領域を含む基板の表面に一様に設けることで、コンタクトホールの形成を必ずしもNiSi領域と精密に位置整合せずに行うことができる(Boarderless Contact 形成)。このため、素子製造工程を簡略化でき、製造コストの低減化が図れることになる。   The silicon nitride film 600 functions as a barrier layer, an etching stop layer, that is, a liner layer, when forming an interlayer insulating film and forming a contact hole therethrough. By providing such a liner layer uniformly on the surface of the substrate including the element isolation region, contact holes can be formed without necessarily being precisely aligned with the NiSi region (Boarderless Contact formation). For this reason, the element manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、ライナー層としてのシリコン窒化膜600上に層間絶縁膜となるシリコン酸化膜を700を堆積する。低温で表面平坦性を示すシリコン酸化膜は、例えば400℃でO3 ,Si(OC2 5 )4 (TEOS)ガスを供給することで実現することが可能である。また、SOG(Spin on Glass、珪素化合物RnSi(OH)4−n,R:有機分子及び添加材)のような流動性を示すシリコン酸化膜の材料物質を含む材質を、例えばスピンナーを用いて回転塗布し、この後、例えば窒素雰囲気中で300℃,30分で熱処理することで、シリコン酸化膜の材料物質以外の成分を除去し、シリコン酸化層700を形成してもよい。 Further, a silicon oxide film 700 serving as an interlayer insulating film is deposited on the silicon nitride film 600 as the liner layer. A silicon oxide film exhibiting surface flatness at a low temperature can be realized by supplying O 3 , Si (OC 2 H 5 ) 4 (TEOS) gas at 400 ° C., for example. Further, a material containing a material material of a silicon oxide film exhibiting fluidity such as SOG (Spin on Glass, silicon compound RnSi (OH) 4-n, R: organic molecule and additive) is rotated using, for example, a spinner. The silicon oxide layer 700 may be formed by removing the components other than the material substance of the silicon oxide film by applying and then heat-treating in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. for 30 minutes, for example.

この後、公知の手法、例えばリソグラフィ法、RIE法等を用いて、シリコン酸化層700を選択エッチングし、ソース上のNiSi領域501、ドレイン上のNiSi領域503に至るコンタクトホール701,703を形成する。このとき、RIEは2段階に分けて行うのが好ましい。まず、シリコン窒化膜600に対して選択性のある酸化膜エッチングを行い、シリコン窒化膜ライナー層600をRIEのエッチングストッパとして利用する。引き続き、コンタクト底部に残存する薄いシリコン窒化膜ライナー層600を短時間のエッチング処理にて除去する。   Thereafter, the silicon oxide layer 700 is selectively etched using a known method such as lithography or RIE to form contact holes 701 and 703 that reach the NiSi region 501 on the source and the NiSi region 503 on the drain. . At this time, RIE is preferably performed in two stages. First, selective oxide film etching is performed on the silicon nitride film 600, and the silicon nitride film liner layer 600 is used as an etching stopper for RIE. Subsequently, the thin silicon nitride liner layer 600 remaining at the bottom of the contact is removed by a short etching process.

このようにすれば、エッチングが短時間で完了できるので、下地のNiSi領域501,503対するプラズマダメージ等を軽減できる。そして、コンタクト底部の一部が素子分離領域に重なった場合でも、この部分でのコンタクトホールの素子分離領域内への突貫を防ぐことが可能となる。   In this way, since etching can be completed in a short time, plasma damage to the underlying NiSi regions 501 and 503 can be reduced. Even when a part of the bottom of the contact overlaps the element isolation region, it is possible to prevent the contact hole from penetrating into the element isolation region at this part.

