JP2010225686A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MOSFET等の半導体装置に係わり、特にSiGeのチャネルを有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a MOSFET, and more particularly to a semiconductor device having a SiGe channel and a manufacturing method thereof.
近年、MOSFET等の半導体装置の微細化が進んでおり、65nmを切るゲート長を有する超微細化・超高速FETが実現されている。このような超微細化・超高速FETでは、ゲート電極直下のチャネル領域の面積が、従来のFETと比較して非常に小さくなっている。このため、チャネル領域を走行する電子或いはホールの移動度は、チャネル領域に印加される応力により大きな影響を受ける。 In recent years, semiconductor devices such as MOSFETs have been miniaturized, and ultra-miniaturized / high-speed FETs having a gate length of less than 65 nm have been realized. In such an ultra-miniaturized / high-speed FET, the area of the channel region immediately below the gate electrode is very small compared to the conventional FET. For this reason, the mobility of electrons or holes traveling in the channel region is greatly affected by the stress applied to the channel region.
そこで最近、チャネル領域に印加される応力を最適化して、FETの動作速度を向上させる試みが数多くなされている。例えば、Si基板のチャネル領域に二軸圧縮歪みSiGe薄膜を形成する技術では、歪みSiGeチャネルにおける正孔の移動度が増加され、p型FETの性能を向上させることができる。 Therefore, recently, many attempts have been made to improve the operation speed of the FET by optimizing the stress applied to the channel region. For example, in the technique of forming a biaxial compression strained SiGe thin film in the channel region of the Si substrate, the hole mobility in the strained SiGe channel is increased, and the performance of the p-type FET can be improved.
しかしながら、本発明者らが、歪みSiGeチャネルを有するMOSFETにおいて、更なる高性能化をはかるためにソース/ドレイン・コンタクト領域にNiシリサイド若しくはNiPtアロイシリサイドを形成したところ、特性劣化や動作不良を招き、良好な素子特性が得られないのが分かった。 However, when the present inventors formed Ni silicide or NiPt alloy silicide in the source / drain contact region in order to achieve higher performance in a MOSFET having a strained SiGe channel, the characteristics deteriorated and the operation failed. It was found that good device characteristics could not be obtained.
本発明の目的は、SiGeチャネルを有するMOSFET等の高性能化及び高信頼化をはかり得る半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of achieving high performance and high reliability, such as a MOSFET having a SiGe channel, and a manufacturing method thereof.
本発明の一態様に係わる半導体装置は、シリコンを主成分とする半導体基板の一主面上に設けられ、素子分離絶縁膜によって区画された素子形成領域と、前記素子形成領域上に形成された、電界効果トランジスタのチャネル領域となるSi及びGeを主成分とする半導体膜と、前記半導体膜上の一部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記半導体膜及び前記基板に設けられたソース/ドレイン領域と、前記ゲート電極の両側面に設けられた側壁絶縁膜と、前記ソース/ドレイン領域上の前記側壁絶縁膜で区画されたソース/ドレイン・コンタクト領域上に、前記半導体膜と金属との反応により形成され、且つ前記ソース/ドレイン・コンタクト領域以外の前記半導体膜よりも薄い膜厚に形成された金属化合物膜と、を具備してなることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is provided over one main surface of a semiconductor substrate containing silicon as a main component, and is formed over an element formation region partitioned by an element isolation insulating film and the element formation region A semiconductor film mainly composed of Si and Ge which becomes a channel region of a field effect transistor, a gate electrode provided on a part of the semiconductor film via a gate insulating film, and a channel region under the gate electrode A source / drain region provided on the semiconductor film and the substrate, a sidewall insulating film provided on both side surfaces of the gate electrode, and a source / drain partitioned by the sidewall insulating film on the source / drain region. The film thickness is formed on the drain contact region by the reaction of the semiconductor film and metal and is thinner than the semiconductor film other than the source / drain contact region. And a metal compound film formed, characterized by comprising comprises a.
