JP2009043938A - Semiconductor apparatus and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係る発明であり、特に、ソース・ドレイン領域にSiGe層が形成されているPMOSトランジスタを備える半導体装置および、当該半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a PMOS transistor having a SiGe layer formed in a source / drain region and a method for manufacturing the semiconductor device. .
半導体デバイスの高性能化および高集積化が求められる中、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの駆動電流向上のため、チャネル領域に歪を加える技術がますます重要になってきている。チャネル領域に歪を加える方法として、層間絶縁膜に高ストレスのシリコン窒化膜を形成する技術、または格子定数の異なる半導体をソース・ドレイン領域に形成する技術が挙げられる。後者の従来技術では、ソース・ドレイン領域となる部分にSiGe層を形成することにより、PMOSトランジスタのチャネル層に圧縮歪を発生させている。上面がシリサイド化されているSiGe層がPMOSのソース・ドレイン領域に形成される技術の概要は、以下の通りである。 With the demand for higher performance and higher integration of semiconductor devices, a technique for adding distortion to the channel region is becoming more and more important in order to improve the driving current of MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors. As a method for applying strain to the channel region, there is a technique for forming a high-stress silicon nitride film in an interlayer insulating film or a technique for forming semiconductors having different lattice constants in the source / drain regions. In the latter prior art, a compressive strain is generated in the channel layer of the PMOS transistor by forming a SiGe layer in a portion to be a source / drain region. The outline of the technique in which the SiGe layer whose upper surface is silicided is formed in the source / drain region of the PMOS is as follows.
半導体基板上に、ゲート絶縁膜とゲート電極とから成るゲート構造を形成する。次に、ソース・ドレイン領域となる部分の半導体基板上面に、リセス部(凹部)を形成する。次に、エピタキシャル成長により、上記リセス部にSiGe層を形成する。次に、ゲート構造を覆うように、半導体基板上にNi膜とTiN膜とを当該順に積層させる。その後、熱処理を施す。これにより、ポリシリコンから成るゲート電極の上面およびSiGe層上面にNiシリサイド膜が形成される。 A gate structure including a gate insulating film and a gate electrode is formed on the semiconductor substrate. Next, a recess (concave portion) is formed on the upper surface of the semiconductor substrate in a portion to be a source / drain region. Next, a SiGe layer is formed in the recess by epitaxial growth. Next, a Ni film and a TiN film are stacked in this order on the semiconductor substrate so as to cover the gate structure. Thereafter, heat treatment is performed. Thereby, a Ni silicide film is formed on the upper surface of the gate electrode made of polysilicon and the upper surface of the SiGe layer.
なお、上述したように、SiGe層の上面に金属シリサイドを形成すると、金属シリサイドの抵抗が著しく増加する。これは、Siと比較してGeの反応生成熱が小さく、Siと優先的に反応することで、金属シリサイドが不均一形成され、凝集が起こるからである。当該金属シリサイドの抵抗増加の結果、トランジスタに必要な電圧を印加できず、PMOSトランジスタは正常に動作しなくなる。 As described above, when a metal silicide is formed on the upper surface of the SiGe layer, the resistance of the metal silicide is remarkably increased. This is because the heat generated by reaction of Ge is smaller than that of Si, and preferentially reacts with Si, whereby metal silicide is formed unevenly and aggregation occurs. As a result of the increase in resistance of the metal silicide, a necessary voltage cannot be applied to the transistor, and the PMOS transistor does not operate normally.
当該問題を解決する目的で、SiGe層上にSi層を形成し、当該Si層に金属を形成し、当該Siと金属とをのみ反応させることにより、SiGe層上に金属シリサイドを形成する技術がある。 In order to solve the problem, there is a technique for forming a metal silicide on the SiGe layer by forming a Si layer on the SiGe layer, forming a metal on the Si layer, and reacting only the Si and the metal. is there.
しかし、半導体デバイスの高集積化のため、トランジスタの微細化がさらに進み、ゲート長がさらに縮小されつつある。これにより、チャネル抵抗が減少する一方で、ゲート幅の縮小により、金属シリサイドとソース・ドレイン領域との接触抵抗がさらに増加しつつある。 However, due to higher integration of semiconductor devices, transistor miniaturization has further progressed and the gate length is being further reduced. Thereby, while the channel resistance is reduced, the contact resistance between the metal silicide and the source / drain regions is further increasing due to the reduction of the gate width.
