JP2010141051A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板上に金属半導体化合物層が形成される半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a metal semiconductor compound layer is formed on a semiconductor substrate and a method for manufacturing the semiconductor device.
集積回路の高機能化には、その構成素子であるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の高性能化が必要である。これまで、素子性能の向上は、比例縮小則(スケーリング)によって進められてきた。 In order to increase the functionality of integrated circuits, it is necessary to improve the performance of MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), which is a component of the integrated circuit. Until now, the improvement of device performance has been advanced by the proportional reduction law (scaling).
MISFETのチャネル長が微細化により短くなるに従って、チャネルの抵抗は減少していく。したがって、チャネル以外の部分、すなわちソース/ドレイン電極における抵抗、いわゆる寄生抵抗が素子性能を大きく左右するようになる。 As the channel length of the MISFET becomes shorter due to miniaturization, the channel resistance decreases. Therefore, the part performance other than the channel, that is, the resistance at the source / drain electrode, so-called parasitic resistance, greatly affects the device performance.
この寄生抵抗の中で大きな割合を占めるのがソース/ドレイン電極と半導体基板との界面抵抗(Rc)である。したがって、MISFETの性能向上のためには、界面抵抗(Rc)の低減が重要な課題となる。 A large proportion of the parasitic resistance is the interface resistance (Rc) between the source / drain electrodes and the semiconductor substrate. Therefore, reducing the interface resistance (Rc) is an important issue for improving the performance of the MISFET.
ソース/ドレイン電極の材料としてはニッケルモノシリサイド(以下、ニッケルシリサイドあるいはNiSiとも表記)等の金属半導体化合物がよく用いられる。そして、NiSiは比抵抗が低く、シリサイド化反応において消費するSiの量が少ないため、極薄電極材料として有効な材料である。 A metal semiconductor compound such as nickel monosilicide (hereinafter also referred to as nickel silicide or NiSi) is often used as the source / drain electrode material. Since NiSi has a low specific resistance and consumes a small amount of Si in the silicidation reaction, it is an effective material as an ultrathin electrode material.
もっとも、NiSiでは余剰Ni原子のチャネル部への異常拡散が起こりやすい。このようなNiの異常拡散が生ずると、ジャンクションリークが増大し、例えば、LSIの待機電流が増大するという問題が生ずる。また、プロセス条件によっては高い抵抗率のニッケルダイシリサイド(NiSi2)が生じてしまうという問題もある。 However, NiSi tends to cause abnormal diffusion of excess Ni atoms into the channel. When such abnormal diffusion of Ni occurs, junction leakage increases, causing a problem that, for example, the standby current of the LSI increases. In addition, there is a problem that nickel disilicide (NiSi 2 ) having a high resistivity is generated depending on process conditions.
これに対し、NiにPt(白金)を混ぜたニッケルシリサイド(以下、ニッケルプラチナシリサイドまたはNiPtSiとも表記)は熱安定性と低界面抵抗を併せ持つという優れた特性から、現状で最も有望な電極材料である。従来、NiPtSiのソース/ドレイン電極を形成する際、基板のSiに不純物(ドーパント)をイオン注入して活性化したのち、NiおよびPtをスパッタ堆積し、最後に熱処理によってシリサイド化を行う方法が用いられて生きた。この方法は、不純物前打ちプロセス(IBS:Implantation Before Silicidation)とも称される。 In contrast, nickel silicide in which Pt (platinum) is mixed with Ni (hereinafter also referred to as nickel platinum silicide or NiPtSi) is the most promising electrode material at present because of its excellent characteristics of having both thermal stability and low interface resistance. is there. Conventionally, when forming a source / drain electrode of NiPtSi, an impurity (dopant) is ion-implanted and activated in Si of a substrate, Ni and Pt are sputter deposited, and finally silicidation is performed by heat treatment. Lived. This method is also referred to as Impurity Before Silicidation (IBS).
また、金属シリサイド層とSi基板との界面抵抗(Rc)の低抵抗化を実現する手法として、金属シリサイド形成前にイオン注入によって形成された不純物層を、金属シリサイド形成の際に金属シリサイド層とSi基板の界面に偏析させ、この界面に高濃度の不純物偏析層を形成する技術、いわゆる不純物偏析プロセスがある。さらには、p型MISFETに関しては、不純物のイオン注入をシリサイド化の後に行う方法、いわゆる不純物後打ちプロセス(IAS:Implantation After Silicidation)が提案されている(非特許文献1)。
発明者らは、NiPtSi/Si接合において、Ptの効果を最大限に引き出すためには、界面にPtの高濃度層が形成されていることが望ましいことに着目した。 The inventors focused on the fact that it is desirable that a high-concentration layer of Pt be formed at the interface in order to maximize the effect of Pt in the NiPtSi / Si junction.
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、半導体基板上に設けられるNiPtSi電極の熱安定性を向上させる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that improve the thermal stability of the NiPtSi electrode provided on the semiconductor substrate. It is in.
本発明の第1の態様の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板中のチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記チャネル領域の両側に形成され、NiおよびPtを主成分とする金属半導体化合物層からなるソース/ドレイン電極とを備え、前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面において、前記金属半導体化合物層の単一の結晶粒と前記半導体基板との境界部の最大Pt濃度が、前記界面の平均Pt濃度よりも高いことを特徴とする。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a channel region in the semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the channel region, and a gate electrode formed on the gate insulating film. A source / drain electrode formed on both sides of the channel region and made of a metal semiconductor compound layer mainly composed of Ni and Pt, and at the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate, the metal semiconductor compound The maximum Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the layer and the semiconductor substrate is higher than the average Pt concentration at the interface.
第1の態様の半導体装置において、前記界面にAs不純物層が形成され、前記界面近傍にAs濃度のピークを有し、前記ピークの裾部のAs濃度が前記金属半導体層側で前記半導体基板側よりも高いことが望ましい。 In the semiconductor device of the first aspect, an As impurity layer is formed at the interface, the As concentration peak is in the vicinity of the interface, and the As concentration at the bottom of the peak is on the side of the semiconductor substrate on the metal semiconductor layer side. Higher than that.
本発明の第2の態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記半導体基板上にNiからなる第1の金属膜を堆積し、前記第1の金属膜上にNiおよびPtを主成分とする第2の金属膜を堆積し、熱処理により、前記第1および第2の金属膜を前記半導体基板と反応させて、前記ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成することを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, forming a gate electrode on the gate insulating film, and forming a first metal made of Ni on the semiconductor substrate. A film is deposited, a second metal film mainly composed of Ni and Pt is deposited on the first metal film, and the first and second metal films are reacted with the semiconductor substrate by heat treatment. A metal semiconductor compound layer is formed on both sides of the gate electrode.
本発明の第3の態様の半導体装置の製造方法は、n型MISFETを有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記半導体基板上にNiおよびPtを主成分とする金属膜を堆積し、第1の熱処理により、前記金属膜を前記半導体基板と反応させて、前記ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成し、前記金属半導体化合物層にAsを導入し、前記Asを前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面に拡散させることを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having an n-type MISFET, wherein a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the gate insulating film. And depositing a metal film mainly composed of Ni and Pt on the semiconductor substrate, and reacting the metal film with the semiconductor substrate by a first heat treatment to form a metal semiconductor compound layer on both sides of the gate electrode. Forming As, introducing As into the metal semiconductor compound layer, and diffusing As to the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate.
第3の態様の半導体装置の製造方法において、イオン注入により前記金属半導体化合物層にAsを導入した後、前記Asを第2の熱処理により前記界面に拡散させることが望ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, it is preferable that As is introduced into the metal semiconductor compound layer by ion implantation and then diffused into the interface by a second heat treatment.
第3の態様の半導体装置の製造方法において、前記金属半導体化合物層上にAsを含有する固相膜を堆積し、第2の熱処理により、前記固相膜から前記金属半導体化合物層に前記Asを導入し、かつ、前記Asを前記界面に拡散させることが望ましい。 In the semiconductor device manufacturing method of the third aspect, a solid phase film containing As is deposited on the metal semiconductor compound layer, and the As is transferred from the solid phase film to the metal semiconductor compound layer by a second heat treatment. It is desirable to introduce and diffuse the As to the interface.
本発明の第4の態様の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上の、NiおよびPtを主成分とする金属半導体化合物層と、前記金属半導体化合物層上の金属電極とを備え、前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面において、前記金属半導体化合物層の単一の結晶粒と前記半導体基板との境界部の最大Pt濃度が、前記界面の平均Pt濃度よりも高いことを特徴とする。 A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a metal semiconductor compound layer containing Ni and Pt as main components on the semiconductor substrate, and a metal electrode on the metal semiconductor compound layer, The maximum Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate at the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate is higher than the average Pt concentration at the interface. And
本発明の第5の態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にNiからなる第1の金属膜を堆積し、前記第1の金属膜上にNiおよびPtを主成分とする第2の金属膜を堆積し、熱処理により、前記第1および第2の金属膜を前記半導体基板と反応させて、金属半導体化合物層を形成し、前記金属半導体化合物層上に金属電極を形成することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a first metal film made of Ni on a semiconductor substrate; and forming Ni and Pt as main components on the first metal film. A metal film is deposited, and the first and second metal films are reacted with the semiconductor substrate by heat treatment to form a metal semiconductor compound layer, and a metal electrode is formed on the metal semiconductor compound layer. And
本発明の第6の態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にNiおよびPtを主成分とする金属膜を堆積し、第1の熱処理により、前記金属膜を前記半導体基板と反応させて、金属半導体化合物層を形成し、前記金属半導体化合物層にAsを導入し、前記Asを前記界面に拡散させ、前記金属半導体化合物層上に金属電極を形成することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a metal film containing Ni and Pt as main components on a semiconductor substrate; and reacting the metal film with the semiconductor substrate by a first heat treatment. A metal semiconductor compound layer is formed, As is introduced into the metal semiconductor compound layer, the As is diffused into the interface, and a metal electrode is formed on the metal semiconductor compound layer.
本発明によれば、半導体基板上に設けられるNiPtSi電極の熱安定性を向上させる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor device which improves the thermal stability of the NiPtSi electrode provided on a semiconductor substrate, and the manufacturing method of a semiconductor device.
以下、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法および半導体装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書中、「飛程」とは、イオン注入プロセスにおけるProjected Range(Rp)と同義である。 Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, “range” is synonymous with Projected Range (Rp) in the ion implantation process.
まず、最初に、NiPtSi/Si接合について発明者らが得た知見について説明する。図2は標準的なNiPtSi層の作成方法によりSi基板上に形成された、NiPtSi/Siの深さ方向元素プロファイルである。ここで、標準的な作成方法とは、Si基板上にNiPtSi層を形成する前に、AsをSi基板にイオン注入で導入するいわゆる不純物前打ちプロセスである。 First, knowledge obtained by the inventors about the NiPtSi / Si junction will be described first. FIG. 2 shows an element profile in the depth direction of NiPtSi / Si formed on a Si substrate by a standard NiPtSi layer forming method. Here, the standard production method is a so-called impurity prepreg process in which As is introduced into the Si substrate by ion implantation before the NiPtSi layer is formed on the Si substrate.
図2は、NiPtSi/Si界面の不純物分布をアトムプローブによって分析した結果である。横軸には、シリサイド層表面からの深さ、縦軸にはPtの原子濃度(%)を示す。また、界面位置の確認のため、Ni、Siの分布も同時に示している。 FIG. 2 shows the result of analyzing the impurity distribution at the NiPtSi / Si interface using an atom probe. The horizontal axis indicates the depth from the surface of the silicide layer, and the vertical axis indicates the atomic concentration (%) of Pt. For confirmation of the interface position, Ni and Si distributions are also shown.
