JP2014036215A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Kenji Kimoto
賢治 木本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of easily controlling a height and a width of a schottky barrier regardless of the kind of metal material and having low parasitic resistance, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A gate electrode 3 is formed on a p-type silicon substrate 1 via a gate insulating film 2, a first metal source drain electrode 6a is formed at one side of the gate electrode 3 on the p-type silicon substrate 1, and a second metal source drain electrode 6b is formed at other side of the gate electrode 3 on the p-type silicon. Insulating gate side wall films 4a and 4b are provided on side surfaces of the gate electrode 3, and cesium-containing regions 5a and 5b containing cesium are formed on a part or whole of a region contacting with the first and the second metal source drain electrodes 6a and 6b, on the p-type silicon substrate 1. Fixed charges exist in the gate side wall films 4a and 4b.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

半導体集積回路は、MOSFET(MOS電界効果トランジスタ)の微細化によって高性能化されてきた。ここで、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。   Semiconductor integrated circuits have been improved in performance by miniaturization of MOSFETs (MOS field effect transistors). Here, in order to continue miniaturization of MOSFETs in the future, it is indispensable to suppress characteristic deterioration due to the short channel effect that becomes more prominent with 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 and drain need 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層中にイオン注入し、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くすると(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、量産が非常に困難になる。加えて、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という問題もある。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 the semiconductor layer, followed by activation annealing. In order to reduce the junction depth of the source / drain 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, and mass production becomes very difficult. In addition, there is a problem that the junction depth becomes deep due to thermal diffusion of impurities by activation annealing. On the other hand, as the junction depth is reduced, the source / drain resistance increases. For these reasons, shallow source / drain junctions have 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、抵抗を非常に低く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, and therefore 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 very 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、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, in the metal source / drain structure, a Schottky junction is formed between the metal and the semiconductor, so that a leakage current between the source / drain and the semiconductor is large, and between the channel and the source / drain. Due to the formed Schottky barrier, there is a problem that the on-current is reduced.

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、半導体層としてのシリコン基板中にAsやB等の不純物を注入した後、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と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ってかつ空乏化した不純物含有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) discloses a technique in which impurities such as As and B are implanted into a silicon substrate as a semiconductor layer, and then the region where the impurities are implanted. By forming a metal silicide (metal source / drain) to a deeper region, impurities are segregated near the interface between the metal silicide and silicon, and the region 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 doped impurity-containing 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、オン電流を増大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. Leakage current can be suppressed. In addition, 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 increased.

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 and drain may be made shallower than the impurity implantation depth. Can not. 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.

また、近年のLSI製造では、大口径の半導体ウェハが用いられるが、この場合、例えば、SALICIDE(Self Aligned Silicide:自己整合シリサイド)プロセスによって金属シリサイド(金属ソースドレイン)を形成するために、スパッタ法によって金属膜を堆積すると、特にウェハ周辺部ではスパッタターゲットから飛行してくる金属粒子の入射角が大きくなるため、ゲート電極が影となり、ゲート電極直近の領域において、堆積される金属の膜厚がターゲット値よりも薄くなりやすい。このような状態でシリサイド化を実施すると、金属膜厚が薄い領域では金属シリサイドの膜厚がターゲット値よりも薄くなるため、横方向の成長が短くなり、金属シリサイド(金属ソースドレイン電極の一方)がゲート電極に対してオフセットするという問題がある。   In recent LSI manufacturing, a large-diameter semiconductor wafer is used. In this case, for example, a sputtering method is used to form a metal silicide (metal source / drain) by a SALICIDE (Self-Aligned Silicide) process. When the metal film is deposited by the above method, the incident angle of the metal particles flying from the sputter target is increased particularly in the peripheral part of the wafer, so that the gate electrode becomes a shadow, and the film thickness of the deposited metal is reduced in the region near the gate electrode. It tends to be thinner than the target value. When silicidation is performed in such a state, in the region where the metal film thickness is thin, the metal silicide film thickness becomes thinner than the target value, so that the lateral growth is shortened and the metal silicide (one of the metal source / drain electrodes) Is offset with respect to the gate electrode.

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、本発明の課題は、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、かつ、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 a Schottky barrier regardless of the type of metal material, having a low parasitic resistance, and effectively suppressing the short channel effect, and its semiconductor device It is to provide a manufacturing method.

上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
半導体層と、
上記半導体層上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体層上かつ上記ゲート電極の一方側に形成された第1金属ソースドレイン電極と、
上記半導体層上かつ上記ゲート電極の他方側に形成された第2金属ソースドレイン電極と、
上記ゲート電極の側面に設けられた絶縁性のゲート側壁膜と
を備え、
上記半導体層において上記第1および第2金属ソースドレイン電極と接する領域の一部または全部は、セシウムを含有するセシウム含有領域となっており、
上記ゲート側壁膜中には正の固定電荷が存在してい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
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A first metal source / drain electrode formed on the semiconductor layer and on one side of the gate electrode;
A second metal source / drain electrode formed on the semiconductor layer and on the other side of the gate electrode;
An insulating gate sidewall film provided on the side surface of the gate electrode,
A part or all of the region in contact with the first and second metal source / drain electrodes in the semiconductor layer is a cesium-containing region containing cesium,
A positive fixed charge is present in the gate sidewall film.

本発明によれば、上記半導体層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、セシウムを含有するセシウム含有領域を有している。ここで、セシウムのイオン化ポテンシャルは全元素中で最も小さいため、上記セシウム含有領域中のセシウムが形成するエネルギー準位(不純物準位)は上記金属ソースドレイン電極のフェルミ準位よりも高エネルギー側に位置することになる。この結果、上記セシウムから上記金属ソースドレイン電極側に電子が放出され、上記セシウムは正にイオン化する。上記セシウムがイオン化した領域では、金属ソースドレイン電極とセシウム含有領域との界面におけるショットキー障壁が大きく変調される(ショットキー障壁変調効果)。即ち、正孔に対するショットキー障壁高さは実効的に大きく増加し、電子に対するショットキー障壁高さは実効的に大きく減少する。したがって、N型MOSFETにおいて、上記半導体層‐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。   According to the present invention, the semiconductor layer has a cesium-containing region containing cesium in part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode. Here, since the ionization potential of cesium is the lowest among all elements, the energy level (impurity level) formed by cesium in the cesium-containing region is higher than the Fermi level of the metal source / drain electrode. Will be located. As a result, electrons are emitted from the cesium to the metal source / drain electrode side, and the cesium is positively ionized. In the cesium ionized region, the Schottky barrier at the interface between the metal source / drain electrode and the cesium-containing region is greatly modulated (Schottky barrier modulation effect). That is, the Schottky barrier height with respect to holes increases effectively and the Schottky barrier height with respect to electrons decreases effectively. Therefore, in the N-type MOSFET, the leakage current between the semiconductor layer and the metal source / drain electrode can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the metal source / drain electrode can be remarkably reduced.

バンドベンディングは、金属ソースドレイン電極から十分遠い位置における不純物準位と、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まで起こる。したがって、金属ソースドレイン電極のフェルミ準位から不純物準位までのエネルギー差が大きいほど、バンドベンディングは大きくなり、ショットキー障壁変調効果は大きくなる。セシウムは全元素中で最も小さいイオン化ポテンシャル(3.89eV)を有するため、セシウムを使用すると、ショットキー障壁変調効果を最も顕著に発揮させることができる。   Band bending occurs to the extent that the impurity level at a position sufficiently far from the metal source / drain electrode matches the Fermi level of the metal source / drain electrode. Therefore, as the energy difference from the Fermi level to the impurity level of the metal source / drain electrode increases, the band bending increases and the Schottky barrier modulation effect increases. Since cesium has the smallest ionization potential (3.89 eV) among all elements, the use of cesium can most effectively exhibit the Schottky barrier modulation effect.

さらに、ゲート側壁膜中に正の固定電荷を含むため、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に対してオフセットした場合であっても、上記固定電荷を含むゲート側壁膜下の半導体層表面に電子キャリア層が誘起されるため、ゲート電極下のチャネル領域と金属ソースドレイン電極とが電子キャリア層を介してオーミックに接続され、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することはない。   Further, since the gate sidewall film contains a positive fixed charge, even if at least one of the metal source / drain electrodes is offset with respect to the gate electrode due to process variation or the like, the gate sidewall film includes the fixed charge below the gate sidewall film. Since the electron carrier layer is induced on the surface of the semiconductor layer, the channel region under the gate electrode and the metal source / drain electrode are ohmically connected through the electron carrier layer, and 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.

また、一実施形態では、
上記半導体層は、3.89eVより大きい電子親和力を有する半導体からなる。
In one embodiment,
The semiconductor layer is made of a semiconductor having an electron affinity greater than 3.89 eV.

上記実施形態によれば、上記半導体層の電子親和力が、セシウムのイオン化エネルギー(3.89eV)より大きいため、セシウム含有領域中のセシウムが作る不純物準位が、上記半導体層の伝導帯下端よりも高エネルギー側に位置することができる。したがって、上記金属ソースドレイン電極近傍の半導体層のエネルギーバンドは、半導体層の伝導帯下端が上記金属ソースドレイン電極のフェルミ準位に一致する程度まで曲げられるため、ほぼ最大のバンドベンディングを得ることができる。また、セシウムがイオン化した領域におけるバンドベンディングは非常に急峻なものとなるため、第1および第2金属ソースドレイン電極と半導体層との間では、電子に対するショットキー障壁の厚みが非常に薄くなり、更に、鏡像効果によるショットキー障壁高さの低減効果が著しくなるため、電子に対するショットキー障壁高さは実効的に非常に小さくなる。したがって、チャネル−金属ソースドレイン電極間を抵抗が非常に低い状態で接続することができる。また、同時に、正孔に対するエネルギー障壁高さが非常に大きくなるため、金属ソースドレイン半導体層間のリーク電流を著しく抑制することができる。   According to the embodiment, since the electron affinity of the semiconductor layer is larger than the ionization energy (3.89 eV) of cesium, the impurity level produced by cesium in the cesium-containing region is lower than the lower end of the conduction band of the semiconductor layer. It can be located on the high energy side. Therefore, the energy band of the semiconductor layer in the vicinity of the metal source / drain electrode is bent to the extent that the lower end of the conduction band of the semiconductor layer matches the Fermi level of the metal source / drain electrode, so that almost maximum band bending can be obtained. it can. In addition, since the band bending in the region where cesium is ionized becomes very steep, the thickness of the Schottky barrier against electrons between the first and second metal source / drain electrodes and the semiconductor layer becomes very thin, Furthermore, since the effect of reducing the Schottky barrier height due to the mirror image effect becomes significant, the Schottky barrier height for electrons is effectively very small. Therefore, it is possible to connect the channel and the metal source / drain electrode with a very low resistance. At the same time, since the energy barrier height against holes becomes very large, the leakage current between the metal source and drain semiconductor layers can be remarkably suppressed.

また、一実施形態では、
上記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素および窒化ガリウムのうちのいずれか1つからなる。
In one embodiment,
The semiconductor layer is made of any one of silicon, germanium, silicon germanium, gallium arsenide, and gallium nitride.

シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素、窒化ガリウムの電子親和力はそれぞれ、4.05eV、4.0eV、4.0eV、4.07eV、4.1eVである。したがって、上記実施形態によれば、上記半導体層の電子親和力を3.89eVより大きくすることができる。   The electron affinity of silicon, germanium, silicon germanium, gallium arsenide, and gallium nitride is 4.05 eV, 4.0 eV, 4.0 eV, 4.07 eV, and 4.1 eV, respectively. Therefore, according to the embodiment, the electron affinity of the semiconductor layer can be made larger than 3.89 eV.