トランジスタ動作に必要な電圧は、金属シリサイドと接続するコンタクトホールを経由して印加される。したがって、デバイスの微細化によりチャネル抵抗が減少するに従い、ソース・ドレイン領域と金属シリサイドとの接触抵抗の影響が無視できなくなり、トランジスタの駆動電流向上の妨げとなる。 The voltage necessary for transistor operation is applied via a contact hole connected to the metal silicide. Therefore, as the channel resistance decreases due to the miniaturization of the device, the influence of the contact resistance between the source / drain regions and the metal silicide cannot be ignored, which hinders the improvement of the driving current of the transistor.
そこで、本発明は、PMOSトランジスタのソース・ドレイン領域にSiGe層が形成されており、当該SiGe層の上面がシリサイド化されている構成において、ソース・ドレイン領域と金属シリサイドとの接触抵抗の低減を図ることができる半導体装置、および当該半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces the contact resistance between the source / drain region and the metal silicide in the configuration in which the SiGe layer is formed in the source / drain region of the PMOS transistor and the upper surface of the SiGe layer is silicided. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can be achieved and a method for manufacturing the semiconductor device.
本発明に係る1の実施の形態においては、半導体装置は、以下の構成を備えている。すなわち、PMOSトランジスタが形成される半導体基板と、半導体基板の表面内に形成されるSiGe層と、SiGe層上面に形成される高濃度Ge層と、高濃度Ge層上に形成される金属シリサイド層とを、備えている。 In one embodiment according to the present invention, a semiconductor device has the following configuration. That is, a semiconductor substrate on which a PMOS transistor is formed, a SiGe layer formed in the surface of the semiconductor substrate, a high concentration Ge layer formed on the upper surface of the SiGe layer, and a metal silicide layer formed on the high concentration Ge layer And has.
上記実施の形態によれば、Geは、Siと比較してバンドギャップが狭い。したがって、SiGe層と金属シリサイド層との間に、高濃度Ge層を形成させることにより、SiGe層−金属シリサイド層間における接触抵抗を減少することができる。 According to the above embodiment, Ge has a narrower band gap than Si. Therefore, the contact resistance between the SiGe layer and the metal silicide layer can be reduced by forming a high concentration Ge layer between the SiGe layer and the metal silicide layer.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係るP−MOSFET(MOS Field Effect Transistor:以下、PMOSトランジスタと称する)100の構成を示す断面図である。また、図2は、図1の丸で囲まれた部分C1の拡大図である。
<
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a P-MOSFET (MOS Field Effect Transistor: hereinafter referred to as a PMOS transistor) 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a portion C1 surrounded by a circle in FIG.
図1に示すように、半導体基板1には、PMOSトランジスタ100が形成されている。半導体基板1は、n型不純物を含み、シリコンから成る(つまり、半導体基板1は、n型である)。また、半導体基板1の表面内には、素子分離膜2が形成されており、当該素子分離膜2により、PMOSトランジスタ100は他の半導体素子と電気的に分離されている。また、半導体基板1上には、ゲート絶縁膜3とゲート電極4と金属シリサイド層5とが当該順に積層された積層体(以下、ゲート構造と称する)が形成されている。当該ゲート構造の側面部には、サイドウォール膜6が形成されている。
As shown in FIG. 1, a
また、図1,2に示すように、ゲート構造の両脇の半導体基板1の表面内には、P型を有するSiGe(シリコン・ゲルマニウム)層7が形成されている。つまり、PMOSトランジスタ100のソース・ドレイン領域となる半導体基板の表面内に、上記SiGe層7は形成される。また、SiGe層7上には、高濃度Ge層8が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a P-type SiGe (silicon-germanium)
ここで、高濃度Ge層8は、SiGe層7内におけるGe濃度よりも高いGe濃度を有する層である。当該意味において、高濃度Ge層8は、Ge偏析層と称することもできる。また、図1に示すように、高濃度Ge層8は、半導体基板1の上面を含むそれより深い位置に形成されている。また、高濃度Ge層8上には、金属シリサイド層9が形成される。
