JP2014216521A - Field effect semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、メタルS/D構造を有する電界効果型半導体装置及びその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a field effect semiconductor device having a metal S / D structure and a method for manufacturing the same.
Si−MOSFETの微細化限界に直面しつつある現在、微細化によらないLSIの低消費電力化が大きな課題となっており、MOSFETのチャネルに従来のSiよりも移動度の高いIII−V族半導体やGeを用いる研究が精力的に行われている。 Currently, the miniaturization of Si-MOSFETs is being faced, and low power consumption of LSIs that do not depend on miniaturization has become a major issue, and the III-V group has higher mobility than conventional Si in the MOSFET channel. Research using semiconductors and Ge has been conducted energetically.
一方、ソース・ドレイン(S/D)金属電極とチャネルを隣接させた、いわゆるメタルS/D構造が、寄生抵抗低減及び素子作製プロセスの簡便化といった利点を期待できる構造として提案されている。例えば、NiとInGaAsとの合金であるNi−InGaAsをソース・ドレイン(S/D)電極に自己整合的に形成するプロセスが開発され、それを利用したメタルS/DのInGaAs−nMOSFETの試作が報告されている(非特許文献1)。 On the other hand, a so-called metal S / D structure in which a source / drain (S / D) metal electrode and a channel are adjacent to each other has been proposed as a structure that can be expected to have advantages such as reduction in parasitic resistance and simplification of an element manufacturing process. For example, a process for forming Ni-InGaAs, which is an alloy of Ni and InGaAs, on a source / drain (S / D) electrode in a self-aligned manner has been developed, and a prototype of a metal S / D InGaAs-nMOSFET using the process has been developed. It has been reported (Non-Patent Document 1).
また、メタルS/DのMOSFETの微細化には、短チャネル効果を抑制する観点から、S/D電極層の厚みをゲート長の1/3程度に薄膜化する必要があるが、Ni蒸着量と熱処理温度を制御することで、膜厚10nm以下の極薄膜のNi−InGaAs合金層の形成が可能であることも報告されている(特許文献1,非特許文献2)。
Further, in order to miniaturize a metal S / D MOSFET, it is necessary to reduce the thickness of the S / D electrode layer to about 1/3 of the gate length from the viewpoint of suppressing the short channel effect. It has also been reported that an ultra-thin Ni—InGaAs alloy layer having a film thickness of 10 nm or less can be formed by controlling the heat treatment temperature (
従って、これらの技術を組み合わせることで、極薄Ni−InGaAsのS/D電極を有するメタルS/DのInGaAs−nMOSFETが作製可能である。 Therefore, by combining these techniques, a metal S / D InGaAs-nMOSFET having an ultrathin Ni-InGaAs S / D electrode can be produced.
通常のSi−CMOS−LSIのコンタクト形成工程では、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクト金属プラグを埋め込むプロセスが行われる。しかし、極薄S/D電極を有するメタルS/DのInGaAs−nMOSFETに同等のプロセスを実施した場合、InGaAs合金層がオーバーエッチングされ、プラグ下のInGaAs合金層が消失するという問題が生じ得る。 In a normal Si-CMOS-LSI contact formation process, a process of forming a contact hole in an interlayer insulating film using reactive ion etching (RIE) and embedding a contact metal plug is performed. However, when an equivalent process is performed on a metal S / D InGaAs-nMOSFET having an ultrathin S / D electrode, the InGaAs alloy layer may be over-etched and the InGaAs alloy layer under the plug may disappear.
原理的には、コンタクトホールのRIEをInGaAs合金層に到達すると同時に終了すればオーバーエッチングは生じないが、ウェハ全面でプロセスマージンを確保するためには、オーバーエッチングは避けられない。プラグ下でのInGaAs合金層の消失は、接合リークの増大や、コンタクト面積縮小による抵抗の増大といった問題を招くものと考えられ、プラグ下の合金層は、プロセスマージンを十分取った上でも残存させることが望まれる。 In principle, if the RIE of the contact hole is completed at the same time as reaching the InGaAs alloy layer, overetching will not occur, but overetching is unavoidable in order to secure a process margin on the entire wafer surface. The disappearance of the InGaAs alloy layer under the plug is thought to cause problems such as an increase in junction leakage and an increase in resistance due to contact area reduction, and the alloy layer under the plug remains even after a sufficient process margin. It is desirable.
