JP2013051313A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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賢治 木本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which allows the easy control of the height and width of a Schottky barrier, involves a low parasitic resistance, and enables the effective suppression of the short-channel effect.SOLUTION: The semiconductor device comprises metal source and drain electrodes (nickel silicide) 6, a P-type silicon substrate 1, and a cesium-containing region 5 formed between the metal source and drain electrodes and the silicon substrate. Thus, the height of an energy barrier against holes is made larger by ionizing cesium in the vicinity of the metal source and drain electrodes 6, thereby significantly reducing a leak current between the metal source and drain electrodes 6 and the P-type silicon substrate 1. In addition, the height and width of a Schottky barrier between a channel and the metal source and drain electrodes 6 are reduced effectively, whereby the parasitic resistance is remarkably reduced. Thus, the thickness (depth) of the metal silicide can be determined without any restriction by ion implantation. Therefore, extremely shallow source and drain can be formed, and a good characteristic in connection with a short-channel effect can be obtained.

Description

この発明は、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.

半導体集積回路の高性能化は、MOSFET(MOS電界効果トランジスタ)の微細化によって進展している。今後も、MOSFETの微細化を継続するためには、微細化に伴って益々顕著となる短チャネル効果による特性劣化を抑制することが必須である。ここで、短チャネル効果を抑制するためには、ソース・ドレインをより浅く形成することが非常に効果的である。また、同時に、高いオン電流を得るために、ソース・ドレインは低抵抗である必要がある。   High performance of semiconductor integrated circuits has been advanced by miniaturization of MOSFETs (MOS field effect transistors). In the future, in order to continue the miniaturization of MOSFETs, it is essential to suppress the deterioration of characteristics due to the short channel effect that becomes more prominent with the miniaturization. Here, in order to suppress the short channel effect, it is very effective to form the source / drain shallower. At the same time, in order to obtain a high on-current, the source / drain needs to have a low resistance.

通常、ソース・ドレインは、高濃度のドナーまたはアクセプターを半導体中にイオン注入し、その後活性化アニールをすることによって形成される。このようにして形成されるソース・ドレインの接合深さを浅くするためには、イオン注入エネルギー(加速エネルギー)を小さくする必要がある。ところが、イオン注入エネルギーを極端に小さすると(例えば1keV以下)、単位時間当たりのドーズ量を十分に確保することが困難になるため、量産プロセスに適用するのが非常に困難になる。また、活性化アニールによる不純物の熱拡散によっても、接合深さが深くなってしまう。一方において、接合深さを浅くするほど、ソース・ドレイン抵抗は大きくなってしまう。このような理由によって、ソース・ドレインの浅接合化は近年益々困難になってきている。   Usually, the source / drain is formed by ion-implanting a high concentration donor or acceptor into a semiconductor and then performing activation annealing. In order to reduce the source / drain junction depth formed in this way, it is necessary to reduce ion implantation energy (acceleration energy). However, if the ion implantation energy is extremely small (for example, 1 keV or less), it becomes difficult to secure a sufficient dose per unit time, which makes it very difficult to apply to a mass production process. Also, the junction depth becomes deep due to thermal diffusion of impurities by activation annealing. On the other hand, the source / drain resistance increases as the junction depth decreases. For these reasons, the shallow junction of the source / drain has become increasingly difficult in recent years.

このような問題を解決する方法として、ソース・ドレインを金属シリサイド等の金属を用いて形成する金属ソース・ドレイン構造が提案されている(例えば、非特許文献1)。上記金属シリサイドは、半導体としてのシリコン上に金属を堆積し、その後にRTA(Rapid Thermal Annealing)等の熱処理を行うことによって形成される。このような金属シリサイドの膜厚は、堆積する金属の膜厚で制御できるため制御が容易であり、従って極めて浅いソース・ドレインを容易に形成することができる。また、ソース・ドレインを金属で形成するため、非常に低抵抗にできることが期待される。   As a method for solving such a problem, a metal source / drain structure in which a source / drain is formed using a metal such as metal silicide has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). The metal silicide is formed by depositing a metal on silicon as a semiconductor and then performing heat treatment such as RTA (Rapid Thermal Annealing). The film thickness of such a metal silicide can be controlled by the film thickness of the deposited metal, so that it can be easily controlled. Therefore, a very shallow source / drain can be easily formed. In addition, since the source and drain are made of metal, it is expected that the resistance can be made extremely low.

しかしながら、上記金属ソース・ドレイン構造には、金属と半導体との間にはショットキー接合が形成されるために、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流が大きく、また、チャネルとソース・ドレインとの間に形成されるショットキー障壁のために、オン電流が低下してしまうという問題がある。   However, since the Schottky junction is formed between the metal and the semiconductor in the metal source / drain structure, the leakage current between the source / drain and the semiconductor is large. There is a problem that the on-current is reduced due to the Schottky barrier formed between the two.

このような問題を解決するために、特開2005‐101588号公報(特許文献1)には、半導体としてのシリコン基板中にAsやB等の不純物を注入し、その後、不純物を注入した領域よりも深い領域まで金属シリサイド(金属ソース・ドレイン)を形成することによって金属シリサイドとシリコンの界面付近に不純物を偏析させ、金属シリサイドに接する領域にシリコン基板とは逆導電型であり且つ空乏化した不純物領域を形成する技術が開示されている。   In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-101588 (Patent Document 1) introduces impurities such as As and B into a silicon substrate as a semiconductor, and then from the region where the impurities are implanted. Impurities are segregated near the interface between the metal silicide and silicon by forming metal silicide (metal source / drain) to a deeper region, and the region that is in contact with the metal silicide has a conductivity type opposite to that of the silicon substrate and is depleted. A technique for forming a region is disclosed.

上記特許文献1に開示された電界効果トランジスタにおいては、金属ソース・ドレインと半導体との接合特性は、pn接合とショットキー接合との中間的な状態となるため、上記非特許文献1の構造よりもリーク電流を抑制することができる。また、上記非特許文献1の場合に比べて、チャネルとソース・ドレインとの間に形成されるショットキー障壁高さが実効的に低減されるため、オン電流を向上させることができる。   In the field effect transistor disclosed in Patent Document 1, the junction characteristics between the metal source / drain and the semiconductor are in an intermediate state between the pn junction and the Schottky junction. Also, leakage current can be suppressed. Further, compared to the case of Non-Patent Document 1, the height of the Schottky barrier formed between the channel and the source / drain is effectively reduced, so that the on-current can be improved.

しかしながら、上記特許文献1に開示された技術では、不純物を注入した領域よりも深い位置まで金属シリサイドを形成する必要があるために、ソース・ドレインの深さは不純物の注入深さよりも浅くすることができない。即ち、pn接合を用いてソース・ドレインを形成する従来の方法よりも浅いソース・ドレインを形成することは、原理的に不可能であるという問題がある。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to form the metal silicide up to a position deeper than the region into which the impurity is implanted. Therefore, the depth of the source / drain is made shallower than the impurity implantation depth. I can't. That is, there is a problem that it is impossible in principle to form a source / drain shallower than the conventional method of forming a source / drain using a pn junction.

また、用いられる不純物は半導体のドナー不純物あるいはアクセプター不純物であるため、不純物を注入した後に不純物の活性化やイオン注入によって生じた結晶欠陥を回復するための熱処理を行う場合には、不純物が熱拡散してしまう。そのために、浅いソース・ドレインを形成することが更に困難になるという問題がある。   In addition, since the impurities used are semiconductor donor impurities or acceptor impurities, the impurities are thermally diffused when heat treatment is performed to recover crystal defects caused by impurity activation or ion implantation after the impurities are implanted. Resulting in. Therefore, there is a problem that it becomes more difficult to form a shallow source / drain.

特開2005‐101588号公報JP 2005-101588 A

シー・ワング、ジョン・ピー・スナイダー、ジェー・アール・タッカー(C.Wang,John P.Snyder,J.R.Tucker)著,「アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)」,米国,アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジックス(American Institute of Physics),第74巻(VOL.74),1999年,P.1174−1176See Wang, John P. Snyder, J. P. Snyder, JRTucker, "Applied Physics Letters", American Institute of the United States・ Physics (American Institute of Physics), Volume 74 (VOL.74), 1999, P.1174-1176

そこで、この発明の課題は、金属材料の種類に関わらずショットキー障壁の高さおよび幅を容易に制御できると共に、寄生抵抗が低く、且つ、短チャネル効果を効果的に抑制できる半導体装置、および、その製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of easily controlling the height and width of the Schottky barrier regardless of the type of metal material, having low parasitic resistance, and effectively suppressing the short channel effect, and It is in providing the manufacturing method.

上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
半導体と、
上記半導体上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体上における上記ゲート電極の両側に形成された金属ソース・ドレイン電極と
を備え、
上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、ショットキー障壁を変調する不純物を含有する不純物含有領域を有しており、
上記不純物は、上記半導体のバルク中では殆どキャリアを発生しない不純物である
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention is
Semiconductors,
A gate electrode formed on the semiconductor via a gate insulating film;
Metal source / drain electrodes formed on both sides of the gate electrode on the semiconductor,
In part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor has an impurity-containing region containing an impurity that modulates a Schottky barrier,
The impurity is an impurity that hardly generates carriers in the bulk of the semiconductor.

上記構成によれば、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、ショットキー障壁を変調する不純物を含有する不純物領域を有している。したがって、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗を著しく減少させることができる。   According to the above configuration, an impurity region containing an impurity that modulates the Schottky barrier is provided in part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor. Therefore, the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be significantly reduced.

さらに、上記不純物は上記半導体のバルク中で殆どキャリアを発生しないので、上記不純物含有領域を上記金属ソース・ドレイン電極よりも深く形成した場合であっても、短チャネル効果特性を劣化させることがない。すなわち、上記不純物の注入深さよりも浅い領域にソース・ドレインを形成することができ、極めて浅いソース・ドレインを形成することができる。したがって、良好な短チャネル効果特性を得ることができるのである。   Further, since the impurities hardly generate carriers in the bulk of the semiconductor, even if the impurity-containing region is formed deeper than the metal source / drain electrodes, the short channel effect characteristics are not deteriorated. . That is, the source / drain can be formed in a region shallower than the impurity implantation depth, and an extremely shallow source / drain can be formed. Therefore, good short channel effect characteristics can be obtained.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物は、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に加えて、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域にも含まれており、
上記不純物の仕事関数は、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも小さい。
In the semiconductor device of one embodiment,
In addition to part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor, the impurity is in a region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode. Is also included,
The work function of the impurities is smaller than the work function of the metal source / drain electrodes.

この実施の形態によれば、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域に、仕事関数が上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも小さい上記不純物が含まれている。したがって、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数を小さくして、電子に対するショットキー障壁高さを更に小さくすることができる。すなわち、N型MOSFETの寄生抵抗を減少させることができる。   According to this embodiment, in the region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode, the impurity having a work function smaller than that of the metal source / drain electrode is present. include. Therefore, the work function of the metal source / drain electrodes can be reduced, and the Schottky barrier height for electrons can be further reduced. That is, the parasitic resistance of the N-type MOSFET can be reduced.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物は、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に加えて、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域にも含まれており、
上記不純物の仕事関数は、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも大きい。
In the semiconductor device of one embodiment,
In addition to part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor, the impurity is in a region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode. Is also included,
The work function of the impurity is larger than the work function of the metal source / drain electrode.

この実施の形態によれば、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域に、仕事関数が上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも大きい上記不純物が含まれている。したがって、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数を小さくして、正孔に対するショットキー障壁高さを更に小さくすることができる。すなわち、P型MOSFETの寄生抵抗を減少させることができる。   According to this embodiment, the impurity whose work function is larger than the work function of the metal source / drain electrode is present in a region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode. include. Therefore, the work function of the metal source / drain electrodes can be reduced, and the Schottky barrier height for holes can be further reduced. That is, the parasitic resistance of the P-type MOSFET can be reduced.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物の質量数は75よりも大きい。
In the semiconductor device of one embodiment,
The mass number of the impurities is greater than 75.

この実施の形態によれば、上記半導体に含まれる上記不純物の導入をイオン注入によって行う場合、上記不純物の質量数は通常のドナー不純物である砒素の質量数75よりも大きいので、同じイオン注入エネルギーにおいて上記砒素よりも浅い領域にイオン注入できる。逆に言えば、同じ深さにイオン注入を行う場合、上記不純物のイオン注入エネルギーを上記砒素のイオン注入エネルギーよりも大きくできるので、イオン電流量を多くすることができ、プロセス時間を短縮することができる。特に、上記不純物によれば、非常に小さいイオン注入エネルギーでイオン注入を行う場合に、十分なドーズ量が確保できないという問題を回避することができる。   According to this embodiment, when the impurity contained in the semiconductor is introduced by ion implantation, the mass number of the impurity is larger than the mass number 75 of arsenic, which is a normal donor impurity, and therefore the same ion implantation energy. Can be implanted into a region shallower than the arsenic. Conversely, when ion implantation is performed at the same depth, the ion implantation energy of the impurity can be made larger than the ion implantation energy of the arsenic, so that the amount of ion current can be increased and the process time can be shortened. Can do. In particular, according to the above impurities, it is possible to avoid the problem that a sufficient dose cannot be secured when ion implantation is performed with very small ion implantation energy.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物は、上記半導体の電子親和力よりも小さいイオン化ポテンシャルを有している。
In the semiconductor device of one embodiment,
The impurity has an ionization potential smaller than the electron affinity of the semiconductor.

この実施の形態によれば、上記不純物のイオン化ポテンシャルは上記半導体の電子親和力よりも小さいので、上記不純物は、上記半導体の伝導帯下端よりも高エネルギー側にエネルギー準位(不純物準位)を形成する。そして、この不純物準位から上記金属ソース・ドレイン電極側に電子が放出されて上記不純物は正にイオン化し、上記不純物がイオン化した領域では、上記半導体のエネルギーバンドが、上記不純物準位と上記金属ソース・ドレイン電極のフェルミ準位とが一致する程度まで曲げられる。そのため、ショットキー障壁が大きく変調される。   According to this embodiment, since the ionization potential of the impurity is smaller than the electron affinity of the semiconductor, the impurity forms an energy level (impurity level) on the higher energy side than the lower end of the conduction band of the semiconductor. To do. Then, electrons are emitted from the impurity level to the metal source / drain electrode side, the impurity is positively ionized, and in the region where the impurity is ionized, the energy band of the semiconductor has the impurity level and the metal It is bent to the extent that the Fermi level of the source / drain electrodes coincides. Therefore, the Schottky barrier is greatly modulated.

したがって、N型MOSFETにおいて、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を著しく抑制することができると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗を著しく減少させることができる。   Therefore, in the N-type MOSFET, the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be significantly reduced.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物は、セシウムである。
In the semiconductor device of one embodiment,
The impurity is cesium.