図2より、Pt濃度が最も高いのが、NiPtSi層の表面近傍であることがわかる。また、NiPtSi層の中央付近、さらにNiPtSi層とSi基板との界面にPt濃度のピークがあるのがわかる。表面の最も高いPt濃度ピークと、NiPtSi層中央付近のピークのために、界面までPtが十分到達していないことがわかる。 2 that the highest Pt concentration is in the vicinity of the surface of the NiPtSi layer. It can also be seen that there is a Pt concentration peak near the center of the NiPtSi layer and further at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate. It can be seen that Pt does not reach the interface sufficiently due to the highest Pt concentration peak on the surface and the peak near the center of the NiPtSi layer.
ここで、NiPtSi層とSi基板の界面にPtが存在することの意義を説明する。背景技術にて記載したように、Ptを含むNiSiは、Ptを含まないNiSiに比べて熱安定性が向上する。この基本原理を探るため、発明者らは第一原理計算により検証を行い、原理の解明に至った。計算方法としては、局所密度汎関数近似を超えたところで、なおかつスピン分極も考慮したSP−GGA(Spin−Polarized Generalized Gradient Approximation)の手法を採用した。 Here, the significance of the presence of Pt at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate will be described. As described in the background art, NiSi containing Pt has improved thermal stability compared to NiSi not containing Pt. In order to explore this basic principle, the inventors conducted verification by first-principles calculation and led to the elucidation of the principle. As a calculation method, a SP-GGA (Spin-Polarized Generalized Gradient Application) method that takes local polarization functional approximation into consideration and also considers spin polarization was adopted.
図3は、第一原理計算によるNiSi/Siでの界面Pt挙動を説明する図である。図3(a)が計算で用いた層構造を示す図、図3(b)が図3(a)構造に対応する各格子位置におけるPtの全エネルギー差を示す図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the interface Pt behavior in NiSi / Si by the first principle calculation. FIG. 3A is a diagram illustrating a layer structure used in the calculation, and FIG. 3B is a diagram illustrating a total energy difference of Pt at each lattice position corresponding to the structure in FIG.
この結果によると、NiSi中にPtが含まれた場合、PtはNiと置換してPtSiとなることが最もエネルギー的に有利であることが導かれた。また、NiSi/Si界面でのPt原子の挙動解析より、PtはSi界面に安定点があることも導かれた。以上より、NiPtSi/Si構造では、PtSiがSiとの界面に安定して形成されることが第一原理的に導かれた。 According to this result, when Pt is contained in NiSi, it was derived that it is most energetically advantageous that Pt is replaced with Ni to become PtSi. Moreover, it was also derived from the analysis of the behavior of Pt atoms at the NiSi / Si interface that Pt has a stable point at the Si interface. From the above, it has been derived from the first principle that PtSi is stably formed at the interface with Si in the NiPtSi / Si structure.
次に、界面にPtSiが存在した場合になぜNiSiの熱安定性が実現できるのかにつて、PtSi/SiとNiSi/Siの2つのモデルを用いて検討した。図4は、第一原理計算によるPtSiの熱安定性を説明する図である。図4(a)は、Si置換位置にNiがある場合の全エネルギー差を示す図である。図4(b)は、図4(a)から求めたNiの反応速度である。 Next, the reason why the thermal stability of NiSi can be realized when PtSi is present at the interface was examined using two models of PtSi / Si and NiSi / Si. FIG. 4 is a diagram for explaining the thermal stability of PtSi by the first principle calculation. FIG. 4A is a diagram showing the total energy difference when Ni is present at the Si substitution position. FIG. 4 (b) shows the Ni reaction rate obtained from FIG. 4 (a).
図4(a)から、PtSiがNiSiよりも界面にNiを吸着しやすいことが導かれる。また、図4(b)からは、半導体装置の製造プロセス上、現実的なアニール温度範囲である350℃から550℃までの間で、NiがPtSiにおいてNiSiより脱離しにくく、界面の熱安定性に優れていることを示している。 FIG. 4A shows that PtSi is more likely to adsorb Ni at the interface than NiSi. Also, from FIG. 4B, Ni is less likely to desorb from NiSi in PtSi in a practical annealing temperature range from 350 ° C. to 550 ° C. in the semiconductor device manufacturing process, and the thermal stability of the interface. It shows that it is excellent.
以上より、NiPtSi/Siの界面ではPtSiが形成され、界面PtSiの恩恵によりNi脱離に関係した熱安定性が向上すると結論付けられる。すなわち、Ni脱離抑制により、PN接合ジャンクションリークの増加が抑制される。また、余剰Niが面方位に無関係に引き起こしてしまうNiSi2による界面急峻性の劣化を抑制することができるのである。 From the above, it can be concluded that PtSi is formed at the NiPtSi / Si interface, and that the thermal stability related to Ni desorption is improved by the benefit of the interface PtSi. That is, the increase in the PN junction junction leak is suppressed by suppressing the Ni desorption. In addition, it is possible to suppress the deterioration of the interface steepness due to NiSi 2 which is caused by excess Ni regardless of the plane orientation.
このように、原理的には、NiPtSi/Siの界面にPtSiが形成され、シリサイド層の熱安定性が向上するはずである。しかし、図2に示したように現実には、界面でのPtSi形成が妨げられる要因があり、界面において十分にPtの濃度をあげることができていない。 Thus, in principle, PtSi should be formed at the NiPtSi / Si interface, and the thermal stability of the silicide layer should be improved. However, as shown in FIG. 2, there is actually a factor that prevents the formation of PtSi at the interface, and the Pt concentration cannot be sufficiently increased at the interface.
そこで、まず、Ptのシリサイド中での拡散に関する可能性を探るため、第一原理計算により拡散バリアの計算を行った。図5は、第一原理計算によるシリサイド中の原子拡散バリアを説明する図である。図に示すように、NiSi中の格子間位置をPtが移動する際のエネルギーバリアが1.8eV程度であることがわかる。一方、PtSi中のNiは2.6eV以上のバリアがあることがわかる。以上より、理論的には、NiSi中をPtは比較的容易に移動できるはずであることが分かる。 Therefore, first, in order to investigate the possibility of diffusion of Pt in the silicide, the diffusion barrier was calculated by the first principle calculation. FIG. 5 is a diagram for explaining an atomic diffusion barrier in silicide according to the first principle calculation. As shown in the figure, it can be seen that the energy barrier when Pt moves through the interstitial position in NiSi is about 1.8 eV. On the other hand, it can be seen that Ni in PtSi has a barrier of 2.6 eV or more. From the above, it can be seen that theoretically, Pt should be able to move relatively easily in NiSi.
図6は、NiSi膜中のPt拡散の実験結果を示す図である。NiSi上にPtを堆積した後に450℃、30秒アニールしてPtの深さ方向の濃度を分析した。この結果から、理論通りにPtがNiSi膜中を界面にむけて移動していることがわかる。 FIG. 6 is a diagram showing experimental results of Pt diffusion in the NiSi film. After depositing Pt on NiSi, annealing was performed at 450 ° C. for 30 seconds to analyze the concentration of Pt in the depth direction. From this result, it can be seen that Pt moves in the NiSi film toward the interface as theoretically.
アニール温度を変えてPtの移動量を増加させた結果から、拡散エネルギーを実験的に導出すると1.6eVとなり上記の計算結果と良い対応が得られた。このことはPt偏析の過程ではNiSiのバルク中、言い換えると、結晶粒内を拡散する過程が支配的であることを意味している。 From the result of changing the annealing temperature and increasing the amount of movement of Pt, when the diffusion energy was derived experimentally, it was 1.6 eV, and a good correspondence with the above calculation result was obtained. This means that in the process of Pt segregation, the process of diffusing in the bulk of NiSi, in other words, in the crystal grains, is dominant.
このように、原理的には、PtはNiSi中を動きやすく、NiPtSi/Siの界面にPtSiが形成されやすいはずである。しかし、現実には、界面でのPtSi形成が妨げられている。以下、上記知見を基礎に、発明者らが完成させた本発明の実施の形態について具体的に説明する。 Thus, in principle, Pt should move easily in NiSi, and PtSi should be easily formed at the NiPtSi / Si interface. However, in reality, PtSi formation at the interface is hindered. The embodiments of the present invention completed by the inventors will be specifically described below based on the above knowledge.
(第1の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、n型MISFETを有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、半導体基板上にNiおよびPtを主成分とする金属膜を堆積し、第1の熱処理により、この金属膜を半導体基板と反応させて、ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成し、この金属半導体化合物層にAsを導入し、導入したAsを金属半導体化合物層と半導体基板との界面に拡散させることを特徴とする。なお、本実施の形態の半導体装置はn型MISFETである。
(First embodiment)
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device having an n-type MISFET, in which a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and the semiconductor A metal film composed mainly of Ni and Pt is deposited on the substrate, and the metal film is reacted with the semiconductor substrate by a first heat treatment to form a metal semiconductor compound layer on both sides of the gate electrode. As is introduced into the compound layer, and the introduced As is diffused in the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate. Note that the semiconductor device of the present embodiment is an n-type MISFET.
以下、半導体基板としてSi基板、金属半導体化合物層としてNiPtSi層を例に説明する。なお、本明細書中、NiおよびPtを主成分とする金属膜とは、金属膜中のNi、Ptそれぞれの原子割合が他の成分よりも多い金属膜である。以下、NiおよびPtを主成分とする金属膜をNiPt膜とも記述する。 Hereinafter, a Si substrate will be described as an example of a semiconductor substrate, and a NiPtSi layer will be described as an example of a metal semiconductor compound layer. In this specification, the metal film containing Ni and Pt as main components is a metal film in which the atomic ratios of Ni and Pt in the metal film are larger than those of other components. Hereinafter, a metal film containing Ni and Pt as main components is also referred to as a NiPt film.
また、ここではイオン注入によりAsをNiPtSi層に導入し、第2の熱処理によりAsを界面に拡散させる場合について説明する。 Here, a case will be described in which As is introduced into the NiPtSi layer by ion implantation and As is diffused into the interface by the second heat treatment.
図1は、本実施の形態の半導体装置の製造方法の概略図である。高濃度不純物層を形成する前のSi基板上にシリサイド層としてNiPtSi層を形成する。NiPtSi層の形成は、例えば、NiPt膜のスパッタ堆積と、アニールにより行われる。 FIG. 1 is a schematic view of a method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment. A NiPtSi layer is formed as a silicide layer on the Si substrate before the high concentration impurity layer is formed. The NiPtSi layer is formed by, for example, sputter deposition of a NiPt film and annealing.
次に、イオン注入によりAsをNiPtSi層に導入する(IAS)。シリサイド化の過程において不純物が含まれていないため、Ptと不純物の相互作用を除外した反応が起きる。これによりAsの場合では、前打ちよりも後打ちにて界面Pt濃度が高くなり、特にSi基板との界面で、Pt高濃度化が実現できる。したがって、NiPtSi層の熱安定性が向上する。 Next, As is introduced into the NiPtSi layer by ion implantation (IAS). Since no impurities are contained in the silicidation process, a reaction that excludes the interaction between Pt and impurities occurs. As a result, in the case of As, the Pt concentration at the interface is higher in the post-striking than in the pre-striking, and in particular, the Pt concentration can be increased at the interface with the Si substrate. Therefore, the thermal stability of the NiPtSi layer is improved.
また、NiPtSi層形成後にイオン注入とアニールを行うことで界面へのAs不純物偏析を生じさせる。以上により極浅接合で、かつ、界面抵抗の低い接合が得られる。 Further, As impurities are segregated at the interface by performing ion implantation and annealing after the NiPtSi layer is formed. As described above, an extremely shallow junction and a junction with low interface resistance can be obtained.
図7〜図11は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 7 to 11 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.
