JP2011071224A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の微細化に伴い、ソース・ドレイン領域およびゲート電極上のシリサイド層のシート抵抗の低減化が求められている。また、FeRAM等、製造工程中のバックエンド工程において高温の熱処理が必要とされる装置においては、シリサイド層に耐熱性が求められる。 In recent years, with miniaturization of semiconductor devices, reduction of sheet resistance of silicide layers on source / drain regions and gate electrodes has been demanded. In addition, in a device such as FeRAM that requires high-temperature heat treatment in the back-end process during the manufacturing process, the silicide layer is required to have heat resistance.
シリサイド層の耐熱性を向上させる技術として、NiシリサイドにPtを添加する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。NiシリサイドにPtを添加することにより、比較的高い温度の熱処理を施した場合であっても、シリサイド層のシート抵抗の上昇を抑えることができる。 As a technique for improving the heat resistance of the silicide layer, a technique of adding Pt to Ni silicide is known (see, for example, Patent Document 1). By adding Pt to Ni silicide, an increase in the sheet resistance of the silicide layer can be suppressed even when heat treatment at a relatively high temperature is performed.
本発明の目的は、より高い耐熱性を有するシリサイド層を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a silicide layer having higher heat resistance and a method for manufacturing the same.
本発明の一態様は、基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記基板上の前記ゲート電極の両側に、Geを含むSi系結晶からなる下地層を形成する工程と、前記基板および前記下地層の前記ゲート電極の両側の領域中に、ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記下地層上に、濃度5原子%以上のPdを含む金属シリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、前記シリサイド層を形成した後、前記基板に650〜750℃の熱処理を施す工程と、を含む半導体装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a substrate through a gate insulating film, and a step of forming a base layer made of Si-based crystals containing Ge on both sides of the gate electrode on the substrate. A step of forming source / drain regions in regions of the substrate and the underlayer on both sides of the gate electrode, and a silicide layer made of metal silicide containing Pd at a concentration of 5 atomic% or more on the underlayer. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming; and a step of heat-treating the substrate at 650 to 750 ° C. after forming the silicide layer.
本発明の他の態様は、基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記基板上の前記ゲート電極の両側に形成された、Geを含むSi系結晶からなる下地層と、前記基板および前記下地層の前記ゲート電極の両側の領域中に形成されたソース・ドレイン領域と、前記下地層上に形成された、濃度5原子%以上のPdを含む金属シリサイドからなるシリサイド層と、を有する半導体装置を提供する。 In another aspect of the present invention, a gate electrode formed on a substrate via a gate insulating film, a base layer made of Si-based crystals containing Ge, formed on both sides of the gate electrode on the substrate, Source / drain regions formed in regions of the substrate and the underlayer on both sides of the gate electrode, and a silicide layer made of a metal silicide containing Pd at a concentration of 5 atomic% or more formed on the underlayer. A semiconductor device is provided.
本発明によれば、より高い耐熱性を有するシリサイド層を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device provided with the silicide layer which has higher heat resistance, and its manufacturing method can be provided.
〔第1の実施の形態〕
(半導体装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は、半導体基板2上に素子分離領域3により他の素子と分離されたMOSFET1を有する。