次いで、コンタクト底部に露出したNiSi領域501,503を、例えばNF3 含むプラズマに短時間暴露して、この表面を洗浄し、続いて半導体基板の全面にバリア性を持つ金属物質800、例えばTiを例えば5nmの厚さで、例えばスパッタ法により形成する。この段階での素子断面図を図14に示す。 Next, the NiSi regions 501 and 503 exposed at the bottom of the contact are exposed to a plasma containing, for example, NF 3 for a short time to clean the surface, and then a metal material 800 having a barrier property, eg, Ti, is applied to the entire surface of the semiconductor substrate. For example, it is formed by a sputtering method, for example, with a thickness of 5 nm. FIG. 14 shows a cross-sectional view of the element at this stage.

その後、バリア性を持つ金属物質800とNiSi領域501,503との電気的接触を良好にするために、例えば窒素雰囲気中の500℃で熱処理を行う。この熱処理で、NiSi領域501,503の上部に形成された薄い酸化物がTiによって還元除去され、良好な電気的接触が確保される。一方、NiSiは、Asを吸着したシリコン層をシリサイド化して得られているため、500℃,90分の熱処理を行っても、リークが発生することはない。   Thereafter, heat treatment is performed at, for example, 500 ° C. in a nitrogen atmosphere in order to improve electrical contact between the metallic substance 800 having a barrier property and the NiSi regions 501 and 503. By this heat treatment, the thin oxide formed on the upper portions of the NiSi regions 501 and 503 is reduced and removed by Ti, and good electrical contact is ensured. On the other hand, since NiSi is obtained by siliciding a silicon layer that has adsorbed As, no leak occurs even if heat treatment is performed at 500 ° C. for 90 minutes.

この熱処理後、例えばW膜900を、WF6 とH2 を供給ガスとしたCVD法によって、コンタクトホール701,703に充填する。バリア性を持つ金属物質800の表面は、500℃,90分の熱処理により十分緻密な構造に変化しているので、CVD供給ガスに含まれるFとの反応が抑制され、下地のNiSi領域501,503部がFによって侵食されるのを阻止できる。よって、電気配線の歩留まりが低下し、シリサイドを形成した利点が完全に損なわれてしまうことを回避できる。 After this heat treatment, for example, the W film 900 is filled in the contact holes 701 and 703 by a CVD method using WF 6 and H 2 as supply gases. Since the surface of the metal material 800 having a barrier property has been changed to a sufficiently dense structure by heat treatment at 500 ° C. for 90 minutes, reaction with F contained in the CVD supply gas is suppressed, and the underlying NiSi region 501 It is possible to prevent 503 parts from being eroded by F. Therefore, it is possible to avoid that the yield of the electric wiring is lowered and the advantage of forming the silicide is completely lost.

この後、さらに層間絶縁膜であるシリコン酸化膜1000を堆積し、これにリソグラフィ法,RIE法等の公知の手法を用いて、配線物質を埋め込むべき溝1001,1002を形成する。この溝の中に金属物質、例えばCu膜1100をダマシン(Damascene)法により充填形成する。引き続き、配線物質上部を覆うように、さらに絶縁物質、例えばシリコン酸化膜1200を堆積する。この段階での素子断面図を図15に示す。   Thereafter, a silicon oxide film 1000 which is an interlayer insulating film is further deposited, and trenches 1001 and 1002 to be filled with a wiring material are formed thereon by using a known method such as a lithography method or an RIE method. A metal material, for example, a Cu film 1100 is filled and formed in the groove by a damascene method. Subsequently, an insulating material such as a silicon oxide film 1200 is further deposited so as to cover the upper portion of the wiring material. FIG. 15 shows a cross-sectional view of the element at this stage.

さらに、必要ならば、多層の配線を構築し、また実装工程などを経て、半導体装置を完成させる。   Furthermore, if necessary, a multilayer wiring is constructed, and a semiconductor device is completed through a mounting process and the like.