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、上記半導体層のバルク中で殆どキャリアを発生することがない。したがって、上記セシウム含有領域を、第1および第2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くて、セシウム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。   Further, since cesium is not a silicon donor or acceptor, carriers are hardly generated in the bulk of the semiconductor layer. Therefore, even when the cesium-containing region is formed deeper than the first and second metal source / drain electrodes, the short channel effect characteristic is not deteriorated and the source is formed in a region shallower than the cesium implantation depth. A drain can be formed, and a very shallow source / drain can be formed. Therefore, good short channel effect characteristics can be obtained.

また、上記セシウム含有領域の形成のためにイオン注入を用いる場合、セシウムの質量数(133)は非常に大きく、通常のドナー不純物の質量数(例えば、砒素の室雨量数75)よりも大きいため、同じイオン注入エネルギーにおいて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、セシウムのイオン注入エネルギーを砒素のイオン注入エネルギーよりも大きくできるので、イオン電流量を大きくすることができ、プロセス時間を短縮することができる。また、特に、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は、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。   In addition, when ion implantation is used to form the cesium-containing region, the mass number of cesium (133) is very large and is larger than the mass number of normal donor impurities (for example, the arsenic room rainfall number is 75). Thus, ions can be implanted into a region shallower than arsenic at the same ion implantation energy. In other words, when ion implantation is performed at the same depth, the ion implantation energy of cesium can be made larger than that of arsenic, so that the amount of ion current can be increased and the process time can be shortened. . In particular, when ion implantation is performed with very small ion implantation energy, a problem that a sufficient dose cannot be secured can be avoided.

また、一実施形態では、
上記固定電荷の少なくとも一部は、セシウムである。
In one embodiment,
At least a part of the fixed charge is cesium.

セシウムは全元素中で最も小さいイオン化ポテンシャル(3.89eV)を有するため、最も容易に高密度の固定電荷を形成することができる。   Since cesium has the lowest ionization potential (3.89 eV) among all elements, it can form a high-density fixed charge most easily.

また、上記半導体層として電子親和力が3.89eV未満の半導体(例えば、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、GaN等。電子親和力は、それぞれ、4.05eV、4.0eV、4.07eV、4.1eV)を用いる場合、セシウムは、半導体層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)を形成するため、更に高密度の固定電荷を形成することができる。このため、金属ソースドレイン電極がゲート電極に対してオフセットした場合であっても、半導体層表面に高濃度の電子キャリア層を誘起することができるため、寄生抵抗の上昇を著しく抑制することができる。尚、不純物準位と半導体層との間の電荷の授受の結果、半導体層表面では、不純物準位とフェルミ準位が一致する程度までバンドベンディングが起こるため、不純物のイオン化ポテンシャルが小さいほど誘起される電子キャリア濃度が大きくなり、更に、不純物準位が半導体層の伝導帯下端よりも高エネルギー側にある場合は、半導体層表面を強反転させることができて、極めて高濃度の電子キャリア層を形成できる。   In addition, a semiconductor having an electron affinity of less than 3.89 eV (eg, silicon, germanium, GaAs, GaN, etc .; the electron affinity is 4.05 eV, 4.0 eV, 4.07 eV, 4.1 eV, respectively) is used as the semiconductor layer. When used, cesium forms an energy level (impurity level) on the higher energy side than the lower end of the conduction band of the semiconductor layer, so that a higher-density fixed charge can be formed. For this reason, even when the metal source / drain electrode is offset from the gate electrode, a high-concentration electron carrier layer can be induced on the surface of the semiconductor layer, so that an increase in parasitic resistance can be remarkably suppressed. . As a result of charge transfer between the impurity level and the semiconductor layer, band bending occurs to the extent that the impurity level and the Fermi level coincide with each other on the surface of the semiconductor layer. If the electron carrier concentration increases and the impurity level is on the higher energy side than the lower end of the conduction band of the semiconductor layer, the surface of the semiconductor layer can be strongly inverted, and an extremely high concentration electron carrier layer can be formed. Can be formed.

また、一実施形態では、
上記ゲート絶縁膜には、窒素元素が含まれている。
In one embodiment,
The gate insulating film contains a nitrogen element.

上記実施形態によれば、上記ゲート側壁膜中に固定電荷を形成し易くすることができる。例えば、窒化シリコンにおいては、屈折率が1.9より大きいほど、高密度の正の固定電荷を形成でき、屈折率が1.9より小さいほど、高密度の負の固定電荷を形成できる。   According to the embodiment, it is possible to easily form a fixed charge in the gate sidewall film. For example, in silicon nitride, a higher density positive fixed charge can be formed as the refractive index is higher than 1.9, and a higher density negative fixed charge can be formed as the refractive index is lower than 1.9.

また、一実施形態では、
上記セシウム含有領域における上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極との界面の上記セシウムの濃度は、1×1019cm-3以上である。
In one embodiment,
The concentration of the cesium at the interface between the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode in the cesium-containing region is 1 × 10 19 cm −3 or more.

上記実施形態によれば、セシウム含有領域における第1金属ソースドレイン電極および第2金属ソースドレイン電極との界面のセシウム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、半導体層‐第1および第2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‐第1および第2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 the embodiment, the concentration of cesium at the interface between the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode in the cesium-containing region is sufficiently high. Therefore, the Schottky barrier is greatly modulated, the leakage current between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes is remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the first and second metal source / drain electrodes is significantly reduced. Is done.

また、一実施形態では、
上記セシウム含有領域の上記セシウムの濃度は、上記セシウム含有領域における上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2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 one embodiment,
The concentration of the cesium in the cesium-containing region has a peak at a position deeper than the interface between the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode in the cesium-containing region.

上記実施形態によれば、第1および第2金属ソースドレイン電極の広い範囲を高濃度のセシウム含有領域で覆うことができるので、半導体層‐第1および第2金属ソースドレイン電極間のリーク電流を更に効果的に低減することができる。   According to the above embodiment, since the wide range of the first and second metal source / drain electrodes can be covered with the high concentration cesium-containing region, the leakage current between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes can be reduced. Furthermore, it can reduce effectively.

また、一実施形態では、
上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極の夫々は、上記半導体層と、金属との化合物で構成されている。
In one embodiment,
Each of the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode is composed of a compound of the semiconductor layer and a metal.

第1および第2金属ソースドレイン電極の深さは半導体層上に堆積する金属の厚さによって制御することができる。上記実施形態によれば、半導体層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。   The depth of the first and second metal source / drain electrodes can be controlled by the thickness of the metal deposited on the semiconductor layer. According to the embodiment, a shallow metal source / drain electrode can be easily formed by thinly depositing the metal on the semiconductor layer by sputtering or the like.

また、一実施形態では、
上記半導体層は、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、エルビウムおよびイッテルビウムのうちの1つ以上を含んでいる。
In one embodiment,
The semiconductor layer includes at least one of silicon and germanium,
The metal includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium and ytterbium.

上記実施形態によれば、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、浅い金属ソースドレイン電極を、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 the above embodiment, since a self-aligned silicide process or a self-aligned germanide process can be used, a shallow metal source / drain electrode can be easily formed in a self-aligned position with respect to the gate electrode. .

また、一実施形態では、
上記半導体層は、絶縁体上に設けられており、
上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極のうちの少なくとも一部は、上記絶縁体に接している。
In one embodiment,
The semiconductor layer is provided on an insulator,
At least a part of the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode is in contact with the insulator.

上記実施形態によれば、SOI(Semiconductor On Insulator)構造の半導体装置において、半導体層‐第1および第2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‐第1および第2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 the embodiment, in the semiconductor device having an SOI (Semiconductor On Insulator) structure, the leakage current between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes can be remarkably suppressed, and the channel and the first and second metal sources. The resistance between the drain electrodes can be significantly reduced. Furthermore, it is possible to form a very shallow source / drain and obtain good short channel effect characteristics.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、
本発明の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面上かつ上記ゲート電極の両側に絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層中にセシウムを導入する工程と、
上記半導体層の表面の一部が露出するように上記絶縁層を異方性エッチングして、上記絶縁層からなるゲート側壁膜を形成する工程と、
上記半導体層の表面が露出した領域にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Forming an insulating layer on the surface of the semiconductor layer and on both sides of the gate electrode;
Introducing cesium into the insulating layer;
Anisotropically etching the insulating layer so that part of the surface of the semiconductor layer is exposed to form a gate sidewall film made of the insulating layer;
Introducing cesium into a region where the surface of the semiconductor layer is exposed to form a cesium-containing region;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.

本発明によれば、半導体層における第1および第2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セシウムを含有するセシウム含有領域を形成することができる。したがって、半導体層‐第1および第2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‐第1および第2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できる。   According to the present invention, a cesium-containing region containing cesium that modulates the Schottky barrier can be formed in part or all of the region in contact with the first and second metal source / drain electrodes in the semiconductor layer. Therefore, it is possible to form a semiconductor device that can significantly suppress the leakage current between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes and can significantly reduce the resistance between the channel and the first and second metal source / drain electrodes.

また、本発明によれば、アニール等によりセシウムを絶縁層と半導体層との界面に偏析させることにより、絶縁層と半導体層との界面近傍に正の固定電荷を形成できる。従って、固定電荷下の半導体層表面には固定電荷の極性とは逆極性のキャリア層(N型MOSFETの場合、固定電荷の極性は正、キャリアは電子、P型MOSFETの場合、固定電荷の極性は負、キャリアは正孔)を誘起でき、極めて浅いソースドレインエクステンションとして機能させることができる。従って、極めて良好な短チャネル効果特性が得られる。   Further, according to the present invention, positive fixed charges can be formed in the vicinity of the interface between the insulating layer and the semiconductor layer by segregating cesium to the interface between the insulating layer and the semiconductor layer by annealing or the like. Therefore, on the surface of the semiconductor layer under a fixed charge, a carrier layer having a polarity opposite to the polarity of the fixed charge (in the case of an N-type MOSFET, the polarity of the fixed charge is positive, in the case of a carrier, in the case of a P-type MOSFET, the polarity of the fixed charge) Can induce holes), and can function as a very shallow source / drain extension. Therefore, very good short channel effect characteristics can be obtained.

また、固定電荷による強い電界効果によって、半導体層と第1および第2金属ソースドレイン電極間のキャリアに対するショットキー障壁厚さが著しく減少し、更に、鏡像効果によってショットキー障壁高さの減少が促進されるため、実効的なショットキー障壁高さが著しく低減され、キャリア層と第1および第2金属ソースドレイン電極との低抵抗接続が実現される。従って、良好な短チャネル効果特性と低い寄生抵抗とを同時に実現できる。   Moreover, due to the strong electric field effect due to the fixed charge, the Schottky barrier thickness with respect to carriers between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes is remarkably reduced, and further, the reduction of the Schottky barrier height is promoted by the mirror image effect. Therefore, the effective Schottky barrier height is significantly reduced, and a low resistance connection between the carrier layer and the first and second metal source / drain electrodes is realized. Therefore, good short channel effect characteristics and low parasitic resistance can be realized at the same time.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、
本発明の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面のうちで少なくとも上記ゲート電極に隣接する領域を、プラズマ状態の窒素、窒素ラジカルおよび窒素元素を含有する分子からなる酸化剤を含む気体のうちの少なくとも一つを含む雰囲気に暴露して、絶縁層を形成すると共に、正の固定電荷を形成する工程と、
上記半導体層の表面の一部が露出するように上記絶縁層を異方性エッチングして、上記絶縁層からなるゲート側壁を形成する工程と、
上記半導体層の表面が露出した領域にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
At least a region adjacent to the gate electrode on the surface of the semiconductor layer is exposed to an atmosphere containing at least one of a gas containing an oxidant composed of molecules containing nitrogen, nitrogen radicals, and nitrogen elements in a plasma state. Forming an insulating layer and forming a positive fixed charge;
Anisotropically etching the insulating layer such that a part of the surface of the semiconductor layer is exposed to form a gate sidewall made of the insulating layer;
Introducing cesium into a region where the surface of the semiconductor layer is exposed to form a cesium-containing region;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.