まず、例えば、B(ボロン)が1015atoms/cm3程度ドープされた面方位(100)面のp型のSi基板10に、Si酸化膜からなる素子分離領域12(STI:Shallow Trench Isolation)を形成する。
First, for example, an element isolation region 12 (STI: Shallow Trench Isolation) made of a Si oxide film is formed on a p-
次に、Si基板10上に、例えば、Si酸化膜で形成される、ゲート絶縁膜14をEOT(Effective Oxide Thickness)にして1nm程度形成する。そして、ゲート絶縁膜14上に、ゲート電極16となるポリシリコン膜を減圧化学的気相堆積(以下LP−CVDともいう)法によって100〜150nm程度堆積する。そして、リソグラフィー技術および反応性イオンエッチング(以下RIEともいう)等のエッチング技術により、ゲート絶縁膜14およびゲート電極16をゲート長が30nm程度となるようにパターン形成する。必要ならば、ここで1〜2nmのポスト酸化を行う。
Next, on the
次に、シリコン窒化膜をLP−CVD法によって例えば、約8nm程度堆積した後、RIE法によってエッチバックすることにより、シリコン窒化膜をゲート電極16の側面部にのみ残す。これにより、側壁絶縁膜18を形成する。以上により、図7に示す構造が形成される。
Next, after a silicon nitride film is deposited by, for example, about 8 nm by the LP-CVD method, the silicon nitride film is left only on the side surface portion of the
次に、図8に示すように、例えば、スパッタ法により、厚さ10nm程度のNiPt膜20をSi基板10上に形成する。すなわち、n型MISFETのソースおよびドレイン領域にNiPt膜が接するよう堆積する。
Next, as shown in FIG. 8, a
そして、その後、図9に示すように、第1の熱処理として、例えば、RTAにより、500℃、30秒程度のアニールを行い、NiPt膜20をSi基板10と反応させてシリサイド化して、厚さ20nm程度のNiPtSi層22を形成する。この時、ゲート電極16もシリサイド化され、いわゆるFUSI構造となる。その後、薬液により未反応の余剰のNiPt膜20を剥離する。このNiPtSi層22がn型MISFTのソース/ドレイン電極となる。
Then, as shown in FIG. 9, as the first heat treatment, annealing is performed at 500 ° C. for about 30 seconds, for example, by RTA, the
次に、図10に示すようにAsをイオン注入する。このAsは、NiPtSi層22中に導入されることになる。Asのイオン注入量は、例えば、1×1015〜1×1016cm−2である。
Next, As is ion-implanted as shown in FIG. This As will be introduced into the
その後、図11に示すように第2の熱処理として、例えば、RTAにより、550℃、30秒程度のアニールを行う。このアニールにより、AsをNiPtSi層22/Si基板10界面に偏析させて、As偏析層24が形成される。
After that, as shown in FIG. 11, as the second heat treatment, for example, annealing is performed at 550 ° C. for about 30 seconds by RTA. As a result of this annealing, As is segregated at the
この第2の熱処理の温度は、350℃以上550℃以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、As偏析層24の濃度が十分高くならない恐れがあるからである。また、この温度を上回ると、NiPtSi層22のNiがSi基板10中に異常拡散することにより、ジャンクションリークが増大する恐れがあるからである。
The temperature of the second heat treatment is desirably 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. This is because if it falls below this range, the concentration of the As
なお、Asイオン注入の条件は、イオン注入直後の飛程(Rp)がNiPtSi層中に入るように設定されることが望ましい。これによって、Asを効果的に偏析させ、As偏析層24の不純物濃度を一層高くするとともに、As偏析層24をより浅く形成することが可能となるからである。
The As ion implantation conditions are preferably set so that the range (Rp) immediately after the ion implantation is in the NiPtSi layer. As a result, As can be effectively segregated, the impurity concentration of the As
本実施の形態の半導体装置は、上述の半導体装置の製造方法により製造され、図11のようにSi基板10と、Si基板10中のチャネル領域29と、チャネル領域29上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成されたゲート電極16と、チャネル領域29の両側に形成され、NiPtSi層22からなるソース/ドレイン電極とを備えるn型MISFETである。
The semiconductor device according to the present embodiment is manufactured by the above-described method for manufacturing a semiconductor device. As shown in FIG. 11, the
そして、NiPtSi層22とSi基板10との界面において、NiPtSi層22の単一の結晶粒とSi基板10との境界部の最大Pt濃度が、この界面の平均Pt濃度よりも高いことを特徴とする。このため、NiPtSi層の熱安定性が向上する。
The maximum Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the
また、NiPtSi層22とSi基板10との界面にAs不純物層としてAs偏析層24が形成され、界面近傍にAs濃度のピークを有し、このピークの裾部のAs濃度がNiPtSi層22側でSi基板側よりも高いことを特徴とする。As偏析層24のAs濃度は、例えば、8×1019〜5×1020atoms/cm3である。後に詳述するように、このピークの裾部のAs分布により、NiPtSi層22の熱安定性がさらに向上する。
Further, an As
なお、ここではソース/ドレインの不純物層としてAs偏析層24のみがある場合について記載する。しかしながら、例えば、As偏析層24よりも低濃度のエクステンション拡散層を備えていてもかまわない。エクステンション拡散層を備えることで、MISFETの特性最適化、具体的には、ショートチャネル効果と動作電流との最適化等が容易になるという効果が得られる。
Here, a case where only the As
NiPtSi層22とSi基板10との界面に存在するPtは、熱安定性を高める観点からは、NiPtSi層22等の結晶粒内に存在することが必要である。しかしながら、結晶粒内に取り込まれなかったPtがNiPtSi層22の粒界等に存在していても構わない。
Pt present at the interface between the
図12は、本実施の形態と従来技術の製造方法で形成されたNiPtSi/Si界面付近のPt濃度の分布を示す図である。図12は、界面のNiPtSi層の単一の結晶粒とSi基板との境界部を評価した結果である。図12(a)が本実施の形態の不純物後打ちプロセス、図12(b)が従来技術の不純物前打ちプロセスによる。 FIG. 12 is a diagram showing a distribution of Pt concentration in the vicinity of the NiPtSi / Si interface formed by the present embodiment and the conventional manufacturing method. FIG. 12 shows the result of evaluating the boundary between the single crystal grain of the NiPtSi layer at the interface and the Si substrate. FIG. 12A shows the impurity post-treatment process of the present embodiment, and FIG. 12B shows the impurity pre-treatment process of the prior art.
ここでは、堆積するNiPt膜中のPt原子濃度を5%とし、シリサイド化の熱処理を500℃、30秒、Asのイオン注入量は1×1015cm−2としている。また、不純物後打ちプロセスのシリサイド後の熱処理は、550℃、30秒としている。 Here, the Pt atom concentration in the deposited NiPt film is 5%, the heat treatment for silicidation is 500 ° C. for 30 seconds, and the As ion implantation amount is 1 × 10 15 cm −2 . Further, the heat treatment after silicide in the impurity post-implantation process is 550 ° C. and 30 seconds.
なお、図12は、アトムプローブによって分析した結果である。本明細書において、NiPtSi/Siの界面位置と原子濃度は、アトムプローブ分析に基づき以下のように定義される。すなわち、Si濃度が、バルクのSi基板の濃度の75%となる領域を界面とする。これはProxigramと呼ばれる。その界面に対し法線ベクトルを描いて元素量を積分し、原子濃度とする。 FIG. 12 shows the result of analysis using an atom probe. In this specification, the interface position and atomic concentration of NiPtSi / Si are defined as follows based on the atom probe analysis. That is, the region where the Si concentration is 75% of the bulk Si substrate concentration is defined as the interface. This is called Proxigram. Draw a normal vector for the interface and integrate the element amount to obtain the atomic concentration.
図12では、この定義に基づき1次元化した濃度分布と界面位置が示されている。図12より明らかなように、従来技術では界面のNiPtSi層の単一の結晶粒とSi基板との境界部のPt濃度の最大値が約2.2%であるのに対し、本実施の形態では約4.0%と高くなっている。 FIG. 12 shows a one-dimensional concentration distribution and interface position based on this definition. As is clear from FIG. 12, in the prior art, the maximum value of the Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the NiPtSi layer at the interface and the Si substrate is about 2.2%. Then, it is high at about 4.0%.
図13は、図12と同じ試料につき、NiPtSi/Siの界面のPt濃度を比較した図である。図13(a)がPt濃度の測定結果を示す図、図13(b)が測定箇所の説明図である。図12と同様、測定はアトムプローブにより行っている。測定はNiPtSi/Siの界面を含む直径約100nm、高さ約20nmの円筒領域を対象とする。図13(a)には界面平均、境界部A、境界部BのPt濃度を示す。ここで、界面平均とは先の円筒領域全体のPt濃度を平均化した値である。図13(b)の細線破線の横長矩形が円筒領域全体に相当する部分の断面を模式的に示す。また、境界部Aとは、先の円筒領域内において直径約20nmの円筒領域でNiPtSi層の結晶粒界部とSi基板の境界のPt濃度を算出する場合に、最大Pt濃度を示す円筒領域を示している。図13(b)に境界部Aに相当する部分の断面を太線破線の矩形で模式的に示す。また、境界部Bとは、先の円筒領域内において直径約20nmの円筒領域でNiPtSi層の単一の結晶粒とSi基板の境界のPt濃度を算出する場合に、最大Pt濃度を示す円筒領域を示している。図13(b)に境界部Bに相当する部分の断面を太線破線の矩形で模式的に示す。 FIG. 13 is a diagram comparing the Pt concentration at the NiPtSi / Si interface for the same sample as FIG. FIG. 13A is a diagram showing the measurement result of the Pt concentration, and FIG. 13B is an explanatory diagram of the measurement location. As in FIG. 12, the measurement is performed with an atom probe. The measurement is performed on a cylindrical region having a diameter of about 100 nm and a height of about 20 nm including the NiPtSi / Si interface. FIG. 13A shows the interface average, the Pt concentration at the boundary A, and the boundary B. Here, the interface average is a value obtained by averaging the Pt concentration in the entire cylindrical region. A cross-section of a portion corresponding to the entire cylindrical region is schematically shown by a horizontally long rectangle indicated by a thin broken line in FIG. The boundary portion A is a cylindrical region having a maximum Pt concentration when calculating the Pt concentration at the boundary between the crystal grain boundary portion of the NiPtSi layer and the Si substrate in the cylindrical region having a diameter of about 20 nm in the previous cylindrical region. Show. FIG. 13B schematically shows a cross section of a portion corresponding to the boundary portion A with a bold broken line rectangle. The boundary B is a cylindrical region showing the maximum Pt concentration when calculating the Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the NiPtSi layer and the Si substrate in the cylindrical region having a diameter of about 20 nm in the previous cylindrical region. Is shown. FIG. 13B schematically shows a cross section of a portion corresponding to the boundary portion B with a bold broken line rectangle.
図13から明らかなように、従来技術の前打ちでは境界部BのPt濃度が、界面平均のPt濃度と等しい。これに対し、本実施の形態の後打ちでは、境界部BのPt濃度が、界面の平均Pt濃度よりも高くなっている。 As is clear from FIG. 13, in the prior art, the Pt concentration at the boundary B is equal to the average Pt concentration at the interface. On the other hand, in the post-working of the present embodiment, the Pt concentration at the boundary portion B is higher than the average Pt concentration at the interface.