この実施の形態によれば、セシウムのイオン化ポテンシャル3.89eVは例えばシリコンの電子親和力4.05eVよりも小さいので、上記セシウムは、上記シリコンの伝導帯下端よりも高エネルギー側にエネルギー準位(不純物準位)を形成する。したがって、容易にショットキー障壁を大きく変調することができる。尚、セシウムは、シリコンのバルク中では殆どキャリアを発生しない。   According to this embodiment, since the ionization potential 3.89 eV of cesium is smaller than, for example, the electron affinity 4.05 eV of silicon, the cesium has an energy level (impurity level) higher than the lower end of the conduction band of silicon. Level). Therefore, the Schottky barrier can be easily modulated greatly. Note that cesium hardly generates carriers in the bulk of silicon.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物含有領域の上記金属ソース・ドレイン電極との界面における上記不純物の濃度は、1×1019cm-3以上である。
In the semiconductor device of one embodiment,
The concentration of the impurity at the interface between the impurity-containing region and the metal source / drain electrode is 1 × 10 19 cm −3 or more.

この実施の形態によれば、上記金属ソース・ドレイン電極との界面での上記不純物の濃度が十分に大きい。そのため、ショットキー障壁が大きく変調され、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流が著しく抑制されると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗が著しく減少される。   According to this embodiment, the concentration of the impurity at the interface with the metal source / drain electrode is sufficiently high. Therefore, the Schottky barrier is greatly modulated, the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode is remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode is remarkably reduced.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記不純物含有領域における上記不純物の濃度は、上記不純物含有領域の上記金属ソース・ドレイン電極との界面よりも深い位置にピークを有している。
In the semiconductor device of one embodiment,
The concentration of the impurity in the impurity-containing region has a peak at a position deeper than the interface between the impurity-containing region and the metal source / drain electrode.

この実施の形態によれば、上記金属ソース・ドレイン電極の広い範囲を高濃度の不純物領域で覆うことができるので、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を効果的に低減することができる。   According to this embodiment, since a wide range of the metal source / drain electrodes can be covered with a high concentration impurity region, the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrodes can be effectively reduced. Can do.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記金属ソース・ドレイン電極は、上記半導体と金属との化合物で構成されている。
In the semiconductor device of one embodiment,
The metal source / drain electrodes are composed of a compound of the semiconductor and metal.

この実施の形態によれば、上記金属ソース・ドレイン電極の深さは上記半導体上に堆積する上記金属の厚さによって制御することができる。したがって、上記半導体上にスパッタ法等によって上記金属を薄く堆積することによって、浅い金属ソース・ドレイン電極を容易に形成することができる。   According to this embodiment, the depth of the metal source / drain electrode can be controlled by the thickness of the metal deposited on the semiconductor. Therefore, shallow metal source / drain electrodes can be easily formed by thinly depositing the metal on the semiconductor by sputtering or the like.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記半導体は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを主成分として含んでおり、
上記金属は、ニッケル,コバルト,チタン,エルビウム,イッテルビウムおよび白金の元素群うちの1つ以上を含んでいる。
In the semiconductor device of one embodiment,
The semiconductor contains at least one of silicon and germanium as a main component,
The metal includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium, ytterbium and platinum elements.

この実施の形態によれば、自己整合シリサイドプロセスあるいは自己整合ジャーマナイドプロセスを用いることができるため、上記浅い金属ソース・ドレイン電極を、上記ゲート電極に対して自己整合的な位置に容易に形成することができる。   According to this embodiment, since the self-aligned silicide process or the self-aligned germanide process can be used, the shallow metal source / drain electrodes are easily formed in a self-aligned position with respect to the gate electrode. can do.

また、1実施の形態の半導体装置では、
上記半導体は、絶縁体上に設けられており、
上記金属ソース・ドレイン電極の少なくとも一部は、上記絶縁体に接している。
In the semiconductor device of one embodiment,
The semiconductor is provided on an insulator,
At least a part of the metal source / drain electrode is in contact with the insulator.

この実施の形態によれば、SOI(Semiconductor On Insulator)構造の半導体装置において、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗を著しく減少させることができる。さらに、極めて浅いソース・ドレインの形成を可能にして、良好な短チャネル効果特性を得ることができる。   According to this embodiment, in a semiconductor device having an SOI (Semiconductor On Insulator) structure, the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be reduced. Can be significantly reduced. Furthermore, it is possible to form a very shallow source / drain and to obtain good short channel effect characteristics.

また、この発明の半導体装置の製造方法は、
半導体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、
上記半導体の上部における上記ゲート電極の両側に上記不純物を導入して上記不純物含有領域を形成する工程と、
上記半導体における上記不純物含有領域上に金属を堆積する工程と、
アニールを行って上記半導体と上記金属とを反応させて、上記半導体の上部における上記ゲート電極の両側に上記金属ソース・ドレイン電極を形成する工程と
を備え、
上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、上記不純物含有領域を形成する
ことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
Forming a gate electrode on a semiconductor via a gate insulating film;
Introducing the impurity on both sides of the gate electrode in the upper part of the semiconductor to form the impurity-containing region;
Depositing a metal on the impurity-containing region in the semiconductor;
Forming a metal source / drain electrode on both sides of the gate electrode in the upper part of the semiconductor by reacting the semiconductor with the metal by annealing; and
The impurity-containing region is formed in part or all of a region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor.

上記構成によれば、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、ショットキー障壁を変調する不純物を含有する不純物領域を形成している。したがって、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗を著しく減少できる半導体装置を形成することができる。   According to the above configuration, the impurity region containing the impurity that modulates the Schottky barrier is formed in part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor. Therefore, it is possible to form a semiconductor device in which the leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be significantly reduced.

さらに、上記不純物は上記半導体のバルク中でキャリアを発生しないので、上記不純物含有領域を上記金属ソース・ドレイン電極よりも深く形成した場合であっても、短チャネル効果特性を劣化させることがない。すなわち、上記不純物の注入深さよりも浅い領域にソース・ドレインを形成することができ、極めて浅いソース・ドレインを形成することができる。したがって、良好な短チャネル効果特性を有する半導体装置を形成することができるのである。   Furthermore, since the impurities do not generate carriers in the bulk of the semiconductor, even if the impurity-containing region is formed deeper than the metal source / drain electrodes, the short channel effect characteristics are not deteriorated. That is, the source / drain can be formed in a region shallower than the impurity implantation depth, and an extremely shallow source / drain can be formed. Accordingly, a semiconductor device having good short channel effect characteristics can be formed.

また、1実施の形態の半導体装置の製造方法では、
上記不純物は、セシウムである。
In the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment,
The impurity is cesium.

この実施の形態によれば、セシウムのイオン化ポテンシャル3.89eVは例えばシリコンの電子親和力4.05eVよりも小さいので、上記セシウムは、上記シリコンの伝導帯下端よりも高エネルギー側にエネルギー準位(不純物準位)を形成する。したがって、容易にショットキー障壁を大きく変調することができる。尚、セシウムは、シリコンのバルク中では殆どキャリアを発生しない。   According to this embodiment, since the ionization potential 3.89 eV of cesium is smaller than, for example, the electron affinity 4.05 eV of silicon, the cesium has an energy level (impurity level) higher than the lower end of the conduction band of silicon. Level). Therefore, the Schottky barrier can be easily modulated greatly. Note that cesium hardly generates carriers in the bulk of silicon.

また、1実施の形態の半導体装置の製造方法では、
上記半導体は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを主成分として含んでおり、
上記金属は、ニッケル,コバルト,チタン,エルビウム,イッテルビウムおよび白金の元素群うちの1つ以上を含んでいる。
In the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment,
The semiconductor contains at least one of silicon and germanium as a main component,
The metal includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium, ytterbium and platinum elements.

この実施の形態によれば、自己整合シリサイドプロセスあるいは自己整合ジャーマナイドプロセスを用いることができるため、上記浅い金属ソース・ドレイン電極を、上記ゲート電極に対して自己整合的な位置に容易に形成することができる。   According to this embodiment, since the self-aligned silicide process or the self-aligned germanide process can be used, the shallow metal source / drain electrodes are easily formed in a self-aligned position with respect to the gate electrode. can do.

以上より明らかなように、この発明によれば、半導体における金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、ショットキー障壁を変調する不純物を含有する不純物領域を有しているので、上記半導体‐上記金属ソース・ドレイン電極間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐上記金属ソース・ドレイン電極間の抵抗を著しく減少させることができる。   As is clear from the above, according to the present invention, the semiconductor region has an impurity region containing an impurity that modulates the Schottky barrier in part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode. The leakage current between the semiconductor and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be significantly reduced.

さらに、上記不純物は上記半導体のバルク中で殆どキャリアを発生しないので、上記不純物含有領域を上記金属ソース・ドレイン電極よりも深く形成した場合であっても、短チャネル効果特性を劣化させることがない。すなわち、上記不純物の注入深さよりも浅い領域にソース・ドレインを形成することができ、極めて浅いソース・ドレインを形成することができる。したがって、良好な短チャネル効果特性を得ることができるのである。   Further, since the impurities hardly generate carriers in the bulk of the semiconductor, even if the impurity-containing region is formed deeper than the metal source / drain electrodes, the short channel effect characteristics are not deteriorated. . That is, the source / drain can be formed in a region shallower than the impurity implantation depth, and an extremely shallow source / drain can be formed. Therefore, good short channel effect characteristics can be obtained.

この発明の半導体装置における第1実施の形態での各製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in each manufacturing process in 1st Embodiment in the semiconductor device of this invention. 図1に示す製造方法によって製造された半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 図1における金属ソース・ドレイン電極と同様の方法で作製したダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the diode produced by the method similar to the metal source / drain electrode in FIG. 図3における電流‐電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic in FIG. 図3におけるバンド図である。FIG. 4 is a band diagram in FIG. 3. 図3においてセシウム含有領域が存在しない場合のバンド図である。FIG. 4 is a band diagram when there is no cesium-containing region in FIG. 3. 図3においてN型シリコンを用いた場合の電流‐電圧特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics when N-type silicon is used in FIG. 3. 図3においてN型シリコンを用いた場合のバンド図である。It is a band figure at the time of using N type silicon in FIG. 図3においてN型シリコンを用いた場合であってセシウム含有領域が存在しない場合のバンド図である。FIG. 4 is a band diagram when N-type silicon is used in FIG. 3 and no cesium-containing region exists. 図2におけるB‐B'断面でのバンド図である。It is a band figure in the BB 'cross section in FIG. 図2においてセシウム含有領域が存在しない場合のB‐B'断面でのバンド図である。FIG. 3 is a band diagram at the BB ′ cross section when no cesium-containing region exists in FIG. 2. 第2実施の形態での各製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in each manufacturing process in 2nd Embodiment. 第3実施の形態での各製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in each manufacturing process in 3rd Embodiment. 図13に続く各製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in each manufacturing process following FIG. 図14に続く製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process following FIG. 図15(e)のD‐D'矢視断面図である。It is DD 'arrow sectional drawing of FIG.15 (e). 図15(e)のE‐E'矢視断面図である。It is EE 'arrow sectional drawing of FIG.15 (e). 図16とは異なる図15(e)のD‐D'矢視断面図である。It is DD 'arrow sectional drawing of FIG.15 (e) different from FIG. 図16および図18とは異なる図15(e)のD‐D'矢視断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 15 (e) different from FIGS.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

この発明に使用可能な半導体は特に限定されるものではないが、シリコン,ゲルマニウム,SiGe,GaAs,カーボンナノチューブ等を用いることができる。さらに、SOI(Semiconductor On Insulator)基板、あるいは、結晶に歪みを加えることによってキャリア移動度を向上させた歪み半導体基板であってもよい。また、ガラス基板等の上に形成した多結晶半導体あるいはアモルファス半導体を用いることもあり得る。   The semiconductor that can be used in the present invention is not particularly limited, but silicon, germanium, SiGe, GaAs, carbon nanotubes, and the like can be used. Further, it may be an SOI (Semiconductor On Insulator) substrate or a strained semiconductor substrate in which carrier mobility is improved by applying strain to the crystal. In addition, a polycrystalline semiconductor or an amorphous semiconductor formed on a glass substrate or the like may be used.

尚、以下の各実施の形態においては、不純物としてセシウムを用いたN型チャネル素子を中心に説明するが、不純物の導電型および固定電荷の極性を逆にすることによって、P型チャネル素子とすることができる。勿論、両型の素子が同一基板上に形成されていても良い。   In each of the following embodiments, the description will focus on an N-type channel element using cesium as an impurity, but a P-type channel element is obtained by reversing the conductivity type of the impurity and the polarity of the fixed charge. be able to. Of course, both types of elements may be formed on the same substrate.

(第1実施の形態)
図1は、第1実施の形態の半導体装置における各製造工程中の断面図である。また、図2は、図1に示す製造方法によって製造された半導体装置の断面図である。以下、図1および図2に従って、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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view in each manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method shown in FIG. A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described below with reference to FIGS.

先ず、半導体の一例としてのP型シリコン基板1の一主面上に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation:浅い溝分離)法等の公知の方法によって素子分離領域(図示せず)を形成し、その素子分離領域によって素子形成領域を区分する。   First, an element isolation region (not shown) is formed on one main surface of a P-type silicon substrate 1 as an example of a semiconductor by a known method such as an STI (Shallow Trench Isolation) method. The element formation region is divided by the element isolation region.

次に、図1(a)に示すように、熱酸化法,CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法あるいはALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積)法等を用いることによって、上記素子形成領域の表面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2を形成し、続いて、CVD法等を用いてN型多結晶シリコン膜をゲート絶縁膜2上に堆積する。次に、リソグラフィー法およびRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)法等を用いて上記多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極3を形成する。   Next, as shown in FIG. 1A, by using a thermal oxidation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like, A gate insulating film 2 made of silicon oxide is formed on the surface of the formation region, and then an N-type polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 2 using a CVD method or the like. Next, the gate electrode 3 is formed by patterning the polycrystalline silicon film using a lithography method, a reactive ion etching (RIE) method, or the like.

上記ゲート絶縁膜2の材料として、酸化シリコンの代わりに、酸窒化シリコン,窒化シリコン,酸化ハフニウム,酸化ランタン、および、これらの材料に窒素,シリコン,アルミニウム等を含有させたもの等を用いてもよい。   As the material of the gate insulating film 2, silicon oxynitride, silicon nitride, hafnium oxide, lanthanum oxide, or a material containing these materials containing nitrogen, silicon, aluminum, or the like may be used instead of silicon oxide. Good.

また、上記ゲート電極3の材料として多結晶シリコンを用いたが、アモルファスシリコン,ゲルマニウム,ゲルマニウムを含有したシリコン等を用いてもよい。   Further, although polycrystalline silicon is used as the material of the gate electrode 3, amorphous silicon, germanium, silicon containing germanium, or the like may be used.