Here, the high
なお、ゲート構造の下方の半導体基板1の表面付近(換言すれば、ソース・ドレイン領域間)にチャネル領域が形成される。
A channel region is formed near the surface of the
次に、本実施の形態に係るPMOSトランジスタ100の製造方法について、工程断面図を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3に示すように、STI(シャロートレンチアイソレーション)法により、半導体基板1の表面内に、素子分離膜2を形成する。次に、半導体基板1上に、シリコン酸化膜(または、酸窒化膜やHf酸化膜等)を形成する。そして、当該シリコン酸化膜上に、ポリシリコン層を形成する。さらに、ポリシリコン層上に、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜から成るハードマスク12を形成する。
First, as shown in FIG. 3, the
ハードマスク12を所定の形状にパターニングした後、パターニング後のハードマスク12をマスクとして使用して、シリコン酸化膜およびポリシリコン層に対して、エッチング処理を行う。これにより、図4に示すように、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜3およびゲート電極4が当該順に積層されたゲート構造が形成される。なお、ゲート電極4上には、ハードマスク12が残存している。
After the
次に、上記ハードマスク12およびゲート構造をマスクとして使用して、半導体基板1の上面に対してイオン注入処理を施す。当該イオン注入処理により、図5に示すように、ゲート構造の両脇の半導体基板1の表面内に、浅い接合のエクステンション領域11が形成される。
Next, ion implantation is performed on the upper surface of the
次に、ハードマスク12およびゲート構造を覆うように、シリコン酸化膜(若しくは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造膜)を、半導体基板1上に形成する。その後、当該シリコン酸化膜に対して異方性エッチング処理を施す。これにより、図6に示すように、ゲート構造の両側面にサイドウォールスペーサー6が形成される。
Next, a silicon oxide film (or a laminated structure film of a silicon oxide film and a silicon nitride film) is formed on the
次に、サイドウォールスペーサー6、ハードマスク12、素子分離膜2をマスクとして使用して、半導体基板1の上面に対してエッチング処理を施す。つまり、PMOSトランジスタ100のソース・ドレイン領域となる半導体基板1の上面部を除去する。当該エッチング処理により、図7に示すように、ゲート構造の両脇の半導体基板1には、リセス部15が形成される。ここで、当該リセス部15の深さは、たとえば30〜60nm程度である。
Next, an etching process is performed on the upper surface of the
次に、当該リセス部15に対して、エピタキシャル成長法を施す。これにより、図8に示すように、リセス部15内にSiGe層7を成長(形成)させる。ここで、SiGe層7におけるGeの濃度は、たとえば10〜20%である。また、リセス部15に形成されるSiGe層7の上面位置が、半導体基板1の上面(換言すれば、ゲート絶縁膜3の底面)位置より下方になるように、当該SiGe層7の成長を調整しても良い(図8参照)。
Next, an epitaxial growth method is performed on the
次に、SiGe層7に対して、上記と異なる条件でエピタキシャル成長法を施す。これに、図9に示すように、SiGe層7上に、層厚10〜15nm程度のSi層18を成長(形成)させる。ここで、Si層18の層厚は、後に形成される金属シリサイド層9の層厚(たとえば、12〜20nm)よりも小さい。なお、後述するシリサイド処理後により形成される金属シリサイド層9において、組成の不均一(凝集)が生じないようにすることが望まれる。したがって、当該観点より、Si層18の層厚は、後に形成される金属シリサイド層9の層厚の80〜90%程度であることが望ましい。
Next, an epitaxial growth method is performed on the
次に、ゲート電極4上のハードマスク12を除去する。ここで、素子分離膜2やサイドウォールスペーサー6がシリコン酸化膜から形成されている場合には、ハードマスク12としてシリコン窒化膜を用いることが望ましい。これにより、リン酸により、当該ハードマスク12のみを選択的に除去することができる。
Next, the
その後、スパッタ法により、シリサイド化の対象となる金属層としてNi層20を、図9に示した製造途中の半導体装置上に形成する(図10参照)。さらに、スパッタ法により、保護膜としてTiN層21をNi層20上に形成する(図10参照)。ここで、Ni層20の層厚は、6〜12nm程度であり、TiN層21の層厚は、10〜20nm程度である。ここで、SiGe層7および当該SiGe層7上に形成される構成の拡大図を、図11に示す。
Thereafter, the
その後、RTA(Rapid Thermal Anneal)法等による熱処理を、図10に示した製造途中の半導体装置に対して施す。ここで、当該熱処理は、たとえば250〜400℃で30秒程度の条件で行われる。当該熱処理により、Ni層20とSi層18とを反応させるとともに、Ni層20とポリシリコンから成るゲート電極4とを反応させる(シリサイド処理)。
Thereafter, heat treatment by an RTA (Rapid Thermal Anneal) method or the like is performed on the semiconductor device being manufactured shown in FIG. Here, the said heat processing is performed on the conditions for about 30 second at 250-400 degreeC, for example. By the heat treatment, the
ここで、SiGe層7の上方に形成されたNi層20は、Si層18を全て消費し、さらにSiGe層7中のSiと反応する。これは、Si層18の層厚を予め、金属(Ni)シリサイド層9の層厚よりも薄く設定したためである。このような層厚設定により、Ni層20とSiGe層7中のSiと確実に反応させることができる。
Here, the