また、本発明の別の一態様に係わる半導体装置の製造方法は、シリコンを主成分とする半導体基板の一主面に、素子形成領域を区画するように素子分離領域を形成する工程と、前記素子形成領域上に、電界効果トランジスタのチャネル領域となるSi及びGeを主成分とする半導体膜をエピタキシャル成長する工程と、前記半導体膜上の一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極及び側壁絶縁膜を挟んで前記半導体膜及び前記基板にソース/ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース/ドレイン領域上の前記半導体膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜と前記半導体膜との反応により、前記金属膜を構成する金属と前記Si,Geを含む金属化合物膜を形成する工程と、を有し、前記半導体膜の膜厚を、前記金属化合物膜の形成におけるSi消費量に相当する膜厚よりも厚くしたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an element isolation region on one main surface of a semiconductor substrate containing silicon as a main component so as to partition an element formation region; A step of epitaxially growing a semiconductor film mainly composed of Si and Ge, which serves as a channel region of a field effect transistor, on the element formation region; and a step of forming a gate electrode on a part of the semiconductor film via a gate insulating film Forming a sidewall insulating film on both side surfaces of the gate electrode, forming a source / drain region in the semiconductor film and the substrate with the gate electrode and the sidewall insulating film interposed therebetween, and the source / drain region Forming a metal film on the semiconductor film, and a metal comprising the metal film and the metal including Si and Ge by a reaction between the metal film and the semiconductor film. It includes a step of forming a compound film, and the film thickness of the semiconductor film, characterized by being larger than the thickness corresponding to the Si consumption in the formation of the metal compound film.
本発明によれば、ソース/ドレイン・コンタクト領域上に形成するSi,Geを含む金属化合物膜を半導体膜の膜厚よりも薄く形成することにより、SiGeチャネルを有するMOSFET等の高性能化及び高信頼化をはかることができる。 According to the present invention, the metal compound film containing Si and Ge formed on the source / drain contact region is formed to be thinner than the film thickness of the semiconductor film, so that the high performance and high performance of the MOSFET having the SiGe channel can be achieved. Reliability can be achieved.
先に説明したように本発明者らは、SiGeチャネルを有するMOSFETにおいて、ソース/ドレイン領域の低抵抗化をはかる目的でソース/ドレイン・コンタクト領域にNiシリサイド若しくはNiPtアロイシリサイドを形成した。シリサイドの形成には、ソース/ドレイン・コンタクト領域の膜厚5〜10nm程度のSiGe薄膜上に膜厚8〜12nm程度の金属膜(Ni又はNiPt)を形成した後、金属膜とSiの反応により、Niシリサイド若しくはNiPtアロイシリサイドを形成した。 As described above, the present inventors formed Ni silicide or NiPt alloy silicide in the source / drain contact region in the MOSFET having the SiGe channel for the purpose of reducing the resistance of the source / drain region. The silicide is formed by forming a metal film (Ni or NiPt) having a thickness of about 8 to 12 nm on a SiGe thin film having a thickness of about 5 to 10 nm in the source / drain contact region, and then reacting the metal film with Si. Ni silicide or NiPt alloy silicide was formed.
なお、金属膜としてNiを用いた場合、実際にはシリサイド(NiSi)以外に、ジャーマノイド(NiGe)や混晶膜(NiSiGe)が形成されるが、大部分はシリサイドであるため、金属膜とSiGe膜との反応により形成される金属化合物膜は実質的に金属シリサイドと見なすことができる。 When Ni is used as the metal film, germanoid (NiGe) or mixed crystal film (NiSiGe) is actually formed in addition to the silicide (NiSi). The metal compound film formed by the reaction with the SiGe film can be substantially regarded as a metal silicide.
図6は、上記のようにして作製したMOSFETの素子構造を示す断面図である。図中の101はSi基板、102は素子分離絶縁膜、103はp型のウェル拡散層領域(素子形成領域)、104はSiGe薄膜、105はゲート絶縁膜105、106はゲート電極、107は第1の側壁絶縁膜、108はソース/ドレイン・エクステンション層、109は第2の側壁絶縁膜、110はソース/ドレイン領域、111は金属シリサイド(金属化合物膜である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the element structure of a MOSFET fabricated as described above. In the figure, 101 is a Si substrate, 102 is an element isolation insulating film, 103 is a p-type well diffusion layer region (element forming region), 104 is a SiGe thin film, 105 is a gate
図6に示すように、Ni若しくはNiPtアロイとGe及びSiの反応速度・安定性の違いから、凹凸を有したシリサイド界面のモフォロジー荒れ(破線A部分)、Niシリサイド若しくはNiPtアロイシリサイドのゲート側壁下への異常成長(破線B部分)、更にはデシリサイド形成が発生した。このような構造では、微細FET特性劣化や動作不良が懸念される。 As shown in FIG. 6, due to the difference in reaction rate and stability between Ni or NiPt alloy and Ge and Si, the morphological roughness of the silicide interface with irregularities (part A of broken line), under the gate sidewall of Ni silicide or NiPt alloy silicide Abnormal growth (part indicated by a broken line B) and further desilicide formation occurred. In such a structure, there is a concern about deterioration of fine FET characteristics and malfunction.