次に、図1(b)に示すように、CVD法等を用いて酸化シリコン膜を堆積し、続いて、RIE法によってエッチバックすることにより、ゲート側壁膜4を形成する。   Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film is deposited using a CVD method or the like, and then etched back by an RIE method, thereby forming a gate sidewall film 4.

上記ゲート側壁膜4の材料として、酸化シリコンの代わりに、窒化シリコン,酸窒化シリコン等を用いてもよい。   As a material for the gate sidewall film 4, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like may be used instead of silicon oxide.

また、上記ゲート側壁膜4は、正の固定電荷を含んでいても良い。例えば、上記酸化シリコン中にセシウム等の正の固定電荷となる不純物を、イオン注入法等によって導入することによって、正の固定電荷を含むゲート側壁膜4を形成することができる。また、上記酸化シリコンの代わりに、窒素元素を含むラジカルあるいはプラズマ等をシリコン表面にさらすことによってシリコン表面を窒化して薄い窒化シリコンを形成する、あるいは、上記CVD法等によって屈折率2.1以上の窒化シリコンを形成することによっても、正の固定電荷を含むゲート側壁膜4を形成することができる。窒化シリコンの屈折率を2.1以上とすることにより、高密度の固定電荷を形成することができる。例えば、PE‐CVD(Plasma Enhanced CVD)法において、300mTorr〜600mTorr、ガス流量比SiH4/NH3=0.04〜1.5、基板温度300℃〜450℃、プラズマパワー40W〜100Wの条件にて、屈折率2.1以上の窒化シリコンを形成することができる。また、上述のような方法によって形成した固定電荷を含む絶縁膜の上に、更に、酸化シリコン等の絶縁膜を堆積した積層膜をエッチバックすることにより、固定電荷を含むゲート側壁膜4を形成してもよい。 The gate sidewall film 4 may contain positive fixed charges. For example, the gate sidewall film 4 containing positive fixed charges can be formed by introducing an impurity that becomes positive fixed charges such as cesium into the silicon oxide by an ion implantation method or the like. Further, instead of the silicon oxide, a radical containing silicon element or plasma is exposed to the silicon surface to nitride the silicon surface to form a thin silicon nitride, or a refractive index of 2.1 or more by the CVD method or the like. The gate sidewall film 4 containing positive fixed charges can also be formed by forming this silicon nitride. By setting the refractive index of silicon nitride to 2.1 or more, a high-density fixed charge can be formed. For example, in PE-CVD (Plasma Enhanced CVD) method, the conditions are 300 mTorr to 600 mTorr, gas flow rate ratio SiH 4 / NH 3 = 0.04 to 1.5, substrate temperature 300 ° C. to 450 ° C., plasma power 40 W to 100 W. Thus, silicon nitride having a refractive index of 2.1 or more can be formed. In addition, the gate sidewall film 4 including the fixed charge is formed by etching back the laminated film on which the insulating film such as silicon oxide is deposited on the insulating film including the fixed charge formed by the method described above. May be.

このように、ゲート側壁膜4中に正の固定電荷を含む場合、後のプロセスで形成する金属ソース・ドレイン電極の少なくとも一方が、プロセスばらつき等によってゲート電極3に対してオフセットした場合であっても、固定電荷を含むゲート側壁膜4下の半導体としてのシリコン表面に電子キャリア層が形成されるため、チャネル領域と金属ソース・ドレイン電極とが前記電子キャリア層を介してオーミックに接続することができ、寄生抵抗の増加を防ぐことができる。これにより、歩留まりを飛躍的に向上することができる。尚、上記電子キャリア層の厚みは極めて薄いため、短チャネル効果特性は劣化しない。   As described above, when the gate sidewall film 4 includes a positive fixed charge, at least one of the metal source / drain electrodes formed in a later process is offset with respect to the gate electrode 3 due to process variation or the like. However, since the electron carrier layer is formed on the silicon surface as the semiconductor under the gate side wall film 4 containing the fixed charge, the channel region and the metal source / drain electrodes may be ohmically connected via the electron carrier layer. And increase in parasitic resistance can be prevented. Thereby, the yield can be dramatically improved. Since the electron carrier layer is extremely thin, the short channel effect characteristic is not deteriorated.

尚、上記ゲート側壁膜4中の固定電荷密度σFC(cm-2)は、ゲート電極3の端部近傍におけるシリコン中のP型不純物濃度NA(cm-3)のとき、下記の条件を満たすことにより、上記の電子キャリア層を形成することができる。

Figure 2013051313
但し、
Figure 2013051313
ここで、κ:シリコン(半導体)の比誘電率、ε:真空の誘電率(F/cm)、q:電荷素量(C)、Ni:シリコン(半導体)の真性キャリア密度(cm-3)、kB:ボルツマン定数(eV/K)、T:絶対温度(K)である。例えば、NA=1×1018cm-3のとき、
σFC≧3.5×1012cm-2
とすることにより、上記電子キャリア層を形成することができる。 The fixed charge density σ FC (cm −2 ) in the gate sidewall film 4 satisfies the following condition when the P-type impurity concentration N A (cm −3 ) in the silicon near the end of the gate electrode 3 is satisfied. By satisfy | filling, said electron carrier layer can be formed.
Figure 2013051313
However,
Figure 2013051313
Where κ: relative dielectric constant of silicon (semiconductor), ε: dielectric constant of vacuum (F / cm), q: elementary charge (C), Ni : intrinsic carrier density of silicon (semiconductor) (cm −3) ), K B : Boltzmann constant (eV / K), T: absolute temperature (K). For example, when N A = 1 × 10 18 cm −3 ,
σ FC ≧ 3.5 × 10 12 cm -2
Thus, the electron carrier layer can be formed.

更に好ましくは、σFC=1×1013cm-2〜3×1013cm-2とするのがよい。このとき、上記電子キャリア層の抵抗が最も低くなり、最も効果的に上記オフセットによる高抵抗化を防ぐことができる。尚、σFCが大きいほど、電子キャリア密度が増加するが、移動度が減少するため、σFC=1×1013cm-2〜3×1013cm-2で最も電子キャリア層の抵抗が低くなる。 More preferably, σ FC = 1 × 10 13 cm −2 to 3 × 10 13 cm −2 . At this time, the resistance of the electron carrier layer becomes the lowest, and the resistance increase due to the offset can be prevented most effectively. As σ FC increases, the electron carrier density increases, but the mobility decreases. Therefore , the resistance of the electron carrier layer is lowest at σ FC = 1 × 10 13 cm −2 to 3 × 10 13 cm −2. Become.

尚、P型素子の場合は、固定電荷の極性を負とすることによって上記と同様の効果を得ることができる。例えば、誘電率1.9未満の窒化シリコン、あるいは、ALD法等を用いて成膜した酸化アルミニウムを形成し、その後エッチバックすることにより、負の固定電荷を持つゲート側壁膜4を形成することができる。   In the case of a P-type element, the same effect as described above can be obtained by making the polarity of the fixed charge negative. For example, the gate sidewall film 4 having a negative fixed charge is formed by forming silicon nitride having a dielectric constant of less than 1.9 or aluminum oxide formed by using an ALD method or the like and then etching back. Can do.

次に、図1(c)に示すように、半導体と金属ソース・ドレイン電極間のショットキー障壁を変調する不純物としてのセシウムを、例えば、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1014cm-2の条件でイオン注入することによって、セシウム含有領域5を形成する。尚、イオン注入の条件は上記の条件に限定するものではないが、セシウム含有領域5が後の工程で形成するニッケルシリサイド6(図1(d)参照)よりも深い位置まで形成されるようにすればよい。 Next, as shown in FIG. 1C, cesium as an impurity that modulates the Schottky barrier between the semiconductor and the metal source / drain electrodes is, for example, accelerated energy of 5 keV and dose of 1 × 10 14 cm −2 . The cesium-containing region 5 is formed by ion implantation under conditions. The ion implantation conditions are not limited to the above conditions, but the cesium-containing region 5 is formed so as to be deeper than the nickel silicide 6 (see FIG. 1D) formed in a later step. do it.

尚、セシウム(質量数133)は、通常のドナー不純物であるP(質量数31)やAs(質量数75)等に比べて、質量数が大きいため、同じイオン注入エネルギーであればより浅い領域にイオン注入することができる。また、イオン注入では、イオン注入エネルギーが小さい程、また、注入種の質量数が小さい程、イオン注入時の電流量が小さくなるため、特に1keV以下等の極低エネルギー注入ではイオン注入時間が極端に長くなってしまうという問題がある。セシウムは通常のドナー不純物であるPやAsに比べて質量数が大きいため、電流量をより大きく取ることができ、したがって、イオン注入時間の大幅な短縮、あるいは、更に低いエネルギーでのイオン注入が可能となる。その結果、極めて浅い位置に金属ソース・ドレイン電極を形成することができるため、短チャネル効果特性を改善することができるのである。   Cesium (mass number 133) has a larger mass number than P (mass number 31), As (mass number 75), etc., which are normal donor impurities. Can be ion-implanted. In ion implantation, the smaller the ion implantation energy and the smaller the number of implanted species, the smaller the amount of current during ion implantation. There is a problem that it becomes long. Cesium has a larger mass number than normal donor impurities such as P and As, so it can take a larger amount of current. Therefore, the ion implantation time can be greatly shortened or ion implantation can be performed at a lower energy. It becomes possible. As a result, since the metal source / drain electrodes can be formed at extremely shallow positions, the short channel effect characteristics can be improved.

また、セシウムのイオン注入は、チルト角を調節する等して、上記セシウム含有領域5を形成するのと同時に、ゲート側壁膜4中にもセシウムが導入されるように実施してもよい。その場合、セシウムはゲート側壁膜4中でイオン化して正の固定電荷となるため、後のプロセスで形成する金属ソース・ドレイン電極の少なくとも一方が、プロセスばらつき等によってゲート電極3に対してオフセットした場合であっても、固定電荷を含むゲート側壁膜4直下に電子キャリア層が形成されるため、チャネル領域と金属ソース・ドレイン電極とが上記電子キャリア層を介してオーミックに接続することができ、寄生抵抗の増加を防ぐことができる。これにより、歩留まりを飛躍的に向上することができる。尚、上記電子キャリア層の厚みは極めて薄いため、短チャネル効果特性は劣化しない。   The cesium ion implantation may be performed so that cesium is introduced into the gate sidewall film 4 simultaneously with the formation of the cesium-containing region 5 by adjusting the tilt angle. In that case, since cesium is ionized in the gate side wall film 4 and becomes a positive fixed charge, at least one of the metal source / drain electrodes formed in the subsequent process is offset with respect to the gate electrode 3 due to process variations or the like. Even in this case, since the electron carrier layer is formed immediately below the gate sidewall film 4 containing a fixed charge, the channel region and the metal source / drain electrodes can be connected ohmic via the electron carrier layer, An increase in parasitic resistance can be prevented. Thereby, the yield can be dramatically improved. Since the electron carrier layer is extremely thin, the short channel effect characteristic is not deteriorated.

このように、同じ不純物を用いてセシウム含有領域5とゲート側壁膜4中との固定電荷を同時に形成することにより、プロセスを簡略化させることができるのである。   Thus, the process can be simplified by simultaneously forming fixed charges in the cesium-containing region 5 and the gate sidewall film 4 using the same impurity.

その後、注入ダメージを回復させるためにアニールを行っても差し支えない。その場合には、例えば、RTA法,FLA(Flash Lamp Annealing:フラッシュランプアニール)法,レーザーアニール法等を用いる。   Thereafter, annealing may be performed to recover the implantation damage. In that case, for example, RTA method, FLA (Flash Lamp Annealing) method, laser annealing method or the like is used.

次に、図1(d)に示すように、スパッタ法等によってニッケルを例えば2nm程度堆積した後に、260℃〜350℃、30秒〜200秒の条件でアニールを行ってシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってニッケル上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のニッケル(およびTiN)を除去することによって、金属ソース・ドレイン電極の一例としての上記ニッケルシリサイド6を形成する。その後に、350℃〜500℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによって、ニッケルシリサイド6を低抵抗化する。その場合、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド6)(以下、金属ソース・ドレイン電極6と言う場合もある)がセシウム含有領域5を介して半導体(P型シリコン基板1)と接するように、ニッケルシリサイド6は、少なくともその厚み(深さ)がセシウム含有領域5よりも薄く(浅く)なるように形成する。尚、ニッケルシリサイド6の厚みは、スパッタしたニッケルの膜厚の3倍程度(例えば6nm程度)となる。   Next, as shown in FIG. 1 (d), nickel is deposited by, for example, about 2 nm by sputtering or the like, and then annealed at 260 ° C. to 350 ° C. for 30 seconds to 200 seconds to be silicided. In that case, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like before the annealing. Thereafter, unreacted nickel (and TiN) is removed to form the nickel silicide 6 as an example of a metal source / drain electrode. After that, the resistance of the nickel silicide 6 is reduced by annealing under conditions of 350 ° C. to 500 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. In this case, the nickel is used so that the metal source / drain electrode (nickel silicide 6) (hereinafter sometimes referred to as the metal source / drain electrode 6) is in contact with the semiconductor (P-type silicon substrate 1) through the cesium-containing region 5. The silicide 6 is formed so that at least its thickness (depth) is thinner (shallow) than the cesium-containing region 5. The thickness of the nickel silicide 6 is about three times the thickness of the sputtered nickel (for example, about 6 nm).

尚、上記プロセスの結果、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド6)中には半導体と金属ソース・ドレイン電極間のショットキー障壁を変調する不純物としてのセシウムの一部が含まれていても良い。この場合、セシウムの仕事関数(1.93eV)はニッケルシリサイド(NiSi)の仕事関数(4.9eV)よりも小さいため、金属ソース・ドレイン電極の仕事関数が小さくなり、電子に対するショットキー障壁高さを更に小さくすることができる。P型MOSFETの場合は、セシウムの代わりに、金属ソース・ドレイン電極よりも大きい仕事関数を有する物質を用いることによって、金属ソース・ドレイン電極の仕事関数を大きくすることができ、正孔に対するショットキー障壁高さを更に小さくすることができる。   As a result of the above process, the metal source / drain electrode (nickel silicide 6) may contain a part of cesium as an impurity that modulates the Schottky barrier between the semiconductor and the metal source / drain electrode. In this case, since the work function of cesium (1.93 eV) is smaller than that of nickel silicide (NiSi) (4.9 eV), the work function of the metal source / drain electrodes is reduced, and the Schottky barrier height against electrons is increased. Can be further reduced. In the case of a P-type MOSFET, the work function of the metal source / drain electrode can be increased by using a material having a work function larger than that of the metal source / drain electrode instead of cesium, and Schottky for holes. The barrier height can be further reduced.