また、NiとSiとの反応熱は−45kJ/molであるのに対し、NiGeの反応熱は−32kJ/molである。したがって、NiはSiとより安定に存在する。Si層18の層厚がNi層20の層厚の80〜90%程度とする。すると、Ni層20の大部分(80〜90%程度)はSiGe層7上に形成したSi層18と反応するため、安定なシリサイド反応が可能である。また、Ni層20の残り(10〜20%程度)は、SiGe層7と反応する。しかし、Niは、Geと比較して、エネルギー的に有利なSiと優先的に反応する。よって、金属(Ni)シリサイド層9とSiGe層7との間に、効果的に、Geが偏析し、結果として、図2に示したように、金属(Ni)シリサイド層9とSiGe層7との間に、高濃度Ge層8が形成される。
The reaction heat between Ni and Si is -45 kJ / mol, whereas the reaction heat of NiGe is -32 kJ / mol. Therefore, Ni exists more stably with Si. The layer thickness of the
つまり、上記シリサイド処理により、SiGe層7、高濃度Ge層8、および金属シリサイド層9が当該順に形成された積層体が形成される(図1,2)。さらに、当該シリサイド処理により、ゲート電極4上(内)には、金属シリサイド層5が形成される(図1)。
That is, by the silicide treatment, a stacked body in which the
なお、上記シリサイド処理後、硫酸と過酸化水素水との混合薬液を用いて、未反応のNi層20およびTiN層21を除去する。その後、金属シリサイド層5,9を低抵抗化するため、RTA法等の熱処理を施す。当該熱処理は、たとえば400℃から500℃で30秒程度の条件で行われる。
After the silicidation, the
上記各工程により、図1に示した構成が完成する。その後、層間絶縁膜を形成し、ゲート電極4および金属シリサイド層9に到達するコンタクトホールを形成する。さらに、上層において導電性配線を形成することにより、PMOSトランジスタ100を含む半導体装置が形成される。
Through the above steps, the configuration shown in FIG. 1 is completed. Thereafter, an interlayer insulating film is formed, and a contact hole reaching the
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、SiGe層7の上面に、SiGe層7内におけるGe濃度よりも高いGe濃度を有する高濃度Ge層8が形成される。さらに、高濃度Ge層8上に金属シリサイド層9が形成される。
As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the high
Geは、Siと比較してバンドギャップが狭い。したがって、SiGe層7と金属シリサイド層9との間に、高濃度Ge層8を形成させることにより、SiGe層7−金属シリサイド層9間における接触抵抗を減少することができる。当該接触抵抗の低減により、PMOSトランジスタ100の駆動電流を増加させることが可能となる。
Ge has a narrower band gap than Si. Therefore, the contact resistance between the
また、上記のように、SiGe層7上に、金属シリサイド層9の層厚よりも小さい層厚を有するSi層18を形成する。そして、Si層18上に、シリサイド反応の対象となる金属層(Ni層)20を形成する。その後、熱処理を施す。
Further, as described above, the
以上のように、SiGe層7上のSi層18の層厚を、その後に形成される金属シリサイド層9の層厚より薄く設定する。これにより、SiGe層7と金属シリサイド層9との間に、効果的に高濃度Ge層8を形成させることができる。
As described above, the layer thickness of the
また、図12に示すように、半導体基板1の上面より上方の位置に、高濃度Ge層8を形成しても良い。しかし、図1に示すように、高濃度Ge層8を、半導体基板1の上面を含むそれよりも深い(下方)位置に形成することが望ましい。
Further, as shown in FIG. 12, a high
上記のように、図1に示す位置に高濃度Ge層8を形成する。ここで、Ge濃度に依存して格子定数も変化するので、SiGe層7の格子定数よりも、高濃度Ge層8の格子定数の方が大きい。したがって、図1に示す構造では、ソース・ドレイン領域間のチャネルの近くに高濃度Ge層8が存在するので、図12に示す構造の場合よりも、チャネルに生じる圧縮歪をさらに助長することができる。よって、PMOSトランジスタ100の駆動電流をさらに増加させることができる。つまり、より高速動作が可能な半導体装置を提供できる。
As described above, the high
なお、リセス部15にSiGe層7を成長させる際に、半導体基板1の上面位置より下方に、SiGe層7の上面が位置されるように、当該SiGe層7を形成・成長させる。そして、その後のSi層18、Ni層20等の形成処理およびシリサイド処理を施す。これにより、半導体基板1の上面を含むそれよりも深い(下方)位置に、高濃度Ge層8を容易に形成することができる。
When the
ただし、図1に示す位置に高濃度Ge層8を形成する場合、エクステンション領域11の接合深さ位置より上方にSiGe層7の上面が位置されるように、当該SiGe層7を形成することが望まれる。これは、SiGe層7の上面がエクステンション領域11の接合深さより深くなると、接合リーク電流が増加するからである。
However, when the high
<実施の形態2>
本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1で説明した金属(Ni)シリサイド層9中に、所定の金属が含まれていることが特徴である。ここで、所定の金属とは、Niよりも小さい、P型シリコンとのショットキーバリヤハイト(ショットキー障壁)を有する金属である。
<
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that a predetermined metal is contained in the metal (Ni) silicide layer 9 described in the first embodiment. Here, the predetermined metal is a metal having a Schottky barrier height (Schottky barrier) with P-type silicon, which is smaller than Ni.