本発明によれば、セシウム含有領域の表面のうちで少なくともゲート電極に隣接する領域を、プラズマ状態の窒素、窒素ラジカルおよび窒素元素を含有する分子からなる酸化剤を含む気体のうちの1以上を含む雰囲気に暴露することによって、正の固定電荷を含む絶縁層を形成することができる。   According to the present invention, at least one of the surfaces of the cesium-containing region adjacent to the gate electrode is subjected to at least one of a gas containing an oxidant composed of molecules containing nitrogen, nitrogen radicals, and nitrogen elements in a plasma state. By exposing to an atmosphere including the insulating layer, an insulating layer including a positive fixed charge can be formed.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、
本発明の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の上部かつ上記ゲート電極の両側にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域上を、他元素と反応させて絶縁層を形成することにより、上記セシウムを上記半導体層と上記絶縁層との界面に偏析させて正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして、上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Introducing cesium into the upper part of the semiconductor layer and both sides of the gate electrode to form a cesium-containing region;
Forming a positive fixed charge by causing the cesium-containing region to react with other elements to form an insulating layer, thereby segregating the cesium to the interface between the semiconductor layer and the insulating layer;
Etching a part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least a part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.

本発明によれば、セシウム含有領域を酸化、酸窒化または窒化等することによって他元素と反応させることにより、セシウム含有領域上に絶縁層を形成するのと同時に、セシウムの一部を絶縁層とセシウム含有領域との界面に偏析させて固定電荷を形成できる。したがって、固定電荷を形成するために、セシウム含有領域を形成する工程とは別にセシウムを絶縁層中に導入する必要がないため、プロセスを簡素化することができる。また、同一の材料を用いて固定電荷とセシウム含有領域を形成するため、製造コストを低減できる。   According to the present invention, the cesium-containing region is reacted with other elements by oxidation, oxynitridation, nitridation, or the like, thereby forming an insulating layer on the cesium-containing region, and at the same time, part of the cesium and A fixed charge can be formed by segregating at the interface with the cesium-containing region. Therefore, since it is not necessary to introduce cesium into the insulating layer separately from the step of forming the cesium-containing region in order to form a fixed charge, the process can be simplified. Further, since the fixed charge and the cesium-containing region are formed using the same material, the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、
本発明の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の上部かつ上記ゲート電極の両側にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域の表面のうちの少なくとも上記ゲート電極に隣接する領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層と、上記半導体層との界面にアニールにより上記セシウムを偏析させて正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして、上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように、上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Introducing cesium into the upper part of the semiconductor layer and both sides of the gate electrode to form a cesium-containing region;
Forming an insulating layer so as to cover at least a region adjacent to the gate electrode in the surface of the cesium-containing region;
Forming a positive fixed charge by segregating the cesium by annealing at the interface between the insulating layer and the semiconductor layer;
Etching a part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least a part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.

本発明によれば、セシウム含有領域上に絶縁層を形成した後、アニールすることにより、セシウムの一部を絶縁層とセシウム含有領域との界面に偏析させて固定電荷を形成できる。したがって、固定電荷を形成するために、セシウム含有領域を形成する工程とは別にセシウムを絶縁層中に導入する必要がないため、プロセスを簡素化することができる。また、同一のセシウムを用いて固定電荷とセシウム含有領域を形成するため、製造コストを低減できる。   According to the present invention, after forming the insulating layer on the cesium-containing region, annealing is performed, whereby a part of cesium is segregated at the interface between the insulating layer and the cesium-containing region, so that a fixed charge can be formed. Therefore, since it is not necessary to introduce cesium into the insulating layer separately from the step of forming the cesium-containing region in order to form a fixed charge, the process can be simplified. Further, since the fixed charge and the cesium-containing region are formed using the same cesium, the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、
本発明の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面上かつ上記ゲート電極の両側に絶縁層を形成する工程と、
上記半導体層の上部における上記ゲート電極の両側および上記絶縁層の両方にセシウムを導入して、セシウム含有領域を形成すると共に、上記絶縁層中に正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Forming an insulating layer on the surface of the semiconductor layer and on both sides of the gate electrode;
Introducing cesium into both sides of the gate electrode and the insulating layer above the semiconductor layer to form a cesium-containing region and forming a positive fixed charge in the insulating layer;
Etching part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.

本発明によれば、固定電荷を形成するために、セシウム含有領域を形成する工程とは別に固定電荷を絶縁層中に形成する工程を導入する必要がないため、プロセスを簡素化することができる。また、同一の材料を用いて固定電荷と不純物含有領域を形成するため、製造コストを低減できる。   According to the present invention, it is not necessary to introduce a step of forming a fixed charge in the insulating layer separately from the step of forming the cesium-containing region in order to form a fixed charge, and therefore the process can be simplified. . In addition, since the fixed charge and the impurity-containing region are formed using the same material, the manufacturing cost can be reduced.

また、一実施形態では、
上記第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程は、
上記セシウム含有領域上に金属を堆積する工程と、
アニールを行って、上記半導体層と、上記金属とを反応させる工程と、
上記金属のうち未反応部分を除去する工程と
を含む。
In one embodiment,
The step of forming the first and second metal source / drain electrodes includes:
Depositing a metal on the cesium-containing region;
Performing annealing to react the semiconductor layer with the metal;
Removing the unreacted portion of the metal.

上記実施形態によれば、金属と半導体層とを反応させて金属ソースドレイン電極を形成しているため、金属ソースドレイン電極と半導体層との界面の密着性、接着性を高めることができると共に、界面準位密度を低減できる。したがって、良好な整流特性を得ることができる。また、ゲート電極に対して自己整合的な位置に金属ソースドレイン電極を形成できる。   According to the above embodiment, since the metal source / drain electrode is formed by reacting the metal and the semiconductor layer, the adhesion and adhesion at the interface between the metal source / drain electrode and the semiconductor layer can be improved, The interface state density can be reduced. Therefore, good rectification characteristics can be obtained. Further, the metal source / drain electrode can be formed at a position self-aligned with the gate electrode.

また、一実施形態では、
上記半導体層は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを含み、
上記金属は、ニッケル、コバルト、チタン、エルビウムおよびイッテルビウムのうちの1つ以上を含む。
In one embodiment,
The semiconductor layer includes at least one of silicon and germanium,
The metal includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium and ytterbium.

尚、上記シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つは、半導体層の主成分であることが好ましい。   Note that at least one of the silicon and germanium is preferably a main component of the semiconductor layer.

上記実施形態によれば、自己整合シリサイドプロセス、自己整合ジャーマナイドプロセスを適用できるため、浅い金属ソースドレイン電極を、ゲート電極に対して自己整合的な位置に容易に形成できる。   According to the embodiment, since the self-aligned silicide process and the self-aligned germanide process can be applied, the shallow metal source / drain electrode can be easily formed at a position self-aligned with respect to the gate electrode.

本発明によれば、半導体層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セシウムを含有するセシウム含有領域を有しているので、半導体層‐第1および第2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‐第1および第2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 present invention, the cesium-containing region containing cesium that modulates the Schottky barrier is provided in a part or all of the region in contact with the metal source / drain electrode in the semiconductor layer. In addition, the leakage current between the second metal source / drain electrodes can be significantly suppressed, and the resistance between the channel and the first and second metal source / drain electrodes can be significantly reduced.

さらに、セシウムは半導体層のバルク中で殆どキャリアを発生しないので、セシウム含有領域を第1および第2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、セシウム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 cesium hardly generates carriers in the bulk of the semiconductor layer, even if the cesium-containing region is formed deeper than the first and second metal source / drain electrodes, the short channel effect characteristic can be deteriorated. Absent. That is, the source / drain can be formed in a region shallower than the cesium implantation depth, and an extremely shallow source / drain can be formed. Therefore, good short channel effect characteristics can be obtained.

さらに、ゲート側壁膜中に固定電荷を含むため、第1および第2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下の半導体層表面に固定電荷の極性とは逆極性のキャリア層が誘起されるため、寄生抵抗の増加を防ぐことができる。したがって、歩留まりを飛躍的に向上することができる。   Furthermore, since the gate sidewall film includes a fixed charge, even if at least one of the first and second metal source / drain electrodes is offset from the gate electrode due to process variations or the like, the gate sidewall including the fixed charge is included. Since a carrier layer having a polarity opposite to the polarity of the fixed charge is induced on the surface of the semiconductor layer below the film, an increase in parasitic resistance can be prevented. Therefore, the yield can be dramatically improved.

この発明の半導体装置における第1実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 1st Embodiment in the semiconductor device of this invention. この発明の半導体装置における第1実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 1st Embodiment in the semiconductor device of this invention. この発明の半導体装置における第1実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 1st Embodiment in the semiconductor device of this invention. この発明の半導体装置における第1実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one 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におけるエネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy 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エネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy 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エネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy band diagram 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であってセシウム含有領域が存在しない場合のエネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy band diagram in the case where N-type silicon is used in FIG. 3 and no cesium-containing region exists. 図2におけるB‐B'断面でのエネルギーバンド図である。It is an energy 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'断面でのエネルギーバンド図である。FIG. 3 is an energy band diagram at the BB ′ cross section when there is no cesium-containing region in FIG. 2. 第2実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 2nd Embodiment. 第2実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 2nd Embodiment. 第2実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 2nd Embodiment. 第2実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 2nd Embodiment. 第3実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 3rd Embodiment. 第3実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 3rd Embodiment. 第3実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 3rd Embodiment. 第3実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 3rd Embodiment. 第3実施形態での一製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in one manufacturing process in 3rd Embodiment. 図13EのD‐D'矢視断面図である。It is DD 'arrow sectional drawing of FIG. 13E. 図13EのE‐E'矢視断面図である。It is EE 'arrow sectional drawing of FIG. 13E. 図14とは異なる図13EのD‐D'矢視断面図である。It is DD 'arrow sectional drawing of FIG. 13E different from FIG. 図14および図16とは異なる図13EのD‐D'矢視断面図である。It is DD 'arrow sectional drawing of FIG. 13E different from FIG. 14 and FIG. 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に対してオフセットした場合を示す図である。It is a figure which shows the case where at least one of the metal source drain electrode is offset with respect to the gate electrode due to process variations or the like.

以下、本発明を図示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 drawings.

尚、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く、シリコン、ゲルマニウム、SiGe、GaAs、GaN、SiC、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, and silicon, germanium, SiGe, GaAs, GaN, SiC, 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.

(第1実施形態)
図1A〜Dは、第1実施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、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
(First embodiment)
1A to 1D are cross-sectional views 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 this embodiment will be described below with reference to FIGS.

先ず、半導体層の一例としての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各素子形成領域を画定する。   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 layer by a known method such as an STI (Shallow Trench Isolation) method. Each element formation region is defined by the element isolation region.