本発明が解決しようとする課題は、コンタクトホール形成のためのRIEのプロセスマージンを確保しつつ、コンタクトプラグと金属ソース・ドレイン電極との確実な接続を取ることができ、接合リークや抵抗の増大を抑制できる電界効果型半導体装置及びその製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that the contact plug and the metal source / drain electrode can be reliably connected while securing the RIE process margin for forming the contact hole, and the junction leakage and the resistance increase. It is providing the field effect type semiconductor device which can suppress, and its manufacturing method.
本発明の電界効果型半導体装置は、半導体基板と、前記基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に形成され、前記基板を構成する半導体と金属との合金からなるソース・ドレイン電極と、前記ソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグと、を具備している。そして、前記コンタクトプラグ直下の領域の前記ソース・ドレイン電極と前記基板との界面が、その他の領域の前記ソース・ドレイン電極と前記基板との界面よりも前記基板側の深い位置に存在することを特徴とする。 The field effect semiconductor device of the present invention is formed on the surface portion of the substrate with a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the substrate through a gate insulating film, and a channel region under the gate electrode, A source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate; and a contact plug contacting the source / drain electrode. The interface between the source / drain electrode in the region immediately below the contact plug and the substrate exists at a deeper position on the substrate side than the interface between the source / drain electrode in the other region and the substrate. Features.
また、本発明の電界効果型半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に、前記基板の半導体と金属との合金からなる第1のソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記第1のソース・ドレイン電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に、前記ソース・ドレイン電極と接続するためのコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの底部に前記基板を構成する半導体と金属との合金からなる第2のソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記コンタクトホール内に前記第2のソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグを形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a field effect semiconductor device of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a surface portion of the substrate with a channel region under the gate electrode interposed therebetween. Forming a first source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal on the substrate; forming an interlayer insulating film so as to cover the gate electrode and the first source / drain electrode; A step of forming contact holes in the interlayer insulating film for connection to the source / drain electrodes; and a second source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate at the bottom of the contact holes. And forming a contact plug in contact with the second source / drain electrode in the contact hole. To.
本発明によれば、コンタクトプラグ直下のメタルS/D電極/半導体基板界面が、その他の領域のS/D電極/半導体基板界面よりも半導体基板側の深い位置に存在するようにしているため、コンタクトホール形成のためのオーバエッチングが生じても、コンタクトプラグとメタルS/D電極とが確実に接続される。これにより、接合リークや、抵抗の増大といった問題生じさせずに、コンタクトホール形成のためのRIEにおいて十分なプロセスマージンを確保することができる。 According to the present invention, the metal S / D electrode / semiconductor substrate interface immediately below the contact plug is present at a deeper position on the semiconductor substrate side than the S / D electrode / semiconductor substrate interface in other regions. Even if overetching for forming a contact hole occurs, the contact plug and the metal S / D electrode are reliably connected. Thereby, a sufficient process margin can be ensured in the RIE for forming the contact hole without causing problems such as junction leakage and an increase in resistance.
以下、実施形態の電界効果型半導体装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a field effect semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係わるInGaAs−MOSFETの概略構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an InGaAs-MOSFET according to the first embodiment.