上記ニッケルシリサイド6は、ソース・ドレインとして機能する。   The nickel silicide 6 functions as a source / drain.

上記ニッケルシリサイド6を形成する際に、ゲート電極3もシリサイド化されて、ニッケルシリサイド7が形成される。こうして、図2に示すような半導体装置が形成される。   When the nickel silicide 6 is formed, the gate electrode 3 is also silicided to form nickel silicide 7. Thus, a semiconductor device as shown in FIG. 2 is formed.

尚、その場合、上記ゲート電極3を全てシリサイド化して、メタルゲート構造としてもよい。メタルゲート構造とする場合には、上記多結晶シリコン膜はi型あるいはP型の何れであってもよい。   In this case, the gate electrode 3 may be entirely silicided to have a metal gate structure. In the case of a metal gate structure, the polycrystalline silicon film may be either i-type or P-type.

上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド6の代わりにコバルトシリサイドを形成する場合には、スパッタ法等によってコバルトを3nm程度堆積した後に、400℃〜600℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによってシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってコバルト上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のコバルト(およびTiN)を除去した後に、700℃〜900℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによって、コバルトシリサイドを低抵抗化すればよい。その場合にも、金属ソース・ドレイン電極(コバルトシリサイド)がセシウム含有領域5を介して半導体(P型シリコン基板1)と接するように、コバルトシリサイドは、少なくともその厚みがセシウム含有領域よりも薄くなるように形成する。コバルトシリサイドの厚みは、スパッタしたコバルトの膜厚の2倍程度(例えば6nm程度)となる。   As an example of the metal source / drain electrodes, in the case where cobalt silicide is formed instead of nickel silicide 6, after depositing about 3 nm of cobalt by sputtering or the like, conditions of 400 ° C. to 600 ° C., 30 seconds to 200 seconds are used. It is silicidized by annealing. In that case, TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like before the annealing. Then, after removing unreacted cobalt (and TiN), the resistance of cobalt silicide may be reduced by annealing under conditions of 700 ° C. to 900 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. Also in this case, the cobalt silicide is at least thinner than the cesium-containing region so that the metal source / drain electrodes (cobalt silicide) are in contact with the semiconductor (P-type silicon substrate 1) via the cesium-containing region 5. To form. The thickness of the cobalt silicide is about twice the thickness of the sputtered cobalt (for example, about 6 nm).

以上、上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド6とコバルトシリサイドとの場合について説明したが、上記金属ソース・ドレイン電極はこれらに限定されるものではない。例えば、Ni,Co,Ti,Er,Yb,Ptの元素群うちの1つ以上からなる金属を用いた金属シリサイドを用いてもよい。   As described above, the case of nickel silicide 6 and cobalt silicide has been described as an example of the metal source / drain electrode. However, the metal source / drain electrode is not limited thereto. For example, metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt may be used.

最後に、公知の方法で層間絶縁膜(図示せず)や上部配線(図示せず)等を形成して、本半導体装置が完成する。   Finally, an interlayer insulating film (not shown), an upper wiring (not shown), and the like are formed by a known method, thereby completing the semiconductor device.

本実施の形態の半導体装置によれば、金属ソース・ドレイン電極6(ニッケルシリサイド6)と半導体(P型シリコン基板1)との間にセシウム含有領域5が形成されているため、金属ソース・ドレイン電極近傍のセシウムがイオン化することによって、正孔に対するエネルギー障壁高さが大きくなる。その結果、ショットキー接合の場合に比べて、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流を著しく低減することができる。また、同時に、チャネルとソース・ドレインとの間の電子に対するショットキー障壁高さが実効的に小さくなるため、ショットキー接合の場合に比べて寄生抵抗を著しく低減することができるのである。   According to the semiconductor device of the present embodiment, the cesium-containing region 5 is formed between the metal source / drain electrode 6 (nickel silicide 6) and the semiconductor (P-type silicon substrate 1). The ionization of cesium in the vicinity of the electrode increases the energy barrier height against holes. As a result, the leakage current between the source / drain and the semiconductor can be significantly reduced as compared with the Schottky junction. At the same time, since the Schottky barrier height for electrons between the channel and the source / drain is effectively reduced, the parasitic resistance can be significantly reduced as compared with the Schottky junction.

その場合、上記セシウム含有領域5の金属ソース・ドレイン電極6との界面におけるセシウムの濃度を1×1019cm-3以上にすれば、金属ソース・ドレイン電極6との界面でのセシウムの濃度を十分に大きくできる。したがって、ショットキー障壁をより大きく変調して、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流の低減とチャネルとソース・ドレインとの間の寄生抵抗の低減とを、より効果的に行うことができる。 In that case, if the concentration of cesium at the interface with the metal source / drain electrode 6 in the cesium-containing region 5 is set to 1 × 10 19 cm −3 or more, the concentration of cesium at the interface with the metal source / drain electrode 6 is increased. Can be big enough. Therefore, the Schottky barrier can be modulated more greatly to reduce the leakage current between the source / drain and the semiconductor and the parasitic resistance between the channel / source / drain more effectively. .

さらに、上記セシウム含有領域5におけるセシウムの濃度を、セシウム含有領域5の金属ソース・ドレイン電極6との界面よりも深い位置にピークを有するように設定すれば、金属ソース・ドレイン電極6の広い範囲を高濃度のセシウム領域で覆うことができる。したがって、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流を、さらに効果的に低減することができる。   Further, if the cesium concentration in the cesium-containing region 5 is set to have a peak at a position deeper than the interface with the metal source / drain electrode 6 in the cesium-containing region 5, a wide range of the metal source / drain electrode 6 can be obtained. Can be covered with a high concentration cesium region. Therefore, the leakage current between the source / drain and the semiconductor can be further effectively reduced.

また、セシウムはシリコンのドナーおよびアクセプターではないため、セシウム含有領域5のうち、金属ソース・ドレイン電極6から十分離れた領域においては、セシウムはイオン化しない。そのため、金属ソース・ドレイン電極6と半導体(P型シリコン基板1)との間にあるセシウム含有領域5の厚みを極端に薄くする必要がなく(つまり、セシウムをイオン注入する際の制約がなく)、上記特許文献1に開示されているような不純物偏析技術を用いる必要はない。   Further, since cesium is not a silicon donor and acceptor, cesium is not ionized in a region sufficiently separated from the metal source / drain electrode 6 in the cesium-containing region 5. Therefore, it is not necessary to extremely reduce the thickness of the cesium-containing region 5 between the metal source / drain electrode 6 and the semiconductor (P-type silicon substrate 1) (that is, there is no restriction when cesium is ion-implanted). Therefore, it is not necessary to use an impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1.

以上のごとく、本実施の形態の半導体装置においては、金属シリサイドの厚み(深さ)をイオン注入による制約なしに決定できるので、極めて浅い金属ソース・ドレインを形成することができ、その結果、短チャネル効果を極めてよく抑制することができるのである。   As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, since the thickness (depth) of the metal silicide can be determined without restriction by ion implantation, it is possible to form extremely shallow metal sources / drains. The channel effect can be suppressed very well.

本実施の形態の半導体装置における上記セシウム含有領域5を有することによる効果を確認するために、以下のような実験を行った。   In order to confirm the effect of having the cesium-containing region 5 in the semiconductor device of the present embodiment, the following experiment was performed.

図3は、図1(d)における金属ソース・ドレイン電極6と同様の方法で作製したダイオードの断面図を示す。即ち、このダイオードは、P型シリコン11の表面上にセシウム含有領域12を形成し、その後にニッケルシリサイド13を形成したものである。ニッケルシリサイド13はセシウム含有領域12を介してP型シリコン11と接している。尚、SIMS(二次イオン質量分析法)による分析の結果、セシウム含有領域12中のセシウム濃度はニッケルシリサイド13との界面において1×1019cm-3であった。また、セシウムの分布は、ニッケルシリサイド13の外側のP型シリコン11中にピークを持つものであった。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a diode manufactured by the same method as that for the metal source / drain electrode 6 in FIG. That is, this diode is obtained by forming a cesium-containing region 12 on the surface of P-type silicon 11 and then forming nickel silicide 13. Nickel silicide 13 is in contact with P-type silicon 11 through cesium-containing region 12. As a result of analysis by SIMS (secondary ion mass spectrometry), the cesium concentration in the cesium-containing region 12 was 1 × 10 19 cm −3 at the interface with the nickel silicide 13. Further, the distribution of cesium has a peak in the P-type silicon 11 outside the nickel silicide 13.

図4は、図3におけるニッケルシリサイド13とP型シリコン11の裏面との間で測定した電流‐電圧特性を示す。図4には、比較のために、セシウム含有領域を有しないダイオードの電流‐電圧特性をも併記している。尚、横軸のバイアス電圧は、P型シリコン11を基準としてニッケルシリサイド13に印加した電圧である。   FIG. 4 shows current-voltage characteristics measured between the nickel silicide 13 and the back surface of the P-type silicon 11 in FIG. FIG. 4 also shows the current-voltage characteristics of a diode having no cesium-containing region for comparison. The bias voltage on the horizontal axis is a voltage applied to the nickel silicide 13 with respect to the P-type silicon 11.

図4から分かるように、上記セシウム含有領域12を有する場合には、セシウム含有領域を有しない場合に比して、逆バイアス電流が著しく小さくなっている。これは、図2に示すソース・ドレイン構造では、金属ソース・ドレイン電極6とP型シリコン基板1との間のリーク電流を著しく小さくできることを示している。   As can be seen from FIG. 4, when the cesium-containing region 12 is provided, the reverse bias current is remarkably smaller than when the cesium-containing region is not provided. This indicates that the leak current between the metal source / drain electrode 6 and the P-type silicon substrate 1 can be remarkably reduced in the source / drain structure shown in FIG.

以下、この理由を、図5および図6に従って説明する。   Hereinafter, the reason for this will be described with reference to FIGS.

図5および図6は、図3におけるC‐C'断面でのバンド図である。但し、図6は、セシウム含有領域12が存在しない場合のバンド図である。尚、図5および図6における記号は、夫々、「E Si」はシリコンの伝導帯下端を、「E Si」はシリコンのフェルミ準位を、「E Si」はシリコンの価電子帯上端を、「E 」はニッケルシリサイド13のフェルミ準位を、「φ 」は正孔に対する障壁高さを、示している。 5 and 6 are band diagrams in the CC ′ section in FIG. However, FIG. 6 is a band diagram in the case where the cesium-containing region 12 does not exist. 5 and FIG. 6, “E C Si ” is the lower conduction band of silicon, “E F Si ” is the Fermi level of silicon, and “E V Si ” is the valence band of silicon. On the top, “E F M ” indicates the Fermi level of the nickel silicide 13, and “φ b h ” indicates the barrier height against holes.

図6に示すダイオードはショットキー障壁ダイオードであるので、逆バイアス電流Irpは、下記数式(1)で表される。

Figure 2013051313
ここで、φ :正孔に対するショットキー障壁高さ、k:ボルツマン定数、T:絶対温度である。尚、φ はニッケルシリサイド13のフェルミ準位E とP型シリコン11の価電子帯上端E Siとのエネルギー差である。 Since the diode shown in FIG. 6 is a Schottky barrier diode, the reverse bias current I rp is expressed by the following formula (1).
Figure 2013051313
Here, φ b h : Schottky barrier height with respect to holes, k B : Boltzmann constant, and T: absolute temperature. Incidentally, phi b h is the energy difference between the valence band maximum E V Si of the Fermi level E F M and P-type silicon 11 of nickel silicide 13.

図5において、セシウムのイオン化ポテンシャルが3.89eVであるのに対して、シリコンの電子親和力は4.05eVであるので、セシウムはシリコンの伝導帯下端E Siよりも高エネルギー側にエネルギー準位を形成するものと考えられる。この場合、セシウムが作るエネルギー準位からニッケルシリサイド13側に電子が放出されて、セシウムは正にイオン化する。セシウムがイオン化した領域では、セシウムの密度に応じてシリコンのバンドが大きく押し下げられる。すなわち、セシウムの密度が十分に大きい場合には、シリコンの伝導帯下端E Siの最下点がニッケルシリサイド13のフェルミ準位E と略一致するまで、シリコンのバンドは曲げられる。 In FIG. 5, the ionization potential of cesium is 3.89 eV, whereas the electron affinity of silicon is 4.05 eV. Therefore, cesium has an energy level higher than the lower conduction band E C Si of silicon. Is thought to form. In this case, electrons are emitted from the energy level produced by cesium to the nickel silicide 13 side, and cesium is positively ionized. In the region where cesium is ionized, the silicon band is greatly depressed in accordance with the density of cesium. That is, when the density of the cesium is sufficiently large, to the lowest point of the bottom of the conduction band E C Si of the silicon is substantially coincident with the Fermi level E F M nickel silicide 13, silicon band is bent.

一方、セシウムはシリコンに対するドナーとしては活性化しないことから、セシウム含有領域12におけるニッケルシリサイド13から離れた位置のセシウムは、中性のままである。また、セシウム含有領域12におけるP型シリコン11との界面から離れた位置にあるセシウムからニッケルシリサイド13への電子の放出は、主にトンネル効果によって起こるため、セシウムがイオン化するのは、ニッケルシリサイド13とセシウム含有領域12との界面から3nm程度の範囲に限られる。   On the other hand, since cesium does not activate as a donor for silicon, cesium at a position away from the nickel silicide 13 in the cesium-containing region 12 remains neutral. In addition, since the emission of electrons from cesium at a position away from the interface with the P-type silicon 11 in the cesium-containing region 12 to the nickel silicide 13 mainly occurs due to the tunnel effect, the cesium ionizes the nickel silicide 13. And from the interface between the cesium-containing region 12 and the range of about 3 nm.