[First Embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
MOSFET1は、半導体基板2上にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5と、ゲート電極5の側面上に形成されたオフセットスペーサ6と、オフセットスペーサ6の側面上に形成されたゲート側壁7と、半導体基板2内のゲート電極5の両側に形成されたGe含有領域8と、半導体基板2およびGe含有領域8内のゲート電極5の両側に形成されたソース・ドレイン領域9と、ゲート電極5上のシリサイド層10と、Ge含有領域8上のシリサイド層11と、を有する。なお、図示しないが、半導体基板2中のMOSFET1下の領域に、ウェルが形成されていてもよい。
半導体基板2は、Si系基板からなり、その表面近傍にGe含有領域8を含む。Si系基板は、例えば、Si、SiGe、SiC、SiSn等のSi系単結晶、またはSi系多結晶からなる。なお、Si系基板としてSiGe基板を用いる場合は、元来Geを含んでいるため、Ge含有領域8を形成しなくてもよい。
The
Ge含有領域8は、半導体基板2内の0.001〜50原子%、より好ましくは0.001〜30原子%のGeを含む領域である。Geは、Ge含有領域8上に形成されるPdを含む金属シリサイドであるシリサイド11の耐熱性を向上させる性質を有する。Geの濃度が0.001原子%よりも低い場合は、シリサイド11の耐熱性を十分に向上させることが難しい。また、Geの濃度が30原子%よりも高い場合は、半導体基板2の表面に結晶欠陥が生じるおそれがある。Ge含有領域8は、イオン注入法等を用いてGeを半導体基板2に注入することにより形成される。
The Ge-containing
素子分離領域3は、例えば、SiO2等の絶縁材料からなり、STI(Shallow Trench Isolation)構造を有する。
The
ゲート絶縁膜4は、例えば、SiO2、SiN、SiON等の絶縁材料、またはHfSiON等の高誘電率材料からなる。
The
ゲート電極5は、例えば、導電型不純物を含む多結晶Si、多結晶SiGe等のSi系多結晶からなる。また、ゲート電極5は、金属からなるメタルゲート電極であってもよく、さらに、金属層と、金属層上のSi系多結晶層からなる二層構造を有してもよい。なお、ゲート電極5がメタルゲート電極である場合は、ゲート電極5上のシリサイド層10は形成されない。
The
オフセットスペーサ6、およびゲート側壁7は、SiO2、SiN等の絶縁材料からなる。また、ゲート側壁7は、SiN、SiO2、TEOS(Tetraethoxysilane)等の複数種の絶縁材料からなる2層構造、更には3層以上の構造であってもよい。
The
ソース・ドレイン領域9は、導電型不純物を半導体基板2に注入することにより形成される。n型のソース・ドレイン領域9を形成する場合は、As、P等のn型不純物が用いられる。また、p型のソース・ドレイン領域9を形成する場合は、B、BF2等のn型不純物が用いられる。
The source /
シリサイド層10、11は、Pdを含む金属シリサイドからなる。Pdは、金属シリサイドの耐熱性を向上させる性質を有する。金属シリサイドの耐熱性をより効果的に向上させるためには、金属シリサイドに含まれるPdの濃度は、5原子%以上であることが好ましい。なお、Pdの濃度が増加することにより発生する大きな問題はないため、濃度の上限は特にない。
The
金属シリサイドとしては、Ni、V、Ti、Co、Rh、またはIr(以下、ベース金属と呼ぶ)とSiの化合物を用いることができる。金属シリサイドには、複数種のベース金属が含まれてもよい。また、金属シリサイドは、その結晶構造がMnP構造であるか、その結晶構造の点群の対称性がNiSiと近いことが好ましい。 As the metal silicide, a compound of Ni, V, Ti, Co, Rh, or Ir (hereinafter referred to as a base metal) and Si can be used. The metal silicide may include a plurality of types of base metals. Moreover, it is preferable that the metal silicide has a crystal structure of MnP structure or a point group symmetry of the crystal structure is close to that of NiSi.
また、Pdは、金属シリサイドとシリコンとの界面に偏析する傾向があるため、金属シリサイドとシリコンの間の界面抵抗を低減して、直流電流値を増加させることができる。また、Pdが金属シリサイドとシリコンとの界面に偏析することにより、正孔に対するショットキー障壁の高さ(SBH: Schottky Barrier Height)を低減することができるため、MOSFET1がp型である場合にその動作性能を向上させることができる。
Further, since Pd tends to segregate at the interface between the metal silicide and silicon, the interface resistance between the metal silicide and silicon can be reduced and the direct current value can be increased. In addition, since Pd segregates at the interface between the metal silicide and silicon, the height of the Schottky barrier (SBH) against holes can be reduced. Therefore, when
図2は、Pdを含むNiシリサイドのシート抵抗の熱処理温度依存性を表すグラフである。図2の横軸はシリサイドに施す熱処理の温度[℃]を表し、縦軸は熱処理後のシリサイドの1平方ミリメートルあたりのシート抵抗[ohm/sq.]を表す。 FIG. 2 is a graph showing the heat treatment temperature dependence of the sheet resistance of Ni silicide containing Pd. The horizontal axis of FIG. 2 represents the temperature [° C.] of the heat treatment applied to the silicide, and the vertical axis represents the sheet resistance [ohm / sq.] Per square millimeter of the silicide after the heat treatment.