図13は、本実施の形態に係る半導体装置の、SiGe層7および当該SiGe層7の上方に形成される構造の構成を示す拡大図である。
FIG. 13 is an enlarged view showing the configuration of the
P型の不純物が含まれているSiGe層7上には、実施の形態1で説明した高濃度Ge層8が形成されている。さらに、高濃度Ge層8上には、Ni合金シリサイド層59が形成されている。
On the
ここで、本実施の形態では、Ni合金シリサイド層59には、主成分のNiの他に、所定の金属が含まれている。上記の通り、P型シリコンに対する所定の金属のショットキーバリヤハイトは、P型シリコンに対するNiのショットキーバリヤハイトよりも小さい。また、所定の金属のNiシリサイド層59内の濃度は、高濃度Ge層8に近いほど、高濃度である。
Here, in the present embodiment, the Ni
つまり、図13に示すように、Ni合金シリサイド層59は、所定の金属の濃度が比較的高い層59aと、当該層59aよりも所定の金属の濃度が低い層59bとから構成される。なお、上記の通り、高濃度Ge層8上に層59aが位置しており、当該層59a上に層59bが位置している。
That is, as shown in FIG. 13, the Ni
上記所定の金属として、ルテニウム(Ru)、プラチナ(Pt)、バナジウム(V)、パラジウム(Pd)等を採用することができる。なお、Ni合金シリサイド層59に、前記各元素の少なくも2種類以上を含んでも良い。
As the predetermined metal, ruthenium (Ru), platinum (Pt), vanadium (V), palladium (Pd), or the like can be used. Note that the Ni
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、SiGe層7付近の拡大断面図を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described using an enlarged cross-sectional view in the vicinity of the
まず、図8で示したように、半導体基板1に形成されたリセス部15に、SiGe層7を形成する。次に、SiGe層7上に、膜厚10〜15nm程度のSi層18を形成する(図14)。ここで、イオン注入処理により、SiGe層7およびSi層18には、P型の不純物が含まれる。
First, as shown in FIG. 8, the
次に、スパッタ法等により、Si層18上に、上記で列記した所定の金属から成る所定の金属層31を形成する(図14)。ここで、当該所定の金属層31の層厚は1〜3nm程度である。さらに、実施の形態1と同様に、所定の金属層31上に、Ni層20(層厚5〜10nm)を形成し、Ni層20上にTiN膜21を形成する(図14)。
Next, a
その後、RTA法等による熱処理を、図14に示した構成を有する製造途中の半導体装置に対して施す。ここで、当該熱処理は、たとえば200〜450℃の条件で行われる。当該熱処理(シリサイド処理)により、図15に示す構成が形成される。つまり、SiGe層7上に高濃度Ge層8が形成され、当該高濃度Ge層8上にNi合金シリサイド層59が形成される。ここで、所定の金属層31がよりSiGe層7に近い側に形成されていた。したがって、Ni合金シリサイド層59において、高濃度Ge層8側の所定の金属の濃度が比較的高くなる(つまり、上記層59a,59bの堆積順にNi合金シリサイド層59は形成される)。
Thereafter, heat treatment by the RTA method or the like is performed on the semiconductor device in the middle of manufacture having the configuration shown in FIG. Here, the said heat processing is performed on 200-450 degreeC conditions, for example. The structure shown in FIG. 15 is formed by the heat treatment (silicide treatment). That is, the high
なお、高濃度Ge層8の形成原理は、実施の形態1で説明した通りである。また、所定の金属として、Niと比較して、Geと反応しやすい元素を選択すれば、高濃度Ge層8側のNi合金シリサイド層59における所定の金属の濃度を、さらに効果的に高濃度にすることができる。
The formation principle of the high
たとえば、PtGeの反応熱は−46kJ/molであり、PtNi化合物よりもPtGe化合物の方が安定である。また、PtSiの反応熱は−59kJ/molである。よって、PtはSiと優先的に反応し、SiGe層7の上部において高濃度のGeが偏析する。しかし、PtNi化合物よりもPtGe化合物の方が安定であるため、PtはSiGe層7側に形成される。つまり、所定の金属として、Niと比較して、Geと反応しやすい元素を選択すれば、図15の構成がより効果的に形成される。
For example, the reaction heat of PtGe is −46 kJ / mol, and the PtGe compound is more stable than the PtNi compound. The reaction heat of PtSi is −59 kJ / mol. Therefore, Pt reacts preferentially with Si, and high concentration Ge is segregated in the upper part of the
その後、選択的に未反応なNi層20とTiN層21とを除去し、Ni合金シリサイド層59の低抵抗化のための熱処理を施す。ここで、当該熱処理は、温度400〜600℃の条件で行われる。
Thereafter, the
その後の工程は、実施の形態1と同様である。 Subsequent steps are the same as those in the first embodiment.