シリコン中におけるセシウムのドナーとしての活性化率を測定するために、ホール測定を実施した。試料は次のようにして作成した。シリコン上にSiO2を10nm形成した12mm角の試料に対して、セシウムを加速エネルギー100keVでイオン注入した。その場合、セシウムの大部分がシリコン中に分布する。次に、試料の四隅を開口したレジストをマスクとしてPをイオン注入した。続いて、レジストを除去後、900℃、10秒のアニールを行うことによってn領域を形成すると共に、セシウムイオン注入によって生じたダメージを回復した。次に、リソグラフィー法とRIE法とを用いて4つのn領域上のSiO2を開口し、続いて、リフトオフ法を用いて夫々のn領域上にTi電極を形成した。この試料を用いて、Van der Pauw法にてホール測定を実施した結果、電子面密度3.0×1012cm-2が得られた。SIMS分析の結果、シリコン中に含まれるセシウムの量は1.7×1015cm-2であった。したがって、シリコン中におけるセシウムの活性化率は、0.18%という十分に低いものであった。但し、SiO2中に注入されたセシウムは正の固定電荷となり、シリコン中に電子キャリアを誘起するため、実際のシリコン中におけるセシウムのドナーとしての活性化率は0.18%よりも更に低いものであると考えられる。このように、セシウムは、半導体としてのシリコンのバルク中では殆どキャリアを発生しないことがわかった。 In order to measure the activation rate of cesium as a donor in silicon, hole measurement was performed. The sample was prepared as follows. Cesium was ion-implanted at an acceleration energy of 100 keV into a 12 mm square sample in which 10 nm of SiO 2 was formed on silicon. In that case, most of the cesium is distributed in the silicon. Next, P ions were implanted using a resist having openings at the four corners of the sample as a mask. Subsequently, after removing the resist, annealing was performed at 900 ° C. for 10 seconds to form an n + region, and damage caused by cesium ion implantation was recovered. Next, SiO 2 on the four n + regions was opened using the lithography method and the RIE method, and subsequently, a Ti electrode was formed on each n + region using the lift-off method. Using this sample, hole measurement was performed by the Van der Pauw method. As a result, an electron surface density of 3.0 × 10 12 cm −2 was obtained. As a result of SIMS analysis, the amount of cesium contained in silicon was 1.7 × 10 15 cm −2 . Therefore, the activation rate of cesium in silicon was a sufficiently low 0.18%. However, since cesium injected into SiO 2 becomes a positive fixed charge and induces electron carriers in silicon, the activation rate of cesium in actual silicon as a donor is lower than 0.18%. It is thought that. Thus, it has been found that cesium hardly generates carriers in the bulk of silicon as a semiconductor.

ここで、通常、チャネル近傍のP型不純物濃度は1×1018cm-3以上である。したがって、活性化率が0.2%以下であれば、セシウム含有領域12におけるセシウムの濃度を5×1020cm-3以下にしておけば、セシウムのドナーとしての濃度は1×1018cm-3(=5×1020cm-3×0.002)以下となって、1×1018cm-3以上であるP型不純物濃度よりも低い。したがって、セシウム含有領域12がN型領域となってソース・ドレインの接合深さが深くなることがないため、短チャネル効果特性が劣化することはない。また、金属ソース・ドレイン電極と半導体との界面におけるセシウム濃度は1×1019cm-3以上であれば十分なショットキーバリア変調効果を得られるため、上述のセシウム濃度5×1020cm-3という値は十分に大きいものである。すなわち、不純物の活性化率を0.2%以下とすることによって、非常に広いプロセスマージンを得ることができるのである。 Here, normally, the P-type impurity concentration in the vicinity of the channel is 1 × 10 18 cm −3 or more. Therefore, if the activation rate is 0.2% or less, if the concentration of cesium in the cesium-containing region 12 is 5 × 10 20 cm −3 or less, the concentration of cesium as a donor is 1 × 10 18 cm −. 3 (= 5 × 10 20 cm −3 × 0.002) or less, which is lower than the P-type impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. Therefore, since the cesium-containing region 12 becomes an N-type region and the source / drain junction depth does not increase, the short channel effect characteristic does not deteriorate. In addition, if the cesium concentration at the interface between the metal source / drain electrode and the semiconductor is 1 × 10 19 cm −3 or more, a sufficient Schottky barrier modulation effect can be obtained. Therefore, the above cesium concentration is 5 × 10 20 cm −3. The value is sufficiently large. That is, by setting the impurity activation rate to 0.2% or less, a very wide process margin can be obtained.

この結果、図5に示すダイオードにおける正孔に対するエネルギー障壁高さは図5中のφ (Cs)で表され、逆バイアス電流Irp(Cs)は、下記数式(2)で表される。

Figure 2013051313
As a result, the energy barrier height against holes in the diode shown in FIG. 5 is represented by φ b h (Cs) in FIG. 5, and the reverse bias current I rp (Cs) is represented by the following formula (2). .
Figure 2013051313

図5から分かるように、φ (Cs)>φ であるから、Irp(Cs)<<Irpとなる。多くの金属シリサイドの場合、φ は0.4eV〜0.5eV程度であるのに対し、φ (Cs)は最大でシリコンのバンドギャップ1.1eV程度まで大きくすることができるため、逆バイアス電流が著しく低減される。 As can be seen from FIG. 5, since φ b h (Cs)> φ b h , I rp (Cs) << I rp . In the case of many metal silicides, φ b h is about 0.4 eV to 0.5 eV, whereas φ b h (Cs) can be increased up to about 1.1 eV of silicon band gap. The reverse bias current is significantly reduced.

このように、金属と半導体との界面の半導体中にセシウム含有領域を有することによって、逆バイアス電流を著しく低減することできるのである。   Thus, the reverse bias current can be remarkably reduced by having the cesium-containing region in the semiconductor at the interface between the metal and the semiconductor.

尚、図2に示す半導体装置におけるA‐A'断面でのバンド図は、図5のバンド図と同様になる。   2 is the same as the band diagram of FIG. 5 in the semiconductor device shown in FIG.

次に、図3に示すダイオードと同様の構造を、P型シリコン11の代わりにN型シリコンを用いて作製してなるダイオードについて説明する。   Next, a diode manufactured by using N-type silicon instead of P-type silicon 11 with the same structure as the diode shown in FIG. 3 will be described.

上記N型シリコンを用いたダイオードの電流‐電圧特性を、図7に示す。図7には、セシウム含有領域がない場合の電流‐電圧特性をも併記している。図7から分かるように、セシウム含有領域を有する場合には、セシウム含有領域を有しない場合に比して、逆バイアス電流が著しく増大している。これは、セシウム含有領域を形成することによって、ニッケルシリサイドとN型シリコンとの間の抵抗が小さくなることを示している。これは、図2に示すソース・ドレイン構造では、金属ソース・ドレイン電極6とチャネルとの間の抵抗を小さくできることを示している。   FIG. 7 shows current-voltage characteristics of the diode using the N-type silicon. FIG. 7 also shows current-voltage characteristics when there is no cesium-containing region. As can be seen from FIG. 7, when the cesium-containing region is included, the reverse bias current is remarkably increased as compared with the case where the cesium-containing region is not provided. This indicates that the resistance between nickel silicide and N-type silicon is reduced by forming the cesium-containing region. This indicates that the resistance between the metal source / drain electrode 6 and the channel can be reduced in the source / drain structure shown in FIG.

以下、この理由を図8および図9に従って説明する。   Hereinafter, this reason will be described with reference to FIGS.

図8および図9は、図3においてP型シリコン11の代わりにN型シリコンを用いたダイオードのC‐C'断面でのバンド図である。但し、図9は、セシウム含有領域12が存在しない場合のバンド図である。   FIG. 8 and FIG. 9 are band diagrams in the CC ′ section of a diode using N-type silicon instead of P-type silicon 11 in FIG. However, FIG. 9 is a band diagram in the case where the cesium-containing region 12 does not exist.

図9に示すダイオードはショットキー障壁ダイオードであるので、逆バイアス電流Irnは、下記数式(3)で表される。

Figure 2013051313
ここで、φ :電子に対するショットキー障壁高さ、k:ボルツマン定数、T:絶対温度である。尚、φ はN型シリコンの伝導帯下端とニッケルシリサイド13のフェルミ準位とのエネルギー差である。 Since the diode shown in FIG. 9 is a Schottky barrier diode, the reverse bias current I rn is expressed by the following formula (3).
Figure 2013051313
Here, φ b e : Schottky barrier height for electrons, k B : Boltzmann constant, and T: absolute temperature. Incidentally, phi b e is the energy difference between the Fermi level of the conduction band and the nickel silicide 13 of N-type silicon.

図8において、セシウムのイオン化ポテンシャルが3.89eVであるのに対して、シリコンの電子親和力は4.05eVであるので、セシウムはシリコンの伝導帯下端よりも高エネルギー側にエネルギー準位を形成するものと考えられる。この場合、セシウムが作るエネルギー準位からニッケルシリサイド側に電子が放出されて、セシウムは正にイオン化する。セシウムがイオン化した領域では、セシウムの密度に応じてシリコンのバンドが大きく押し下げられる。すなわち、セシウムの密度が十分に大きい場合には、シリコンの伝導帯下端E Siの最下点がニッケルシリサイド13のフェルミ準位E と略一致するまで、シリコンのバンドは曲げられる。 In FIG. 8, the ionization potential of cesium is 3.89 eV, whereas the electron affinity of silicon is 4.05 eV. Therefore, cesium forms an energy level on the higher energy side than the lower end of the conduction band of silicon. It is considered a thing. In this case, electrons are emitted from the energy level produced by cesium to the nickel silicide side, and cesium is positively ionized. In the region where cesium is ionized, the silicon band is greatly depressed in accordance with the density of cesium. That is, when the density of the cesium is sufficiently large, to the lowest point of the bottom of the conduction band E C Si of the silicon is substantially coincident with the Fermi level E F M nickel silicide 13, silicon band is bent.

一方、セシウムはシリコンに対するドナーとしては活性化しないことから、セシウム含有領域12におけるニッケルシリサイド13から離れた位置のセシウムは、中性のままである。また、セシウム含有領域12におけるN型シリコンとの界面から離れた位置にあるセシウムからニッケルシリサイド13への電子の放出は、主にトンネル効果によって起こるため、セシウムがイオン化するのは、ニッケルシリサイド13とセシウム含有領域12との界面から3nm程度の範囲に限られる。   On the other hand, since cesium does not activate as a donor for silicon, cesium at a position away from the nickel silicide 13 in the cesium-containing region 12 remains neutral. In addition, since emission of electrons from cesium at a position away from the interface with the N-type silicon in the cesium-containing region 12 to the nickel silicide 13 is mainly caused by a tunnel effect, the cesium is ionized by the nickel silicide 13 It is limited to a range of about 3 nm from the interface with the cesium-containing region 12.

この結果、ショットキー障壁の幅が非常に薄くなり、更に、鏡像効果によるショットキー障壁高さの低下によって、ニッケルシリサイド13‐P型シリコン11間の電気伝導が主にトンネル電流によって起こるようになる。したがって、図8に示すように、電子に対するエネルギー障壁高さφ (Cs)は、シリコンの伝導帯下端E Siとニッケルシリサイド13のフェルミ準位E とのエネルギー差となる。また、その場合の逆バイアス電流Irn(Cs)は、下記数式(4)で表される。

Figure 2013051313
As a result, the width of the Schottky barrier becomes very thin, and further, due to the reduction of the Schottky barrier height due to the mirror image effect, electrical conduction between the nickel silicide 13-P type silicon 11 is mainly caused by the tunnel current. . Accordingly, as shown in FIG. 8, the energy barrier height for electrons φ b e (Cs) is a energy difference between the Fermi level E F M of the conduction band of the silicon bottom E C Si and nickel silicide 13. In this case, the reverse bias current I rn (Cs) is expressed by the following formula (4).
Figure 2013051313

図8から分かるように、φ (Cs)<<φ であるから、Irn(Cs)>>Irnとなる。上記φ (Cs)は、シリコンの伝導帯下端E Siとシリコンのフェルミ準位E Siとのエネルギー差程度の非常に小さい値となるため、図7のように、略オーミック特性の電流‐電圧特性が得られるのである。図2に示す半導体装置の構造においては、オン状態におけるチャネルは高電子密度のN型領域と見なせるから、セシウム含有領域12を有することによって、チャネル‐ソース・ドレイン間を低抵抗に接続可能であることが分かる。 As can be seen from FIG. 8, since it is φ b e (Cs) << φ b e, the I rn (Cs) >> I rn . Since φ b e (Cs) is a very small value of the energy difference between the bottom conduction band E C Si of silicon and the Fermi level E F Si of silicon , as shown in FIG. Current-voltage characteristics can be obtained. In the structure of the semiconductor device shown in FIG. 2, since the channel in the on state can be regarded as an N-type region having a high electron density, the channel-source / drain can be connected with a low resistance by having the cesium-containing region 12. I understand that.

以下、図2に示す半導体装置におけるチャネル‐ソース・ドレイン間の抵抗について、図10および図11を用いて考察する。   Hereinafter, the channel-source-drain resistance in the semiconductor device shown in FIG. 2 will be considered with reference to FIGS.

図10および図11は、図2におけるB‐B'断面でのバンド図である。但し、図11は、セシウム含有領域5が存在しない(ショットキー接合トランジスタの)場合のバンド図である。   10 and 11 are band diagrams at the BB ′ section in FIG. However, FIG. 11 is a band diagram in the case where the cesium-containing region 5 does not exist (Schottky junction transistor).

図11に示すように、上記ゲート電極3への電圧印加によって、シリコンのバンドが曲げられて、チャネル領域には反転層が形成されている。その結果、ショットキー障壁厚さが薄くなり、また、鏡像効果によって電子に対するショットキー障壁高さが減少するために、トンネル電流が流れることができる。   As shown in FIG. 11, by applying a voltage to the gate electrode 3, the silicon band is bent and an inversion layer is formed in the channel region. As a result, the thickness of the Schottky barrier is reduced, and the height of the Schottky barrier for electrons is reduced due to the mirror image effect, so that a tunnel current can flow.

これに対して、上記セシウム含有領域5が存在している図10においては、ゲート電極3への電圧印加によって、シリコンのバンドが曲げられて、チャネル領域には反転層が形成されている。また、セシウム含有領域5における少なくともソースに近い領域においては、セシウムがソース側に電子を放出することによって正にイオン化する。その結果、図11との比較で分かるように、セシウムがイオン化した領域では、シリコンのバンドがさらに曲げられてその傾きは非常に急峻になる。これにより、ショットキー障壁厚さは非常に薄くなり、加えて、鏡像効果によって電子に対するショットキー障壁高さが大きく減少するため、ソース‐チャネル間のトンネル電流が著しく大きくなる。   On the other hand, in FIG. 10 where the cesium-containing region 5 exists, the silicon band is bent by applying a voltage to the gate electrode 3, and an inversion layer is formed in the channel region. In at least a region close to the source in the cesium-containing region 5, cesium is positively ionized by emitting electrons to the source side. As a result, as can be seen from comparison with FIG. 11, in the region where cesium is ionized, the band of silicon is further bent, and the inclination becomes very steep. As a result, the Schottky barrier thickness becomes very thin, and in addition, the Schottky barrier height for electrons is greatly reduced by the mirror image effect, so that the tunnel current between the source and the channel becomes remarkably large.

このように、図2に示す半導体装置においては、セシウム含有領域5を有することによって、チャネル‐ソース・ドレイン間の抵抗を著しく低減することができ、大きなオン電流を得ることができる。   As described above, in the semiconductor device shown in FIG. 2, by having the cesium-containing region 5, the resistance between the channel, the source, and the drain can be significantly reduced, and a large on-current can be obtained.