図2には、Si基板上に形成された4原子%のPdを含むNiシリサイドおよび8原子%のPdを含むNiシリサイドのプロファイル、およびGe含有領域8を含む半導体基板2と同様に表面近傍にGeを含むSi基板上に形成された8原子%のPdを含むNiシリサイドのプロファイルが示される。
FIG. 2 shows a profile of Ni silicide containing 4 atomic% Pd and Ni silicide containing 8 atomic% Pd formed on the Si substrate, and in the vicinity of the surface in the same manner as the
図2によれば、Si基板上に形成したNiシリサイドのプロファイルでは、熱処理温度が650℃を超えたあたりでシート抵抗が急激に上昇する。一方、表面近傍にGeを含むSi基板上に形成したNiシリサイドのプロファイルでは、熱処理温度が750℃に達するまでシート抵抗の急激な上昇が抑えられている。この結果から、Pdを含むNiシリサイドを表面近傍にGeを含むSi基板上に形成した場合、Geを含まないSi基板上に形成した場合よりも、Pdを含むNiシリサイドの耐熱性が高くなることがわかる。 According to FIG. 2, in the profile of Ni silicide formed on the Si substrate, the sheet resistance increases rapidly when the heat treatment temperature exceeds 650 ° C. On the other hand, in the profile of Ni silicide formed on the Si substrate containing Ge near the surface, the rapid increase in sheet resistance is suppressed until the heat treatment temperature reaches 750 ° C. From this result, when Ni silicide containing Pd is formed on a Si substrate containing Ge near the surface, the heat resistance of Ni silicide containing Pd is higher than when it is formed on a Si substrate not containing Ge. I understand.
また、以上の実験において、Niシリサイドの代わりにシリサイド層11の材料として用いられる他の金属シリサイドを用いた場合であっても、同様の結果が得られると考えられる。この結果から、Ge含有領域8がシリサイド層11の耐熱性を高めることがわかる。
In the above experiment, it is considered that the same result can be obtained even when another metal silicide used as the material of the
図3(a)、(b)は、Pdを含むNiシリサイドのシート抵抗のPd濃度依存性を表すグラフである。図3(a)、(b)の横軸はNiシリサイドに含まれるPdの濃度[at%]を表し、縦軸は熱処理後のNiシリサイドの1平方ミリメートルあたりのシート抵抗[ohm/sq.]を表す。また、図3(a)、(b)は、比較例としてのPtを含むNiシリサイドのプロファイルを含む。 3A and 3B are graphs showing the Pd concentration dependence of the sheet resistance of Ni silicide containing Pd. 3A and 3B, the horizontal axis represents the concentration [at%] of Pd contained in Ni silicide, and the vertical axis represents the sheet resistance per square millimeter of Ni silicide after heat treatment [ohm / sq.]. Represents. 3A and 3B include a profile of Ni silicide containing Pt as a comparative example.
図3(a)は、700℃の熱処理を施されたPdまたはPtを含むNiシリサイドのプロファイルを示す。図3(a)によれば、Pdを含むNiシリサイドのプロファイルでは、Pdの濃度が8原子%であるときにシート抵抗が最も小さく、Pdの濃度が8原子%から大きくなるに従って、シート抵抗が緩やかに増加する。 FIG. 3A shows a profile of Ni silicide containing Pd or Pt that has been heat-treated at 700 ° C. FIG. According to FIG. 3A, in the profile of Ni silicide containing Pd, the sheet resistance is the lowest when the concentration of Pd is 8 atomic%, and the sheet resistance increases as the concentration of Pd increases from 8 atomic%. Increases moderately.
また、Pdを含むNiシリサイドのプロファイルとPtを含むNiシリサイドのプロファイルとを比較することにより、Pdを含むNiシリサイドの方がPtを含むNiシリサイドよりも耐熱性に優れることがわかる。 Further, by comparing the profile of Ni silicide containing Pd with the profile of Ni silicide containing Pt, it can be seen that Ni silicide containing Pd is superior in heat resistance to Ni silicide containing Pt.
図3(b)は、750℃の熱処理を施されたPdまたはPtを含むNiシリサイドのプロファイルを示す。図3(b)によれば、図3(a)と同様に、Pdを含むNiシリサイドのプロファイルでは、Pdの濃度が8原子%であるときにシート抵抗が最も小さく、Pdの濃度が8原子%から大きくなるに従って、シート抵抗が緩やかに増加する。この場合、Pdの濃度が5原子%以上である場合に、Pdによる金属シリサイドの耐熱性の向上の効果が表れる。 FIG. 3B shows a profile of Ni silicide containing Pd or Pt that has been heat-treated at 750 ° C. According to FIG. 3B, as in FIG. 3A, in the profile of Ni silicide containing Pd, the sheet resistance is the lowest when the concentration of Pd is 8 atomic%, and the concentration of Pd is 8 atoms. As the value increases from%, the sheet resistance increases gradually. In this case, when the concentration of Pd is 5 atomic% or more, the effect of improving the heat resistance of the metal silicide by Pd appears.
また、Pdを含むNiシリサイドのプロファイルとPtを含むNiシリサイドのプロファイルとを比較することにより、Pdを含むNiシリサイドの方がPtを含むNiシリサイドよりも耐熱性に優れることがわかる。 Further, by comparing the profile of Ni silicide containing Pd with the profile of Ni silicide containing Pt, it can be seen that Ni silicide containing Pd is superior in heat resistance to Ni silicide containing Pt.