このように本実施形態によれば、非常に浅いソース・ドレイン拡散層を備えながら、ゲート,ソース,ドレイン上が均一な膜厚,膜質でシリサイド化され、しかもソース・ドレイン領域が素子分離領域上に一部延在して構造を実現することができる。このため、基板との結合容量が低減し、素子の高速動作が可能で、その上、n−MOSFET,p−MOSFETを連結するゲートポリシリコン電極上のNiSiの抵抗率の上昇が回避され、さらに金属原子の拡散が抑制されているため接合リークが極めて低く抑えられ、加えて、Asの含有により、耐熱性が向上したため、配線金属との良好な電気的接触が確保された、高駆動力MOSFET素子が完成する。   As described above, according to the present embodiment, the gate, the source, and the drain are silicided with a uniform film thickness and film quality while having the very shallow source / drain diffusion layer, and the source / drain region is formed on the element isolation region. The structure can be realized by extending partly. For this reason, the coupling capacitance with the substrate is reduced, the device can be operated at high speed, and the increase in the resistivity of NiSi on the gate polysilicon electrode connecting the n-MOSFET and the p-MOSFET is avoided. Since the diffusion of metal atoms is suppressed, junction leakage is suppressed to a very low level. In addition, the inclusion of As has improved the heat resistance, so that a high electric power MOSFET is ensured in good electrical contact with the wiring metal. The element is completed.

即ち、CVD法による堆積シリコン膜をシリサイド化しているので、膜厚,膜質の均一なシリサイド層が得られ、エピタキシャル成長技法に見られるような、膜厚,膜質の不均一性を回避できる。従って、膜厚,膜質の不均一性に由来するシリサイド化金属の突出が阻止され、安定したシリサイド層の成膜が可能となる。また、ソース・ドレイン電極の一部が素子分離領域上に延在することになるので、基板との結合容量が低減し、素子の高速動作が可能となる。   That is, since the deposited silicon film formed by the CVD method is silicided, a silicide layer having a uniform film thickness and film quality can be obtained, and non-uniform film thickness and film quality as seen in the epitaxial growth technique can be avoided. Therefore, the silicidation metal protrusion due to the nonuniformity of the film thickness and film quality is prevented, and a stable silicide layer can be formed. In addition, since part of the source / drain electrodes extends on the element isolation region, the coupling capacitance with the substrate is reduced, and the element can be operated at high speed.

また、シリコン層にAsを吸着した後、シリサイド化を行うことによって、シリコン基板にダメージを発生することなく、NiSiの熱的安定性が向上し、非常に浅いソース・ドレイン拡散層でも接合リークの発生が抑制できる。Asの吸着量は、5×1014cm-2以下に自動的に制限されるので、p+ ソース・ドレイン領域の極性は反転せず、CMOS回路の製造に、安定的に適応することができる。 In addition, silicidation is performed after As is adsorbed on the silicon layer, thereby improving the thermal stability of NiSi without causing damage to the silicon substrate. Even in a very shallow source / drain diffusion layer, junction leakage is prevented. Generation can be suppressed. Since the adsorption amount of As is automatically limited to 5 × 10 14 cm −2 or less, the polarity of the p + source / drain region is not reversed, and can be stably applied to the manufacture of a CMOS circuit. .

また、Asが吸着された面上にNi層を形成した後にシリサイド化によりNiSiを形成しているので、NiSi層はAsを含有することになり、ソース・ドレイン領域上のNiSi層の熱的安定性が向上する。このため、窒素雰囲気中の500℃程度での熱処理が可能となり、NiSi層と配線金属との良好な電気的接触が確保される。   Further, since NiSi is formed by silicidation after forming the Ni layer on the surface on which As is adsorbed, the NiSi layer contains As, and the thermal stability of the NiSi layer on the source / drain regions. Improves. For this reason, heat treatment at about 500 ° C. in a nitrogen atmosphere is possible, and good electrical contact between the NiSi layer and the wiring metal is ensured.