InxGa1-xAs基板(半導体基板)10上に、ゲート絶縁膜12を介してゲート電極13が形成され、ゲート電極13を挟んで基板10の表面部に、金属電極からなるソース・ドレイン(S/D)電極20が形成されている。即ち、S/D電極20としてNi−InGaAs等の金属電極をチャネルに隣接させる、いわゆるメタルS/D構造となっている。
A
ゲート絶縁膜12としては、Al2O3 ,HfO2 ,La2O3 等やそれらの混合物を用いることができ、ゲート電極13の材料としては、Ta,TaN,Ti,TiN,Ni,Au,Pt等の各種金属やNiSixやNiGex等の合金、また高濃度ドーピングを施したポリSi1-xGex 等を用いることができる。さらに、ゲートスタック構造及び材料に制限はない。また、S/D電極20の材料としては、Niの他、Co,Pt等を含む合金を用いることも可能である。
As the
ゲート絶縁膜12及びゲート電極13を形成した基板10上に、層間絶縁膜17が設けられている。層間絶縁膜17にコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールにコンタクトプラグ30を埋め込むことにより、S/D電極20にコンタクトプラグ30が接続されている。S/D電極20のプラグ直下の部分(第2のS/D電極)22は、その周辺部分(第1のS/D電極)21と比べて基板深くまで形成されている。即ち、プラグ直下の第2のS/D電極22と半導体との界面は、その周辺部分の第1のS/D電極21のそれより、半導体基板側の深い位置に存在している。プラグ30は、Ti,TiN等のバリア金属31と、W,Pd,Al,Cu,Au又はそれらの合金からなる導電膜32とから構成されている。プラグの構造及び材料に制限はなく、またバリア金属31を用いることも必須ではない。
An
次に、本実施形態の製造方法を、図2乃至図4を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG. 2 thru | or FIG.
まず、図2(a)に示すように、InxGa1-xAs基板10内に素子形成領域を囲むように素子分離埋め込み絶縁膜11を形成した後、ゲート絶縁膜12を介してゲート電極13を形成する。InxGa1-xAs基板10の形成法に制限は無く、InPやGaAs等の化合物半導体基板、若しくはSiやGe基板上にエピタキシャル成長で形成することや、各種母体基板に貼り合わせて形成することができる。
First, as shown in FIG. 2A, an element isolation embedded
次いで、図2(b)に示すように、S/D電極の形成のために、Niを含む金属膜14を堆積させる。金属堆積前に、SiO2 やSiN等でゲート側壁を形成しても良いが、例えばTaNをゲート電極に用いる場合は、TaN酸化物がゲート電極側面に自然に形成されるため、側壁形成は必須ではない。堆積する金属膜14の膜厚は、30nm以下が望ましいが、10nm以下とすることが更に望ましい。これは、その後の熱処理でInGaAsとの合金化を行うが、合金の膜厚は短チャネル効果耐性の観点から、10nm程度以下とすることが望ましく、そのためには金属の堆積量を10nm以下に制限する必要があるためである。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次いで、図2(c)に示すように、熱処理を施して合金化処理を行うことにより、上記の金属とInGaAsとの合金からなる厚さ10nm以下の第1のS/D電極21を形成する。合金化のための熱処理の温度は、200〜350℃が望ましい。この温度範囲より低温では合金化反応が生じにくく、また高温では合金層が厚くなるためである。
Next, as shown in FIG. 2C, a first S /
合金化熱処理後、ゲート電極13とS/D電極21を繋ぐ金属膜14のエッチングを行う。Niを堆積させた場合には、HClでNi−InGaAsのS/D電極21と選択比を持たせつつエッチングすることが可能である。これにより、ゲート電極13とS/D電極21との電気的分離が行われる。
After the alloying heat treatment, the
続いて、Si−LSIプロセスに準じた後工程を行う。まず、図2(d)に示すように、SiN等のコンタクトホールエッチングの際のエッチングストッパとなる絶縁膜16を堆積する。
Subsequently, a post process according to the Si-LSI process is performed. First, as shown in FIG. 2D, an insulating
次いで、図3(e)に示すように、SiO2 等の層間絶縁膜17の堆積を行う。これらの膜の膜厚は任意で、用途に応じて設定すれば良い。層間絶縁膜17の堆積後、化学機械研磨(CMP)を行って表面平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 3E, an
次いで、図3(f)に示すように、層間絶縁膜17及びストッパ絶縁膜16に、RIEを用いてコンタクトホール18の形成を行う。それぞれの膜のRIEではプロセスマージンを確保するために、エッチングレートから逆算したエッチング時間より長い時間エッチングを行う必要がある。
Next, as shown in FIG. 3F, contact holes 18 are formed in the