以上のごとく、本実施の形態における半導体装置によれば、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド)6と半導体(P型シリコン基板1)との間に、ショットキー障壁を変調する不純物としてのセシウムを含有するセシウム含有領域5を形成している。したがって、金属ソース・ドレイン電極6近傍のセシウムがイオン化することによって、正孔に対するエネルギー障壁高さが大きくなり、ショットキー接合の場合に比して、金属ソース・ドレイン電極6とP型シリコン基板1との間のリーク電流を著しく低減できる。また、チャネルと金属ソース・ドレイン電極6との間のショットキー障壁高さが実効的に小さくなり、且つショットキー障壁厚さが薄くなるため、ショットキー接合の場合に比べて寄生抵抗を著しく低減することができるのである。   As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, cesium as an impurity that modulates the Schottky barrier is interposed between the metal source / drain electrode (nickel silicide) 6 and the semiconductor (P-type silicon substrate 1). The cesium containing area | region 5 to contain is formed. Accordingly, ionization of cesium in the vicinity of the metal source / drain electrode 6 increases the height of the energy barrier against holes, and the metal source / drain electrode 6 and the P-type silicon substrate 1 as compared with the Schottky junction. Leakage current between the two can be significantly reduced. In addition, since the Schottky barrier height between the channel and the metal source / drain electrode 6 is effectively reduced and the Schottky barrier thickness is reduced, the parasitic resistance is significantly reduced compared to the Schottky junction. It can be done.

尚、上記金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド6)中には半導体と金属ソース・ドレイン電極間のショットキー障壁を変調する不純物としてのセシウムの一部が含まれていても良い。この場合、セシウムの仕事関数(1.93eV)はニッケルシリサイド(NiSi)の仕事関数(4.9eV)よりも大きいため、金属ソース・ドレイン電極の仕事関数が小さくなり、電子に対するショットキー障壁高さを更に小さくすることができる。   The metal source / drain electrode (nickel silicide 6) may contain a part of cesium as an impurity that modulates the Schottky barrier between the semiconductor and the metal source / drain electrode. In this case, since the work function of cesium (1.93 eV) is larger than that of nickel silicide (NiSi) (4.9 eV), the work function of the metal source / drain electrodes is reduced, and the Schottky barrier height against electrons is increased. Can be further reduced.

また、セシウムはシリコンのドナーおよびアクセプターではない(つまり、シリコンのバルク中では殆どキャリアを発生しない)ため、セシウム含有領域5のうち、金属ソース・ドレイン電極6から十分離れた領域においては、セシウムはキャリアとしての電子を放出してイオン化することはない。そのため、ソース・ドレインとして機能する領域が不純物の拡散等によって拡大することを予め考慮して、セシウム含有領域5の厚みを極端に薄くする必要がない。つまり、セシウムをイオン注入する場合の条件に、特別な制約はないのである。したがって、セシウム含有領域5の厚みを薄くするために、上記特許文献1に開示されているような不純物偏析技術を用いる必要はない。   In addition, since cesium is not a silicon donor and acceptor (that is, almost no carriers are generated in the bulk of silicon), in the cesium-containing region 5, the cesium is sufficiently separated from the metal source / drain electrode 6. It does not ionize by emitting electrons as carriers. Therefore, it is not necessary to extremely reduce the thickness of the cesium-containing region 5 in advance considering that the region functioning as the source / drain expands due to impurity diffusion or the like. That is, there are no special restrictions on the conditions for ion implantation of cesium. Therefore, in order to reduce the thickness of the cesium-containing region 5, it is not necessary to use an impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1.

さらに、上記セシウム含有領域5はキャリアを誘起しないため、セシウム含有領域5を金属ソース・ドレイン電極6よりも深く形成しても短チャネル効果特性を劣化させることがない。すなわち、不純物(セシウム)のイオン注入深さよりも浅い領域に金属ソース・ドレイン電極6を形成することができるので、極めて浅いソース・ドレインを形成することができる。したがって、良好な短チャネル効果特性を得ることができるのである。   Further, since the cesium-containing region 5 does not induce carriers, the short channel effect characteristic is not deteriorated even if the cesium-containing region 5 is formed deeper than the metal source / drain electrode 6. That is, since the metal source / drain electrode 6 can be formed in a region shallower than the ion implantation depth of impurities (cesium), an extremely shallow source / drain can be formed. Therefore, good short channel effect characteristics can be obtained.

また、上記セシウムは、シリコンの電子親和力(4.05eV)よりも小さいイオン化ポテンシャル(3.89eV)を有している。したがって、セシウムは、シリコンの伝導帯下端よりも高エネルギー側に不純物準位を形成し、この不純物準位から金属ソース・ドレイン電極6側に電子を放出することによって、正にイオン化してシリコンのエネルギーバンドを曲げる。こうして、シリコンのエネルギーバンドは、不純物準位と金属ソース・ドレイン電極のフェルミ準位とが一致する程度にまで曲げられる。そのため、ショットキー障壁を大きく変調することができ、上述したように、P型シリコン基板1‐金属ソース・ドレイン電極6間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐金属ソース・ドレイン電極6間の抵抗を著しく減少させることができるのである。   The cesium has an ionization potential (3.89 eV) smaller than the electron affinity (4.05 eV) of silicon. Therefore, cesium forms an impurity level on the higher energy side than the lower end of the conduction band of silicon, and emits electrons from the impurity level to the metal source / drain electrode 6 side, thereby positively ionizing and cesium. Bend the energy band. Thus, the energy band of silicon is bent to such an extent that the impurity level matches the Fermi level of the metal source / drain electrode. Therefore, the Schottky barrier can be greatly modulated, and as described above, the leakage current between the P-type silicon substrate 1 and the metal source / drain electrode 6 can be remarkably suppressed, and between the channel and the metal source / drain electrode 6. The resistance can be significantly reduced.

また、図3におけるニッケルシリサイド13と接する位置におけるセシウム含有領域12中のセシウム濃度が1×1019cm-3であったことから、金属ソース・ドレイン電極6とP型シリコン基板1との界面におけるセシウムの濃度を、1×1019cm-3以上にすることによって、上記ショットキー障壁を大きく変調することができる。そのために、P型シリコン基板1‐金属ソース・ドレイン電極6間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐金属ソース・ドレイン電極6間の抵抗を著しく減少させることができるのである。 Further, since the cesium concentration in the cesium-containing region 12 at the position in contact with the nickel silicide 13 in FIG. 3 was 1 × 10 19 cm −3 , the interface between the metal source / drain electrode 6 and the P-type silicon substrate 1 was used. By setting the cesium concentration to 1 × 10 19 cm −3 or more, the Schottky barrier can be greatly modulated. Therefore, the leakage current between the P-type silicon substrate 1 and the metal source / drain electrode 6 can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel-metal source / drain electrode 6 can be remarkably reduced.

また、上記セシウムは、金属ソース・ドレイン電極6とP型シリコン基板1との界面よりも深い位置に濃度ピークを持つように分布している。したがって、金属ソース・ドレイン電極6の広い範囲を高濃度の不純物領域で覆うことができ、リーク電流を効果的に低減することができる。   The cesium is distributed so as to have a concentration peak at a position deeper than the interface between the metal source / drain electrode 6 and the P-type silicon substrate 1. Therefore, a wide range of the metal source / drain electrode 6 can be covered with the high-concentration impurity region, and the leakage current can be effectively reduced.

また、上記金属ソース・ドレイン電極6は、上記半導体であるシリコンと金属であるニッケルとの化合物であるニッケルシリサイドで構成されている。したがって、堆積するニッケルの厚みを薄くすることによって、浅い金属ソース・ドレイン電極6を容易に形成することができる。   The metal source / drain electrodes 6 are made of nickel silicide, which is a compound of silicon as the semiconductor and nickel as the metal. Therefore, the shallow metal source / drain electrodes 6 can be easily formed by reducing the thickness of the deposited nickel.

また、上記半導体として、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも一つを主成分として含み、上記金属として、Ni,Co,Ti,Er,Yb,Ptの元素群うちの1つ以上を含んでいる。したがって、ゲート電極3を多結晶シリコン,アモルファスシリコン,ゲルマニウムおよびゲルマニウムを含有したシリコン等を用いることができ、上記浅い金属ソース・ドレイン電極6を、ゲート電極3に対して自己整合的な位置に容易に形成することができる。   The semiconductor contains at least one of silicon and germanium as a main component, and the metal contains one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt. Therefore, the gate electrode 3 can be made of polycrystalline silicon, amorphous silicon, germanium, silicon containing germanium, or the like, and the shallow metal source / drain electrode 6 can be easily positioned in a self-aligned position with respect to the gate electrode 3. Can be formed.

以上のごとく、本実施の形態によれば、金属材料の種類に関わらずショットキー障壁の高さおよび幅を容易に制御できると共に、寄生抵抗が低く、且つ、短チャネル効果を効果的に抑制できる半導体装置、および、その製造方法を提供することができるのである。   As described above, according to the present embodiment, the height and width of the Schottky barrier can be easily controlled regardless of the type of the metal material, the parasitic resistance is low, and the short channel effect can be effectively suppressed. It is possible to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

(第2実施の形態)
図12は、第2実施の形態の半導体装置における各製造工程中の断面図である。
(Second embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view during each manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment.

先ず、半導体の一例としてのP型シリコン基板21の一主面上に、例えば上記STI法等の公知の方法によって素子分離領域(図示せず)を形成し、その素子分離領域によって素子形成領域を区分する。   First, an element isolation region (not shown) is formed on one main surface of a P-type silicon substrate 21 as an example of a semiconductor by a known method such as the STI method, and the element formation region is formed by the element isolation region. Break down.

次に、図12(a)に示すように、熱酸化法,CVD法あるいはALD法等を用いることによって、上記素子形成領域の表面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜22を形成し、続いて、CVD法等を用いてN型多結晶シリコン膜をゲート絶縁膜22上に堆積する。次に、リソグラフィー法およびRIE法等を用いて上記多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極23を形成する。   Next, as shown in FIG. 12A, a gate insulating film 22 made of silicon oxide is formed on the surface of the element formation region by using a thermal oxidation method, a CVD method, an ALD method, or the like, and then Then, an N-type polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 22 using a CVD method or the like. Next, the gate electrode 23 is formed by patterning the polycrystalline silicon film using a lithography method, an RIE method, or the like.

上記ゲート絶縁膜22の材料として、酸化シリコンの代わりに、酸窒化シリコン,窒化シリコン,酸化ハフニウム,酸化ランタン、および、これらの材料に窒素,シリコン,アルミニウム等を含有するもの等を用いてもよい。   As the material of the gate insulating film 22, silicon oxynitride, silicon nitride, hafnium oxide, lanthanum oxide, or a material containing nitrogen, silicon, aluminum, or the like may be used instead of silicon oxide. .

また、上記ゲート電極23の材料として多結晶シリコンを用いたが、アモルファスシリコン,ゲルマニウム,ゲルマニウムを含有したシリコン等を用いてもよい。   Further, although polycrystalline silicon is used as the material of the gate electrode 23, amorphous silicon, germanium, silicon containing germanium, or the like may be used.

次に、上記CVD法等を用いて酸化シリコン膜を堆積し、続いて、RIE法によってエッチバックすることにより、ゲート側壁膜24を形成する。尚、ゲート側壁膜24の材料として、酸化シリコンの代わりに、窒化シリコン,酸窒化シリコン等を用いてもよい。   Next, a silicon oxide film is deposited using the CVD method or the like, and then etched back by the RIE method to form the gate sidewall film 24. As a material for the gate sidewall film 24, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like may be used instead of silicon oxide.

次に、図12(b)に示すように、As等のドナー不純物をイオン注入し、アニールすることによって、N型不純物領域25を形成する。このN型不純物領域25の不純物濃度は、本実施の形態の半導体装置が完成した後に、ドレイン電圧を印加した状態でも完全には空乏化しない程度の薄い濃度にしておけばよい。そうすることによって、寄生容量の大きな増大を招くことなく、リーク電流を更に低減することができる。あるいは、N型不純物領域25の不純物濃度は1×1020cm-3以上の高濃度としてもよい。その場合には、N型不純物領域25のドーピングと同時にゲート電極23のドーピングを行うことが可能になる。 Next, as shown in FIG. 12B, donor impurities such as As are ion-implanted and annealed to form an N-type impurity region 25. The impurity concentration of the N-type impurity region 25 may be set to such a low concentration that it is not completely depleted even when a drain voltage is applied after the semiconductor device of the present embodiment is completed. By doing so, the leakage current can be further reduced without causing a large increase in parasitic capacitance. Alternatively, the impurity concentration of the N-type impurity region 25 may be a high concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more. In that case, the gate electrode 23 can be doped simultaneously with the doping of the N-type impurity region 25.

次に、図12(c)に示すように、フッ酸水溶液によるウェットエッチング等によってゲート側壁膜24を除去した後、CVD法等によって酸化シリコンを堆積し、続いて、RIE法等によってエッチバックすることにより、ゲート側壁26を形成する。このゲート側壁26の材料として、酸化シリコンの代わりに、酸窒化シリコン,窒化シリコン等を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 12C, after the gate sidewall film 24 is removed by wet etching or the like using a hydrofluoric acid aqueous solution, silicon oxide is deposited by CVD or the like, and then etched back by RIE or the like. Thereby, the gate side wall 26 is formed. As the material of the gate sidewall 26, silicon oxynitride, silicon nitride, or the like may be used instead of silicon oxide.

次に、セシウムを、例えば、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1014cm-2の条件でイオン注入することによって、セシウム含有領域27を形成する。尚、イオン注入の条件は上記の条件に限定するものではないが、セシウム含有領域27が後の工程で形成するニッケルシリサイド28(図12(d)参照)よりも深い位置まで形成されるように設定すればよい。 Next, cesium-containing region 27 is formed by ion-implanting cesium, for example, under the conditions of an acceleration energy of 5 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 . The ion implantation conditions are not limited to the above conditions, but the cesium-containing region 27 is formed to a position deeper than the nickel silicide 28 (see FIG. 12D) formed in a later step. You only have to set it.

その後、注入ダメージを回復させるためにアニールを行っても差し支えない。その場合には、例えば、RTA法,FLA法,レーザーアニール法等を用いる。   Thereafter, annealing may be performed to recover the implantation damage. In that case, for example, RTA method, FLA method, laser annealing method or the like is used.