また、ゲート上に形成されたNiSi層は、MOSFETの極性によらず、Asのみを含有することになるので、n−MOSFET,p−MOSFETを連結するゲートポリシリコン電極の上部NiSiの抵抗率の上昇が回避できる。さらに、Asを含有したシリコン層をNiSi化したため、NiSiの仕事関数が、真性シリコンの禁制帯中央に近づき、印加可能電位の範囲を広げることができる。これにより、素子分離用絶縁膜厚を低減することも可能となり、微細素子分離を従来よりも浅い溝により実現できるため、素子分離工程が容易になる。   In addition, since the NiSi layer formed on the gate contains only As regardless of the polarity of the MOSFET, the resistivity of the upper NiSi of the gate polysilicon electrode connecting the n-MOSFET and the p-MOSFET is increased. A rise can be avoided. Furthermore, since the silicon layer containing As was converted to NiSi, the work function of NiSi approaches the center of the forbidden band of intrinsic silicon, and the range of potentials that can be applied can be expanded. As a result, it is possible to reduce the insulating film thickness for element isolation, and the fine element isolation can be realized by a shallower groove than the conventional one, so that the element isolation process is facilitated.

また、配線金属とNiSiとの間にバリア性を持つ金属物質としてのTiを挿入し、これに十分な熱処理を施し、緻密な構造を実現しているので、配線金属形成時に混入される不純物、例えばWをコンタクトホールに充填するときに混入するFなどがNiSiを劣化させるのを未然に防止することができる。このため、電気配線の歩留まりが向上し、シリサイドを形成した利点が十分に生かせることになる。   In addition, by inserting Ti as a metal material having a barrier property between the wiring metal and NiSi, and performing sufficient heat treatment to realize a dense structure, impurities mixed during the formation of the wiring metal, For example, it can be prevented that F or the like mixed when filling a contact hole with W deteriorates NiSi. For this reason, the yield of electrical wiring is improved, and the advantage of forming silicide can be fully utilized.

(変形例)
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、一組の相補型MOSFETを用いて説明してきたが、本発明が複数組の素子に対しても同様に適応可能であること、更に半導体装置の一部を形成する素子群に対して選択的に応用できることはいうまでもない。
(Modification)
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. The embodiments have been described using a set of complementary MOSFETs, but the present invention can be similarly applied to a plurality of sets of elements, and further to a group of elements forming a part of a semiconductor device. Needless to say, it can be applied selectively.

また、実施形態では、局所配線構造を有する Elevated Source Drain 構造に対して説明してきたが、NiSi形成前にAsの吸着を行うという手法は、通常のMOSFET構造に対しても、更にエピタキシャル選択成長法を用いた Elevated Source Drain 構造に対しても同様に適応可能であることはいうまでもない。   Further, in the embodiment, the Elevated Source Drain structure having the local wiring structure has been described. However, the method of performing the adsorption of As before forming the NiSi is further improved by the epitaxial selective growth method for the normal MOSFET structure. Needless to say, the present invention can be similarly applied to the Elevated Source Drain structure using the.

また、実施形態では、Ni膜を形成した後にシリサイド化してNiSiを形成したが、本発明はAsの含有が熱的安定性を向上させる如何なるシリサイド化金属に対しても有効である。即ち、シリコン層上に形成する金属としてNi以外を用いることが可能である。さらに、素子形成用のシリコン基板は、必ずしもバルク基板に限定されるものではなく、表面に単結晶シリコン層を有するものであればよい。   Further, in the embodiment, NiSi is formed by forming a Ni film and then forming a silicide, but the present invention is effective for any silicided metal whose inclusion of As improves thermal stability. That is, it is possible to use other than Ni as the metal formed on the silicon layer. Further, the silicon substrate for forming elements is not necessarily limited to a bulk substrate, and may be any substrate having a single crystal silicon layer on the surface.