本実施形態は上記事情を考慮してなされたもので、金属化合物膜111が形成されても金属化合物膜111の底部がウェル拡散層領域103に達しないように、SiGe薄膜104の膜厚を十分厚くしたことを特徴としている。但し、SiGe薄膜104は厚くなると、結晶性が低下するため、30%のGe組成で上限は50nm程度である。従って、この膜厚を超えない範囲で、金属化合物膜111が形成されても、金属化合物膜111の底部がウェル拡散層領域103に達しないように、SiGe薄膜104の膜厚を、金属化合物膜111の形成におけるSi消費量に相当する膜厚よりも厚くすればよい。
The present embodiment has been made in consideration of the above circumstances, and the thickness of the SiGe
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるpチャネルMOSFETの素子構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a p-channel MOSFET according to the first embodiment of the present invention.
図中の101はシリコン基板であり、この基板101の表面部に、素子形成領域となるp型のウェル拡散層領域(素子形成領域)103を囲むように、シリコン酸化膜による素子分離絶縁膜102が形成されている。素子形成領域103上に、MOSFETのチャネルとなる膜厚20nmのSiGe薄膜104が形成されている。このSiGe薄膜104は、Geの組成比が30%のSi0.7Ge0.3 膜であり、二軸の格子歪みを有している。
In the figure,
SiGe薄膜104上の一部に、SiO2 等のゲート絶縁膜105を介して多結晶シリコン膜からなるゲート電極106が形成され、ゲート電極106の側部に側壁絶縁膜107,109が形成されている。
A
側壁絶縁膜107,109下のSiGe薄膜104及び素子形成領域103には、ソース/ドレイン・エクステンション層108が形成され、その外側にはソース/ドレイン領域110が形成されている。
A source /
ゲート電極106上には、金属化合物膜111としてニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))が形成されている。また、露出したSiGe薄膜104の表面には、金属化合物膜111として、ニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe(1≦x≦2))及びその混晶膜(NixSiyGe1-y(1≦x≦2))が形成されている。
A nickel silicide film (NixSi (1 ≦ x ≦ 2)) is formed as the metal
図2及び図3は、本実施形態のpチャネルMOSFET100の製造工程を示す断面図である。 2 and 3 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the p-channel MOSFET 100 of this embodiment.
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板101の表面部に、シリコン酸化膜による素子分離絶縁膜102を形成する。続いて、素子分離絶縁膜に102に囲まれたシリコン領域にp型のウェル拡散層領域(素子形成領域)103を形成する。その後、ウェル拡散層領域103上に、MOSFETのチャネルとなる膜厚20nmのSiGe薄膜104をエピタキシャルに成長させる。ここで、SiGe薄膜104は厚くなると、結晶性が低下するため、30%のGe組成のSi0.7Ge0.3 の上限は50nm程度である。また、SiGe薄膜104は、下地Siとの格子定数の違いにより、二軸の歪みを有するものとなる。
First, as shown in FIG. 2A, an element isolation
次いで、図2(b)に示すように、全面にシリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜を順に堆積した後、この積層構造膜をパターニングすることによりゲート電極構造を形成する。即ち、ゲート絶縁膜105及びゲート電極106を形成する。続いて、薄い(2〜10nm程度)シリコン酸化膜を堆積しRIE等の異方性エッチングを行うことによりオフセットスペーサー(第1の側壁絶縁膜)107を形成する。そして、ボロン等の不純物をイオン注入技術により打ち込み、RTA等の高温短時間熱処理を行うことで、露出したSiGe薄膜104の表面及び素子形成領域103、若しくはSiGe薄膜104の表面のみに、p型の拡散層(ソース/ドレイン・エクステンション領域)108を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film and a polycrystalline silicon film are sequentially deposited on the entire surface, and then the laminated structure film is patterned to form a gate electrode structure. That is, the
次いで、図2(c)に示すように、全面にシリコン窒化膜を堆積した後、RIE等の異方性エッチングを行うことにより、シリコン窒化膜側壁(第2の側壁絶縁膜)109を形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, after a silicon nitride film is deposited on the entire surface, anisotropic etching such as RIE is performed to form a silicon nitride film sidewall (second sidewall insulating film) 109. .