また、以上の実験において、Niシリサイドの代わりにシリサイド層11の材料として用いられる他の金属シリサイドを用いた場合であっても、同様の結果が得られると考えられる。
In the above experiment, it is considered that the same result can be obtained even when another metal silicide used as the material of the
以下に、本実施の形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を示す。
Below, an example of the manufacturing method of the
(半導体装置の製造)
図4(a)〜(d)は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置100の製造工程を示す断面図である。
(Manufacture of semiconductor devices)
4A to 4D are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the
まず、図4(a)に示すように、半導体基板2上に素子分離領域3を形成して、MOSFET1を形成するための素子領域を区画し、その後、素子領域にゲート絶縁膜4およびゲート電極5を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an
次に、図4(b)に示すように、ゲート電極5の側面にオフセットスペーサ6を形成し、その後、ソース・ドレイン領域9の浅い領域を形成する。ソース・ドレイン領域9の浅い領域は、ゲート電極5およびオフセットスペーサ6をマスクとして用いたイオン注入法により、半導体基板2に導電型不純物を注入することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, an offset
次に、図4(c)に示すように、オフセットスペーサ6の側面にゲート側壁7を形成し、その後、Ge含有領域8およびソース・ドレイン領域9の深い領域を形成する。Ge含有領域8およびソース・ドレイン領域9の深い領域は、ゲート電極5、オフセットスペーサ6およびゲート側壁7をマスクとして用いたイオン注入法により、半導体基板2に導電型不純物を注入することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
次に、図4(d)に示すように、ゲート電極5およびソース・ドレイン領域8上に、それぞれシリサイド層10およびシリサイド層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, a
シリサイド層10、11を形成する工程は、ゲート電極5およびGe含有領域8を覆うように金属膜を形成する工程と、熱処理によりゲート電極5と金属膜、およびGe含有領域8と金属膜を反応させる工程を含む。
The step of forming the silicide layers 10 and 11 includes a step of forming a metal film so as to cover the
シリサイド層10、11を形成する具体的な方法として、例えば、次のような方法がある。(1)Ni等のベース金属と、Pdを同時にスパッタリングし、ベース金属とPdを含む金属膜を形成した後、熱処理を行う方法。(2)ベース金属を含む金属膜上にPdを含む金属膜を積層した後、熱処理を行う方法。(3)Pdを含む金属膜上にベース金属を含む金属膜を積層した後、熱処理を行う方法。(4)ベース金属を含む金属膜を形成し、熱処理によりベース金属を含むシリサイドを形成した後、イオン注入法によりPdをシリサイドに注入し、さらに熱処理を行う方法。(5)ベース金属を含む金属膜を形成し、熱処理によりベース金属を含むシリサイドを形成した後、シリサイド上にPdを含む金属膜を形成し、さらに熱処理を行う方法。(6)Pdを含む金属膜を形成し、熱処理によりPdを含むシリサイドを形成した後、シリサイド上にベース金属を含む金属膜を形成し、さらに熱処理を行う方法。なお、上記の各方法において、金属膜はPVD法、CVD法等により形成される。 As a specific method for forming the silicide layers 10 and 11, for example, there is the following method. (1) A method of performing heat treatment after simultaneously sputtering a base metal such as Ni and Pd to form a metal film containing the base metal and Pd. (2) A method of performing a heat treatment after laminating a metal film containing Pd on a metal film containing a base metal. (3) A method in which a heat treatment is performed after a metal film containing a base metal is stacked on a metal film containing Pd. (4) A method in which a metal film containing a base metal is formed, a silicide containing a base metal is formed by heat treatment, Pd is then implanted into the silicide by an ion implantation method, and a heat treatment is performed. (5) A method of forming a metal film containing a base metal, forming a silicide containing a base metal by heat treatment, forming a metal film containing Pd on the silicide, and performing a heat treatment. (6) A method of forming a metal film containing Pd, forming a silicide containing Pd by heat treatment, forming a metal film containing a base metal on the silicide, and performing a heat treatment. In each of the above methods, the metal film is formed by a PVD method, a CVD method, or the like.