次に、図1A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, the element formation region is formed. A gate insulating film 2 made of silicon oxide is formed on the surface, 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。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。   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. 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1Bに示すように、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、窒化シリコン膜を形成する。このとき、窒化シリコン膜中には正の固定電荷が形成される。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してもよい。窒化シリコンの屈折率は2.1以上であることが好ましい。この場合、正の固定電荷の密度が非常に高くなる。続いて、RIE法によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜4a,4bが形成される。図1Bに示すように、上記ゲート側壁膜4aは、ゲート電極3の一方側の側面に形成される一方、ゲート側壁膜4bは、ゲート電極3の他方側の側面に形成される。 Next, as shown in FIG. 1B, for example, in PE-CVD (Plasma Enhanced CVD) method, 300 mTorr to 600 mTorr, gas flow rate ratio SiH 4 / NH 3 = 0.04 to 1.5, substrate temperature 300 ° C. to 450 A silicon nitride film is formed under the conditions of ° C. and plasma power of 40 W to 100 W. At this time, positive fixed charges are formed in the silicon nitride film. Thin silicon nitride may be formed by nitriding the silicon surface by exposing radicals containing nitrogen element or plasma to the silicon surface. The refractive index of silicon nitride is preferably 2.1 or higher. In this case, the density of positive fixed charges is very high. Subsequently, the gate sidewall films 4a and 4b containing positive fixed charges are formed by etching back by the RIE method. As shown in FIG. 1B, the gate sidewall film 4 a is formed on one side surface of the gate electrode 3, while the gate sidewall film 4 b is formed on the other side surface of the gate electrode 3.

上記ゲート側壁膜4a,4bの材料としては、正の固定電荷を含む絶縁物であれば何でも良い。また、上記ゲート側壁膜4a,4b中の正の固定電荷は、次のようにして形成することもできる。例えば、上記窒化シリコン膜の代わりに、CVD法等により酸化シリコン膜を形成した後、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し、続いて、RIE法等によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜4a,4b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、窒化シリコン、酸窒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4a,4bを形成してもよい。   As the material of the gate sidewall films 4a and 4b, any material can be used as long as it is an insulator containing positive fixed charges. Further, the positive fixed charges in the gate side wall films 4a and 4b can be formed as follows. For example, instead of the silicon nitride film, after forming a silicon oxide film by a CVD method or the like, an impurity that becomes a positive fixed charge such as cesium or the like is introduced into the silicon oxide by an ion implantation method or the like, Etching back by the RIE method or the like can form the gate sidewall films 4a and 4b including positive fixed charges. In addition, a fixed film is formed by etching back a laminated film in which an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is deposited on the insulating film including the fixed charge formed by the above-described method. Including gate sidewall films 4a and 4b may be formed.

このように、ゲート側壁膜4a,4b中に正の固定電荷を含む場合、例えば図18に示すように、後のプロセスで形成する金属ソースドレイン電極6a,6b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59を含むゲート側壁膜4a,4b下の半導体としてのシリコン表面に電子キャリア層58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6a,6bとが電子キャリア層58を介してオーミックに接続することができ、寄生抵抗の増加を著しく抑制することができる。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、図18において、2は、ゲート絶縁膜を示し、3は、ゲート電極を示し、5a,5bは、セシウム含有領域を示し、7は、ニッケルシリサイドを示す。また、上記電子キャリア層58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 films 4a and 4b contain positive fixed charges, for example, as shown in FIG. 18, at least one of the metal source / drain electrodes 6a and 6b formed in the subsequent process is caused by process variation or the like. Even when offset with respect to the gate electrode 3, since the electron carrier layer 58 is formed on the silicon surface as the semiconductor under the gate sidewall films 4a and 4b including the fixed charge 59, the channel region and the metal source / drain electrode 6a and 6b can be connected ohmic via the electron carrier layer 58, and an increase in parasitic resistance can be remarkably suppressed. Thereby, the yield can be dramatically improved. In FIG. 18, 2 indicates a gate insulating film, 3 indicates a gate electrode, 5a and 5b indicate cesium-containing regions, and 7 indicates nickel silicide. Further, since the electron carrier layer 58 is extremely thin, the short channel effect characteristic is not deteriorated.

尚、SALICIDE(Self Aligned Silicide:自己整合シリサイド)プロセス等の自己整合プロセスを用いて、ゲート電極に対して自己整合的な位置に第1および第2金属ソースドレイン電極を形成したとしても、図18のような位置ずれは、次のような理由によって発生する。   Note that even if the first and second metal source / drain electrodes are formed in a self-aligned position with respect to the gate electrode by using a self-aligned process such as a SALICIDE (Self-Aligned Silicide) process. Such misalignment occurs for the following reason.

即ち、近年のLSI製造では、大口径の半導体ウェハが用いられるが、この場合、例えば、金属シリサイドを形成するために、スパッタ法によって金属膜を堆積すると、特にウェハ周辺部ではスパッタターゲットから飛行してくる金属粒子の入射角が大きくなるため、ゲート電極が影となり、ゲート電極直近の領域ではゲート電極の両側で堆積される金属の膜厚に差が生じ易い(例えば、片側は薄く、反対側は厚くなる)。このような状態でシリサイド化を実施すると、金属膜厚が薄い方では金属シリサイドの膜厚がターゲット値よりも薄くなるため、横方向の成長も短くなり、従って、金属シリサイド(第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bの一方)がゲート電極3に対してオフセットしてしまうことになるのである。   That is, in recent LSI manufacturing, a large-diameter semiconductor wafer is used. In this case, for example, when a metal film is deposited by a sputtering method to form a metal silicide, the wafer flies from a sputter target, particularly in the periphery of the wafer. Since the incident angle of the incoming metal particles becomes large, the gate electrode becomes a shadow, and in the region close to the gate electrode, a difference in the film thickness of the metal deposited on both sides of the gate electrode is likely to occur (for example, one side is thin and the other side is thin) Becomes thicker). When silicidation is performed in such a state, since the film thickness of the metal silicide is thinner than the target value when the metal film thickness is thin, the lateral growth is also shortened. Therefore, the metal silicide (first and second) One of the metal source / drain electrodes 6 a and 6 b is offset with respect to the gate electrode 3.

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

Figure 2014036215
但し、
Figure 2014036215
When the P-type impurity concentration in the silicon near the end of the gate electrode 3 is N A (cm −3 ), the fixed charge density σ FC (cm −2 ) in the gate sidewall films 4a and 4b is By satisfying the above condition, the above-described electron carrier layer can be formed.
Figure 2014036215
However,
Figure 2014036215

ここで、κは、シリコン(半導体)の比誘電率であり、εは、真空の誘電率(F/cm)であり、qは、電荷素量(C)であり、Niは、シリコン(半導体)の真性キャリア密度(cm-3)であり、kBは、ボルツマン定数(eV/K)であり、Tは、絶対温度(K)である。したがって、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。
Here, kappa is the dielectric constant of the silicon (semiconductor), epsilon is the dielectric constant of vacuum (F / cm), q is the elementary electric charge (C), N i is silicon ( The intrinsic carrier density (cm −3 ) of the semiconductor), k B is the Boltzmann constant (eV / K), and T is the absolute temperature (K). Thus, 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、上記オフセットによる高抵抗化を最も効果的に防ぐことができる。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 increase in resistance due to the offset can be most effectively prevented. 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、または、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を形成できる。   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, silicon nitride having a dielectric constant of less than 1.9 or aluminum oxide formed using an ALD method or the like is formed, and then etched back to form a gate sidewall film having a negative fixed charge.

次に、図1Cに示すように、半導体層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5a,5b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5a,5bが後の工程で形成するニッケルシリサイド6a,6b(図1D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 layer and the metal source / drain electrode is ionized under the conditions of, for example, an acceleration energy of 5 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2. By injecting, the cesium-containing regions 5a and 5b are formed. The ion implantation conditions are not limited to the above conditions, but the cesium-containing regions 5a and 5b are formed to a position deeper than nickel silicides 6a and 6b (see FIG. 1D) formed in a later step. You can 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されることができる。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, the metal source / drain electrode can be formed at an extremely shallow position, so that the short channel effect characteristic 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、セシウム含有領域5a,5bを形成するのと同時に、ゲート側壁膜4a,4b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4a,4b中でイオン化して正の固定電荷となるため、ゲート側壁膜4a,4b中に予め固定電荷を含ませておく必要はない。また、ゲート側壁膜4a,4bの材料は酸化シリコンが好ましい。この場合、アニールを行うことによって、セシウムがゲート側壁膜中を拡散すると共に、ゲート側壁膜4a,4bとP型シリコン基板1との界面に偏析するため、高密度の固定電荷を発生させることができるからである。   Further, the cesium ion implantation may be performed so that cesium is introduced into the gate sidewall films 4a and 4b at the same time as the formation of the cesium-containing regions 5a and 5b by adjusting the tilt angle. Good. In that case, since cesium is ionized in the gate sidewall films 4a and 4b and becomes a positive fixed charge, it is not necessary to previously include the fixed charges in the gate sidewall films 4a and 4b. The material of the gate sidewall films 4a and 4b is preferably silicon oxide. In this case, annealing causes diffusion of cesium in the gate sidewall film and segregation at the interface between the gate sidewall films 4a and 4b and the P-type silicon substrate 1, thereby generating a high-density fixed charge. Because it can.

また、ゲート側壁膜4a,4b中に正の固定電荷が含まれているため、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4a,4b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を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。このように、同じ材料を用いてセシウム含有領域5a,5bとゲート側壁膜4a,4b中の固定電荷と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。   In addition, since the gate sidewall films 4a and 4b contain positive fixed charges, 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 such a case, since the electron carrier layer is formed immediately below the gate sidewall films 4a and 4b containing fixed charges, the channel region and the metal source / drain electrode can be connected ohmic via the electron carrier layer, and parasitic An increase in 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. Thus, the process can be simplified by simultaneously forming the cesium-containing regions 5a and 5b and the fixed charges in the gate sidewall films 4a and 4b using the same material.

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。また、本実施形態では、固定電荷を含むゲート側壁膜4a,4bを形成してからセシウム含有領域5a,5bを形成したが、セシウム含有領域5a,5bを形成した後に、ゲート側壁膜4a,4bを形成することもできる。例えば、セシウム含有領域5a,5bを形成後、酸化、酸窒化、または、窒化することによって絶縁層を形成する。このとき、セシウムが絶縁層とP型シリコン基板1との界面に偏析し、正の固定電荷となる。その後、上記絶縁層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4a,4bを形成することができる。或いは、セシウム含有領域5a,5bを形成後、CVD法等で絶縁層(例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン)を形成後、アニールを行う。このとき、セシウムは絶縁層とP型シリコン基板1との界面に偏析し、正の固定電荷となる。その後、上記絶縁層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4a,4bを形成することができる。   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. In this embodiment, the cesium-containing regions 5a and 5b are formed after forming the gate sidewall films 4a and 4b containing fixed charges. However, after the cesium-containing regions 5a and 5b are formed, the gate sidewall films 4a and 4b are formed. Can also be formed. For example, after forming the cesium-containing regions 5a and 5b, the insulating layer is formed by oxidation, oxynitridation, or nitridation. At this time, cesium segregates at the interface between the insulating layer and the P-type silicon substrate 1 and becomes a positive fixed charge. Thereafter, by etching back the insulating layer, the gate sidewall films 4a and 4b containing fixed charges can be formed. Alternatively, after forming the cesium-containing regions 5a and 5b, an insulating layer (eg, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride) is formed by CVD or the like, and then annealing is performed. At this time, cesium segregates at the interface between the insulating layer and the P-type silicon substrate 1 and becomes a positive fixed charge. Thereafter, by etching back the insulating layer, the gate sidewall films 4a and 4b containing fixed charges can be formed.