ここで、境界部Bの領域の高濃度のPtは主に、NiPtSi層の結晶粒内またはNiPtSi層の結晶粒とSi基板に挟まれた領域に存在するシリサイド微結晶粒内に存在している。また、境界部Aにおいて境界部BよりもPt濃度が高くなるのは、NiPtSi層の結晶粒界部とSi基板に挟まれた領域の粒界に存在する、結晶粒に取り込まれていないPtとで構成されているためである。NiPtSi層の熱安定性に寄与するのはあくまで結晶粒内に存在するPtである。したがって、本実施の形態のように、界面に存在する結晶粒内のPt濃度が高くなることで、熱安定性が向上する。さらに、結晶粒内のPt濃度が、界面の平均Pt濃度よりも高くなるということは、添加したPtが効率よく結晶粒内に取り込まれ熱安定性に寄与することになる。この点からも本実施の形態のPt濃度分布は好ましい。 Here, high-concentration Pt in the region of the boundary B is mainly present in the crystal grains of the NiPtSi layer or in the silicide microcrystal grains existing in the region sandwiched between the crystal grains of the NiPtSi layer and the Si substrate. . In addition, the Pt concentration at the boundary portion A is higher than that at the boundary portion B because the Pt that is not taken into the crystal grains exists in the grain boundary portion of the NiPtSi layer and the grain boundary between the Si substrates. This is because it is composed of What contributes to the thermal stability of the NiPtSi layer is only Pt present in the crystal grains. Therefore, as in this embodiment, the thermal stability is improved by increasing the Pt concentration in the crystal grains present at the interface. Furthermore, the fact that the Pt concentration in the crystal grains is higher than the average Pt concentration at the interface means that the added Pt is efficiently taken into the crystal grains and contributes to thermal stability. Also from this point, the Pt concentration distribution of the present embodiment is preferable.
本実施の形態の製造方法において、界面のPt濃度が高くなる理由は、NiPtSi形成過程における不純物の影響を排除することによると考えられる。すなわち、シリサイド化の前にAsがSi基板中に存在すると、シリサイド化の過程でPtとAsは電荷移動によって、相互作用を与え、Ptの移動が妨げられる。n型不純物層上のNiPtSiでは、界面のPt濃度がp型不純物層上に比べて高くならないという問題も、この現象に起因すると考えられる。 In the manufacturing method of the present embodiment, the reason why the Pt concentration at the interface becomes high is considered to be due to eliminating the influence of impurities in the NiPtSi formation process. That is, if As is present in the Si substrate before silicidation, Pt and As interact with each other by charge transfer during the silicidation process, and the movement of Pt is hindered. In NiPtSi on the n-type impurity layer, the problem that the Pt concentration at the interface does not become higher than that on the p-type impurity layer is also considered to be caused by this phenomenon.
本実施の形態においては、不純物は、NiPtSi形成後に後打ちされるのでPtとAsの相互作用は極力除外されている。その結果、図12、図13にすでに示したように、本実施の形態の不純物後打ちプロセスではPtの界面での濃度が高くなる。特に、界面の結晶粒内でPt濃度が高まるのである。 In the present embodiment, the impurities are post-implanted after NiPtSi is formed, so that the interaction between Pt and As is excluded as much as possible. As a result, as already shown in FIG. 12 and FIG. 13, in the impurity post-implantation process of the present embodiment, the concentration at the Pt interface increases. In particular, the Pt concentration increases in the crystal grains at the interface.
図14は、本実施の形態の半導体装置のNiPtSi/Si界面の電圧−電流特性を測定した結果を示す図である。図中には比較のため、不純物後打ちプロセスのNiSi/Si界面の測定結果も示してある。本実施の形態のNiPtSi/Siの試料の作成条件は、図12、図13の場合と同様である。 FIG. 14 is a diagram showing the results of measuring the voltage-current characteristics at the NiPtSi / Si interface of the semiconductor device of the present embodiment. In the figure, for comparison, the measurement result of the NiSi / Si interface in the impurity post-implantation process is also shown. The preparation conditions for the NiPtSi / Si sample of the present embodiment are the same as those shown in FIGS.
図14より、NiPtSi/Siにて高い電流が得られていることがわかる。ここでサンプルの電流経路からすると、NiPtSi、NiSi自体の抵抗も電圧電流特性に含まれている。したがって、全体としての抵抗は界面抵抗だけでなくシリサイド膜自体の成分も含んでいるといえる。 FIG. 14 shows that a high current is obtained with NiPtSi / Si. Here, from the current path of the sample, the resistance of NiPtSi and NiSi itself is also included in the voltage-current characteristics. Therefore, it can be said that the overall resistance includes not only the interface resistance but also the component of the silicide film itself.
特に、順方向特性でもNiPtSi/Siの抵抗が低いことから、NiPtSiは膜自体の抵抗がNiSiよりも低いことを示している。NiSiは熱処理によってNiSi2などが形成されてしまい、高抵抗になっているといえる。 In particular, since the resistance of NiPtSi / Si is low even in the forward characteristics, NiPtSi indicates that the resistance of the film itself is lower than that of NiSi. It can be said that NiSi has a high resistance because NiSi 2 and the like are formed by heat treatment.
すなわち、この結果からもNiPtSiの熱安定性が示されていることになる。なお、それぞれのサンプルはAsイオン注入後のアニールが550℃の場合を示している。条件検討の際に、450℃の場合と、500℃の場合のものも準備したが、アニール温度が550℃のものが最も高い電流が得られた。 That is, this result also shows the thermal stability of NiPtSi. In addition, each sample has shown the case where annealing after As ion implantation is 550 degreeC. When the conditions were examined, the cases of 450 ° C. and 500 ° C. were also prepared, but the highest current was obtained when the annealing temperature was 550 ° C.
ただし、シリサイド膜厚とイオン注入された不純物濃度によって、アニール温度の最適条件が異なることもわかっている。また、アニール温度のみならず、アニール時間にも依存することがわかっている。これらの条件を最適化することにより、所望の構造と特性を得ることが可能である。 However, it is also known that the optimum conditions for the annealing temperature differ depending on the silicide film thickness and the ion-implanted impurity concentration. It has also been found that it depends not only on the annealing temperature but also on the annealing time. By optimizing these conditions, it is possible to obtain the desired structure and characteristics.
図15は、本実施の形態のNiPtSi/Si界面でのAs不純物分布を示す図である。本実施の形態の試料の作成条件は、図12、図13の場合と同様である。図15は、アトムプローブによる分析結果である。横軸には、シリサイド層/Si基板界面からの深さ、縦軸にはAsの原子濃度(%)を示す。 FIG. 15 is a diagram showing the As impurity distribution at the NiPtSi / Si interface according to the present embodiment. The sample preparation conditions of the present embodiment are the same as those in FIGS. FIG. 15 shows the results of analysis using an atom probe. The horizontal axis represents the depth from the silicide layer / Si substrate interface, and the vertical axis represents the atomic concentration (%) of As.
図から明らかなように、Asが界面付近にパイルアップしている。また、アトムプローブ分析のProxigramは界面粗さによる分布広がりを除外して評価しており、図から不純物が界面の深さ方向に対し±1nm以下の領域にAs濃度のピークを有することが分かる。また、このピークの半値幅が界面に対し±1nm以下の範囲にある。さらに、ピークの裾部のAs濃度がシリサイド側(図15中横軸で−6〜−1nmの範囲)でSi基板側(図15中横軸で1〜6nmの範囲)よりも高い。 As is apparent from the figure, As piles up near the interface. In addition, Proxigram of atom probe analysis is evaluated by excluding the distribution spread due to the interface roughness, and it can be seen from the figure that the impurity has an As concentration peak in a region of ± 1 nm or less with respect to the depth direction of the interface. Further, the half width of this peak is in the range of ± 1 nm or less with respect to the interface. Further, the As concentration at the bottom of the peak is higher on the silicide side (range from −6 to −1 nm on the horizontal axis in FIG. 15) than on the Si substrate side (range from 1 to 6 nm on the horizontal axis in FIG. 15).
ただし、図15では原理検証のための試料のため、Asイオン注入量を1×1015cm−2と低くしていたのでAs濃度は全体としてそれほど高くない。ここで堆積したNiPt膜中のPt濃度は5%であり、それほど高いとはいえない。それにも関わらず、PtをNiSiに添加することによるAs偏析効果は明瞭に現れている。 However, in FIG. 15, the As concentration is not so high as a whole because the As ion implantation amount was set to be as low as 1 × 10 15 cm −2 because of the sample for principle verification. The Pt concentration in the deposited NiPt film is 5%, which is not so high. Nevertheless, the As segregation effect by adding Pt to NiSi clearly appears.
このように、本実施の形態のNiPtSi層へのAs後打ちプロセスでは、イオン注入後の熱処理により不純物が界面まで拡散し、界面のSi側において安定点に自己整合的に収まり、極浅で高濃度のAs偏析層が形成される。 Thus, in the post-As process for the NiPtSi layer according to the present embodiment, the impurities diffuse to the interface by the heat treatment after the ion implantation, and are contained in a self-aligned manner at a stable point on the Si side of the interface. A concentration As segregation layer is formed.
以下、この原理を説明する。第一原理計算で、PtSi/SiとNiSi/Siの両者に対し、不純物のAsあるいはBを置換位置に入れ込んだ構造での全エネルギー計算を行った。 Hereinafter, this principle will be described. In the first-principles calculation, total energy was calculated for both PtSi / Si and NiSi / Si with a structure in which the impurity As or B was inserted at the substitution position.
図16は、第一原理計算による界面不純物挙動を説明する図である。図16は計算結果であり、縦軸にエネルギー、横軸にサイトの深さ方向位置を示している。エネルギーの基準をSiバルクにとっている。 FIG. 16 is a diagram for explaining the interfacial impurity behavior based on the first principle calculation. FIG. 16 shows calculation results, where the vertical axis indicates energy and the horizontal axis indicates the position in the depth direction of the site. The energy standard is Si bulk.
As、Bのいずれの場合も界面のSi側にエネルギーの極小がある。またシリサイド中では、PtSiの方が、NiSiよりも不純物にとってのエネルギーが高くなっていることが見て取れる。この結果より、特にAsの場合、界面にPtSiが形成されると、不純物を界面に偏析させる上で、不純物後打ちが有効であることが導かれる。 In both cases of As and B, there is a minimum of energy on the Si side of the interface. In addition, it can be seen that PtSi has higher energy for impurities than NiSi in silicide. From this result, in the case of As in particular, when PtSi is formed at the interface, it is derived that the post-impact of impurities is effective in segregating the impurities at the interface.
ここで、その理由を説明する。図17は、本実施の形態の不純物後打ちプロセスの原理を説明する図である。図17によると、PtSiはNiSiよりも不純物にとってポテンシャルエネルギーが高く感じられるので、不純物移動の際にはPtSiが拡散バリアとして振舞われる。 Here, the reason will be described. FIG. 17 is a diagram for explaining the principle of the impurity post-implantation process of the present embodiment. According to FIG. 17, since PtSi seems to have higher potential energy for impurities than NiSi, PtSi behaves as a diffusion barrier during impurity migration.
従来型の、いわゆる雪かき効果によるAs偏析では、シリサイド化の過程で、特にNi2SiやPt2Siの段階で不純物がシリサイド膜中に取り込まれてしまう。その後でモノシリサイド化するので、シリサイド膜に取り込まれたAsはPtSiの障壁のためにSi側へ移動できなくなる。 In the conventional As segregation by the so-called snow shoveling effect, impurities are taken into the silicide film during the silicidation process, particularly at the stage of Ni 2 Si or Pt 2 Si. After that, monosilicidation is performed, and As taken in the silicide film cannot move to the Si side due to the PtSi barrier.
一方、すでにシリサイド構造、すなわちNiSi/PtSi/Siが形成されている場合では、この構造に対して不純物の後打ちを行うと、不純物はシリサイド中の格子間位置に導入される。このため、熱処理によりAsはPtSiの障壁を容易に超えることができ、Si側の安定位置に自然に収まることになる。従って、不純物後打ちによって、NiPtSiではAs濃度が高くなるというのは理論的に導かれる帰結といえる。さらに、シリサイド内部からのAsの界面方向への拡散が促進されていることにより、ピークの裾部のAs濃度がNiPtSi層側でSi基板側よりも高くなる。 On the other hand, in the case where a silicide structure, that is, NiSi / PtSi / Si has already been formed, if the impurity is post-implanted to this structure, the impurity is introduced into an interstitial position in the silicide. For this reason, As can easily exceed the PtSi barrier by heat treatment, and As will naturally fit in a stable position on the Si side. Therefore, it can be said that the increase in As concentration in NiPtSi due to post-impurity strikes is theoretically derived. Furthermore, as the diffusion of As from the inside of the silicide toward the interface is promoted, the As concentration at the bottom of the peak is higher on the NiPtSi layer side than on the Si substrate side.