なお、Ge含有領域8は、シリサイド層11を形成する前であれば、どのタイミングで形成されてもよい。例えば、オフセットスペーサ6の形成後、ゲート側壁7の形成前にGe含有領域8を形成した場合は、ゲート側壁7下にもGe含有領域8が形成される。また、ゲート絶縁膜4を形成する前にGe含有領域8を形成した場合は、ゲート絶縁膜4下にもGe含有領域8が形成される。
Note that the Ge-containing
MOSFET1を形成した後、MOSFET1上に層間絶縁膜(図示しない)を形成し、MOSFET1の上方にメモリ素子を形成する。このメモリ素子を形成する際に、高温の熱処理が行われる。ここで、高温とは、650℃以上の温度をいう。メモリ素子を形成する際には、650〜750℃の高温の熱処理が行われる場合がある。
After the
MOSFET1を形成した後の高温の熱処理工程において、MOSFET1が高温下におかれても、シリサイド層11のシート抵抗は上昇しにくい。
In the high-temperature heat treatment step after the
(第1の実施の形態の効果)
本発明の第1の実施の形態によれば、ソース・ドレイン領域上のシリサイド層として、耐熱性の高いPdを含む金属シリサイドからなるシリサイド層11を用いることにより、シリサイド層形成後の工程において比較的高温の熱処理が基板に施される場合であっても、シリサイド層の電気抵抗の上昇やシリサイド層の素子分離領域3のエッジ部分近傍での異常成長を抑えることができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment of the present invention, by using the
そのため、本実施の形態は、後工程(Back-End Process)において高温処理が必要なトランジスタの製造に適用する場合に、より高い効果を発揮する。後工程において高温処理が必要なトランジスタとしては、例えば、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)、FeRAM, DRAM, MRAM, PCRAM等のメモリ素子のセルトランジスタや、FeRAM, DRAM, MRAM, PCRAM, ReRAM等の混載メモリ素子の周辺回路トランジスタがある。 Therefore, this embodiment exhibits a higher effect when applied to the manufacture of a transistor that requires high-temperature processing in a back-end process. Transistors that require high-temperature processing in subsequent processes include, for example, cell transistors of memory elements such as CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), FeRAM, DRAM, MRAM, PCRAM, FeRAM, DRAM, MRAM, PCRAM, ReRAM, etc. There are peripheral circuit transistors of a mixed memory device.
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態は、シリサイド層11がPdに加えてPtも含むという点において第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the
(半導体装置の構成)
シリサイド層11は、PdおよびPtを含む、Niシリサイド等の金属シリサイドからなる。Pdは、金属シリサイドの耐熱性を向上させる性質を有し、Ptは、金属シリサイドの形成温度の下限を低減する性質を有する。
(Configuration of semiconductor device)
The
金属シリサイドの形成温度の下限をより低減するためには、金属シリサイドに含まれるPtの濃度は、8〜15原子%であることが好ましい。また、第1の実施の形態と同様に、金属シリサイドの耐熱性をより効果的に向上させるためには、金属シリサイドに含まれるPdの濃度は、5原子%以上であることが好ましい。 In order to further reduce the lower limit of the metal silicide formation temperature, the concentration of Pt contained in the metal silicide is preferably 8 to 15 atomic%. Further, similarly to the first embodiment, in order to more effectively improve the heat resistance of the metal silicide, the concentration of Pd contained in the metal silicide is preferably 5 atomic% or more.
図5は、PtまたはPtを含むNiシリサイドのシート抵抗の形成温度依存性を表すグラフである。図5の横軸はNiシリサイドの形成温度[℃]を表し、縦軸はNiシリサイドの1平方ミリメートルあたりのシート抵抗[ohm/sq.]を表す。ここで、形成温度とは、金属膜とSi結晶をシリサイド反応させるための熱処理の温度をいう。 FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of sheet resistance of Ni silicide containing Pt or Pt. The horizontal axis in FIG. 5 represents the Ni silicide formation temperature [° C.], and the vertical axis represents the sheet resistance [ohm / sq.] Per square millimeter of Ni silicide. Here, the formation temperature refers to the temperature of heat treatment for causing a silicide reaction between the metal film and the Si crystal.
図5には、半導体基板2と同様に表面近傍にGeを含むSi基板上に形成された、8原子%のPt、15原子%のPt、8原子%のPd、15原子%のPd、または30原子%のPdを含むNiシリサイドのプロファイルが示される。
FIG. 5 shows that 8 atomic% Pt, 15 atomic% Pt, 8 atomic% Pd, 15 atomic% Pd, or 15 atomic% Pd formed on a Si substrate containing Ge in the vicinity of the surface as in the
図5によれば、Ptを含むNiシリサイドは、Pdを含むNiシリサイドよりも低い形成温度で低いシート抵抗を得ることができることがわかる。例えば、Pdを含むNiシリサイドを350℃で形成した場合、いずれのシート抵抗も45[ohm/sq.]より大きい。一方、Ptを含むNiシリサイドを350℃で形成した場合、いずれのシート抵抗も30[ohm/sq.]よりも小さい。 As can be seen from FIG. 5, Ni silicide containing Pt can obtain a lower sheet resistance at a lower forming temperature than Ni silicide containing Pd. For example, when Ni silicide containing Pd is formed at 350 ° C., any sheet resistance is larger than 45 [ohm / sq.]. On the other hand, when Ni silicide containing Pt is formed at 350 ° C., any sheet resistance is smaller than 30 [ohm / sq.].