また、各層の形成方法やその際の条件、更には形成膜厚等は、仕様に応じて適宜変更可能であるのは勿論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが出来る。   In addition, it goes without saying that the formation method of each layer, the conditions at that time, the film thickness, and the like can be appropriately changed according to the specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

(まとめ)
以上説明したように本発明は、次のような構成を採用したことを特徴としている。
(Summary)
As described above, the present invention is characterized by adopting the following configuration.

即ち、本発明に係わる半導体装置は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の側部に形成された側壁絶縁膜と、前記ゲート電極に対応して前記シリコン基板内に形成されたソース・ドレイン領域と、前記ソース・ドレイン領域上に形成されたAsドープのNiSi層とを具備してなり、前記NiSi層は、膜厚方向中央部にAsの局所的極大点を有し、該膜厚方向中央部のAs原子の濃度が、1.25×1017cm-3以上で2.5×1018cm-3以下であることを特徴とする。 That is, a semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a silicon substrate via a gate insulating film, a sidewall insulating film formed on a side portion of the gate electrode, and the gate electrode corresponding to the gate electrode. A source / drain region formed in the silicon substrate; and an As-doped NiSi layer formed on the source / drain region, wherein the NiSi layer is locally located at the center in the film thickness direction. It has a maximum point, and the concentration of As atoms in the center in the film thickness direction is 1.25 × 10 17 cm −3 or more and 2.5 × 10 18 cm −3 or less.

ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。   Here, preferred embodiments of the present invention include the following.

(1) シリサイド層はNiSiで構成されていること。   (1) The silicide layer must be made of NiSi.

(2) NiSi層の上部にTiを含む金属物質が形成され、電気的配線の一部を構成し、且つシリコン基板内のソース・ドレイン領域の深さが100nm以下であること。   (2) A metal material containing Ti is formed on the NiSi layer, constitutes part of the electrical wiring, and the depth of the source / drain region in the silicon substrate is 100 nm or less.

(3) 半導体装置はp型MOSFETであること。   (3) The semiconductor device is a p-type MOSFET.

(4) シリサイド層の一部が素子分離領域に延在していること。   (4) A part of the silicide layer extends to the element isolation region.

(5) シリサイド層が複数のMOSFETに対し形成されており、シリサイド層の一部は、異なるMOSFETのソース、或いはドレイン間を電気的に接続していること。   (5) A silicide layer is formed for a plurality of MOSFETs, and a part of the silicide layer electrically connects the sources or drains of different MOSFETs.

(6) シリサイド層が極性の異なる複数のMOSFETのゲート電極上にも形成されていること。   (6) The silicide layer is also formed on the gate electrodes of a plurality of MOSFETs having different polarities.

(7) シリサイド層がMOSFETのチャネルが形成された半導体主表面より、上部に位置すること。   (7) The silicide layer is located above the semiconductor main surface on which the MOSFET channel is formed.

(8) シリサイド層上にシリコン窒化膜,シリコン酸化膜が積層され、これらを選択的にエッチングしてコンタクトホールが形成され、これを充填する金属物質を具備すること。   (8) A silicon nitride film and a silicon oxide film are stacked on the silicide layer, and these are selectively etched to form a contact hole, and a metal material filling the same is provided.

(9) 金属物質が、TiとWの積層により構成されていること。   (9) The metal material is composed of a laminate of Ti and W.