次に、図1Dに示すように、ニッケルをスパッタ法等によって例えば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う。このようにして、堆積したニッケルをシリサイド化する。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6a,6bを形成する。その後、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。   Next, as shown in FIG. 1D, after depositing nickel, for example, about 2 nm by sputtering or the like, annealing is performed under conditions of 260 ° C. to 350 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. In this way, the deposited nickel is silicided. Prior to annealing, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like. Thereafter, unreacted nickel (and TiN) is removed to form the nickel silicides 6a and 6b as an example of the metal source / drain electrodes. Thereafter, the resistance of the nickel silicide 6 is lowered by annealing under conditions of 350 ° C. to 500 ° C. and 30 seconds to 200 seconds.

その場合、ニッケルシリサイド6a,6b(以下、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bと言う場合もある)は、少なくともその厚み(深さ)がセシウム含有領域5a,5bよりも薄く(浅く)なるように形成し、ニッケルシリサイド6a,6bがセシウム含有領域5a,5bを介して半導体層(P型シリコン基板1)と接するようにする。図1Dに示すように、第1金属ソースドレイン電極6aは、セシウム含有領域5aに接触している一方、第2金属ソースドレイン電極6bは、セシウム含有領域5bに接触している。尚、ここで、ニッケルシリサイド6a,6b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)としている。   In that case, at least the thickness (depth) of the nickel silicides 6a and 6b (hereinafter sometimes referred to as the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b) is thinner (shallow) than the cesium-containing regions 5a and 5b. The nickel silicides 6a and 6b are in contact with the semiconductor layer (P-type silicon substrate 1) through the cesium-containing regions 5a and 5b. As shown in FIG. 1D, the first metal source / drain electrode 6a is in contact with the cesium-containing region 5a, while the second metal source / drain electrode 6b is in contact with the cesium-containing region 5b. Here, the thickness of the nickel silicides 6a and 6b is about three times the thickness of the sputtered nickel film (for example, about 6 nm).

尚、上記プロセスを行った後、第1および第2金属ソースドレイン電極(ニッケルシリサイド)6a,6b中には半導体層と第1および第2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、第1および第2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、第1および第2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、第1および第2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。   After the above process, the first and second metal source / drain electrodes (nickel silicide) 6a and 6b have impurities that modulate the Schottky barrier between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes. A part of cesium may be included. 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 functions of the first and second metal source / drain electrodes are reduced, and the shot for electrons is reduced. The key barrier height can be further reduced. In the case of a P-type MOSFET, the work function of the first and second metal source / drain electrodes is increased by using a material having a work function larger than that of the first and second metal source / drain electrodes instead of cesium. And the height of the Schottky barrier for holes can be further reduced.

上記ニッケルシリサイド6a,6bは、ソースドレインとして機能する。上記ニッケルシリサイド6a,6bを形成する際に、ゲート電極3上部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に示す構造を形成する。尚、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。その後、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。   The nickel silicide 6a, 6b functions as a source / drain. When the nickel silicides 6a and 6b are formed, the upper portion of the gate electrode 3 is also silicided to form the nickel silicide 7. Thus, the structure shown in FIG. 2 is formed. The gate electrode 3 may be entirely silicided to form a metal gate structure. In the case of a metal gate structure, the polycrystalline silicon film may be either i-type or P-type. Thereafter, 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.

尚、上記第1および第2金属ソースドレイン電極として、ニッケルシリサイド6a,6b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。このようにしてコバルトをシリサイド化する。尚、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しても良い。その場合にも、第1および第2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を介して半導体層(例えば、P型シリコン基板)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)とすると好ましい。   In the case where cobalt silicide is formed as the first and second metal source / drain electrodes instead of nickel silicide 6a, 6b, after depositing about 3 nm of cobalt by sputtering or the like, 400 ° C. to 600 ° C., 30 ° C. Annealing is performed under conditions of seconds to 200 seconds. In this way, cobalt is silicided. Note that TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like before 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, at least the thickness of the cobalt silicide contains cesium so that the first and second metal source / drain electrodes (cobalt silicide) are in contact with the semiconductor layer (for example, a P-type silicon substrate) via the cesium-containing region. It is formed so as to be thinner than the region. The thickness of the cobalt silicide is preferably about twice the thickness of the sputtered cobalt film (for example, about 6 nm).

以上、上記第1および第2金属ソースドレイン電極として、ニッケルシリサイド6a,6bと、コバルトシリサイドとの場合について説明したが、上記第1および第2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 6a, 6b and cobalt silicide has been described as the first and second metal source / drain electrodes. However, the first and second metal source / drain electrodes are not limited to these. . For example, metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt may be used.

本実施形態の半導体装置によれば、第1および第2金属ソースドレイン電極(ニッケルシリサイド)6a,6bと、半導体層(P型シリコン基板1)との間にセシウム含有領域5a,5bが形成されているため、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、セシウム含有領域が形成されていないショットキー接合の場合に比べて、第1および第2ソースドレイン6a,6b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、同時に、チャネルと、第1および第2ソースドレイン6a,6b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できて、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できる。   According to the semiconductor device of the present embodiment, the cesium-containing regions 5a and 5b are formed between the first and second metal source / drain electrodes (nickel silicide) 6a and 6b and the semiconductor layer (P-type silicon substrate 1). Therefore, the cesium in the vicinity of the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b is ionized to increase the energy barrier height against holes. As a result, the leakage current between the first and second source / drains 6a and 6b and the P-type silicon substrate 1 can be significantly reduced as compared with a Schottky junction in which no cesium-containing region is formed. At the same time, the height of the Schottky barrier for electrons between the channel and the first and second source / drains 6a and 6b can be effectively reduced, and 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5a,5bの第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b(尚、第1金属ソースドレイン電極が6aで、第2金属ソースドレイン電極が6b)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、セシウム含有領域5a,5bの第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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層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, cesium at the interface with the first and second metal source / drain electrodes 6a, 6b (where the first metal source / drain electrode is 6a and the second metal source / drain electrode is 6b) of the cesium-containing regions 5a, 5b. if the concentrations 1 × 10 19 cm -3 or more, cesium-containing region 5a, the first and second metal source drain electrode 6a of 5b, cesium concentration at the interface between 6b sufficiently large. Therefore, the Schottky barrier can be modulated more greatly to reduce the leakage current between the source / drain and the semiconductor layer and to reduce the parasitic resistance between the channel and the source / drain more effectively. .

さらに、上記セシウム含有領域5a,5bのセシウムの濃度が、セシウム含有領域5a,5bの第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、第1および第2ソースドレイン電極6a,6bと、半導体層としてのP型シリコン基板1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。   Furthermore, if the cesium concentration in the cesium-containing regions 5a and 5b is set to have a peak at a position deeper than the interface between the cesium-containing regions 5a and 5b and the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b. A wide range of the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b can be covered with a high concentration cesium region. Therefore, the leakage current between the first and second source / drain electrodes 6a and 6b and the P-type silicon substrate 1 as the semiconductor layer 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5a,5bのうち、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bと、半導体層(P型シリコン基板1)との間にあるセシウム含有領域5a,5b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 distant from the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b in the cesium-containing regions 5a and 5b. Therefore, it is not necessary to extremely reduce the thickness of the cesium-containing regions 5a and 5b between the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b and the semiconductor layer (P-type silicon substrate 1) (that is, cesium Therefore, it is not necessary to use an impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1 above.

以上のごとく、本実施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。   As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the thickness (depth) of the metal silicide can be determined without restriction by ion implantation, so that a very shallow metal source / drain can be formed, and as a result, the short channel effect Can be suppressed very well.

本実施形態の半導体装置における上記セシウム含有領域5a,5b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 regions 5a and 5b in the semiconductor device of this embodiment, the following experiment was performed.

図3は、図1Dにおける第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、このダイオードでは、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を形成している。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、セシウムの濃度分布は、ニッケルシリサイド13の外側のP型シリコン11中にピークを有していた。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a diode manufactured by the same method as the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b in FIG. 1D. That is, in this diode, a cesium-containing region 12 is formed on the surface of the P-type silicon 11, and then a nickel silicide 13 is formed. 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 concentration distribution of cesium had 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。尚、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。また、図4において、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. For comparison, FIG. 4 also shows the current-voltage characteristics of a diode that does not have a cesium-containing region. In FIG. 4, the horizontal axis bias voltage is a voltage applied to the nickel silicide 13 with reference to the P-type silicon 11.

図4から分かるように、セシウム含有領域12を有する場合は、セシウム含有領域を有さない場合と比較して、逆バイアス電流が著しく小さくなっている。このことから、図2に示すソースドレイン構造では、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bとP型シリコン基板1との間のリーク電流が著しく小さくなっていることがわかる。   As can be seen from FIG. 4, when the cesium-containing region 12 is provided, the reverse bias current is remarkably small as compared with the case where the cesium-containing region is not provided. From this, it can be seen that the leakage current between the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b and the P-type silicon substrate 1 is 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は、図3におけるC‐C'断面でのエネルギーバンド図であり、図6は、セシウム含有領域12が存在しない場合の図5に対応するエネルギーバンド図である。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 」は正孔に対するショットキー障壁高さを示している。 FIG. 5 is an energy band diagram in the CC ′ section in FIG. 3, and FIG. 6 is an energy band diagram corresponding to FIG. 5 when 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 upper end, “E F M ” indicates the Fermi level of the nickel silicide 13, and “φ b h ” indicates the Schottky barrier height for 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 2014036215
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 2014036215

ここで、φ は、正孔に対するショットキー障壁高さであり、kは、ボルツマン定数であり、Tは、絶対温度である。尚、φ は、ニッケルシリサイド13とP型シリコン11との界面における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。 Where φ b h is the Schottky barrier height for holes, k B is the Boltzmann constant, and T is the 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 at the interface between the nickel silicide 13 and the P-type silicon 11.

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エネルギー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、シリコンのエネルギーバンドが曲げられる。 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 energy band of silicon is greatly pushed down according to 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 of the nickel silicide 13 is bent silicon energy band.

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から十分に遠い位置のセシウムは、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 sufficiently far from nickel silicide 13 in 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。試料は次のように作成した。すなわち、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。 In order to measure the activation rate of cesium as a donor in silicon, hole measurement was performed. The sample was prepared as follows. That is, 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.

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、半導体層としてのシリコン層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。 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 was found that cesium hardly generates carriers in the bulk of the silicon layer as the semiconductor layer.

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 2014036215
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 2014036215

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. Is significantly reduced.

このように、金属と半導体層との界面の半導体層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。したがって、図2に示す半導体装置の構造は、セシウム含有領域5a,5bを有しているから、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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。尚、図2に示す半導体装置におけるA‐A'断面でのエネルギーバンド図は、図5のエネルギーバンド図と同様になる。   Thus, the reverse bias current can be remarkably reduced by having the cesium-containing region in the semiconductor layer at the interface between the metal and the semiconductor layer. Therefore, since the structure of the semiconductor device shown in FIG. 2 has the cesium-containing regions 5a and 5b, the leakage current between the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b and the P-type silicon substrate 1 is reduced. It can be significantly reduced. 2 is the same as the energy 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.

図7は、上記N型シリコンを用いたダイオードの電流‐電圧特性を示す図である。尚、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に示すように、セシウム含有領域を有する場合は、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。このことから、図2に示すソースドレイン構造では、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bとチャネルとの間の抵抗が小さくなっていることがわかる。   FIG. 7 is a diagram showing 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 shown in 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 included. This indicates that the resistance between nickel silicide and N-type silicon is reduced by forming the cesium-containing region. From this, it can be seen that in the source / drain structure shown in FIG. 2, the resistance between the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b and the channel is small.