また、図5によれば、8%のPtを含むNiシリサイドの方が15%のPtを含むNiシリサイドよりも低い形成温度で低いシート抵抗を得ることができることがわかる。なお、Ptの濃度が8原子%であるときに最も低い形成温度で低いシート抵抗を得ることができ、Ptの濃度が8原子%から大きくなるに従って、低いシート抵抗を得るために必要な形成温度が緩やかに増加する。 FIG. 5 also shows that Ni silicide containing 8% Pt can obtain a lower sheet resistance at a lower forming temperature than Ni silicide containing 15% Pt. A low sheet resistance can be obtained at the lowest formation temperature when the Pt concentration is 8 atomic%, and the formation temperature necessary to obtain a lower sheet resistance as the Pt concentration increases from 8 atomic%. Increases moderately.
また、以上の実験において、Niシリサイドの代わりにシリサイド層11の材料として用いられる他の金属シリサイドを用いた場合であっても、同様の結果が得られると考えられる。
In the above experiment, it is considered that the same result can be obtained even when another metal silicide used as the material of the
これらの結果から、十分低いシート抵抗を得るために必要なシリサイド層11の形成温度の下限を低減するためには、シリサイド層11の金属シリサイドが8原子%以上のPtを含むことが好ましいことがわかる。一方、Ptの濃度が増加すると金属シリサイドのシート抵抗が上昇する傾向がある。シート抵抗を低く保つためには、シリサイド層11の金属シリサイド中のPtの濃度は15原子%以下であることが好ましい。
From these results, in order to reduce the lower limit of the formation temperature of the
シリサイド層10、11を形成する工程は、ゲート電極5およびGe含有領域8を覆うように金属膜を形成する工程と、熱処理によりゲート電極5と金属膜、およびGe含有領域8と金属膜を反応させる工程を含む。
The step of forming the silicide layers 10 and 11 includes a step of forming a metal film so as to cover the
シリサイド層10、11を形成する具体的な方法として、例えば、次のような方法がある。(1)Ni等のベース金属、PdおよびPtを同時にスパッタリングし、ベース金属、PdおよびPtを含む金属膜を形成した後、熱処理を行う方法。(2)ベース金属を含む金属膜上にPdおよびPtを含む金属膜を積層した後、熱処理を行う方法。(3)PdおよびPtを含む金属膜上にベース金属を含む金属膜を積層した後、熱処理を行う方法。(4)ベース金属を含む金属膜を形成し、熱処理によりベース金属を含むシリサイドを形成した後、イオン注入法によりPdおよびPtをシリサイドに注入し、さらに熱処理を行う方法。(5)ベース金属を含む金属膜を形成し、熱処理によりベース金属を含むシリサイドを形成した後、シリサイド上にPdおよびPtを含む金属膜を形成し、さらに熱処理を行う方法。(6)Pdを含む金属膜を形成し、熱処理によりPdおよびPtを含むシリサイドを形成した後、シリサイド上にベース金属を含む金属膜を形成し、さらに熱処理を行う方法。 As a specific method for forming the silicide layers 10 and 11, for example, there is the following method. (1) A method in which a base metal such as Ni, Pd and Pt are simultaneously sputtered to form a metal film containing the base metal, Pd and Pt, and then heat treatment is performed. (2) A method of performing a heat treatment after laminating a metal film containing Pd and Pt on a metal film containing a base metal. (3) A method of performing a heat treatment after laminating a metal film containing a base metal on a metal film containing Pd and Pt. (4) A method in which a metal film containing a base metal is formed, a silicide containing a base metal is formed by heat treatment, Pd and Pt are implanted into the silicide by an ion implantation method, and a heat treatment is further performed. (5) A method of forming a metal film containing a base metal, forming a silicide containing a base metal by heat treatment, forming a metal film containing Pd and Pt on the silicide, and performing a heat treatment. (6) A method of forming a metal film containing Pd, forming a silicide containing Pd and Pt by heat treatment, forming a metal film containing a base metal on the silicide, and further performing a heat treatment.