このように、本実施の形態によれば、Asを不純物として用いた場合に、NiPtSi層/Si基板界面付近の不純物濃度を高くでき、この結果ショットキー障壁高さ(SBH)を実効的に低下させることができる。さらに、ピークの裾部のAs濃度がNiPtSi層側でSi基板側よりも高くなる。このようにAsが高濃度にNiPtSi層側に存在することで、NiPtSi層内のSiと未結合のPtがAsと結合し安定する。そして、Si基板側へのPtの脱離を防止する。このため、NiPtSi層のPt濃度が維持される。その結果、NiPtSi層のNi拡散抑制効果が高まる。特に、Asのイオン注入による後打ちで、NiPtSi層が一部アモルファス化してしまい、Siと未結合のPtが多くなる場合にこの効果は顕著である。したがって、NiPtSi層の熱安定性がさらに向上する。以上のように、このプロセスが、n型MISFETの界面抵抗(Rc)の低抵抗化実現および熱安定性向上のために極めて有効といえる。 Thus, according to this embodiment, when As is used as an impurity, the impurity concentration in the vicinity of the NiPtSi layer / Si substrate interface can be increased, and as a result, the Schottky barrier height (SBH) is effectively reduced. Can be made. Further, the As concentration at the bottom of the peak is higher on the NiPtSi layer side than on the Si substrate side. Since As is present at a high concentration on the NiPtSi layer side, Si and unbonded Pt in the NiPtSi layer are combined with As and stabilized. Then, desorption of Pt to the Si substrate side is prevented. For this reason, the Pt concentration of the NiPtSi layer is maintained. As a result, the Ni diffusion suppressing effect of the NiPtSi layer is enhanced. In particular, this effect is remarkable when the NiPtSi layer is partially amorphized by post-strike by As ion implantation and Pt which is not bonded to Si increases. Therefore, the thermal stability of the NiPtSi layer is further improved. As described above, it can be said that this process is extremely effective for realizing low resistance of the interface resistance (Rc) of n-type MISFET and improving thermal stability.
なお、Ni膜に含有するPt量は、原子濃度で、5%以上10%以下であることが望ましい。なぜなら、この範囲を下回ると、Niの異常拡散の抑制効果が低下し始めるからである。また、この範囲を上回ると、高価なPtの使用による製造コストの増大が懸念されるからである。 The amount of Pt contained in the Ni film is preferably 5% or more and 10% or less in terms of atomic concentration. This is because the effect of suppressing the abnormal diffusion of Ni starts to fall below this range. Moreover, if it exceeds this range, there is a concern about an increase in manufacturing cost due to the use of expensive Pt.
また、本実施の形態によれば、NiPtSiの膜中の平均Pt濃度よりも界面でのPt濃度が高まる。したがって、元々のNi膜に含有させるPt濃度が10%であったとしても界面のPt濃度はそれよりも高まることになり、Ptの特性を十分活用することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the Pt concentration at the interface is higher than the average Pt concentration in the NiPtSi film. Therefore, even if the Pt concentration contained in the original Ni film is 10%, the Pt concentration at the interface is higher than that, and the characteristics of Pt can be fully utilized.
以上のように、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、熱安定性に優れ、低抵抗なソース/ドレイン電極と、極浅の不純物層を有するn型MISFETが実現される。そして、本実施の形態の半導体装置であるn型MISFETは、熱安定性にすぐれ、寄生抵抗が低減され極浅の不純物層を有することで高いトランジスタ特性を実現する。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, an n-type MISFET having a source / drain electrode with excellent thermal stability and low resistance and an extremely shallow impurity layer is realized. The n-type MISFET, which is the semiconductor device of the present embodiment, is excellent in thermal stability, reduces parasitic resistance, and has a very shallow impurity layer, thereby realizing high transistor characteristics.
(第2の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、半導体基板上にNiからなる第1の金属膜を堆積し、第1の金属膜上にNiおよびPtを主成分とする第2の金属膜を堆積し、熱処理により、第1および第2の金属膜を半導体基板と反応させて、ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成することを特徴とする。なお、本実施の形態の半導体装置はn型MISFETである。
(Second Embodiment)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, a gate electrode is formed on the gate insulating film, a first metal film made of Ni is deposited on the semiconductor substrate, A second metal film containing Ni and Pt as main components is deposited on the first metal film, and the first and second metal films are reacted with the semiconductor substrate by heat treatment, and a metal semiconductor is formed on both sides of the gate electrode. A compound layer is formed. Note that the semiconductor device of the present embodiment is an n-type MISFET.
以下、半導体基板としてSi基板、金属半導体化合物層としてNiPtSi層を例に説明する。また、ここではNiPtSi層形成後に、イオン注入によりAsをNiPtSi層に導入し、その後の熱処理により界面に拡散させる場合について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態において、シリサイド形成のために堆積する金属膜が、NiとNiPtの積層膜となる点が異なっている。なお、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。 Hereinafter, a Si substrate will be described as an example of a semiconductor substrate, and a NiPtSi layer will be described as an example of a metal semiconductor compound layer. Here, a case will be described in which As is introduced into the NiPtSi layer by ion implantation after the NiPtSi layer is formed and diffused to the interface by subsequent heat treatment. The semiconductor device manufacturing method of the present embodiment is different from the first embodiment in that the metal film deposited for silicide formation is a stacked film of Ni and NiPt. In addition, description is abbreviate | omitted about the content which overlaps with 1st Embodiment.
図18は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法について、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 18 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
第1の実施の形態の図7と同様に、ゲート電極16の側面部に側壁絶縁膜18を有する構造を形成する。その後、図18に示すように、例えば、スパッタ法により、厚さ3nm程度のNi膜26をSi基板10上に形成する。次に、厚さ7nm程度のNiPt膜28をNi膜26上に形成する。すなわち、n型MISFETのソース/ドレイン領域にNiとNiPtの積層膜が接するよう堆積する。
Similar to FIG. 7 of the first embodiment, a structure having a
その後、第1の実施の形態と同様に、熱処理によりNiPtSi層22を形成した後、Asのイオン注入と、熱処理によるAsの拡散でAs偏析層24を形成する。このようにして、図11に示すと同様なn型MISFETが形成される。
After that, as in the first embodiment, after the
もっとも、本実施の形態によれば、堆積する金属膜をNiとNiPtの積層膜とすることにより、NiPtSi層22のSi基板10との界面におけるPt濃度を、さらに高くすることが可能となる。したがって、NiPtSi層22の熱安定性がさらに向上する。
However, according to the present embodiment, the deposited Pt concentration at the interface between the
界面のPt濃度が第1の実施の形態に比較して高くなる理由を以下に説明する。第1の実施の形態のNiPtSi層の形成では、NiPt膜をSi基板上に堆積した後、熱処理によってシリサイド化し、NiPtSi層を作る。 The reason why the Pt concentration at the interface is higher than that in the first embodiment will be described below. In the formation of the NiPtSi layer according to the first embodiment, a NiPt film is deposited on a Si substrate and then silicided by heat treatment to form a NiPtSi layer.
ここで反応過程を時系列で考えると、Pt2SiとNi2Siは生成温度が200℃程度でほぼ等しく、最初の反応でSiとNiおよびPtがそれぞれシリサイド化してしまう。ただし、この時点ではモノシリサイドではなくダイプラチナシリサイドあるいはダイニッケルシリサイドである。 Considering the reaction process in time series, the production temperatures of Pt 2 Si and Ni 2 Si are approximately equal at about 200 ° C., and Si, Ni, and Pt are silicidized in the first reaction. However, at this point, it is not monosilicide but diplatinum silicide or dienickel silicide.
次に、熱処理温度および時間が増加すると、モノシリサイドが形成されることになるが、PtSiの生成温度が300℃とNiSiよりも低いので先にPtSiが形成されることになる。このPtSiは一度形成されると、凝集エネルギーの高さのため、結合は容易に崩すことが困難であり、膜中の特定の場所にとどまったままとなる。 Next, when the heat treatment temperature and time are increased, monosilicide is formed, but PtSi is formed first because the production temperature of PtSi is 300 ° C., which is lower than NiSi. Once this PtSi is formed, it is difficult to break the bond easily due to the high cohesive energy, and it remains at a specific location in the film.
この反応初期に形成されたPtSiが、図2においてNiPtSi層の中央付近に存在するPt濃度ピークに対応する。したがって、PtSiの界面での高濃度化を妨げる根本原因はPtの初期反応であるといえる。 The PtSi formed at the initial stage of the reaction corresponds to the Pt concentration peak existing near the center of the NiPtSi layer in FIG. Therefore, it can be said that the root cause that prevents the high concentration at the interface of PtSi is the initial reaction of Pt.
先に記載したように、基本的にPtはNiSi中を動きやすく、かつ、界面に安定に存在しうる。したがって、NiPtSi層中央部のPt濃度を抑制し、界面のPt濃度を上げるためには、Ptの初期反応を抑制し、Ptの固定化を防ぐことが重要である。 As described above, Pt basically moves easily in NiSi and can exist stably at the interface. Therefore, in order to suppress the Pt concentration in the central portion of the NiPtSi layer and increase the Pt concentration at the interface, it is important to suppress the initial reaction of Pt and prevent Pt immobilization.
図19は、本実施の形態の製造方法のNi/NiPt積層膜堆積法を説明する図である。図に示すように、下層のNi膜を先に反応させてNi2Siを形成し、界面におけるPt2Siの生成を抑制する。その後、NiPt膜中からPtが界面側に拡散して、PtSiを形成する。 FIG. 19 is a diagram for explaining the Ni / NiPt laminated film deposition method of the manufacturing method of the present embodiment. As shown in the figure, the Ni film in the lower layer is reacted first to form Ni 2 Si, and the generation of Pt 2 Si at the interface is suppressed. Thereafter, Pt diffuses from the NiPt film to the interface side to form PtSi.
このように、Ni膜を先に堆積することにより、Ptの初期反応を抑制し、Ptの固定化が防止される。したがって、NiPtSi層とSi基板との界面のPt濃度を一層高くすることが可能となる。 Thus, by depositing the Ni film first, the initial reaction of Pt is suppressed, and the Pt immobilization is prevented. Therefore, the Pt concentration at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate can be further increased.
なお、ここではn型MISFETを例に説明したが、例えば、不純物をAsからBにかえてp型MISFETにこの技術を適用することも有用である。特に、p型MISFETでは、NiPtSi層とSi基板との界面のPt濃度を高くすることで、正孔に対するショットキー障壁高さが低くなるため一層の接触抵抗低減効果が得られるという利点がある。 Here, the n-type MISFET has been described as an example. However, for example, it is also useful to apply this technique to a p-type MISFET by changing the impurity from As to B. In particular, the p-type MISFET has an advantage that a higher contact resistance reduction effect can be obtained by increasing the Pt concentration at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate to reduce the height of the Schottky barrier against holes.
(第3の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第2の実施の形態の製造方法を、不純物後打ちプロセスではなく、不純物前打ちプロセスに適用する形態である。
(Third embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment is a mode in which the manufacturing method of the second embodiment is applied not to the impurity post-treatment process but to the impurity pre-treatment process.
以下、半導体基板としてSi基板、金属半導体化合物層としてNiPtSi層を例に説明する。ここではNiPtSi層を形成するための金属膜堆積前に、イオン注入によりAs不純物を導入する。 Hereinafter, a Si substrate will be described as an example of a semiconductor substrate, and a NiPtSi layer will be described as an example of a metal semiconductor compound layer. Here, an As impurity is introduced by ion implantation before deposition of the metal film for forming the NiPtSi layer.
図20〜22は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法について、第1、第2の実施の形態と異なる点を中心に説明する。 20 to 22 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described focusing on differences from the first and second embodiments.