次いで、図3(d)に示すように、ゲート電極構造部及び側壁絶縁膜107,109をマスクに用い、ボロン等のp型不純物をイオン注入技術により露出したSiGe薄膜104表面及び素子形成領域103に打ち込む。続いて、RTA等の高温短時間熱処理を行うことで、露出したSiGe薄膜膜104表面及び素子形成領域103に、p型の拡散層(ソース/ドレイン領域)110を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, the surface of the SiGe
次いで、図3(e)に示すように、全面にシリサイド形成用の金属として、例えばニッケル(Ni)膜112をスパッタにより8nm程度堆積する。
Next, as shown in FIG. 3E, for example, a nickel (Ni)
ここで、Ni膜112が薄いと、島状のように不均一に形成されて電気的特性の劣化を招くため、Ni膜112としては6nm以上の厚さが必要である。Ni膜112は、シリサイド化により約1.8倍の厚みとなり、8nmでは8×1.8=14.4nmとなる。従って、後述するNi膜112のシリサイド化によりシリサイド部分が素子形成領域103に達しないように、SiGe薄膜104の膜厚は15nm以上が必要となる。
Here, if the
次いで、ハロゲンランプを用いた350℃程度のRTA処理を行い、Ni膜112のシリサイド化を行う。具体的には、多結晶ゲート電極106及び露出したSiGe薄膜104の表面に接した部分のNi膜をSi及びGeと反応させる。これにより、図3(f)に示すように、多結晶ゲート電極106上には、ニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))が形成される。一方、露出したSiGe薄膜104の表面には、ニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))と共に、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe(1≦x≦2))及びその混晶膜(NixSiyGe1-y(1≦x≦2))が形成される。このとき、素子分離絶縁膜102上や、膜側絶縁膜109上に堆積したNi膜112はシリサイド、ジャーマナイド及びその混晶膜には変化しない。
Next, RTA treatment at about 350 ° C. using a halogen lamp is performed, and the
なお、金属膜としてNiを用いた場合、上記したようにNiSi以外に、NiGeやNiSiGeが形成されるが、大部分はNiSiであるため、Ni膜とSiGe膜との反応により形成される金属化合物膜は実質的にNiSi膜と見なすことができる。 When Ni is used as the metal film, NiGe or NiSiGe is formed in addition to NiSi as described above. However, since most of the Ni is NiSi, the metal compound formed by the reaction between the Ni film and the SiGe film. The film can be substantially regarded as a NiSi film.
次いで、硫酸過水液やアンモニア過水液等のエッチング液を用いて未反応のNi膜112をエッチング除去する。このとき、ニッケルシリサイド膜(NixSi)、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe)及びその混晶膜(NixSiyGe1-y)はこれらのエッチング液ではエッチングされないためそのまま残る。
Next, the
続いて、500℃程度のRTA処理を行い、ニッケルシリサイド膜(NixSi)、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe)膜及びその混晶膜(NixSiyGe1-y)と、Si及びGeの反応をさらに進め、ニッケルモノシリサイド(NiSi)、ニッケルモノジャーマナイド(NiGe)膜及びその混晶膜(NiSiyGe1-y)を形成する。これにより、ゲート電極106上及びSiGe薄膜104上に金属化合物膜111が形成される。
Subsequently, an RTA treatment at about 500 ° C. is performed, and a nickel silicide film (Ni x Si), a nickel germanide film (Ni x Ge) film and its mixed crystal film (Ni x Si y Ge 1-y ), Si Then, the reaction of Ge and Ge is further advanced to form a nickel monosilicide (NiSi), a nickel monogermanide (NiGe) film and a mixed crystal film (NiSi y Ge 1-y ). As a result, a
これ以降は、多結晶ゲート電極106の表面及びソース/ドレイン・コンタクト領域110表面に形成したニッケルモノシリサイド(NiSi)、ニッケルモノジャーマナイド(NiGe)膜及びその混晶膜(NiSiyGe1-y)に接続する配線層を形成することにより、トランジスタ素子が完成することになる。
Thereafter, a nickel monosilicide (NiSi) film, a nickel monogermanide (NiGe) film and a mixed crystal film (NiSi y Ge 1− ) formed on the surface of the