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'断面でのエネルギーバンド図であり、図9は、図3において、セシウム含有領域12が存在しない場合の図8に対応するエネルギーバンド図である。   8 is an energy band diagram in a CC ′ section of a diode using N-type silicon instead of P-type silicon 11 in FIG. 3, and FIG. 9 is a diagram in which no cesium-containing region 12 exists in FIG. FIG. 9 is an energy band diagram corresponding to FIG.

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 2014036215
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 2014036215

ここで、φ は、電子に対するショットキー障壁高さであり、kは、ボルツマン定数であり、Tは、絶対温度である。尚、φ は、N型シリコンとニッケルシリサイド13との界面における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。 Here, phi b e is a Schottky barrier height for electrons, k B is the Boltzmann constant, T is the 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 at the interface between the N-type silicon and nickel silicide 13.

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エネルギー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、シリコンのエネルギー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 energy band of silicon is greatly pushed down according to 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 of the nickel silicide 13, the energy band of the silicon 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から十分に遠い位置のセシウムは、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 sufficiently far from nickel silicide 13 in 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 2014036215
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 2014036215

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。したがって、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. Therefore, 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 there is.

以下、図2に示す半導体装置におけるチャネル‐第1および第2ソースドレイン電極間の抵抗について、図10および図11を用いて考察する。   Hereinafter, the resistance between the channel and the first and second source / drain electrodes in the semiconductor device shown in FIG. 2 will be considered with reference to FIGS.

図10は、図2におけるB‐B'断面でのエネルギーバンド図であり、図11は、図2においてセシウム含有領域5a,5bが存在しない(ショットキー接合トランジスタの)場合の図10に対応するエネルギーバンド図である。   FIG. 10 is an energy band diagram in the BB ′ cross section in FIG. 2, and FIG. 11 corresponds to FIG. 10 in the case where the cesium containing regions 5a and 5b do not exist (Schottky junction transistor) in FIG. It is an energy band figure.

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、シリコンのエネルギー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ると共に、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可能になる。   As shown in FIG. 11, by applying a voltage to the gate electrode 3, the energy band of silicon 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 with respect to 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5a,5b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、シリコンのエネルギー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る。また、セシウム含有領域5a,5b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、シリコンのエネルギー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が非常に薄くなると共に、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 regions 5a and 5b exist, the energy band of silicon is bent by voltage application 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 regions 5a and 5b, cesium is positively ionized by emitting electrons to the source side. As a result, as can be seen from a comparison with FIG. 11, in the region where cesium is ionized, the energy band of silicon is further bent and the inclination becomes very steep. As a result, the thickness of the Schottky barrier becomes very thin and the height of the Schottky barrier with respect to electrons is greatly reduced by the mirror image effect, so that the tunnel current between the source and the channel is remarkably increased.

したがって、図2に示す半導体装置においては、セシウム含有領域5a,5bを有しているから、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て、大きなオン電流を得ることができる。   Therefore, since the semiconductor device shown in FIG. 2 has the cesium-containing regions 5a and 5b, the resistance between the channel and the source / drain can be remarkably reduced, and a large on-current can be obtained.

以上のごとく、本実施形態における半導体装置によれば、第1および第2金属ソースドレイン電極(ニッケルシリサイド)6a,6bと半導体層(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5a,5bを形成している。したがって、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、チャネルと第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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。   As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, the Schottky barrier is modulated between the first and second metal source / drain electrodes (nickel silicide) 6a and 6b and the semiconductor layer (P-type silicon substrate 1). Cesium-containing regions 5a and 5b containing cesium as an impurity to be formed are formed. Therefore, ionization of cesium in the vicinity of the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b increases the energy barrier height against holes, and the first and second metals compared to the Schottky junction. Leakage current between the source / drain electrodes 6a and 6b and the P-type silicon substrate 1 can be significantly reduced. Further, since the Schottky barrier height between the channel and the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b is effectively reduced and the Schottky barrier thickness is reduced, the Schottky junction is compared with the case of the Schottky junction. Parasitic resistance can be significantly reduced.

尚、上記第1および第2金属ソースドレイン電極(ニッケルシリサイド)6a,6b中には半導体層と第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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。   In the first and second metal source / drain electrodes (nickel silicide) 6a and 6b, cesium as an impurity that modulates the Schottky barrier between the semiconductor layer and the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b is formed. Some may be included. 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 electrode is reduced, and the Schottky barrier height against electrons is increased. It 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5a,5bのうち、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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セシウム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5a,5b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5a,5b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。   Further, since cesium is not a silicon donor and acceptor (that is, almost no carriers are generated in the bulk of silicon), it is sufficient from the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b in the cesium-containing regions 5a and 5b. In a remote region, cesium does not ionize by emitting electrons as carriers. For this reason, it is not necessary to extremely reduce the thickness of the cesium-containing regions 5a and 5b, considering in advance that the region functioning as the source / drain is enlarged by diffusion of cesium 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 regions 5a and 5b, 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5a,5bはキャリアを誘起しないため、セシウム含有領域5a,5bを第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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。   Further, since the cesium-containing regions 5a and 5b do not induce carriers, even if the cesium-containing regions 5a and 5b are formed deeper than the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b, the short channel effect characteristics are deteriorated. There is no. That is, since the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b can be formed in a region shallower than the ion implantation depth of the impurity (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すると共に、この不純物準位から第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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‐第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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 first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b side, Positively ionizes and bends the energy band of silicon. 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-first and second metal source / drain electrodes 6a, 6b can be remarkably suppressed, and the channel-first In addition, the resistance between the second metal source / drain electrodes 6a and 6b 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、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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。したがって、P型シリコン基板1‐第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b間のリーク電流を著しく抑制できると共に、チャネル‐第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b間の抵抗を著しく減少させることができる。 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 first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b and the P-type silicon By setting the cesium concentration at the interface with the substrate 1 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 first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b can be remarkably suppressed, and the resistance between the channel and the first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b is remarkably reduced. Can be made.

また、上記セシウムは、第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6b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、第1金属ソースドレイン電極6a,6bの広い範囲を高濃度のセシウム含有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 first and second metal source / drain electrodes 6 a and 6 b and the P-type silicon substrate 1. Therefore, the wide range of the first metal source / drain electrodes 6a and 6b can be covered with the high concentration cesium-containing region, and the leakage current can be effectively reduced.

また、上記第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bは、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、浅い第1および第2金属ソースドレイン電極6a,6bを容易に形成することができる。   The first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b are made of nickel silicide which is a compound of silicon as a semiconductor and nickel as a metal. Therefore, the shallow first and second metal source / drain electrodes 6a and 6b 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、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。   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, since the self-aligned silicide process or the self-aligned germanide process can be used, the shallow metal source / drain electrode can be easily formed at a position self-aligned with respect to the gate electrode.

以上のごとく、本実施形態によれば、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. An apparatus and a manufacturing method thereof can be provided.

(第2実施形態)
図12A〜Dは、第2実施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。尚、本第2実施形態を含む以下の全ての実施形態では、第1および第2金属ソースドレイン電極を、分けずに単に金属ソースドレイン電極と記し、参照番号も、第1金属ソースドレイン電極と、第2金属ソースドレイン電極とで同じものを付すことにする。
(Second embodiment)
12A to 12D are cross-sectional views during each manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment. In all the following embodiments including the second embodiment, the first and second metal source / drain electrodes are simply referred to as metal source / drain electrodes without being divided, and the reference number is also the same as the first metal source / drain electrode. The same material is used for the second metal source / drain electrode.

先ず、半導体層の一例としての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各素子形成領域を画定する。   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 layer by a known method such as the STI method, and each element is formed by the element isolation region. Define the region.

次に、図12A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, followed by a CVD method. Etc., an N-type polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 22. Next, the gate electrode 23 is formed by patterning the polycrystalline silicon film using a lithography method, an RIE method, or the like.

尚、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ることができる。また、上記ゲート電極23の材料として、多結晶シリコンの代わりに、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ることもできる。   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 in these materials is used instead of silicon oxide. Can do. Further, as the material of the gate electrode 23, amorphous silicon, germanium, silicon containing germanium, or the like can be used instead of polycrystalline silicon.

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12Bに示すように、As等のドナー不純物をイオン注入した後、アニールすることによって、N型不純物含有領域25を形成する。このN型不純物含有領域25の不純物濃度は、本実施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なっている。このようにして、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ようにしている。尚、N型不純物含有領域25の不純物濃度は1×1020cm-3以上の高濃度とすることもできるが、その場合には、N型不純物含有領域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, an N-type impurity-containing region 25 is formed by ion implantation of a donor impurity such as As and then annealing. The impurity concentration of the N-type impurity-containing region 25 is so thin that it is not completely depleted even when a drain voltage is applied after the semiconductor device of this embodiment is completed. In this way, the leakage current can be further reduced without causing a large increase in parasitic capacitance. The impurity concentration of the N-type impurity-containing region 25 can be set to a high concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more. In this case, simultaneously with the doping of the N-type impurity-containing region 25, Doping can be performed.

次に、図12C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、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、窒化シリコン膜を形成する。このとき、窒化シリコン膜中には正の固定電荷が形成される。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してもよい。窒化シリコンの屈折率は2.1以上であることが好ましい。この場合、正の固定電荷の密度が非常に高くなる。続いて、RIE法によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜26を形成する。 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, for example, in PE-CVD (Plasma Enhanced CVD) method, 300 mTorr to 600 mTorr, gas flow rate ratio SiH 4 / A silicon nitride film is formed under the conditions of NH 3 = 0.04 to 1.5, substrate temperature of 300 ° C. to 450 ° C., and plasma power of 40 W to 100 W. At this time, positive fixed charges are formed in the silicon nitride film. Thin silicon nitride may be formed by nitriding the silicon surface by exposing radicals containing nitrogen element or plasma to the silicon surface. The refractive index of silicon nitride is preferably 2.1 or higher. In this case, the density of positive fixed charges is very high. Subsequently, the gate side wall film 26 containing positive fixed charges is formed by etching back by the RIE method.

上記ゲート側壁膜26の材料としては、固定電荷を含む絶縁物であれば何でも良い。また、上記ゲート側壁膜26中の正の固定電荷は、次のようにして形成することもできる。例えば、上記窒化シリコン膜の代わりに、CVD法等により酸化シリコン膜を形成した後、その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し、続いて、RIE法等によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜26を形成することができる。   The material of the gate sidewall film 26 may be anything as long as it is an insulator containing a fixed charge. The positive fixed charge in the gate sidewall film 26 can also be formed as follows. For example, instead of the silicon nitride film, after forming a silicon oxide film by a CVD method or the like, impurities that become positive fixed charges such as cesium are introduced into the silicon oxide by an ion implantation method or the like, Etching back by the RIE method or the like can form the gate sidewall film 26 containing positive fixed charges.

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、窒化シリコン、酸窒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26を形成してもよい。   In addition, a fixed film is formed by etching back a laminated film in which an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is deposited on the insulating film including the fixed charge formed by the above-described method. The gate side wall film 26 may be formed.

このように、ゲート側壁膜26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23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26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。   As described above, when the gate sidewall film 26 includes a positive fixed charge, even when at least one of the metal source / drain electrodes formed in a later process is offset with respect to the gate electrode 23 due to process variations or the like. Since the electron carrier layer is formed on the silicon surface as the semiconductor under the gate sidewall film 26 containing the fixed charge, the channel region and the metal source / drain electrode can be ohmically connected 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.