第1の実施の形態の図7と同様に、ゲート電極16の側面部に側壁絶縁膜18を有する構造を形成する。次に、図20に示すように、Asをイオン注入し、活性化熱処理を加え、n型不純物層30をチャネル領域の両側に形成する。
Similar to FIG. 7 of the first embodiment, a structure having a
その後、図21に示すように、例えば、スパッタ法により、厚さ3nm程度のNi膜26をSi基板10上に形成する。次に、厚さ7nm程度のNiPt膜28をNi膜26上に形成する。すなわち、n型MISFETのソース/ドレイン領域にNiとNiPtの積層膜が接するよう堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 21, a
その後、第1の実施の形態と同様に、熱処理によりNiPtSi層22を形成する。この時、いわゆる雪かき効果により、As偏析層24が形成される。このようにして、図22に示すn型MISFETが形成される。
Thereafter, similarly to the first embodiment, the
本実施の形態によれば、第1の実施の形態で説明した、Asを後打ちすることによる界面のPt濃度向上効果は得られない。しかしながら、従来のNi膜を介在させないプロセスと比較すれば、NiPtSi層とSi基板との界面のPt濃度を高くすることが可能である。したがって、NiPtSi層の熱安定性が向上する。よって、熱安定性に優れたn型MISFETを実現することが可能となる。 According to the present embodiment, it is not possible to obtain the effect of improving the Pt concentration at the interface by post-stripping As as described in the first embodiment. However, it is possible to increase the Pt concentration at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate as compared with the conventional process in which no Ni film is interposed. Therefore, the thermal stability of the NiPtSi layer is improved. Therefore, an n-type MISFET having excellent thermal stability can be realized.
また、p型MISFETにこの技術を適用することが有用である点については、第2の実施の形態と同様である。 Further, it is the same as the second embodiment that it is useful to apply this technique to the p-type MISFET.
(第4の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態の製造方法が、Asを金属半導体化合物層中にイオン注入で導入するのに対し、Asを金属半導体化合物層中に固相拡散により導入する点で異なっている。以下、半導体基板としてSi基板、金属半導体化合物層としてNiPtSi層、Asを含有する固相膜として、Asを含有するSi酸化物であるAsSG膜(As Silicate Glass)を例に説明する。以下、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Fourth embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is different from the manufacturing method of the first embodiment in that As is introduced into the metal semiconductor compound layer by ion implantation, while As is solid-phased in the metal semiconductor compound layer. It differs in that it is introduced by diffusion. Hereinafter, an Si substrate as a semiconductor substrate, a NiPtSi layer as a metal semiconductor compound layer, and an AsSG film (As Silicate Glass) that is an Si oxide containing As will be described as an example of a solid phase film containing As. Hereinafter, the description overlapping with the first embodiment is omitted.
本実施の形態ではNiPtSi層形成後に、NiPtSi層上にAsSG膜を堆積し、第2の熱処理により、AsSG膜からNiPtSi層にAsを導入し、かつ、AsをNiPtSi層とSi基板の界面に拡散させることを特徴とする。 In this embodiment, after the NiPtSi layer is formed, an AsSG film is deposited on the NiPtSi layer, As is introduced from the AsSG film into the NiPtSi layer by the second heat treatment, and As is diffused at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate. It is characterized by making it.
図23、図24は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法について、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。 23 and 24 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図9に示すように、NiPt膜20をSi基板10と反応させてシリサイド化して、厚さ20nm程度のNiPtSi層22を形成するまでは第1の実施の形態と同様である。次に、図23に示すように、AsSG膜32を堆積する。
As shown in FIG. 9, the
AsSG膜32の形成は、例えば、適当な溶媒にAsSGを溶解させたものを半導体上に塗布し、その後スピンコートにより膜厚を制御する。その後、熱処理により溶媒を揮発させAsSG膜32とする。
The
次に、図24に示すように、第2の熱処理として、例えば、100℃以上550℃以下の熱処理を行う。この熱処理により、AsSG膜32からAsをNiPtSi層22の結晶粒内あるいは結晶粒界を通して拡散させる。そして、AsをNiPtSi層22/Si基板10界面に偏析させて、As偏析層24が形成される。
Next, as shown in FIG. 24, as the second heat treatment, for example, a heat treatment at 100 ° C. to 550 ° C. is performed. By this heat treatment, As is diffused from the
なお、この第2の熱処理の処理温度に関しては、シリサイド化を行う第1の熱処理の処理温度よりも低温であることが望ましい。NiPtSi層22の表面側の組成変化により電極自体の抵抗が増大するのを抑制するためである。
Note that the processing temperature of the second heat treatment is preferably lower than the processing temperature of the first heat treatment for silicidation. This is to prevent the resistance of the electrode itself from increasing due to the composition change on the surface side of the
ここで、NiPtSi層上にAsSG膜を堆積させた後、熱処理によりAs元素をNiPtSi膜中に拡散させる際、NiPtSi層の結晶性の違いにより、Asが不均一に拡散する可能性がある。例えば、Si(100)基板上のNiPtSi膜は一般に多結晶であるため、結晶粒界が存在する。As元素の拡散はこの結晶粒界で優先的に起きてしまうことが考えられる。 Here, after the AsSG film is deposited on the NiPtSi layer, when the As element is diffused into the NiPtSi film by heat treatment, As may diffuse unevenly due to the difference in crystallinity of the NiPtSi layer. For example, since a NiPtSi film on a Si (100) substrate is generally polycrystalline, a crystal grain boundary exists. It is conceivable that the diffusion of As element preferentially occurs at this crystal grain boundary.
しかし、NiPtSi膜ではPt濃度に依存して結晶粒の大きさを変化させることが可能であり、むしろ粒界での拡散を増長させることでNiPtSi/Si界面でのAs濃度を高めることも可能である。従って、本実施の形態の製造方法でも、基本的には第1の実施の形態の不純物後打ちプロセスと同様の効果が発生する。 However, in the NiPtSi film, the size of the crystal grains can be changed depending on the Pt concentration. Rather, the As concentration at the NiPtSi / Si interface can be increased by increasing the diffusion at the grain boundary. is there. Therefore, the manufacturing method of the present embodiment basically has the same effect as the impurity post-implantation process of the first embodiment.
さらに、本実施の形態によれば、NiPtSi層22中にAsを導入する際に、イオン注入のように、NiPtSi層22をアモルファス化する恐れがない。したがって、アモルファス化したNiPtSi層22が再シリサイド化する際に、Asが結晶中に取り込まれる恐れもない。よって、界面へのAsの偏析が促進されるという利点もある。
Furthermore, according to the present embodiment, when As is introduced into the
なお、ここではAsSG膜を固相膜の例として選んだが、他の半導体系材料あるいはその酸化物でも構わない。不純物としてAsを含みつつ、さらにNiPtSi層中へAs以外が拡散しない材料を選択することが重要である。 Here, the AsSG film is selected as an example of the solid phase film, but other semiconductor materials or oxides thereof may be used. It is important to select a material that contains As as an impurity but does not diffuse other than As into the NiPtSi layer.
(第5の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置は、第1の実施の形態のn型MISFETと、さらにp型MISFETを備えるCMIS構造の半導体装置の製造方法および半導体装置である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Fifth embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment is a method and a semiconductor device manufacturing method of a semiconductor device having a CMIS structure including the n-type MISFET and the p-type MISFET of the first embodiment. Accordingly, the description overlapping with the first embodiment is omitted.
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。図25〜図30は本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. 25 to 30 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.
まず、p型のSi基板10に、素子分離領域12を形成する。この素子分離領域12は、n型MISFETが形成される第1の半導体領域50と、p型MISFETが形成される第2の半導体領域60との境界部に形成される。その後、p型ウェル52およびn型ウェル62を不純物のイオン注入により形成する。
First, the
そして、半導体領域50、60上にゲート絶縁膜14を形成する。さらに、ゲート絶縁膜14上に、ゲート電極16となるポリシリコン膜を堆積する。そして、リソグラフィー技術およびRIE等のエッチング技術により、ゲート絶縁膜14およびゲート電極16をパターン形成する。
Then, the
次に、シリコン窒化膜を堆積した後、RIE法によってエッチバックすることにより、シリコン窒化膜をゲート電極16の側面部にのみ残す。これにより、側壁絶縁膜18を形成する。以上のようにして、図25に示す構造が形成される。
Next, after depositing a silicon nitride film, the silicon nitride film is left only on the side surface of the
次に、図26に示すように、NiPt膜20をSi基板10上に形成する。すなわち、n型MISFETおよびp型MISFETのソース/ドレイン領域にNiPt膜20が接するよう堆積する。
Next, as shown in FIG. 26, a
そして、その後、図27に示すように、第1の熱処理を行い、NiPt膜20をSi基板10と反応させてシリサイド化して、NiPtSi層22を形成する。この時、ゲート電極16もシリサイド化されいわゆるFUSI構造となる。その後、薬液により未反応の余剰のNiPt膜20を剥離する。このNiPtSi層22がn型MISFTおよびp型MISFTのソース/ドレイン電極となる。
Then, as shown in FIG. 27, a first heat treatment is performed, and the
次に、図28に示すように、ゲート電極16、側壁絶縁膜18およびレジスト(図示せず)をマスクに、Bを、イオン注入により第2の半導体領域60のNiPtSi層22中に選択的に導入する。
Next, as shown in FIG. 28, B is selectively implanted into the
次に、図29に示すように、ゲート電極16、側壁絶縁膜18およびレジスト(図示せず)をマスクに、Asを、イオン注入により第1の半導体領域50のNiPtSi層22中に選択的に導入する。
Next, as shown in FIG. 29, As is selectively implanted into the
その後、図30に示すように第2の熱処理として、例えば、RTAにより、550℃、30秒程度のアニールを行う。このアニールにより、B不純物およびAs不純物をNiPtSi層22/Si基板10界面に偏析させて、B偏析層34およびAs偏析層24が形成される。このようにして、CMIS構造の半導体装置が形成される。
Then, as shown in FIG. 30, as the second heat treatment, for example, annealing is performed at 550 ° C. for about 30 seconds by RTA. By this annealing, B impurities and As impurities are segregated at the
なお、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、n型MISFETおよびp型MISFETの双方について、熱安定性に優れ、低抵抗なソース/ドレイン電極と、極浅の不純物層を有するCMIS構造の半導体装置が実現される。そして、本実施の形態のCMIS構造の半導体装置においては、n型MISFETおよびp型MISFETの双方について熱安定性にすぐれ、寄生抵抗が低減され極浅の不純物層を有することで高いトランジスタ特性が実現される。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, both n-type MISFET and p-type MISFET have excellent thermal stability, low resistance source / drain electrodes, and CMIS having an extremely shallow impurity layer. A semiconductor device having a structure is realized. In the semiconductor device having the CMIS structure of the present embodiment, both the n-type MISFET and the p-type MISFET are excellent in thermal stability, and the parasitic resistance is reduced and the transistor characteristics are high by realizing the extremely shallow impurity layer. Is done.
特に、p型MISFETについては、NiPtSi層とSi基板との界面のPt濃度があがることによるショットキー障壁高さの低下による界面抵抗の低抵抗化が実現できる。 In particular, for the p-type MISFET, it is possible to reduce the interface resistance by reducing the Schottky barrier height due to the increase in the Pt concentration at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate.
なお、p型MISFETに、イオン注入によりBを導入する際、BF2をイオン注入しても構わない。BF2のイオン注入によれば、Bに比べ飛程(Rp)を小さくすることが可能である。すなわち、Bの場合と同じ加速電圧でも、イオン注入された際の分布ピークがシリサイド中に収まりやすくなり、Bの場合に比べてイオン注入条件の最適化が容易になる。また、より薄いシリサイド層へのB導入が容易になるという効果が得られる。 Note that when B is introduced into the p-type MISFET by ion implantation, BF 2 may be ion-implanted. According to the ion implantation of BF 2, the range (Rp) can be made smaller than B. That is, even with the same acceleration voltage as in the case of B, the distribution peak at the time of ion implantation is easily contained in the silicide, and the ion implantation conditions can be optimized more easily than in the case of B. Further, the effect of facilitating introduction of B into a thinner silicide layer can be obtained.