(第2の実施の形態の効果)
本発明の第2の実施の形態によれば、ソース・ドレイン領域上のシリサイド層として、PdおよびPtを含む金属シリサイドからなるシリサイド層11を用いることにより、比較的低い温度で低いシート抵抗を有するシリサイド層を形成することができ、さらに、シリサイド層形成後の工程において比較的高温の熱処理が基板に施される場合であっても、シリサイド層の電気抵抗の上昇やシリサイド層の素子分離領域3のエッジ部分近傍での異常成長を抑えることができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment of the present invention, the
〔第3の実施の形態〕
本発明の第3の実施の形態は、半導体基板上にエピタキシャル成長させたSiGe結晶上にシリサイド層を形成する点において、第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
[Third Embodiment]
The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a silicide layer is formed on a SiGe crystal epitaxially grown on a semiconductor substrate. Note that the description of the same points as in the first embodiment will be omitted or simplified.
(半導体装置の構成)
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置200の断面図である。半導体装置200は、半導体基板2上に素子分離領域3により他の素子と分離されたMOSFET20を有する。
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a
MOSFET20は、半導体基板2上にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5と、ゲート電極5の側面上に形成されたオフセットスペーサ6と、オフセットスペーサ6の側面上に形成されたゲート側壁7と、半導体基板2上のゲート電極5の両側に形成されたSiGeエピタキシャル層21と、半導体基板2内のゲート電極5の両側およびSiGeエピタキシャル層21内に形成されたソース・ドレイン領域9と、ゲート電極5上のシリサイド層10と、SiGeエピタキシャル層21上のシリサイド層11と、を有する。なお、図示しないが、半導体基板2中のMOSFET20下の領域に、ウェルが形成されていてもよい。
The
SiGeエピタキシャル層21は、ゲート側壁7の両側の半導体基板2の表面を下地としてエピタキシャル成長したSiGe結晶からなる。SiGeエピタキシャル層21中のGe濃度は、第1の実施の形態のGe含有領域8中のGe濃度と同様に、0.001〜50原子%、より好ましくは0.001〜30原子%である。Geは、SiGeエピタキシャル層21上に形成されるPdを含む金属シリサイドであるシリサイド11の耐熱性を向上させる性質を有する。
The
以下に、本実施の形態に係る半導体装置200の製造方法の一例を示す。
Below, an example of the manufacturing method of the
(半導体装置の製造)
図7(a)〜(d)は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置200の製造工程を示す断面図である。
(Manufacture of semiconductor devices)
7A to 7D are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the
まず、図7(a)に示すように、図4(a)、(b)に示したソース・ドレイン領域9の浅い領域を形成するまでの工程を第1の実施の形態と同様に行う。
First, as shown in FIG. 7A, the steps until the formation of the shallow regions of the source /
次に、図7(b)に示すように、オフセットスペーサ6の側面にゲート側壁7を形成し、その後、ゲート側壁7の両側にSiGeエピタキシャル層21を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
SiGeエピタキシャル層21は、ゲート側壁7の両側の半導体基板2の表面を下地としてSiGe結晶をエピタキシャル成長させることにより形成される。また、SiGeエピタキシャル層21は、Si結晶をエピタキシャル成長させた後に、イオン注入法等によりGeをSi結晶に注入することにより形成されてもよい。
The
次に、図7(c)に示すように、ソース・ドレイン領域9の深い領域を形成する。ソース・ドレイン領域9の深い領域は、ゲート電極5、オフセットスペーサ6およびゲート側壁7をマスクとして用いたイオン注入法により、SiGeエピタキシャル層21および半導体基板2に導電型不純物を注入することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, deep regions of the source /
次に、図7(d)に示すように、ゲート電極5およびSiGeエピタキシャル層21上に、それぞれシリサイド層10およびシリサイド層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, a
シリサイド層10、11を形成する工程は、ゲート電極5およびSiGeエピタキシャル層21を覆うように金属膜を形成する工程と、熱処理によりゲート電極5と金属膜、およびSiGeエピタキシャル層21と金属膜を反応させる工程を含む。
The step of forming the silicide layers 10 and 11 includes a step of forming a metal film so as to cover the
(第3の実施の形態の効果)
本発明の第3の実施の形態によれば、エピタキシャル成長したSiGe結晶からなるSiGeエピタキシャル層21上にシリサイド層10を形成することにより、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by forming the
なお、図8に示すように、SiGeエピタキシャル層21は、半導体基板2中のゲート側壁7の両側に形成した溝の中に形成されてもよい。この場合、SiGeエピタキシャル層21のSiGe結晶中のGe濃度が10〜50原子%であるときには、半導体基板2中のゲート絶縁膜4下のチャネル領域に歪みを発生させて、チャネル領域中の正孔の移動度を向上させることができる。このため、MOSFET20がp型である場合にその動作性能を向上させることができる。
As shown in FIG. 8, the
〔第4の実施の形態〕
本発明の第4の実施の形態は、シリサイド層11がPdに加えてPtも含むという点において第3の実施の形態と異なる。なお、第3の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment of the present invention is different from the third embodiment in that the
(半導体装置の構成)
シリサイド層11は、PdおよびPtを含む、Niシリサイド等の金属シリサイドからなる。Pdは、金属シリサイドの耐熱性を向上させる性質を有し、Ptは、金属シリサイドの形成温度の下限を低減する性質を有する。