次に、図12(d)に示すように、スパッタ法等によってニッケルを例えば2nm程度堆積した後に、260℃〜350℃、30秒〜200秒の条件でアニールを行ってシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってニッケル上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のニッケル(およびTiN)を除去することにより、金属ソース・ドレイン電極の一例としての上記ニッケルシリサイド28を形成する。その後に、350℃〜500℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによって、ニッケルシリサイド28を低抵抗化する。その場合、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド28)(以下、金属ソース・ドレイン電極28と言う場合もある)がセシウム含有領域27を介して半導体(P型シリコン基板21)と接するように、ニッケルシリサイド28は、少なくともその厚み(深さ)がセシウム含有領域27よりも薄く(浅く)なるように形成する。尚、ニッケルシリサイド28の厚みは、スパッタしたニッケルの膜厚の3倍程度(例えば6nm程度)となる。   Next, as shown in FIG. 12 (d), nickel is deposited by, for example, about 2 nm by sputtering or the like, and then annealed at 260 ° C. to 350 ° C. for 30 seconds to 200 seconds to be silicided. In that case, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like before the annealing. Thereafter, unreacted nickel (and TiN) is removed to form the nickel silicide 28 as an example of a metal source / drain electrode. Then, the resistance of the nickel silicide 28 is reduced by annealing under conditions of 350 ° C. to 500 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. In this case, the nickel source / drain electrode (nickel silicide 28) (hereinafter also referred to as the metal source / drain electrode 28) may be in contact with the semiconductor (P-type silicon substrate 21) through the cesium-containing region 27. The silicide 28 is formed so that at least its thickness (depth) is thinner (shallow) than the cesium-containing region 27. The thickness of the nickel silicide 28 is about three times the thickness of the sputtered nickel film (for example, about 6 nm).

上記ニッケルシリサイド28は、ソース・ドレインとして機能する。   The nickel silicide 28 functions as a source / drain.

上記ニッケルシリサイド28を形成する際に、ゲート電極23もシリサイド化されて、ニッケルシリサイド29が形成される。   When the nickel silicide 28 is formed, the gate electrode 23 is also silicided to form a nickel silicide 29.

尚、その場合、上記ゲート電極23を全てシリサイド化して、メタルゲート構造としてもよい。メタルゲート構造とする場合には、上記多結晶シリコン膜はi型またはP型の何れであってもよい。   In this case, the gate electrode 23 may be entirely silicided to have a metal gate structure. In the case of a metal gate structure, the polycrystalline silicon film may be either i-type or P-type.

上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド28の代わりにコバルトシリサイドを形成する場合は、スパッタ法等によってコバルトを3nm程度堆積した後に、400℃〜600℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによってシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってコバルト上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のコバルト(およびTiN)を除去した後に、700℃〜900℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることにより、コバルトシリサイドを低抵抗化すればよい。その場合にも、金属ソース・ドレイン電極(コバルトシリサイド)がセシウム含有領域27を介して半導体(P型シリコン基板21)と接するように、コバルトシリサイドは、少なくともその厚みがセシウム含有領域よりも薄くなるように形成する。尚、コバルトシリサイドの厚みは、スパッタしたコバルトの膜厚の2倍程度(例えば6nm程度)となる。   As an example of the metal source / drain electrodes, when cobalt silicide is formed instead of nickel silicide 28, cobalt is deposited by sputtering to about 3 nm, and then at 400 ° C. to 600 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. Silicidation occurs by annealing. In that case, TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like before the annealing. Then, after removing unreacted cobalt (and TiN), the resistance of cobalt silicide may be reduced by annealing under conditions of 700 ° C. to 900 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. Also in this case, the cobalt silicide is at least thinner than the cesium-containing region so that the metal source / drain electrodes (cobalt silicide) are in contact with the semiconductor (P-type silicon substrate 21) through the cesium-containing region 27. To form. The thickness of cobalt silicide is about twice the thickness of the sputtered cobalt (for example, about 6 nm).

以上、上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド28とコバルトシリサイドとの場合について説明したが、上記金属ソース・ドレイン電極はこれらに限定されるものではない。例えば、Ni,Co,Ti,Er,Yb,Ptの元素群うちの1つ以上からなる金属を用いた金属シリサイドを用いてもよい。   As described above, the case of nickel silicide 28 and cobalt silicide has been described as an example of the metal source / drain electrode. However, the metal source / drain electrode is not limited thereto. For example, metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt may be used.

最後に、公知の方法で層間絶縁膜(図示せず)や上部配線(図示せず)等を形成して、本半導体装置が完成する。   Finally, an interlayer insulating film (not shown), an upper wiring (not shown), and the like are formed by a known method, thereby completing the semiconductor device.

本実施の形態の半導体装置によれば、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド)28と半導体(P型シリコン基板21)との間にセシウム含有領域27が形成されているため、金属ソース・ドレイン電極28近傍のセシウムがイオン化することによって、正孔に対するエネルギー障壁高さが大きくなり、その結果、ショットキー接合の場合に比べて、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流を著しく低減することができる。それと同時に、チャネルとソース・ドレインとの間の電子に対するショットキー障壁高さが実効的に小さくなり、且つショットキー障壁厚さが薄くなるため、ショットキー接合の場合に比べて寄生抵抗を著しく低減することができるのである。   According to the semiconductor device of the present embodiment, since the cesium-containing region 27 is formed between the metal source / drain electrode (nickel silicide) 28 and the semiconductor (P-type silicon substrate 21), the metal source / drain electrode The ionization of cesium in the vicinity of 28 increases the height of the energy barrier against holes. As a result, the leakage current between the source / drain and the semiconductor can be significantly reduced as compared with the Schottky junction. it can. At the same time, the Schottky barrier height for the electrons between the channel and the source / drain is effectively reduced and the Schottky barrier thickness is reduced, which significantly reduces the parasitic resistance compared to a Schottky junction. It can be done.

また、セシウムはシリコンのドナーおよびアクセプターではないため、セシウム含有領域27のうち、金属ソース・ドレイン電極28から十分離れた領域においては、セシウムはイオン化しない。そのため、金属ソース・ドレイン電極28と半導体(P型シリコン基板21)との間にあるセシウム含有領域27の厚みを極端に薄くする必要がなく(つまり、セシウムをイオン注入する際の制約がなく)、上記特許文献1に開示されているような不純物偏析技術を用いる必要はない。   Further, since cesium is not a silicon donor and acceptor, cesium is not ionized in a region of the cesium-containing region 27 that is sufficiently away from the metal source / drain electrode 28. Therefore, there is no need to extremely reduce the thickness of the cesium-containing region 27 between the metal source / drain electrode 28 and the semiconductor (P-type silicon substrate 21) (that is, there is no restriction when cesium is ion-implanted). Therefore, it is not necessary to use an impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1.

以上のごとく、本実施の形態の半導体装置においては、金属シリサイド(金属ソース・ドレイン電極)の厚みをイオン注入による制約なしに決定できるので、極めて浅いソース・ドレインを形成することができ、その結果、短チャネル効果を極めてよく抑制することができるのである。   As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, the thickness of the metal silicide (metal source / drain electrodes) can be determined without restriction by ion implantation, so that extremely shallow source / drains can be formed. The short channel effect can be suppressed very well.

また、チャネル領域から離れた位置のソース・ドレインに接して完全には空乏化しない程度の不純物濃度を持つN型不純物領域25を形成したので、寄生容量の大きな増大を招くことなくリーク電流を更に低減することができる。また、N型不純物領域25上部にコンタクトホールを形成することにより、コンタクトホール形成時のエッチングばらつき等によって過剰なエッチングがなされ、ニッケルシリサイド28を突き抜けて上部電極が直接P型シリコン基板21に接続されてリーク電流が増加するのを防ぐことができる。したがって、ニッケルシリサイド28を薄く形成することができるので、短チャネル効果を極めてよく抑制することができるのである。   Further, since the N-type impurity region 25 having an impurity concentration that does not completely deplete is formed in contact with the source / drain located away from the channel region, the leakage current can be further increased without causing a large increase in parasitic capacitance. Can be reduced. Further, by forming a contact hole in the upper part of the N-type impurity region 25, excessive etching is performed due to etching variation at the time of forming the contact hole, and the upper electrode is directly connected to the P-type silicon substrate 21 through the nickel silicide 28. As a result, an increase in leakage current can be prevented. Therefore, since the nickel silicide 28 can be formed thinly, the short channel effect can be suppressed extremely well.

(第3実施の形態)
第3実施の形態は、この発明を、Fin‐FET(立体構造‐FET(Field Effect Transistor:電界効果型トランジスタ)),トライゲート‐FET,ナノワイヤ‐FET等の立体チャネル構造を持つFETに適用した例である。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the present invention is applied to a FET having a three-dimensional channel structure such as a Fin-FET (three-dimensional structure-FET (Field Effect Transistor)), a tri-gate-FET, and a nanowire-FET. It is an example.

図13(a)〜図15(e)は、第3実施の形態の半導体装置における各製造工程中の断面図である。以下、図13(a)〜図15(e)に従って、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。   FIG. 13A to FIG. 15E are cross-sectional views during each manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment. A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 13 (a) to 15 (e).

まず、図13(a)に示すように、例えば、シリコン31と、酸化シリコン32と、SOI層としてのシリコンとがこの順に積層されたSOI基板において、上記SOI層をパターニングして、アルファベットの「I」字状の半導体領域33を形成する。尚、SOI層(半導体領域33)の厚さは、例えば20nmとする。また、半導体領域33のうちチャネルとなる領域の幅(Fin幅)を、例えば10nmとする。   First, as shown in FIG. 13A, for example, in an SOI substrate in which silicon 31, silicon oxide 32, and silicon as an SOI layer are stacked in this order, the SOI layer is patterned to form the alphabet “ An I-shaped semiconductor region 33 is formed. The thickness of the SOI layer (semiconductor region 33) is, for example, 20 nm. In addition, the width (Fin width) of a region that becomes a channel in the semiconductor region 33 is, for example, 10 nm.

次に、図13(b)に示すように、熱酸化法,CVD法あるいはALD法等を用いることによって、半導体領域33の表面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜34を形成する。続いて、CVD法等を用いてN型多結晶シリコン膜をゲート絶縁膜34上に堆積する。次に、リソグラフィー法およびRIE法等を用いて上記多結晶シリコン膜をパターニングして、ゲート電極35を形成する。続いて、ゲート電極35に覆われていない領域のゲート絶縁膜34を、フッ酸水溶液によるウェットエッチ等によって除去する。   Next, as shown in FIG. 13B, a gate insulating film 34 made of silicon oxide is formed on the surface of the semiconductor region 33 by using a thermal oxidation method, a CVD method, an ALD method, or the like. Subsequently, an N-type polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 34 using a CVD method or the like. Next, the gate electrode 35 is formed by patterning the polycrystalline silicon film using a lithography method, an RIE method, or the like. Subsequently, the gate insulating film 34 in a region not covered with the gate electrode 35 is removed by wet etching or the like using a hydrofluoric acid aqueous solution.

上記ゲート絶縁膜34の材料として、酸化シリコンの代わりに、酸窒化シリコン,窒化シリコン,酸化ハフニウム,酸化ランタン、および、これらの材料に窒素,シリコン,アルミニウム等を含有するもの等を用いてもよい。   As the material of the gate insulating film 34, silicon oxynitride, silicon nitride, hafnium oxide, lanthanum oxide, or a material containing nitrogen, silicon, aluminum, or the like may be used instead of silicon oxide. .

また、上記ゲート電極35の材料として多結晶シリコンを用いたが、アモルファスシリコン,ゲルマニウム,ゲルマニウムを含有したシリコン等を用いてもよい。   Further, although polycrystalline silicon is used as the material of the gate electrode 35, amorphous silicon, germanium, silicon containing germanium, or the like may be used.

次に、図14(c)に示すように、上記CVD法等を用いて酸化シリコン膜を堆積し、続いて、RIE法によりエッチバックすることにより、ゲート側壁膜36を形成する。尚、ゲート側壁膜36の材料として、酸化シリコンの代わりに、窒化シリコン,酸窒化シリコン等を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 14C, a silicon oxide film is deposited using the CVD method or the like, and then etched back by the RIE method, thereby forming a gate sidewall film 36. As a material for the gate sidewall film 36, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like may be used instead of silicon oxide.

次に、図14(d)に示すように、セシウムを、例えば、加速エネルギー5keV、ドーズ量1×1014cm-2の条件でイオン注入することによって、セシウム含有領域37を形成する。尚、イオン注入の条件は上記の条件に限定するものではないが、セシウム含有領域37が少なくとも酸化シリコン32との境界まで広がるように設定すればよい。但し、イオン注入によって、半導体領域33がSOI層の厚さ方向全体に渡ってアモルファス化した場合には、後の工程における熱処理によって、アモルファス化した領域が多結晶化してしまい、リーク電流や寄生抵抗が増大してしまう。しかしながら、セシウム(ショットキー障壁を変調する不純物)の濃度ピークがSOI層の厚さ方向の中央よりも浅い領域に位置するように加速エネルギーを選ぶことによって、半導体領域33がSOI層の厚さ方向全体に渡ってアモルファス化するのを防ぎ、少なくとも酸化シリコン32に接する領域の半導体領域33の結晶性を維持することができる。この場合、後の工程における熱処理によって単結晶シリコンの固相成長が促され、アモルファス化した領域を単結晶化する(注入ダメージを回復する)ことができる。 Next, as shown in FIG. 14D, cesium-containing region 37 is formed by ion-implanting cesium, for example, under conditions of an acceleration energy of 5 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 . The ion implantation conditions are not limited to the above conditions, but may be set so that the cesium-containing region 37 extends at least to the boundary with the silicon oxide 32. However, when the semiconductor region 33 is amorphized over the entire thickness direction of the SOI layer by ion implantation, the amorphized region is polycrystallized by heat treatment in a later process, and leakage current and parasitic resistance are increased. Will increase. However, by selecting the acceleration energy so that the concentration peak of cesium (impurity that modulates the Schottky barrier) is located in a region shallower than the center in the thickness direction of the SOI layer, the semiconductor region 33 is in the thickness direction of the SOI layer. It is possible to prevent the entire region from being amorphous and to maintain the crystallinity of at least the semiconductor region 33 in the region in contact with the silicon oxide 32. In this case, solid phase growth of single crystal silicon is promoted by heat treatment in a later step, and the amorphous region can be single crystallized (implantation damage can be recovered).

その後、注入ダメージを回復させるためにアニールを行っても差し支えない。その場合には、例えば、RTA法,FLA法レーザーアニール法等を用いる。   Thereafter, annealing may be performed to recover the implantation damage. In that case, for example, RTA method, FLA method laser annealing method or the like is used.