以上のように、本実施の形態では、SiGe層7には、P型の不純物が含まれており、Ni合金シリサイド層59内に、所定の金属が添加されている。ここで、所定の金属は、Niよりも小さい、P型シリコンとのショットキーバリヤハイトを有する。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、実施の形態1よりも、SiGe層7−Ni合金シリサイド層59間における接触抵抗をさらに減少させることができる。
Therefore, the contact resistance between the
なお、上記構成のように、所定の金属のNi合金シリサイド層59内の濃度は、高濃度Ge層8に近いほど、高濃度であることが望ましい(図13)。これにより、たとえば、Ni合金シリサイド層59内に所定の金属が均一に添加されている場合よりも、さらに上記接触抵抗の低減を図ることができる。
As described above, the concentration of the predetermined metal in the Ni
また、上記の通り、SiGe層7上にSi層18を形成し、Si層18上に、所定の金属層31とNi層20とを、当該順に形成する。これにより、高濃度Ge層8側のNi合金シリサイド層59内における所定の金属の濃度を、より効果的に、高濃度とすることができる。
Further, as described above, the
なお、Ni合金シリサイド層59内における所定の金属の濃度分布が任意で良いのであれば、下記の他の製造方法も採用できる。
If the concentration distribution of the predetermined metal in the Ni
つまり、Si層18形成後、Niと所定の金属(金属の原子数比は、例えば数atm%から10atm%)とか成るスパッタターゲットを用いた、スパッタ法を実施する。これにより、Si層18上に、Ni合金層35が形成される(図16参照)。その後、Ni合金層35上に、保護膜としてTiN膜21を形成する(図16参照)。その後、熱処理(200〜300℃)を施す。これにより、SiGe層7上に高濃度Ge層8、高濃度Ge層8上に所定の金属を含むNi合金シリサイド層59が形成される。ここで、当方方法により形成されるNi合金シリサイド層59における所定の金属の濃度分布は、均一である。さらにその後、Niシリサイド層の低抵抗化のために、400〜600℃程度の熱処理を施す。
That is, after the
なお、当該他の製造法方法の場合においても、スパッタターゲットとして、Niと比較してGeとの反応熱の高い所定の金属(たとえば、Pt,V等)を選択する。これにより、Ni合金層35を形成する上記方法においても、Ni合金シリサイド層59内の高濃度Ge層側において、所定の金属の濃度が高くすることができる。
Also in the case of the other manufacturing method, a predetermined metal (for example, Pt, V, etc.) having a higher reaction heat with Ge as compared with Ni is selected as the sputtering target. Thereby, also in the above method for forming the
<実施の形態3>
本実施の形態では、Ni合金シリサイド層59内の所定の金属が高濃度Ge層8側において高濃度に含まれる構成の、実施の形態2以外の製造方法について説明する。ここで、所定の金属は、上記の通り、Niよりも小さい、P型シリコンとのショットキーバリヤハイト(ショットキー障壁)を有する。
<
In the present embodiment, a manufacturing method other than the second embodiment in which a predetermined metal in the Ni
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、SiGe層7付近の拡大断面図を用いて説明する。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to an enlarged sectional view in the vicinity of the
まず、図8で示したように、半導体基板1に形成されたリセス部15に、SiGe層7を形成する。次に、SiGe層7上に、膜厚10〜15nm程度のSi層18を形成する(図17)。ここで、イオン注入処理により、SiGe層7およびSi層18には、P型の不純物が含まれる。
First, as shown in FIG. 8, the
次に、Ni(主成分)とPd(3%から10%)とから成るスパッタターゲットを用いた、スパッタ法を実施する。これにより、Si層18上に、層厚5〜12nm程度のNi−Pd合金層41が形成される(図17)。その後、Ni−Pd合金層41上に、保護膜として、膜厚15nm程度のTiN膜21を形成する(図17)。当該Pdは、実施の形態2で説明した所定の金属であり、さらにNiよりも低温でシリサイド反応する元素である。
Next, a sputtering method is performed using a sputtering target composed of Ni (main component) and Pd (3% to 10%). Thereby, a Ni—