(第6の実施の形態)
本実施の形態は、CMIS構造の半導体装置の製造方法および半導体装置において、p型MISFETに導入する不純物をBではなく、Mgとすること以外は第5の実施の形態と同様である。
(Sixth embodiment)
This embodiment is the same as the fifth embodiment except that the impurity introduced into the p-type MISFET is not B but Mg in the method for manufacturing a semiconductor device having a CMIS structure and the semiconductor device.
本実施の形態によれば、第5の実施の形態に比較して、一層p型MISFETの界面抵抗を低減することが可能となる。 According to the present embodiment, it is possible to further reduce the interface resistance of the p-type MISFET as compared with the fifth embodiment.
本実施の形態によれば、Bの代わりにMgによる不純物偏析層が形成される。Mgの不純物偏析層は、p型MISFETのNiPtSi層/Si基板界面のショットキー障壁高さを低減させ、界面抵抗を低くする上で極めて有効である。これは、Bの場合以上に、Mgを不純物とする不純物偏析層とした場合に、界面での電気双極子(ダイポール)の影響が強くなり、ショットキー障壁高さが低下するからである。 According to the present embodiment, an impurity segregation layer made of Mg is formed instead of B. The Mg impurity segregation layer is extremely effective in reducing the Schottky barrier height at the NiPtSi layer / Si substrate interface of the p-type MISFET and lowering the interface resistance. This is because when the impurity segregation layer containing Mg as an impurity is used more than in the case of B, the influence of an electric dipole (dipole) at the interface becomes stronger and the Schottky barrier height decreases.
なお、本実施の形態において、Mg単独でなく、Bとあわせて不純物偏析層を形成しても良い。MgのSiに対する固溶限がBに比べて低いため、Mg単独で不純物偏析層を形成した場合には、不純物濃度の不足によりショットキー障壁高さが十分に下がらない恐れがあるためである。 In the present embodiment, an impurity segregation layer may be formed together with B instead of Mg alone. This is because the solid solubility limit of Mg with respect to Si is lower than that of B, and therefore, when an impurity segregation layer is formed of Mg alone, the Schottky barrier height may not be sufficiently lowered due to insufficient impurity concentration.
また、MgにかえてCaやBaを適用してもMgと同様の効果が得られる。 Further, even if Ca or Ba is applied instead of Mg, the same effect as Mg can be obtained.
(第7の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法および半導体装置は、半導体装置を構成するn型MISFETおよびp型MISFETが、Fin型MISFETであること以外は第5の実施の形態と同様である。したがって、第5の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
(Seventh embodiment)
The semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device of the present embodiment are the same as those of the fifth embodiment except that the n-type MISFET and the p-type MISFET constituting the semiconductor device are Fin-type MISFETs. Therefore, the description overlapping with that of the fifth embodiment is omitted.
図31は、本実施の形態の半導体装置の斜視図である。図31に示すように、本実施の形態の半導体装置は、例えば、シリコンの半導体基板上に、Fin型のn型MISFET70と、Fin型のp型MISFET80を有している。
FIG. 31 is a perspective view of the semiconductor device of the present embodiment. As shown in FIG. 31, the semiconductor device of the present embodiment includes, for example, a Fin-type n-
n型MISFET70は、第1のチャネル領域72の両側に、NiPtSi層22からなるソース/ドレイン電極と、NiPtSi層22と基板との間に形成されたAs偏析層24を有している。
The n-
また、p型MISFET80は、第2のチャネル領域82の両側に、NiPtSi層22からなるソース/ドレイン電極と、NiPtSi層22と基板との間に形成されたB偏析層34を有している。
The p-
そして、n型MISFET70、p型MISFET80のチャネル領域72、82は、Si基板10に垂直なFin形状をしており、相対する2つの主面を有している。そして、この2つの主面上に、それぞれ、ゲート絶縁膜(図示せず)が形成されている。そのゲート絶縁膜上に、ゲート電極16が形成されている。このように、第7の実施の形態のMISFETは、いわゆるダブルゲート構造を有するFin型MISFETである。
The
本実施の形態の半導体装置の製造方法においては、公知のFin型MISFETの製造方法が適用される。そして、その中で、第5の実施の形態と同様の方法により、NiPtSi層22、B偏析層34、およびAs偏析層24が形成される。
In the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, a known Fin type MISFET manufacturing method is applied. Among them, the
Fin型MISFETは、ゲートの支配力が非常に強いため、ドレイン電界によるソース端でのバリア低下(Drain Induced Barrier Lowering)を抑えることができ、短チャネル効果に強いという特徴を持っている。よって、本実施の形態の半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、第5の実施の形態の効果に加え、短チャネル効果を抑制するという効果を得ることが可能となる。 The Fin-type MISFET has a characteristic that it has a strong resistance to a short channel because it has a very strong gate dominance and can suppress a drop in the barrier at the source end due to the drain electric field (Drain Induced Barrier Lowering). Therefore, according to the semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to obtain the effect of suppressing the short channel effect in addition to the effect of the fifth embodiment.
(第8の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にNiおよびPtを主成分とする金属膜を堆積し、第1の熱処理により、金属膜を半導体基板と反応させて、金属半導体化合物層を形成し、金属半導体化合物層にAsを導入し、Asを金属半導体化合物層と半導体基板との界面に拡散させ、金属半導体化合物層上に金属電極を形成することを特徴とする。
(Eighth embodiment)
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a metal film containing Ni and Pt as main components is deposited on a semiconductor substrate, and the metal film is reacted with the semiconductor substrate by a first heat treatment. And As is introduced into the metal semiconductor compound layer, As is diffused into the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate, and a metal electrode is formed on the metal semiconductor compound layer.
本実施の形態は、第1の実施の形態を、配線層から半導体基板または半導体基板中に形成された不純物層への導通をとるための金属のコンタクト電極構造に応用する形態である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。 In this embodiment, the first embodiment is applied to a metal contact electrode structure for establishing conduction from a wiring layer to a semiconductor substrate or an impurity layer formed in the semiconductor substrate. Accordingly, the description overlapping with the first embodiment is omitted.
以下、半導体基板としてSi基板、金属半導体化合物層としてNiPtSi層を例に説明する。また、ここではイオン注入によりAsをNiPtSi層に導入し、Asを第2の熱処理により界面に拡散させる場合について説明する。 Hereinafter, a Si substrate will be described as an example of a semiconductor substrate, and a NiPtSi layer will be described as an example of a metal semiconductor compound layer. Here, a case where As is introduced into the NiPtSi layer by ion implantation and As is diffused to the interface by the second heat treatment will be described.
図32〜図36は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。まず、図32に示すように、p型のSi基板10に、Si酸化膜からなる素子分離領域12を形成する。次に、例えば、スパッタ法により、厚さ10nm程度のNiPt膜20をSi基板10上に堆積する。
32 to 36 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. First, as shown in FIG. 32, an
その後、図33に示すように、第1の熱処理として、例えば、RTAにより、500℃、30秒程度のアニールを行い、NiPt膜20をSi基板10と反応させてシリサイド化して、厚さ20nm程度のNiPtSi層22を形成する。その後、薬液により未反応の余剰のNiPt膜20を剥離する。
Thereafter, as shown in FIG. 33, as the first heat treatment, for example, annealing is performed at 500 ° C. for about 30 seconds by RTA, and the
次に、図34に示すようにAsをイオン注入する。このAsは、NiPtSi層22中に導入される。
Next, As is ion-implanted as shown in FIG. This As is introduced into the
その後、図35に示すように第2の熱処理として、例えば、RTAにより、550℃、30秒程度のアニールを行う。このアニールにより、AsをNiPtSi層22/Si基板10の界面に偏析させて、As偏析層24が形成される。
Then, as shown in FIG. 35, as the second heat treatment, for example, annealing is performed at 550 ° C. for about 30 seconds by RTA. By this annealing, As is segregated at the interface of the
次に、図36に示すように、Si基板10上に、例えば、CVD法によりSi酸化物の層間絶縁膜90を堆積する。その後、公知のリソグラフィー法および反応性イオンエッチング(以下RIEともいう)等のエッチング技術により、コンタクトホールを開孔する。
Next, as shown in FIG. 36, an Si oxide
その後、コンタクトホール内に、例えば、CVD法により、TiNのバリアメタルとWのからなるコンタクト電極92を形成する。その後、コンタクト電極92上に、例えばCuの配線層94を形成する。
Thereafter, a
図36に示す本実施の形態の半導体装置は、Si基板10と、Si基板10上の、NiPtSi層20と、このNiPtSi層20上のコンタクト電極92とを備えている。そして、第1の実施の形態と同様に、NiPtSi層20とSi基板10との界面から深さ方向で1nm以内の金属半導体化合物層内の領域において、この領域の結晶粒内のPt濃度が、この領域の平均Pt濃度よりも高くなっている。
The semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 36 includes a
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、NiPtSi層20とSi基板10との界面のPt濃度の高い熱安定性に優れたコンタクト電極構造が実現される。また、NiPtSi層20とSi基板10との界面のAs濃度の高い低抵抗なコンタクト電極構造が実現可能となる。そして、本実施の形態の半導体装置であるコンタクト電極構造は、高い熱安定性と、低抵抗なコンタクト特性を備える。
According to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, a contact electrode structure with high Pt concentration and excellent thermal stability at the interface between the
なお、ここではAs偏析層24以外にはn型不純物層を有しないコンタクト構造を例に説明した。コンタクト電極92とSi基板10間のジャンクションリーク等を抑制する観点からは、As偏析層24より低濃度のn型不純物層を有することが望ましい。しかし、コンタクト抵抗低減の観点からは必ずしも、低濃度のn型不純物層は必須ではない。
Here, the contact structure having no n-type impurity layer other than the As
また、ここではp型のSi基板上のn型不純物層に配線層から電気的導通をとるコンタクト電極構造について説明した。しかし、p型のSi基板をn型のSi基板にかえたコンタクト電極構造、すなわち、n型のSi基板自体に電気的導通をとるコンタクト電極構造にもこの実施の形態を応用することが可能である。 Further, here, the contact electrode structure in which the n-type impurity layer on the p-type Si substrate is electrically connected from the wiring layer has been described. However, this embodiment can also be applied to a contact electrode structure in which a p-type Si substrate is replaced with an n-type Si substrate, that is, a contact electrode structure that is electrically connected to the n-type Si substrate itself. is there.
また、NiPtSi層20にAsにかえて、B等のp型不純物を導入してB偏析層を形成することにより、n型のSi基板上のp型不純物層、あるいは、p型のSi基板上のp型不純物層に配線層から電気的導通をとるコンタクト電極構造にもこの実施の形態を応用することが可能である。
Further, a p-type impurity layer on the n-type Si substrate or the p-type Si substrate is formed by introducing a p-type impurity such as B into the
(第9の実施の形態)
本実施の形態は第2の実施の形態を、配線層から半導体基板または半導体基板中に形成された不純物層への導通をとるための金属のコンタクト電極構造に応用する形態である。すなわち、本実施の形態は、第8の実施の形態に対して、シリサイド形成のために堆積する金属膜がNiとNiPtの積層膜となる点が異なっている。以下、第2および第8の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Ninth embodiment)
In the present embodiment, the second embodiment is applied to a metal contact electrode structure for establishing conduction from a wiring layer to a semiconductor substrate or an impurity layer formed in the semiconductor substrate. That is, this embodiment is different from the eighth embodiment in that the metal film deposited for silicide formation is a laminated film of Ni and NiPt. Hereinafter, the description overlapping with the second and eighth embodiments is omitted.