次に、図15(e)に示すように、スパッタ法等によってニッケルを例えば3nm〜4nm程度堆積した後に、260℃〜350℃、30秒〜200秒の条件でアニールしてシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってニッケル上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のニッケル(およびTiN)を除去することによって、金属ソース・ドレイン電極の一例としてのニッケルシリサイド38を形成する。その後に、350℃〜500℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによって、ニッケルシリサイド38を低抵抗化する。尚、本実施の形態においては、ニッケルシリサイド38は、半導体領域33のうち最も幅が狭い領域(Fin領域)において、全てのシリコンがニッケルシリサイド化するようにニッケルシリサイド38を形成したが、半導体領域33の表面部分のみをニッケルシリサイド化してニッケルシリサイド38を形成しても良い(この場合、図15(e)のD‐D'矢視断面図は図16ではなく図18となる)。また、チャネル領域を除く半導体領域33を全てニッケルシリサイド化しても良い(この場合、図15(e)のD‐D'矢視断面図は図16ではなく図19となる)。何れの場合も、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド38)(以下、金属ソース・ドレイン電極38と言う場合もある)がセシウム含有領域37を介して半導体領域33と接するように、セシウムのイオン注入条件およびニッケルシリサイド38の形成条件を決めておけばよい。尚、ニッケルシリサイド38の厚みは、スパッタしたニッケルの膜厚の3倍程度(例えば9nm〜12nm程度)となる。   Next, as shown in FIG. 15 (e), after depositing nickel, for example, about 3 nm to 4 nm by sputtering or the like, it is annealed and silicided at 260 ° C. to 350 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. In that case, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like before the annealing. Thereafter, unreacted nickel (and TiN) is removed to form nickel silicide 38 as an example of a metal source / drain electrode. Thereafter, the nickel silicide 38 is lowered in resistance by annealing under conditions of 350 ° C. to 500 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. In the present embodiment, the nickel silicide 38 is formed such that all silicon is nickel-silicided in the narrowest region (Fin region) of the semiconductor region 33. Nickel silicide 38 may be formed by nickel silicidation only on the surface portion 33 (in this case, the cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 15E is FIG. 18 instead of FIG. 16). Further, the entire semiconductor region 33 excluding the channel region may be nickel-silicided (in this case, the sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 15E is FIG. 19 instead of FIG. 16). In any case, cesium ion implantation is performed so that the metal source / drain electrode (nickel silicide 38) (hereinafter also referred to as the metal source / drain electrode 38) is in contact with the semiconductor region 33 through the cesium-containing region 37. The conditions and the formation conditions of the nickel silicide 38 may be determined. The thickness of the nickel silicide 38 is about three times the thickness of the sputtered nickel film (for example, about 9 nm to 12 nm).

上記ニッケルシリサイド38は、ソース・ドレインとして機能する。   The nickel silicide 38 functions as a source / drain.

上記ニッケルシリサイド38を形成する際に、ゲート電極35もシリサイド化されて、ニッケルシリサイド39が形成される。   When the nickel silicide 38 is formed, the gate electrode 35 is also silicided to form a nickel silicide 39.

尚、その場合、上記ゲート電極35を全てシリサイド化して、メタルゲート構造としてもよい。メタルゲート構造とする場合には、上記多結晶シリコン膜はi型またはP型の何れであってもよい。   In this case, the gate electrode 35 may be entirely silicided to have a metal gate structure. In the case of a metal gate structure, the polycrystalline silicon film may be either i-type or P-type.

上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド38の代わりにコバルトシリサイドを形成する場合は、スパッタ法等によってコバルトを5nm程度堆積した後に、400℃〜600℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによってシリサイド化する。その場合、上記アニールの前に、スパッタ法等によってコバルト上にTiNを堆積しても良い。そして、その後、未反応のコバルト(およびTiN)を除去した後、700℃〜900℃、30秒〜200秒の条件でアニールすることによって、コバルトシリサイドを低抵抗化すればよい。その場合にも、金属ソース・ドレイン電極(コバルトシリサイド)がセシウム含有領域37を介して半導体(半導体領域33)と接するように形成する。尚、上記コバルトシリサイドの厚みは、スパッタしたコバルトの膜厚の2倍程度(例えば10nm程度)となる。   As an example of the metal source / drain electrodes, in the case where cobalt silicide is formed instead of nickel silicide 38, cobalt is deposited to a thickness of about 5 nm by sputtering or the like, and then at 400 ° C. to 600 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. Silicidation occurs by annealing. In that case, TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like before the annealing. Then, after removing unreacted cobalt (and TiN), the resistance of cobalt silicide may be reduced by annealing at 700 ° C. to 900 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. Also in this case, the metal source / drain electrodes (cobalt silicide) are formed so as to be in contact with the semiconductor (semiconductor region 33) through the cesium-containing region 37. The thickness of the cobalt silicide is about twice the thickness of the sputtered cobalt (for example, about 10 nm).

以上、上記金属ソース・ドレイン電極の一例として、ニッケルシリサイド38とコバルトシリサイドとの場合について説明したが、上記金属ソース・ドレイン電極はこれらに限定されるものではない。例えば、Ni,Co,Ti,Er,Yb,Ptの元素群うちの1つ以上からなる金属を用いた金属シリサイドを用いてもよい。   As described above, the case of nickel silicide 38 and cobalt silicide has been described as an example of the metal source / drain electrode. However, the metal source / drain electrode is not limited thereto. For example, metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt may be used.

最後に、公知の方法で層間絶縁膜(図示せず)や上部配線(図示せず)等を形成して、本半導体装置が完成する。尚、図16は、図15(e)のD‐D'矢視断面図である。また、図17は、図15(e)のE‐E'矢視断面図である。   Finally, an interlayer insulating film (not shown), an upper wiring (not shown), and the like are formed by a known method, thereby completing the semiconductor device. FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG.

本実施の形態の半導体装置によれば、金属ソース・ドレイン電極(ニッケルシリサイド)38と半導体(半導体領域33)との間にセシウム含有領域37が形成されているため、金属ソース・ドレイン電極38近傍のセシウムがイオン化することにより、正孔に対するエネルギー障壁高さが大きくなり、その結果、ショットキー接合の場合に比べて、ソース・ドレインと半導体との間のリーク電流を著しく低減することができる。また、同時に、チャネルとソース・ドレインとの間の電子に対するショットキー障壁高さが実効的に小さくなり、且つショットキー障壁厚さが薄くなるため、ショットキー接合の場合に比べて寄生抵抗を著しく低減することができるのである。   According to the semiconductor device of the present embodiment, the cesium-containing region 37 is formed between the metal source / drain electrode (nickel silicide) 38 and the semiconductor (semiconductor region 33). As a result of the ionization of cesium, the energy barrier height against holes is increased, and as a result, the leakage current between the source / drain and the semiconductor can be significantly reduced as compared with the Schottky junction. At the same time, the Schottky barrier height for the electrons between the channel and the source / drain is effectively reduced, and the Schottky barrier thickness is reduced. It can be reduced.

また、セシウムはシリコンのドナーおよびアクセプターではないため、セシウム含有領域37のうち、金属ソース・ドレイン電極38から十分離れた領域においては、セシウムはイオン化しない。そのため、金属ソース・ドレイン電極38と半導体(半導体領域33)との間にあるセシウム含有領域37の厚みを極端に薄くする必要がなく(つまり、セシウムをイオン注入する際の制約がなく)、上記特許文献1に開示されているような不純物偏析技術を用いる必要はない。   In addition, since cesium is not a silicon donor and acceptor, cesium is not ionized in a region sufficiently separated from the metal source / drain electrode 38 in the cesium-containing region 37. Therefore, there is no need to extremely reduce the thickness of the cesium-containing region 37 between the metal source / drain electrode 38 and the semiconductor (semiconductor region 33) (that is, there is no restriction when ion-implanting cesium). It is not necessary to use an impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1.

このように、本実施の形態における半導体装置によれば、ドナー不純物の拡散による短チャネル効果特性の劣化がないため、立体チャネル構造のFETにおいても、極めて良好な短チャネル効果特性を得ることができるのである。   As described above, according to the semiconductor device in this embodiment, since the short channel effect characteristic is not deteriorated due to the diffusion of the donor impurity, an extremely good short channel effect characteristic can be obtained even in the three-dimensional channel structure FET. It is.

尚、SOI基板を用いてプレーナー型のトランジスタを形成した場合は、図19と同じ断面構造が得られる。   Note that when a planar transistor is formed using an SOI substrate, the same cross-sectional structure as that in FIG. 19 is obtained.

また、上記各実施の形態においては、上記セシウム含有領域5,27,37を、P型シリコン基板1,21および半導体(シリコン)領域33のうち、金属ソース・ドレイン電極6,28,38と接する領域の全部に形成している。しかしながら、この発明は上記「接する領域」の全部に限定されるものではなく、上記「接する領域」の一部に形成しても同様の効果を奏することができる。   In each of the above embodiments, the cesium-containing regions 5, 27, 37 are in contact with the metal source / drain electrodes 6, 28, 38 in the P-type silicon substrates 1, 21 and the semiconductor (silicon) region 33. It is formed in the whole area. However, the present invention is not limited to all of the “contact region”, and the same effect can be obtained even if it is formed on a part of the “contact region”.

1,21…P型シリコン基板、
2,22,34…ゲート絶縁膜、
3,23,35…ゲート電極、
4,24,36…ゲート側壁膜、
5,12,27,37…セシウム含有領域、
6,13,28,38…ニッケルシリサイド(金属ソース・ドレイン電極)、
7,29,39…ゲート電極のニッケルシリサイド、
11…P型シリコン、
25…N型不純物領域、
26…ゲート側壁、
31…シリコン、
32…酸化シリコン、
33…半導体領域。
1,21 ... P-type silicon substrate,
2, 22, 34 ... gate insulating film,
3, 23, 35 ... gate electrode,
4, 24, 36 ... gate sidewall film,
5, 12, 27, 37 ... cesium-containing region,
6, 13, 28, 38 ... nickel silicide (metal source / drain electrodes),
7, 29, 39 ... Nickel silicide of the gate electrode,
11 ... P-type silicon,
25 ... N-type impurity region,
26 ... Gate side wall,
31 ... Silicon,
32 ... silicon oxide,
33: Semiconductor region.

Claims (14)

半導体と、
上記半導体上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体上における上記ゲート電極の両側に形成された金属ソース・ドレイン電極と
を備え、
上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、ショットキー障壁を変調する不純物を含有する不純物含有領域を有しており、
上記不純物は、上記半導体のバルク中では殆どキャリアを発生しない不純物である
ことを特徴とする半導体装置。
Semiconductors,
A gate electrode formed on the semiconductor via a gate insulating film;
Metal source / drain electrodes formed on both sides of the gate electrode on the semiconductor,
In part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor has an impurity-containing region containing an impurity that modulates a Schottky barrier,
The semiconductor device, wherein the impurity is an impurity that hardly generates carriers in the bulk of the semiconductor.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記不純物は、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に加えて、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域にも含まれており、
上記不純物の仕事関数は、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも小さい
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In addition to part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor, the impurity is in a region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode. Is also included,
A semiconductor device, wherein a work function of the impurity is smaller than a work function of the metal source / drain electrode.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記不純物は、上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に加えて、上記金属ソース・ドレイン電極における上記半導体と接している領域の一部あるいは全部を含む領域にも含まれており、
上記不純物の仕事関数は、上記金属ソース・ドレイン電極の仕事関数よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In addition to part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor, the impurity is in a region including part or all of the region in contact with the semiconductor in the metal source / drain electrode. Is also included,
A semiconductor device, wherein a work function of the impurity is larger than a work function of the metal source / drain electrode.
請求項1から請求項3までの何れか一つに記載の半導体装置において、
上記不純物の質量数は75よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device, wherein the mass number of the impurity is greater than 75.
請求項1,請求項2および請求項4の何れか一つに記載の半導体装置において、
上記不純物は、上記半導体の電子親和力よりも小さいイオン化ポテンシャルを有している
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1, 2, and 4,
The semiconductor device, wherein the impurity has an ionization potential smaller than an electron affinity of the semiconductor.
請求項1,請求項2,請求項4および請求項5の何れか一つに記載の半導体装置において、
上記不純物は、セシウムである
ことを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1, 2, 4, and 5,
The semiconductor device is characterized in that the impurity is cesium.
請求項1から請求項6までの何れか一つに記載の半導体装置において、
上記不純物含有領域の上記金属ソース・ドレイン電極との界面における上記不純物の濃度は、1×1019cm-3以上である
ことを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
A semiconductor device, wherein the impurity concentration at the interface between the impurity-containing region and the metal source / drain electrode is 1 × 10 19 cm −3 or more.
請求項1から請求項7までの何れか一つに記載の半導体装置において、
上記不純物含有領域における上記不純物の濃度は、上記不純物含有領域の上記金属ソース・ドレイン電極との界面よりも深い位置にピークを有している
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7,
A concentration of the impurity in the impurity-containing region has a peak at a position deeper than an interface between the impurity-containing region and the metal source / drain electrode.
請求項1から請求項8までの何れか一つに記載の半導体装置において、
上記金属ソース・ドレイン電極は、上記半導体と金属との化合物で構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
The metal source / drain electrode is composed of a compound of the semiconductor and metal.
請求項9に記載の半導体装置において、
上記半導体は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを主成分として含んでおり、
上記金属は、ニッケル,コバルト,チタン,エルビウム,イッテルビウムおよび白金の元素群うちの1つ以上を含んでいる
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The semiconductor contains at least one of silicon and germanium as a main component,
A semiconductor device characterized in that the metal contains one or more elements selected from the group consisting of nickel, cobalt, titanium, erbium, ytterbium and platinum.
請求項1から請求項10までの何れか一つに記載の半導体装置において、
上記半導体は、絶縁体上に設けられており、
上記金属ソース・ドレイン電極の少なくとも一部は、上記絶縁体に接している
ことを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 10,
The semiconductor is provided on an insulator,
At least a part of the metal source / drain electrode is in contact with the insulator.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体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、
上記半導体の上部における上記ゲート電極の両側に上記不純物を導入して上記不純物含有領域を形成する工程と、
上記半導体における上記不純物含有領域上に金属を堆積する工程と、
アニールを行って上記半導体と上記金属とを反応させて、上記半導体の上部における上記ゲート電極の両側に上記金属ソース・ドレイン電極を形成する工程と
を備え、
上記半導体における上記金属ソース・ドレイン電極と接している領域の一部あるいは全部に、上記不純物含有領域を形成する
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 according to claim 1,
Forming a gate electrode on a semiconductor via a gate insulating film;
Introducing the impurity on both sides of the gate electrode in the upper part of the semiconductor to form the impurity-containing region;
Depositing a metal on the impurity-containing region in the semiconductor;
Forming a metal source / drain electrode on both sides of the gate electrode in the upper part of the semiconductor by reacting the semiconductor with the metal by annealing; and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity-containing region is formed in a part or all of a region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor.
請求項12に記載の半導体装置の製造方法において、
上記不純物は、セシウムである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity is cesium.
請求項12あるいは請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを主成分として含んでおり、
上記金属は、ニッケル,コバルト,チタン,エルビウム,イッテルビウムおよび白金の元素群うちの1つ以上を含んでいる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12 or 13,
The semiconductor contains at least one of silicon and germanium as a main component,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal includes one or more elements selected from the group consisting of nickel, cobalt, titanium, erbium, ytterbium, and platinum.
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