pn接合深さとリーク電流密度との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between pn junction depth and leakage current density. pn接合深さとリーク電流密度及びNi濃度との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between pn junction depth, leakage current density, and Ni density | concentration. Geイオンを注入した場合のpn接合深さとNi濃度との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between pn junction depth at the time of implanting Ge ion, and Ni density | concentration. Asイオンを注入した場合のpn接合深さとNi濃度との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between pn junction depth at the time of implanting As ion, and Ni density | concentration. Asイオンを注入した場合のAs注入量とリーク電流密度との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between As implantation amount at the time of implanting As ion, and leakage current density. NiSi中及びその下のシリコン基板に含まれるAsの濃度を、off-lattice Asと on-lattice Asとで比較して示す特性図。The characteristic view which compares and compares the density | concentration of As contained in the silicon substrate in NiSi and under it with off-lattice As and on-lattice As. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100…p型シリコン基板
100a…p型ウェル領域
100b…n型ウェル領域
101,102,103…素子分離領域
111a,112a、111b,112b…n型拡散層(ソース・ドレインのエクステンション領域)
121a,122a、121b,122b…n型拡散層(ソース・ドレイン領域)
200,200a,200b…ゲート絶縁膜
300,300a,300b…ゲート電極
301a,302a,301b,302b…ゲート側壁絶縁膜
400…シリコン膜
401,403…ソース・ドレイン領域上のシリコン層
402…素子間のシリコン層
430a,430b…ゲート上の追加シリコン層
500…Ni膜
501,503…ソース・ドレイン領域上のNiSi領域
502…素子間のNiSi領域、
530a,530b…ゲート上のNiSi領域
600…シリコン窒化層
700…シリコン酸化膜
701,703…コンタクトホール
800…Ti膜
900…W膜
1000…シリコン酸化膜
1001,1002…配線物質を埋め込むべき溝
1100…Cu膜
1200…シリコン酸化膜
100 ... p-type silicon substrate 100a ... p-type well region 100b ... n-type well region 101,102,103 ... element isolation region 111a, 112a, 111b, 112b ... n-type diffusion layer (source / drain extension region)
121a, 122a, 121b, 122b ... n-type diffusion layers (source / drain regions)
200, 200a, 200b ... Gate insulating film 300, 300a, 300b ... Gate electrode 301a, 302a, 301b, 302b ... Gate sidewall insulating film 400 ... Silicon film 401, 403 ... Silicon layer on source / drain region 402 ... Between elements Silicon layer 430a, 430b ... Additional silicon layer on gate 500 ... Ni film 501, 503 ... NiSi region on source / drain region 502 ... NiSi region between elements,
530a, 530b ... NiSi region on the gate 600 ... silicon nitride layer 700 ... silicon oxide film 701, 703 ... contact hole 800 ... Ti film 900 ... W film 1000 ... silicon oxide film 1001, 1002 ... groove 1100 ... Cu film 1200 ... silicon oxide film

Claims (5)

シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の側部に形成された側壁絶縁膜と、前記ゲート電極に対応して前記シリコン基板内に形成されたソース・ドレイン領域と、前記ソース・ドレイン領域上に形成されたAsドープのNiSi層とを具備してなり、
前記NiSi層は、膜厚方向中央部にAsの局所的極大点を有し、該膜厚方向中央部のAs原子の濃度が、1.25×1017cm-3以上で2.5×1018cm-3以下であることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode formed on a silicon substrate via a gate insulating film, a sidewall insulating film formed on a side portion of the gate electrode, and a source / drain formed in the silicon substrate corresponding to the gate electrode A region, and an As-doped NiSi layer formed on the source / drain region,
The NiSi layer has a local maximum point of As in the central portion in the film thickness direction, and the concentration of As atoms in the central portion in the film thickness direction is 2.5 × 10 17 cm −3 or more. A semiconductor device characterized by being 18 cm −3 or less.
前記NiSi層は、前記ソース・ドレイン領域上に吸着されたAsを取り込んで形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the NiSi layer is formed by taking In adsorbed on the source / drain regions. 前記NiSi層の膜厚が30nm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the NiSi layer has a thickness of 30 nm or less. 前記NiSi層が複数のMOSFETに対し形成されており、前記NiSi層の一部は、異なるMOSFETのソース、或いはドレイン間を電気的に接続していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the NiSi layer is formed for a plurality of MOSFETs, and a part of the NiSi layer electrically connects between sources or drains of different MOSFETs. . 前記NiSi層が極性の異なる複数のMOSFETのゲート電極上にも形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the NiSi layer is also formed on gate electrodes of a plurality of MOSFETs having different polarities.
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