(Configuration of semiconductor device)
The
金属シリサイドの形成温度の下限をより低減するためには、金属シリサイドに含まれるPtの濃度は、8〜15原子%であることが好ましい。また、第1の実施の形態と同様に、金属シリサイドの耐熱性をより効果的に向上させるためには、金属シリサイドに含まれるPdの濃度は、5原子%以上であることが好ましい。 In order to further reduce the lower limit of the metal silicide formation temperature, the concentration of Pt contained in the metal silicide is preferably 8 to 15 atomic%. Further, similarly to the first embodiment, in order to more effectively improve the heat resistance of the metal silicide, the concentration of Pd contained in the metal silicide is preferably 5 atomic% or more.
(第4の実施の形態の効果)
本発明の第4の実施の形態によれば、ソース・ドレイン領域上のシリサイド層として、PdおよびPtを含む金属シリサイドからなるシリサイド層11を用いることにより、比較的低い温度で低いシート抵抗を有するシリサイド層を形成することができ、さらに、シリサイド層形成後の工程において比較的高温の熱処理が基板に施される場合であっても、シリサイド層の電気抵抗の上昇やシリサイド層の素子分離領域3のエッジ部分近傍での異常成長を抑えることができる。
(Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment of the present invention, the
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記各実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。 In addition, the constituent elements of the above embodiments can be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
100、200 半導体装置、 2 半導体基板、 4 ゲート絶縁膜、 5 ゲート電極、 8 Ge含有領域、 9 ソース・ドレイン領域、 11 シリサイド層、 21 SiGeエピタキシャル層 100, 200 Semiconductor device, 2 Semiconductor substrate, 4 Gate insulating film, 5 Gate electrode, 8 Ge-containing region, 9 Source / drain region, 11 Silicide layer, 21 SiGe epitaxial layer
Claims (5)
前記基板上の前記ゲート電極の両側に、Geを含むSi系結晶からなる下地層を形成する工程と、
前記基板および前記下地層の前記ゲート電極の両側の領域中に、ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記下地層上に、濃度5原子%以上のPdを含む金属シリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成した後、前記基板に650〜750℃の熱処理を施す工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate via a gate insulating film;
Forming a base layer made of Si-based crystal containing Ge on both sides of the gate electrode on the substrate;
Forming source / drain regions in regions on both sides of the gate electrode of the substrate and the base layer;
Forming a silicide layer made of a metal silicide containing Pd at a concentration of 5 atomic% or more on the underlayer;
After forming the silicide layer, subjecting the substrate to a heat treatment at 650 to 750 ° C .;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
請求項1に記載された半導体装置の製造方法。 The metal silicide of the silicide layer further includes Pt at a concentration of 8 to 15 atomic%, and is formed by a silicide reaction generated by a heat treatment at 350 ° C. or lower.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記基板上の前記ゲート電極の両側に形成された、Geを含むSi系結晶からなる下地層と、
前記基板および前記下地層の前記ゲート電極の両側の領域中に形成されたソース・ドレイン領域と、
前記下地層上に形成された、濃度5原子%以上のPdを含む金属シリサイドからなるシリサイド層と、
を有する半導体装置。 A gate electrode formed on the substrate via a gate insulating film;
An underlayer made of Si-based crystals containing Ge, formed on both sides of the gate electrode on the substrate;
Source / drain regions formed in regions on both sides of the gate electrode of the substrate and the base layer;
A silicide layer made of a metal silicide containing Pd having a concentration of 5 atomic% or more formed on the underlayer;
A semiconductor device.
請求項3に記載された半導体装置。 The metal silicide of the silicide layer further includes 8 to 15 atomic% of Pt.
The semiconductor device according to claim 3.
請求項3または4に記載された半導体装置。 The underlayer is made of a Ge-containing region in the substrate or a SiGe epitaxial crystal.
The semiconductor device according to claim 3 or 4.
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