このように本実施形態によれば、pチャネルMOSFETのソース/ドレイン領域上にシリサイド膜,ジャーマナイド膜,及びその混晶膜等の金属化合物膜111を形成する際に、シリコン基板101を含まずSiGe薄膜104中のみでシリサイデーション,ジャーマナイデーションを行うことで、安定したシリサイデーション,ジャーマナイデーションを達成することができる。即ち、チャネル領域にエピタキシャル成長させたSiGe薄膜104の膜厚を、金属化合物膜111の形成におけるSi消費量に相当する膜厚よりも厚くすることにより、金属化合物膜111の形成の際に、シリコン基板を含まずSiGe薄膜104中のみでシリサイデーション、ジャーマナイデーションを行うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, when the
このため、安定したシリサイデーション,ジャーマナイデーションを達成でき、シリサイド膜,ジャーマナイド膜及びその混晶膜とSiGe薄膜104との界面モフォロジーを平滑にし、側壁下へのシリサイド膜、ジャーマナイド膜およびその混晶膜の潜りこみ成長を抑制することができる。これにより、高性能かつ高信頼な微細p型MOSFETを実現することが可能となる。
Therefore, stable silicidation and germanization can be achieved, the interface morphology between the silicide film, germanide film and its mixed crystal film and the SiGe
また、シリサイド膜,ジャーマナイド膜及びその混晶膜と基板の界面にドーパントの活性化率が高いSi0.7Ge0.3 膜が配置されることにより、コンタクト抵抗の低減が可能となり、高信頼な微細p型MOSFETを実現することが可能となる。 In addition, the Si 0.7 Ge 0.3 film with a high dopant activation rate is arranged at the interface between the silicide film, germanide film and its mixed crystal film and the substrate, so that the contact resistance can be reduced, and a highly reliable fine p-type. A MOSFET can be realized.
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係わるpチャネルMOSFETの素子構造工程を示す断面図である。なお、図2中の201〜211は図1中の101〜111に相当している。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing an element structure process of a p-channel MOSFET according to the second embodiment of the present invention. Note that 201 to 211 in FIG. 2 correspond to 101 to 111 in FIG.
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、ゲート側壁絶縁膜を3層にしたことにある。即ち、ゲート構造部の側面には、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサー(第1の側壁絶縁膜)207、シリコン窒化膜からなる側壁膜(第2の側壁絶縁膜)209、及びシリコン酸化膜からなる側壁膜(第3の側壁絶縁膜)215が形成されている。 The difference between this embodiment and the first embodiment described above is that the gate sidewall insulating film has three layers. That is, on the side surface of the gate structure portion, an offset spacer (first sidewall insulating film) 207 made of a silicon oxide film, a sidewall film (second sidewall insulating film) 209 made of a silicon nitride film, and a silicon oxide film are formed. A sidewall film (third sidewall insulating film) 215 is formed.
図5(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係わるpチャネルFETの製造工程を示す断面図である。 FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a p-channel FET according to the second embodiment of the present invention.
ゲート電極構造部を作製するまでは、第1の実施形態の図2(a)〜(c)の工程と同じである。 Until the gate electrode structure is manufactured, the process is the same as the process of FIGS. 2A to 2C of the first embodiment.