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12D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 may be set so that the cesium-containing region 27 is formed to a position deeper than the nickel silicide 28 (see FIG. 12D) formed in a later step. Good.

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12D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ニッケルをシリサイド化する。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、ニッケルシリサイド(以下、金属ソースドレイン電極と言う場合もある)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)なるように形成し、ニッケルシリサイド28がセシウム含有領域27を介して半導体層(P型シリコン基板21)と接するようにする。尚、ここで、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)としている。その後、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。   Next, as shown in FIG. 12D, after nickel is deposited by, for example, about 2 nm by sputtering or the like, the nickel is silicided by annealing at 260 ° C. to 350 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. Prior to annealing, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like. Thereafter, unreacted nickel (and TiN) is removed to form 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 that case, the nickel silicide (hereinafter sometimes referred to as a metal source / drain electrode) 28 is formed so that at least its thickness (depth) is thinner (shallow) than the cesium-containing region 27, and the nickel silicide 28 is formed of cesium. The semiconductor layer (P-type silicon substrate 21) is in contact with the inclusion region 27. Here, the thickness of the nickel silicide 28 is about three times the thickness of the sputtered nickel film (for example, about 6 nm). Thereafter, 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.

尚、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。また、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。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。また、上記金属ソースドレイン電極として、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。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を介して半導体層(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)とすると好ましい。   The nickel silicide 28 functions as a source / drain. Further, when the nickel silicide 28 is formed, the gate electrode 23 is also silicided to form a nickel silicide 29. 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. Further, when cobalt silicide is formed as the metal source / drain electrode instead of nickel silicide 28, cobalt is deposited by about 3 nm by sputtering or the like, and then annealed under conditions of 400 ° C. to 600 ° C. for 30 seconds to 200 seconds. As a result, silicidation occurs. Prior to annealing, TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like. 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 cobalt silicide is at least thinner than the cesium-containing region so that the metal source / drain electrode (cobalt silicide) is in contact with the semiconductor layer (P-type silicon substrate 21) via the cesium-containing region 27. To form. The thickness of the cobalt silicide is preferably about twice the thickness of the sputtered cobalt film (for example, about 6 nm).

以上、上記金属ソースドレイン電極が、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、金属ソースドレイン電極は、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からなっていても良い。   The case where the metal source / drain electrode is nickel silicide 28 and cobalt silicide has been described above, but the metal source / drain electrode is not limited to these. For example, the metal source / drain electrode may be made of a metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt.

本実施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と半導体層(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層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できる。   According to the semiconductor device of this embodiment, since the cesium-containing region 27 is formed between the metal source / drain electrode (nickel silicide) 28 and the semiconductor layer (P-type silicon substrate 21), the vicinity of the metal source / drain electrode 28 is obtained. As a result of the ionization of cesium, the height of the energy barrier against holes is increased. As a result, the leakage current between the source / drain and the semiconductor layer 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, so that the parasitic resistance can be significantly reduced compared to a Schottky junction. .

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と半導体層(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。   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 28 in the cesium-containing region 27. Therefore, it is not necessary to extremely reduce the thickness of the cesium-containing region 27 between the metal source / drain electrode 28 and the semiconductor layer (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。   As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the thickness of the metal silicide (metal source / drain electrode) can be determined without restriction by ion implantation, so that a very shallow source / drain can be formed. The 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型不純物含有領域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型不純物含有領域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ることを防止でき、エッチングが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止できる。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。   Further, since the N-type impurity-containing region 25 having an impurity concentration that does not completely deplete is formed in contact with the source and drain at a position away from the channel region, the leakage current is 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 containing region 25, it is possible to prevent excessive etching due to etching variation at the time of forming the contact hole, and the etching penetrates the nickel silicide 28, so that the upper electrode is formed. Directly connected to the P-type silicon substrate 21 can prevent an increase in leakage current. Therefore, since the nickel silicide 28 can be formed thin, the short channel effect can be suppressed extremely well.

(第3実施形態)
第3実施形態は、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 an 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.

図13A〜図13Eは、第3実施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13A〜図13Eに従って、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。   13A to 13E are cross-sectional views during each manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment. Hereinafter, the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 13A to 13E.

まず、図13Aに示すように、シリコン31と、絶縁体の一例としての酸化シリコン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、そのSOI層をパターニングして、アルファベットの「I」字状の半導体層の一例としての半導体領域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, in an SOI substrate in which silicon 31, silicon oxide 32 as an example of an insulator, and silicon as an SOI layer are stacked in this order, the SOI layer is patterned to form alphabetical characters. A semiconductor region 33 as an example of the “I” -shaped semiconductor layer is formed. The thickness of the SOI layer (semiconductor region 33) is, for example, 20 nm. Further, the width (Fin width) of the region to be a channel in the semiconductor region 33 is, for example, 10 nm.

次に、図13B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。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。   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. . 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13Cに示すように、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、窒化シリコン膜を形成する。このとき、窒化シリコン膜中には正の固定電荷が形成される。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してもよい。窒化シリコンの屈折率は2.1以上であることが好ましい。この場合、正の固定電荷の密度が非常に高くなる。続いて、RIE法によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜36が形成される。上記ゲート側壁膜36の材料としては、固定電荷を含む絶縁物であれば何でも良い。 Next, as shown in FIG. 13C, for example, in PE-CVD (Plasma Enhanced CVD) method, 300 mTorr to 600 mTorr, gas flow rate ratio SiH 4 / NH 3 = 0.04 to 1.5, substrate temperature 300 ° C. to 450 A silicon nitride film is formed under the conditions of ° C. and plasma power of 40 W to 100 W. At this time, positive fixed charges are formed in the silicon nitride film. Thin silicon nitride may be formed by nitriding the silicon surface by exposing radicals containing nitrogen element or plasma to the silicon surface. The refractive index of silicon nitride is preferably 2.1 or higher. In this case, the density of positive fixed charges is very high. Subsequently, the gate sidewall film 36 containing positive fixed charges is formed by etching back by the RIE method. The material of the gate sidewall film 36 may be anything as long as it is an insulator containing a fixed charge.

また、上記ゲート側壁膜36中の正の固定電荷は、次のようにして形成することもできる。例えば、上記窒化シリコン膜の代わりに、CVD法等により酸化シリコン膜を形成した後、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し、続いて、RIE法等によってエッチバックすることにより、正の固定電荷を含むゲート側壁膜36を形成することができる。   The positive fixed charge in the gate sidewall film 36 can also be formed as follows. For example, instead of the silicon nitride film, after forming a silicon oxide film by a CVD method or the like, an impurity that becomes a positive fixed charge such as cesium or the like is introduced into the silicon oxide by an ion implantation method or the like, Etching back by the RIE method or the like can form the gate sidewall film 36 containing positive fixed charges.

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、窒化シリコン、酸窒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36を形成してもよい。   In addition, a fixed film is formed by etching back a laminated film in which an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is deposited on the insulating film including the fixed charge formed by the above-described method. The gate sidewall film 36 including the gate sidewall film 36 may be formed.

このように、ゲート側壁膜36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35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36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。   As described above, when the gate sidewall film 36 includes a positive fixed charge, even when at least one of the metal source / drain electrodes formed in a later process is offset with respect to the gate electrode 35 due to process variations or the like. Since the electron carrier layer is formed on the silicon surface as the semiconductor under the gate side wall film 36 including the fixed charge, the channel region and the metal source / drain electrode can be ohmically connected 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.

次に、図13D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る。尚、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. 13D, cesium-containing region 37 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 are set so that the cesium-containing region 37 extends at least to the boundary with the silicon oxide 32. 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).

尚、SOI層の厚さ、または、Fin幅が小さくなるほど、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易く、上記多結晶化が起こりやすい。ゲート長の縮小に伴い、短チャネル効果抑制のため、Fin幅(およびSOI層厚さ)も縮小される必要があるため、上記多結晶化の問題は今後の微細化の進展によって益々顕著となる。本実施形態では、通常のドナー不純物である砒素の質量数75よりも大きいセシウム(質量数133)を用いているため、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。従って、砒素等の高濃度不純物領域によってソースドレインを形成する場合や、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場合に比べて、SOI層の厚さ方向全体に渡るアモルファス化は起きにくく、上記多結晶化を防ぎやすい。尚、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。   Note that as the thickness of the SOI layer or the Fin width decreases, the semiconductor region 33 is likely to be amorphous throughout the thickness direction of the SOI layer by ion implantation, and the above-described polycrystallization is likely to occur. As the gate length is reduced, the fin width (and SOI layer thickness) needs to be reduced in order to suppress the short channel effect, and thus the problem of polycrystallization becomes more prominent with the progress of miniaturization in the future. . In this embodiment, since cesium (mass number 133) larger than the mass number 75 of arsenic which is a normal donor impurity is used, ions can be implanted into a region shallower than the arsenic with the same ion implantation energy. Therefore, compared with the case where the source / drain is formed by a high-concentration impurity region such as arsenic or the case where the impurity segregation technique as disclosed in Patent Document 1 is used, the SOI layer is made amorphous throughout the thickness direction. Is difficult to occur, and it is easy to prevent the polycrystallization. After that, 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13E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。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、本実施形態において、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、SOI層の厚さ方向にわたって全てのシリコンがニッケルシリサイド化するように形成したが、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も良い(この場合、図13EのD‐D'矢視断面図は図14ではなく図16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13EのD‐D'矢視断面図は図14ではなく図17となる)。何れの場合も、ニッケルシリサイド(以下、金属ソースドレイン電極と言う場合もある)38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は、シリコン表面から、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)の領域に形成されている。その後、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、本半導体装置において、図14は、図13EのD‐D'矢視断面図を示し、図15は、図13EのE‐E'矢視断面図を示している。   Next, as shown in FIG. 13E, 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. Prior to annealing, TiN may be deposited on nickel by sputtering or the like. 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 this embodiment, the nickel silicide 38 is formed so that all silicon is nickel-silicided in the thickness direction of the SOI layer in the narrowest region (Fin region) of the semiconductor region 33. Only the surface portion of the region 33 may be nickel-silicided (in this case, the sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 13E is FIG. 16 instead of FIG. 14). 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. 13E is FIG. 17 instead of FIG. 14). In either case, the cesium ion implantation conditions and the formation conditions of the nickel silicide 38 are set so that the nickel silicide (hereinafter also referred to as a metal source / drain electrode) 38 contacts the semiconductor region 33 via the cesium-containing region 37. Just decide. The nickel silicide 38 is formed in a region about 3 times the thickness of the sputtered nickel (for example, about 9 nm to 12 nm) from the silicon surface. Thereafter, 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. In this semiconductor device, FIG. 14 shows a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 13E, and FIG. 15 shows a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG.

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。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。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、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。   The nickel silicide 38 functions as a source / drain. When the nickel silicide 38 is formed, the gate electrode 35 is also silicided to form a nickel silicide 39. 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コバルトをシリサイド化する。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しても良い。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を介して半導体層(半導体領域33)と接するように形成する。尚、コバルトシリサイドは、シリコン表面から、スパッタしたコバルトの膜厚の2倍程度(例えば10nm程度)の領域に形成すると好ましい。   When cobalt silicide is formed instead of nickel silicide 38 as the metal source / drain electrode, after depositing about 5 nm of cobalt by sputtering or the like, annealing is performed under conditions of 400 ° C. to 600 ° C. and 30 seconds to 200 seconds. To silicide the cobalt. Prior to annealing, TiN may be deposited on cobalt by sputtering or the like. 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 electrode (cobalt silicide) is formed so as to be in contact with the semiconductor layer (semiconductor region 33) through the cesium-containing region 37. The cobalt silicide is preferably formed from the silicon surface in a region about twice the thickness of the sputtered cobalt film (for example, about 10 nm).