その後、シリサイド化のために第一の熱処理を施す。当該第一の熱処理により、Si層18とNi−Pd合金層41中のPdとを優先的に反応させる。ここで、当該第一の熱処理として、温度150〜220℃、時間30〜60秒程度の条件のRTA処理を採用できる。当該第一の熱処理により、図18に示すように、Si層18の層厚は減少し、当該Si層18上にはPdシリサイド層42が形成される。なお、Pdがシリサイドされることにより、Ni−Pd合金層41は、Pd濃度が減少したNi−Pd合金層43となる(図18)。
Thereafter, a first heat treatment is performed for silicidation. By the first heat treatment, the
その後、さらなるNiシリサイド化のために、第一の熱処理より高温な第二の熱処理を施す。当該第二の熱処理により、残りのSi層18はNi層43と完全に反応し、Si層18との反応後は、Ni層43は、SiGe層7中のSiと反応する。ここで、当該第二の熱処理として、温度250〜400℃、時間30〜60秒程度の条件のRTA処理を採用できる。
Thereafter, a second heat treatment higher than the first heat treatment is performed for further Ni silicidation. By the second heat treatment, the remaining
上記のように、シリサイド化処理に際して、第一の熱処理と当該第一の熱処理より高温である第二の熱処理とから成る、2段階熱処理を行う。第一の熱処理により、Pdが優先的にシリサイド化され、Ni層43より下層にPdシリサイド層42が形成される(図18)。したがって、第二の熱処理を施すことにより、図13に示すように、Ni合金シリサイド層59が形成されると共に、当該Ni合金シリサイド層59内の高濃度Ge層8側において、Pd(所定の金属)が高濃度に含まれる。
As described above, in the silicidation process, a two-stage heat treatment including a first heat treatment and a second heat treatment having a higher temperature than the first heat treatment is performed. By the first heat treatment, Pd is silicided preferentially, and a
その後、Ni合金シリサイド層59の低抵抗化のために、400〜600℃程度の熱処理を施す。以降の工程は実施の形態1と同じである。
Thereafter, in order to reduce the resistance of the Ni
なお、本実施の形態では、NiにPdを添加したスパッタターゲットを用いて、Si層18上にNi−Pd合金層41を形成した。しかし、NiにPtを添加したスパッタターゲットを用いて、Si層18上にNi−Pt合金層を形成し、その後、シリサイド化のために、上記第一の熱処理および第二の熱処理を施しても良い。この場合においても、図13に示すように、Ni合金シリサイド層59内の高濃度Ge層8側において、Pt(所定の金属)を高濃度に含ませることができる。
In the present embodiment, the Ni—
また、NiにPdおよびPtを添加したスパッタターゲットを用いて、Si層18上に、Ni−Pt−Pd合金層を形成し、その後、シリサイド化のために、上記第一の熱処理および第二の熱処理を施しても良い。
Further, a Ni—Pt—Pd alloy layer is formed on the
1 半導体基板、2 素子分離膜、3 ゲート絶縁膜、4 ゲート電極、5,9 金属(Ni)シリサイド層、6 サイドウォールスペーサー、7 GeSi層、8 高濃度Ge層、9a 所定の金属高濃度層、11 エクステンション領域、15 リセス部、18 Si層、20,43 Ni層、21 TiN層、31 所定の金属層、35 Ni合金層、41 Ni−Pd合金層、42 Pdシリサイド層、59 Ni合金シリサイド層、100 PMOSFET(PMOSトランジスタ)。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記PMOSトランジスタのソース・ドレイン領域となる前記半導体基板の表面内に形成される、SiGe層と、
前記SiGe層上に形成され、前記SiGe層内におけるGe濃度よりも高いGe濃度を有する高濃度Ge層と、
前記高濃度Ge層上に形成される金属シリサイド層とを、備えている、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate on which a PMOS transistor is formed;
A SiGe layer formed in a surface of the semiconductor substrate to be a source / drain region of the PMOS transistor;
A high concentration Ge layer formed on the SiGe layer and having a Ge concentration higher than a Ge concentration in the SiGe layer;
A metal silicide layer formed on the high-concentration Ge layer,
A semiconductor device.