即ち、前記図2(a)と同様にして、シリコン基板201の表面部に、素子分離絶縁膜202で囲まれたp型のウェル拡散層領域(素子形成領域)203を形成した後、ウェル拡散層領域203の表面にチャネルとなる膜厚20nmのSiGe薄膜204をエピタキシャルに成長させる。
2A, after forming a p-type well diffusion layer region (element formation region) 203 surrounded by the element
次いで、前記図2(b)と同様にして、ゲート絶縁膜205を介して多結晶シリコンゲート電極206を形成する。続いて、前記図2(c)と同様にして、ゲート構造部の側面にオフセットスペーサー(第1の側壁絶縁膜)207を形成した後、p型の拡散層(ソース/ドレイン・エクステンション領域)108を形成し、更にシリコン窒化膜側壁(第2の側壁絶縁膜)209を形成する。
Next, a polycrystalline
次いで、図5(a)に示すように、全面にシリコン窒化膜を堆積したのち、RIE等の異方性エッチングを行うことにより、ゲート部の側面のみにシリコン酸化膜側壁(第3の側壁絶縁膜)215を形成する。これにより、側壁絶縁膜全体としてのゲート長方向長さが長くなる。続いて、ボロン等のp型不純物をイオン注入技術により露出したSiGe薄膜の表面及び素子形成領域203に打ち込み、RTA等の高温短時間熱処理を行うことで、露出したSiGe薄膜204の表面及び素子形成領域203にp型の拡散層(ソース/ドレイン領域)210を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, after a silicon nitride film is deposited on the entire surface, anisotropic etching such as RIE is performed to form a silicon oxide film side wall (third side wall insulation) only on the side surface of the gate portion. Film) 215 is formed. Thereby, the gate length direction length as the whole side wall insulating film becomes long. Subsequently, a p-type impurity such as boron is implanted into the exposed surface of the SiGe thin film and the
次いで、図5(b)に示すように、全面にシリサイド形成用の金属として例えばニッケル(Ni)膜212を8nm程度の厚さに堆積する。そして、ハロゲンランプを用いた350℃程度のRTA処理を行い、Ni膜212のシリサイド化を行う。具体的には、多結晶ゲート電極206及び露出したSiGe薄膜204の表面に接した部分のNi膜をSi及びGeと反応させる。
Next, as shown in FIG. 5B, for example, a nickel (Ni)
これにより、図5(c)に示すように、多結晶ゲート電極206上にはニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))が形成される。露出したSiGe薄膜204の表面には、ニッケルシリサイド膜(NixSi(1≦x≦2))と共に、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe(1≦x≦2))及びその混晶膜(NixSiyGe1-y(1≦x≦2))が形成される。一方、素子分離絶縁膜202上や、側壁絶縁膜215上に堆積したニッケル膜はシリサイド、ジャーマナイドおよびその混晶膜には変化しない。
As a result, as shown in FIG. 5C, a nickel silicide film (Ni x Si (1 ≦ x ≦ 2)) is formed on the
次いで、硫酸過水液やアンモニア過水液等のエッチング液を用いて未反応のNi膜をエッチング除去する。このとき、ニッケルシリサイド膜(NixSi)、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe)及びその混晶膜(NixSiyGe1-y)はこれらのエッチング液ではエッチングされないためそのまま残る。 Next, the unreacted Ni film is removed by etching using an etchant such as sulfuric acid / aqueous ammonia or aqueous ammonia. At this time, the nickel silicide film (Ni x Si), nickel germanide layer (Ni x Ge) and mixed crystal layer (Ni x Si y Ge 1- y) is remain intact because they are not etched in these etchants.
続いて、500℃程度のRTA処理を行い、ニッケルシリサイド膜(NixSi)、ニッケルジャーマナイド膜(NixGe)膜及びその混晶膜(NixSiyGe1-y)と、Si及びGeの反応をさらに進め、ニッケルモノシリサイド(NiSi)、ニッケルモノジャーマナイド(NiGe)膜及びその混晶膜(NiSiyGe1-y)を形成する。 Subsequently, an RTA treatment at about 500 ° C. is performed, and a nickel silicide film (Ni x Si), a nickel germanide film (Ni x Ge) film and its mixed crystal film (Ni x Si y Ge 1-y ), Si Then, the reaction of Ge and Ge is further advanced to form a nickel monosilicide (NiSi), a nickel monogermanide (NiGe) film and a mixed crystal film (NiSi y Ge 1-y ).