以上、上記金属ソースドレイン電極が、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、金属ソースドレイン電極は、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からなっていても良い。   The case where the metal source / drain electrodes are nickel silicide 38 and cobalt silicide has been described above, but the metal source / drain electrodes are not limited to these. For example, the metal source / drain electrode may be made of a metal silicide using a metal composed of one or more elements of Ni, Co, Ti, Er, Yb, and Pt.

本実施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と半導体層(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層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。   According to the semiconductor device of this embodiment, since the cesium-containing region 37 is formed between the metal source / drain electrode (nickel silicide) 38 and the semiconductor layer (semiconductor region 33), the cesium near the metal source / drain electrode 38 is formed. As a result of ionization, the energy barrier height against holes increases, and as a result, the leakage current between the source / drain and the semiconductor layer 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, so the parasitic resistance is significantly reduced compared to a Schottky junction. can do.

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と半導体層(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 layer (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 of the present 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 a three-channel FET. is there.

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17と同じ断面構造が得られる。また、上記各実施形態においては、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。   Note that when a planar transistor is formed using an SOI substrate, the same cross-sectional structure as that in FIG. 17 can be obtained. In each of the above embodiments, the cesium-containing regions 5, 27, and 37 are regions of the P-type silicon substrates 1 and 21 and the semiconductor (silicon) region 33 that are in contact with the metal source / drain electrodes 6, 28, and 38. It is formed in all. 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”.

尚、上記説明した異なる二以上の実施形態の一部または全部を組み合わせた発明で、新たな実施形態を構成できることは、勿論であり、ある実施形態の発明と、ある変形例の発明とを組み合わせて作成される発明で、新たな実施形態を構成できることも勿論である。また、上記明細書の説明で行った、全ての実施形態および全ての変形例で構成される内容から二以上の発明特定事項を組み合わせて作成される発明で、本発明の新たな実施形態を構成できることは、勿論である。   Of course, a new embodiment can be configured by combining a part or all of two or more different embodiments described above, and the invention of a certain embodiment and the invention of a modification are combined. Of course, a new embodiment can be configured by the invention created in this manner. In addition, the invention is created by combining two or more invention specific matters from the contents configured in all the embodiments and all the modifications performed in the description of the above specification, and constitutes a new embodiment of the present invention. Of course, we can do it.

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
4a,4b,24,26,36 ゲート側壁膜
5a,5b,12,27,37 セシウム含有領域
6a 第1金属ソースドレイン電極
6b 第2金属ソースドレイン電極
11 P型シリコン
13,28,29,38,39 ニッケルシリサイド
25 N型不純物含有領域
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 4a, 4b, 24,26,36 Gate sidewall film 5a, 5b, 12,27,37 Cesium containing region 6a First metal Source / drain electrode 6b Second metal source / drain electrode 11 P-type silicon 13, 28, 29, 38, 39 Nickel silicide 25 N-type impurity-containing region 31 Silicon 32 Silicon oxide 33 Semiconductor region

Claims (17)

半導体層と、
上記半導体層上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体層上かつ上記ゲート電極の一方側に形成された第1金属ソースドレイン電極と、
上記半導体層上かつ上記ゲート電極の他方側に形成された第2金属ソースドレイン電極と、
上記ゲート電極の側面に設けられた絶縁性のゲート側壁膜と
を備え、
上記半導体層において上記第1および第2金属ソースドレイン電極と接する領域の一部または全部は、セシウムを含有するセシウム含有領域となっており、
上記ゲート側壁膜中には正の固定電荷が存在していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A first metal source / drain electrode formed on the semiconductor layer and on one side of the gate electrode;
A second metal source / drain electrode formed on the semiconductor layer and on the other side of the gate electrode;
An insulating gate sidewall film provided on the side surface of the gate electrode,
A part or all of the region in contact with the first and second metal source / drain electrodes in the semiconductor layer is a cesium-containing region containing cesium,
A semiconductor device characterized in that positive fixed charges exist in the gate sidewall film.
請求項1に記載の半導体装置において、
上記半導体層は、3.89eVより大きい電子親和力を有する半導体からなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the semiconductor layer is made of a semiconductor having an electron affinity greater than 3.89 eV.
請求項1または請求項2に記載の半導体装置において、
上記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素および窒化ガリウムのうちのいずれか1つからなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device is characterized in that the semiconductor layer is made of any one of silicon, germanium, silicon germanium, gallium arsenide, and gallium nitride.
請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記固定電荷の少なくとも一部は、セシウムであ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 3,
At least a part of the fixed charge is cesium.
請求項1から4までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記ゲート絶縁膜には、窒素元素が含まれていることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
A semiconductor device characterized in that the gate insulating film contains a nitrogen element.
請求項1から5までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記セシウム含有領域における上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極との界面の上記セシウムの濃度は、1×1019cm-3以上であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device, wherein a concentration of the cesium at the interface between the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode in the cesium-containing region is 1 × 10 19 cm −3 or more.
請求項1から6までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記セシウム含有領域の上記セシウムの濃度は、上記セシウム含有領域における上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2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 6,
The concentration of the cesium in the cesium-containing region has a peak at a position deeper than the interface between the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode in the cesium-containing region. Semiconductor device.
請求項1から7までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極の夫々は、上記半導体層と、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 7,
Each of the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode is composed of a compound of the semiconductor layer and a metal.
請求項8に記載の半導体装置において、
上記半導体層は、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、エルビウムおよびイッテルビウムのうちの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 8,
The semiconductor layer includes at least one of silicon and germanium,
The semiconductor device includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium, and ytterbium.
請求項1から9までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
上記半導体層は、絶縁体上に設けられており、
上記第1金属ソースドレイン電極および上記第2金属ソースドレイン電極のうち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。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The semiconductor layer is provided on an insulator,
At least a part of the first metal source / drain electrode and the second metal source / drain electrode is in contact with the insulator.
請求項1に記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面上かつ上記ゲート電極の両側に絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層中にセシウムを導入する工程と、
上記半導体層の表面の一部が露出するように上記絶縁層を異方性エッチングして、上記絶縁層からなるゲート側壁膜を形成する工程と、
上記半導体層の表面が露出した領域にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Forming an insulating layer on the surface of the semiconductor layer and on both sides of the gate electrode;
Introducing cesium into the insulating layer;
Anisotropically etching the insulating layer so that part of the surface of the semiconductor layer is exposed to form a gate sidewall film made of the insulating layer;
Introducing cesium into a region where the surface of the semiconductor layer is exposed to form a cesium-containing region;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.
請求項1に記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面のうちで少なくとも上記ゲート電極に隣接する領域を、プラズマ状態の窒素、窒素ラジカルおよび窒素元素を含有する分子からなる酸化剤を含む気体のうちの少なくとも一つを含む雰囲気に暴露して、絶縁層を形成すると共に、正の固定電荷を形成する工程と、
上記半導体層の表面の一部が露出するように上記絶縁層を異方性エッチングして、上記絶縁層からなるゲート側壁を形成する工程と、
上記半導体層の表面が露出した領域にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
At least a region adjacent to the gate electrode on the surface of the semiconductor layer is exposed to an atmosphere containing at least one of a gas containing an oxidant composed of molecules containing nitrogen, nitrogen radicals, and nitrogen elements in a plasma state. Forming an insulating layer and forming a positive fixed charge;
Anisotropically etching the insulating layer such that a part of the surface of the semiconductor layer is exposed to form a gate sidewall made of the insulating layer;
Introducing cesium into a region where the surface of the semiconductor layer is exposed to form a cesium-containing region;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.
請求項1に記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の上部かつ上記ゲート電極の両側にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域上を、他元素と反応させて絶縁層を形成することにより、上記セシウムを上記半導体層と上記絶縁層との界面に偏析させて正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして、上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Introducing cesium into the upper part of the semiconductor layer and both sides of the gate electrode to form a cesium-containing region;
Forming a positive fixed charge by causing the cesium-containing region to react with other elements to form an insulating layer, thereby segregating the cesium to the interface between the semiconductor layer and the insulating layer;
Etching a part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least a part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.
請求項1に記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の上部かつ上記ゲート電極の両側にセシウムを導入してセシウム含有領域を形成する工程と、
上記セシウム含有領域の表面のうちの少なくとも上記ゲート電極に隣接する領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層と、上記半導体層との界面にアニールにより上記セシウムを偏析させて正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして、上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように、上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Introducing cesium into the upper part of the semiconductor layer and both sides of the gate electrode to form a cesium-containing region;
Forming an insulating layer so as to cover at least a region adjacent to the gate electrode in the surface of the cesium-containing region;
Forming a positive fixed charge by segregating the cesium by annealing at the interface between the insulating layer and the semiconductor layer;
Etching a part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least a part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.
請求項1に記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
半導体層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、
上記半導体層の表面上かつ上記ゲート電極の両側に絶縁層を形成する工程と、
上記半導体層の上部における上記ゲート電極の両側および上記絶縁層の両方にセシウムを導入して、セシウム含有領域を形成すると共に、上記絶縁層中に正の固定電荷を形成する工程と、
上記絶縁層の一部をエッチングして上記半導体層における上記セシウム含有領域の表面の少なくとも一部が露出するように上記絶縁層に開口部を形成する工程と、
上記セシウム含有領域に接するように第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
Forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film;
Forming an insulating layer on the surface of the semiconductor layer and on both sides of the gate electrode;
Introducing cesium into both sides of the gate electrode and the insulating layer above the semiconductor layer to form a cesium-containing region and forming a positive fixed charge in the insulating layer;
Etching part of the insulating layer to form an opening in the insulating layer so that at least part of the surface of the cesium-containing region in the semiconductor layer is exposed;
Forming the first and second metal source / drain electrodes so as to be in contact with the cesium-containing region.
請求項11から15までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1および第2金属ソースドレイン電極を形成する工程は、
上記セシウム含有領域上に金属を堆積する工程と、
アニールを行って、上記半導体層と、上記金属とを反応させる工程と、
上記金属のうち未反応部分を除去する工程と
を含む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 any one of claims 11 to 15,
The step of forming the first and second metal source / drain electrodes includes:
Depositing a metal on the cesium-containing region;
Performing annealing to react the semiconductor layer with the metal;
And a step of removing unreacted portions of the metal.
請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体層は、シリコンおよびゲルマニウムのうちの少なくとも1つを含み、
上記金属は、ニッケル、コバルト、チタン、エルビウムおよびイッテルビウムのうちの1つ以上を含む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 16,
The semiconductor layer includes at least one of silicon and germanium,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal includes one or more of nickel, cobalt, titanium, erbium, and ytterbium.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015204332A (en) * 2014-04-11 2015-11-16 豊田合成株式会社 Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device
JP2019212925A (en) * 2014-05-09 2019-12-12 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2021036590A (en) * 2016-04-25 2021-03-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Nanowire void spacer formation for horizontal gate all-around device
CN113644110A (en) * 2020-05-11 2021-11-12 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 Transistor and preparation method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015204332A (en) * 2014-04-11 2015-11-16 豊田合成株式会社 Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device
US9711661B2 (en) 2014-04-11 2017-07-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2019212925A (en) * 2014-05-09 2019-12-12 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2021036590A (en) * 2016-04-25 2021-03-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Nanowire void spacer formation for horizontal gate all-around device
CN113644110A (en) * 2020-05-11 2021-11-12 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 Transistor and preparation method thereof
CN113644110B (en) * 2020-05-11 2024-07-02 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 Transistor and preparation method thereof

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