図37は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法について、第8の実施の形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 37 is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment. A method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described focusing on differences from the eighth embodiment.
第8の実施の形態の同様に、p型のSi基板10に、Si酸化膜からなる素子分離領域12を形成する。その後、図37に示すように、例えば、スパッタ法により、厚さ3nm程度のNi膜26をSi基板10上に形成する。厚さ7nm程度のNiPt膜28をNi膜26上に形成する。
As in the eighth embodiment, an
その後は、第8の実施の形態と同様に、熱処理によりNiPtSi層22を形成した後、Asのイオン注入と熱処理によるAsの拡散でAs偏析層を形成する。このようにして、図36に示すと同様なコンタクト電極構造が形成される。
Thereafter, as in the eighth embodiment, after the
本実施の形態によれば、堆積する金属膜をNiとNiPtの積層膜とすることにより、NiPtSi層22のSi基板10との界面におけるPt濃度を、第8の実施の形態よりも、さらに高くすることが可能となる。したがって、NiPtSi層22の熱安定性がさらに向上する。したがって、第8の実施の形態の効果に加えて、さらに熱安定性の向上したコンタクト電極構造の実現が可能となる。
According to the present embodiment, the deposited metal film is a multilayer film of Ni and NiPt, so that the Pt concentration at the interface between the
(第10の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第3の実施の形態を、配線層から半導体基板または半導体基板中に形成された不純物層への導通をとるための金属のコンタクト電極構造に応用する形態である。すなわち、本実施の形態は、第8の実施の形態に対して、不純物後打ちプロセスではなく、不純物前打ちプロセスで不純物をNiPtSi層に導入する点が異なっている。以下、第3および第8の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Tenth embodiment)
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the third embodiment is applied to a metal contact electrode structure for establishing conduction from a wiring layer to a semiconductor substrate or an impurity layer formed in the semiconductor substrate. It is a form. That is, this embodiment is different from the eighth embodiment in that impurities are introduced into the NiPtSi layer not by the impurity post-treatment process but by the impurity pre-treatment process. Hereinafter, the description overlapping with the third and eighth embodiments is omitted.
本実施の形態によれば、Asを後打ちすることによる界面のPt濃度向上効果は得られない。しかしながら、従来のNi膜を介在させないプロセスと比較すれば、NiPtSi層とSi基板との界面のPt濃度を高くすることが可能である。したがって、NiPtSi層の熱安定性が向上するコンタクト電極構造の実現が可能となる。 According to the present embodiment, the effect of improving the Pt concentration at the interface by post-stripping As cannot be obtained. However, it is possible to increase the Pt concentration at the interface between the NiPtSi layer and the Si substrate as compared with the conventional process in which no Ni film is interposed. Therefore, it is possible to realize a contact electrode structure that improves the thermal stability of the NiPtSi layer.
(第11の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第4の実施の形態を、配線層から半導体基板または半導体基板中に形成された不純物層への導通をとるための金属のコンタクト電極構造に応用する形態である。すなわち、本実施の形態は、第8の実施の形態に対して、Asをイオン注入で導入するのではなく、Asを固相拡散により導入する点で異なっている。以下、第4および第8の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Eleventh embodiment)
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the fourth embodiment is applied to a metal contact electrode structure for establishing conduction from a wiring layer to a semiconductor substrate or an impurity layer formed in the semiconductor substrate. It is a form. That is, this embodiment is different from the eighth embodiment in that As is not introduced by ion implantation but As is introduced by solid phase diffusion. Hereinafter, the description overlapping with the fourth and eighth embodiments is omitted.
本実施の形態によれば、第8の実施の形態の効果に加えて、NiPtSi層22中にAsを導入する際に、イオン注入のように、NiPtSi層22をアモルファス化する恐れがない。したがって、アモルファス化したNiPtSi層22が再シリサイド化する際に、Asを結晶中に取り込まれる恐れもない。よって、界面へのAsの偏析が促進され、さらに低抵抗なコンタクト構造が実現可能となる。
According to the present embodiment, in addition to the effects of the eighth embodiment, there is no possibility of making the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、半導体装置の製造方法、半導体装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体装置の製造方法、半導体装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above embodiment is merely given as an example and does not limit the present invention. In the description of the embodiments, the description of the semiconductor device manufacturing method, the semiconductor device, etc., which is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required semiconductor device manufacturing method, Elements related to the semiconductor device and the like can be appropriately selected and used.
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法、半導体装置は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all semiconductor device manufacturing methods and semiconductor devices that include elements of the present invention and whose design can be changed as appropriate by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
例えば、半導体基板については、Si基板を例に説明したが、必ずしもSi基板に限られことはなく、SixGe1−x(0<x<1)基板を適用することも可能である。 For example, the semiconductor substrate has been described by taking the Si substrate as an example. However, the substrate is not necessarily limited to the Si substrate, and an Si x Ge 1-x (0 <x <1) substrate may be applied.
また、Si基板についても(100)面方位を有する基板を例に説明した。しかし、(100)に限らず、(110)、(111)等、その他の面方位を有するSi基板を適用することが可能である。 Also, the Si substrate has been described as an example of a substrate having a (100) plane orientation. However, not only (100) but also Si substrates having other plane orientations such as (110) and (111) can be applied.
また、例えば、ゲート絶縁膜については、Si酸化膜を例に説明した。しかし、Si酸化膜にかえてhigh−k絶縁膜を適用することで、MISFETの性能が向上するため望ましい。high−k絶縁膜としては、例えば、Hf、Zr、Al、La等の希土類元素の酸化物、シリケート、窒化シリケート、あるいはこれらの混合物、積層物を適用することが可能である。 Further, for example, the gate insulating film has been described by taking the Si oxide film as an example. However, it is desirable to apply a high-k insulating film instead of the Si oxide film because the performance of the MISFET is improved. As the high-k insulating film, for example, oxides of rare earth elements such as Hf, Zr, Al, and La, silicate, nitride silicate, or a mixture or laminate thereof can be used.
また、例えば、ゲート電極については、ソース/ドレイン電極と同様にNiPtSiで形成される、いわゆるFUSI(FUlly Silicided)構造を例に説明した。もっとも、ゲート電極がFUSI構造であることが必須ではなく、例えば、ポリシリコンと金属シリサイドとの積層構造であっても構わない。また、例えば、金属と金属シリサイドとの積層構造であっても構わない。あるいは、ゲート電極全体が金属で形成されるメタルゲート構造であっても構わない。この場合、金属材料としては、例えば、Ti、Ta、Wの単体金属、あるいは、これらの金属の窒化物、炭化物等が適用可能である。また、例えば、Ti、Ta、Wの単体金属、あるいは、これらの金属の窒化物、炭化物等と、WN等のバリアメタルと、NiSiやNiPtSi等のシリサイドの3層からなるような積層構造のゲート電極であっても構わない。 Further, for example, the gate electrode has been described by taking as an example a so-called FUSI (FULY Silicided) structure formed of NiPtSi similarly to the source / drain electrodes. However, it is not essential that the gate electrode has a FUSI structure. For example, a laminated structure of polysilicon and metal silicide may be used. Further, for example, a stacked structure of metal and metal silicide may be used. Alternatively, a metal gate structure in which the entire gate electrode is made of metal may be used. In this case, as the metal material, for example, a single metal of Ti, Ta, or W, or a nitride or carbide of these metals can be applied. In addition, for example, a gate having a laminated structure composed of three layers of a single metal of Ti, Ta, W, or a nitride or carbide of these metals, a barrier metal such as WN, and a silicide such as NiSi or NiPtSi. It may be an electrode.
また、上記の各実施の形態の要素を適宜、他の実施の形態に適用することも可能である。 In addition, the elements of the above embodiments can be applied to other embodiments as appropriate.
本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。 The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.
10 Si基板
12 素子分離領域
14 ゲート絶縁膜
16 ゲート電極
18 側壁絶縁膜
20 NiPt膜
22 NiPtSi層
24 As偏析層
26 Ni膜
28 NiPt膜
29 チャネル領域
30 n型不純物層
32 AsSG膜
34 B偏析層
50 第1の半導体領域
52 p型ウェル
60 第2の半導体領域
62 n型ウェル
70 n型MISFET
72 チャネル領域
80 p型MISFET
82 チャネル領域
90 層間絶縁膜
92 コンタクト電極
94 配線層
10
72 channel region 80 p-type MISFET
82
Claims (9)
前記半導体基板中のチャネル領域と、
前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記チャネル領域の両側に形成され、NiおよびPtを主成分とする金属半導体化合物層からなるソース/ドレイン電極とを備え、
前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面において、前記金属半導体化合物層の単一の結晶粒と前記半導体基板との境界部の最大Pt濃度が、前記界面の平均Pt濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A channel region in the semiconductor substrate;
A gate insulating film formed on the channel region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A source / drain electrode formed on both sides of the channel region and comprising a metal semiconductor compound layer mainly composed of Ni and Pt;
The maximum Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate at the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate is higher than the average Pt concentration at the interface. A featured semiconductor device.
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記半導体基板上にNiからなる第1の金属膜を堆積し、
前記第1の金属膜上にNiおよびPtを主成分とする第2の金属膜を堆積し、
熱処理により、前記第1および第2の金属膜を前記半導体基板と反応させて、前記ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Depositing a first metal film made of Ni on the semiconductor substrate;
Depositing a second metal film mainly composed of Ni and Pt on the first metal film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: reacting the first and second metal films with the semiconductor substrate by heat treatment to form metal semiconductor compound layers on both sides of the gate electrode.
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記半導体基板上にNiおよびPtを主成分とする金属膜を堆積し、
第1の熱処理により、前記金属膜を前記半導体基板と反応させて、前記ゲート電極の両側に金属半導体化合物層を形成し、
前記金属半導体化合物層にAsを導入し、前記Asを前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an n-type MISFET,
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Depositing a metal film mainly composed of Ni and Pt on the semiconductor substrate;
A first heat treatment to react the metal film with the semiconductor substrate to form a metal semiconductor compound layer on both sides of the gate electrode;
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein As is introduced into the metal semiconductor compound layer, and the As is diffused in an interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate.
前記半導体基板上の、NiおよびPtを主成分とする金属半導体化合物層と、
前記金属半導体化合物層上の金属電極とを備え、
前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面において、前記金属半導体化合物層の単一の結晶粒と前記半導体基板との境界部の最大Pt濃度が、前記界面の平均Pt濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A metal semiconductor compound layer mainly composed of Ni and Pt on the semiconductor substrate;
A metal electrode on the metal semiconductor compound layer,
The maximum Pt concentration at the boundary between the single crystal grain of the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate at the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate is higher than the average Pt concentration at the interface. A featured semiconductor device.
前記第1の金属膜上にNiおよびPtを主成分とする第2の金属膜を堆積し、
熱処理により、前記第1および第2の金属膜を前記半導体基板と反応させて、金属半導体化合物層を形成し、
前記金属半導体化合物層上に金属電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Depositing a first metal film made of Ni on a semiconductor substrate;
Depositing a second metal film mainly composed of Ni and Pt on the first metal film;
The first and second metal films are reacted with the semiconductor substrate by heat treatment to form a metal semiconductor compound layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a metal electrode on the metal semiconductor compound layer.
第1の熱処理により、前記金属膜を前記半導体基板と反応させて、金属半導体化合物層を形成し、
前記金属半導体化合物層にAsを導入し、前記Asを前記金属半導体化合物層と前記半導体基板との界面に拡散させ、
前記金属半導体化合物層上に金属電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Depositing a metal film mainly composed of Ni and Pt on a semiconductor substrate;
By the first heat treatment, the metal film is reacted with the semiconductor substrate to form a metal semiconductor compound layer,
As is introduced into the metal semiconductor compound layer, and the As is diffused to the interface between the metal semiconductor compound layer and the semiconductor substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a metal electrode on the metal semiconductor compound layer.
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