これ以降は、多結晶ゲート電極206の表面及びソース/ドレイン・コンタクト領域210の表面に形成したニッケルモノシリサイド(NiSi)、ニッケルモノジャーマナイド(NiGe)膜及びその混晶膜(NiSiyGe1-y)に接続する配線層を形成することにより、トランジスタ素子が完成することになる。
Thereafter, a nickel monosilicide (NiSi) film, a nickel monogermanide (NiGe) film, and a mixed crystal film (NiSi y Ge 1 ) formed on the surface of the
このように本実施形態においても、先の第1の実施形態と同様に、チャネル領域にエピタキシャル成長させたSiGe薄膜204の膜厚を、金属化合物膜211の形成におけるSi消費量に相当する膜厚よりも厚くすることにより、金属化合物膜211の形成の際に、シリコン基板を含まずSiGe薄膜204中のみでシリサイデーション、ジャーマナイデーションを行うことが可能となる。従って、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, in this embodiment as well, as in the first embodiment, the thickness of the SiGe
また、本実施形態では、第3の側壁絶縁膜215の形成により、ソース/ドレイン領域上に形成する金属化合物膜211のゲート側の境界の位置を調節することができる。即ち、金属化合物膜211のゲート側の境界をソース/ドレイン領域のチャネル側の境界からより遠ざけることができる。
In the present embodiment, the formation of the third
(変形例)
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、チャネルとなるSiGe薄膜として、Ge組成が30%のSi0.7Ge0.3 を用いているが、Ge組成は仕様に応じて適宜変更可能である。また、必ずしもSiGeに限らず、SiとGeを主成分とする半導体膜であればよい。例えば、C(カーボン)が混じったSi1-xGex を用いることも可能である。Si1-xGex チャネルにCを添加することで、ゲート絶縁膜界面への不純物の拡散抑制、Si1-xGex 結晶性向上(臨界膜厚増加、転位成長の抑制)、及び更なる安定したシリサイデーション/ジャーマナイデーションが達成され電気的特性が改善する。また、Si0.7Ge0.3 上にゲート絶縁膜の界面特性を改善するため薄いSi膜をエピタキシャル成長させても良い。
(Modification)
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In the embodiment, Si 0.7 Ge 0.3 having a Ge composition of 30% is used as the SiGe thin film serving as the channel. However, the Ge composition can be appropriately changed according to the specifications. Further, the semiconductor film is not necessarily limited to SiGe but may be a semiconductor film containing Si and Ge as main components. For example, it is also possible to use a Si 1-x Ge x where C (carbon) were mixed. Addition of C to the Si 1-x Ge x channel suppresses impurity diffusion to the gate insulating film interface, improves Si 1-x Ge x crystallinity (increases critical film thickness, suppresses dislocation growth), and further Stable silicidation / germanization is achieved and electrical properties are improved. A thin Si film may be epitaxially grown on Si 0.7 Ge 0.3 in order to improve the interface characteristics of the gate insulating film.
また、実施形態においては、シリサイドメタル膜としてニッケル膜(Ni)を用いたが、ニッケルプラチナ合金膜(Ni1-xPtx(0.02<x<0.3)を用いることも可能である。ここで、Ptの添加によりNiシリサイドの熱的安定性及び結晶性が改善する。但し、PtシリサイドはNiシリサイドに比べて比抵抗が高いので、Ptを添加し過ぎると、Niシリサイドの比抵抗が高くなりデバイス性能を劣化させる。このため、デバイス設計に応じた最適な濃度を設定する必要がある。Ni1-xPtx のPt組成xが0.02<x<0.3の範囲であれば、熱的安定性及び結晶性の改善をはかりながら、物性値上顕著なデバイス特性劣化が生じるのを避けることができる。 In the embodiment, a nickel film (Ni) is used as the silicide metal film. However, a nickel platinum alloy film (Ni 1-x Pt x (0.02 <x <0.3) may be used. Here, the addition of Pt improves the thermal stability and crystallinity of Ni silicide, but Pt silicide has a higher specific resistance than Ni silicide, and therefore, if Pt is added excessively, the specific resistance of Ni silicide is increased. degrading the high becomes device performance. Therefore, the range of .Ni 1-x Pt x of Pt composition x 0.02 <x <0.3 where it is necessary to set the optimum concentration depending on the device design If so, it is possible to avoid significant device characteristic deterioration in terms of physical properties while improving thermal stability and crystallinity.
また、実施形態においては、p型のMOSFETを例に挙げたが、実施形態とは逆の導電型の不純物種を用いることによりn型のMOSFETに適用することも可能であり、フォトリソグラフィープロセスを用いて同一の基板上にn型のMOSFETとp型のMOSFETを同時に形成することも可能である。 In the embodiment, the p-type MOSFET is taken as an example. However, it is also possible to apply to the n-type MOSFET by using the impurity type of the conductivity type opposite to that of the embodiment, and the photolithography process is performed. It is also possible to simultaneously form an n-type MOSFET and a p-type MOSFET on the same substrate.