前記半導体基板の上面以下の深さ位置に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The high-concentration Ge layer is
Formed at a depth position below the upper surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 1.
前記SiGe層の上面は、
エクステンション領域の接合深さ位置より上方に位置する、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 An extension region formed in the surface of the semiconductor substrate;
The top surface of the SiGe layer is
Located above the junction depth position of the extension region,
The semiconductor device according to claim 2.
P型の不純物が含まれており、
前記金属シリサイド層は、
Niと、P型シリコンとのショットキーバリヤハイトが前記Niよりも小さい所定の金属とを含む、Ni合金シリサイド層である、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 In the SiGe layer,
P-type impurities are included,
The metal silicide layer is
A Ni alloy silicide layer comprising a predetermined metal having a smaller Schottky barrier height between Ni and P-type silicon than Ni.
The semiconductor device according to claim 1.
前記高濃度Ge層に近いほど、高濃度である、
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The concentration of the predetermined metal in the Ni alloy silicide layer is:
The closer to the high concentration Ge layer, the higher the concentration.
The semiconductor device according to claim 4.
(B)前記リセス部にSiGe層を形成する工程と、
(C)前記SiGe層上にSi層を形成する工程と、
(D)前記Si層上に、金属層を形成する工程と、
(E)熱処理により前記Si層と前記金属層とを反応させ、金属シリサイド層を形成する工程とを、備えており、
前記工程(C)は、
前記金属シリサイド層の層厚よりも小さい層厚を有する前記Si層を形成する工程であり、
前記工程(E)は、
前記加熱処理により、前記Si層と前記金属層とを反応させると共に、前記SiGe層中のSiと前記金属層とを反応させることにより、前記SiGe層上に、高濃度Ge層および前記金属シリサイド層を形成する工程である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a recess portion by removing an upper surface portion of a semiconductor substrate which becomes a source / drain region of a PMOS transistor;
(B) forming a SiGe layer in the recess;
(C) forming a Si layer on the SiGe layer;
(D) forming a metal layer on the Si layer;
(E) reacting the Si layer and the metal layer by heat treatment to form a metal silicide layer, and
The step (C)
Forming the Si layer having a layer thickness smaller than that of the metal silicide layer,
The step (E)
The Si layer and the metal layer are reacted by the heat treatment, and Si in the SiGe layer is reacted with the metal layer, whereby a high concentration Ge layer and the metal silicide layer are formed on the SiGe layer. Is a step of forming
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板の上面位置より下方に、前記SiGe層の上面が位置されるように、前記SiGe層を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The step (B)
The step of forming the SiGe layer such that the upper surface of the SiGe layer is positioned below the upper surface position of the semiconductor substrate.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
前記工程(B)は、
前記エクステンション領域の接合深さ位置より上方に、前記SiGe層の上面が位置されるように、前記SiGe層を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 (F) further comprising a step of forming an extension region in the surface of the semiconductor substrate;
The step (B)
Forming the SiGe layer so that the upper surface of the SiGe layer is positioned above the junction depth position of the extension region;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
前記リセス部に、P型の不純物が含まれたSiGe層を形成する工程であり、
前記工程(D)は、
前記Si層上に、P型シリコンとのショットキーバリヤハイトがNiよりも小さい所定の金属から成る所定の金属層と、Ni層とを、当該順に形成する工程である、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The step (B)
Forming a SiGe layer containing a P-type impurity in the recess,
The step (D)
A step of forming a predetermined metal layer made of a predetermined metal whose Schottky barrier height with P-type silicon is smaller than Ni on the Si layer, and a Ni layer in that order.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
前記リセス部に、P型の不純物が含まれたSiGe層を形成する工程であり、
前記工程(D)は、
前記Si層上に、Niと、PdおよびPtの少なくとも一方とを含む、前記金属層を形成する工程であり、
前記工程(E)は、
(E−1)第一の熱処理により、前記Niよりも優先的に前記PdまたはPtをシリサイド化させる工程と、
(E−2)前記第一の熱処理より高温である第二の熱処理により、前記Niをシリサイド化させる工程とを、含む、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The step (B)
Forming a SiGe layer containing a P-type impurity in the recess,
The step (D)
Forming the metal layer containing Ni and at least one of Pd and Pt on the Si layer;
The step (E)
(E-1) a step of siliciding the Pd or Pt preferentially over the Ni by a first heat treatment;
(E-2) including siliciding the Ni by a second heat treatment at a higher temperature than the first heat treatment,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
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