また、実施形態では、チャネルを構成する半導体膜の格子歪みを有するものを用いたが、歪みのない、若しくは歪みが緩和された半導体膜を用いることも可能である。また、本発明は必ずしもMOSFETに限るものではなく、ゲート絶縁膜として酸化膜以外の絶縁膜を用いたMISFETに適用することも可能である。 Further, in the embodiment, the semiconductor film having the lattice distortion of the semiconductor film constituting the channel is used, but it is also possible to use a semiconductor film having no distortion or relaxing the distortion. Further, the present invention is not necessarily limited to the MOSFET, but can be applied to a MISFET using an insulating film other than an oxide film as a gate insulating film.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。 In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
101,201…シリコン基板
102,202…シリコン酸化膜
103,203…n型のウェル拡散層領域(素子形成領域)
104,204…歪みSiGe薄膜
105,205…ゲート絶縁膜
106,206…多結晶ポリシリコンゲート電極
107,207…シリコン酸化膜側壁(第1の側壁絶縁膜)
108,208…p型のソース/ドレイン・エクステンション領域
109,209,211…シリコン窒化膜側壁(第2の側壁絶縁膜)
110,210…p型のソース/ドレイン領域
111,212…金属化合物膜
215…シリコン酸化膜側壁(第3の側壁絶縁膜)
101, 201 ...
104, 204 ... strained SiGe
108, 208... P-type source /
110, 210... P-type source /
Claims (5)
前記素子形成領域上に設けられた、電界効果トランジスタのチャネル領域となるSi及びGeを主成分とする半導体膜と、
前記半導体膜上の一部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記半導体膜及び前記基板に形成されたソース/ドレイン領域と、
前記ゲート電極の両側面に設けられた側壁絶縁膜と、
前記ソース/ドレイン領域上の前記側壁絶縁膜で区画されたソース/ドレイン・コンタクト領域上に、前記半導体膜と金属との反応により形成され、且つ前記ソース/ドレイン・コンタクト領域以外の前記半導体膜よりも薄い膜厚に形成された金属化合物膜と、
を具備してなることを特徴とする半導体装置。 An element formation region provided on one main surface of a semiconductor substrate mainly composed of silicon and partitioned by an element isolation insulating film;
A semiconductor film mainly composed of Si and Ge, which is a channel region of a field effect transistor provided on the element formation region;
A gate electrode provided on a part of the semiconductor film via a gate insulating film;
A source / drain region formed in the semiconductor film and the substrate across a channel region under the gate electrode;
Sidewall insulating films provided on both side surfaces of the gate electrode;
From the semiconductor film formed on the source / drain contact region defined by the sidewall insulating film on the source / drain region by a reaction between the semiconductor film and a metal and other than the source / drain contact region A metal compound film formed in a thin film thickness,
A semiconductor device comprising:
前記素子形成領域上に、電界効果トランジスタのチャネル領域となるSi及びGeを主成分とする半導体膜をエピタキシャル成長する工程と、
前記半導体膜上の一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び側壁絶縁膜を挟んで前記半導体膜及び前記基板にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース/ドレイン領域の前記半導体膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜と前記半導体膜との反応により、前記金属膜を構成する金属と前記Si,Geを含む金属化合物膜を形成する工程と、
を有し、
前記半導体膜の膜厚を、前記金属化合物膜の形成におけるSi消費量に相当する膜厚よりも厚くしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation region so as to partition an element formation region on one main surface of a semiconductor substrate containing silicon as a main component;
A step of epitaxially growing a semiconductor film mainly composed of Si and Ge to be a channel region of a field effect transistor on the element formation region;
Forming a gate electrode on a part of the semiconductor film via a gate insulating film;
Forming a sidewall insulating film on both side surfaces of the gate electrode;
Forming source / drain regions in the semiconductor film and the substrate across the gate electrode and the sidewall insulating film;
Forming a metal film on the semiconductor film in the source / drain region;
Forming a metal compound film containing the metal and the Si and Ge by the reaction of the metal film and the semiconductor film; and
Have
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the thickness of the semiconductor film is made larger than the thickness corresponding to the amount of Si consumed in forming the metal compound film.
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