この際、下地S/D電極21がオーバーエッチングされ、場合によっては図3(g)に示すように、合金層が極めて薄くなったり合金層の全てがエッチングされることが想定される。合金層が消失した状況でコンタクトプラグを形成すると、リーク電流の増大やコンタクト面積縮小による抵抗の増大といった問題を招く。そこで本実施形態では、コンタクトホール形成後に合金層の再形成を行う。
At this time, it is assumed that the underlying S /
合金層の再形成では、図4(h)に示すように、Ni等の金属膜19を堆積させる。先にS/D電極形成のために使用した金属と同一の金属を堆積することが望ましいが、金属種を変更しても構わない。堆積膜厚は、30nm以下とすることが望ましい。
In re-forming the alloy layer, a
次いで、図4(i)に示すように、S/D電極形成時と同様に、200〜350℃で熱処理を行うことで合金層、即ち第2のS/D電極22を形成する。このとき、コンタクトホール部には、周囲より深い位置までS/D電極22が形成されることになる。即ち、金属S/D電極20として、コンタクトプラグ直下とそれ以外で膜厚の異なるS/D電極21,22が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 4 (i), the alloy layer, that is, the second S /
次いで、図4(j)に示すように、未反応の金属膜19はHCl等で選択的にエッチングする。その後、バリアメタル31及びプラグ金属32の堆積を行ってコンタクトプラグ30を形成することにより、前記図1に示す構造が得られる。これ以降は、Si−LSIプロセスに準じた配線工程を行うことが可能である。
Next, as shown in FIG. 4J, the
このように本実施形態によれば、極薄Ni−InGaAs層21を有するメタルS/D−InGaAs−MOSFETに対して、層間絶縁膜17にコンタクトホール18を形成した後、再度Niの堆積と熱処理を行うことで、コンタクトホール直下に新たにNi−InGaAs合金層22を形成する。これにより、コンタクトプラグ30とNi−InGaAs層(S/D電極)20とが確実に接続され、接合リークや抵抗の増大といった問題生じさせずに、コンタクトホール形成のためのRIEにおいて十分なプロセスマージンを確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, for the metal S / D-InGaAs-MOSFET having the ultrathin Ni-
即ち、コンタクトホール形成のためのRIEのプロセスマージンを確保しつつ、コンタクトプラグと金属ソース・ドレイン電極との確実な接続を取ることができる。従って、接合リークや抵抗の増大を抑制することが可能となる。これは、高性能・低消費電力のCMOS−LSIの実現に有効である。 That is, it is possible to establish a reliable connection between the contact plug and the metal source / drain electrodes while securing a RIE process margin for forming the contact hole. Accordingly, it is possible to suppress junction leakage and increase in resistance. This is effective for realizing a CMOS-LSI with high performance and low power consumption.
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係わるInGaAs−MOSFETの概略構造を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an InGaAs-MOSFET according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as FIG. 1, and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態が先に説明した第1の実施形態と異なる点は、コンタクトホール形成後に金属S/D電極を形成するのではなく、ゲート近傍を除く領域で予め金属S/D電極を厚く形成することにある。 The difference between the present embodiment and the first embodiment described above is that the metal S / D electrode is not formed after the contact hole is formed, but the metal S / D electrode is formed thick in advance in a region other than the vicinity of the gate. There is.
本実施形態では、前記図1と同様の構成に加え、ゲート電極13の両側部にゲート側壁絶縁膜41が形成されている。そして、S/D電極50の厚みは、ゲート側壁絶縁膜41下の部分(第1のS/D電極)51では薄く、それより外側の部分(第2のS/D電極)52では厚くなっている。即ち、S/D電極50はコンタクト部分では厚くゲート近傍では薄くなっている。コンタクト部分でS/D電極50が厚いために、コンタクトホール形成により突き抜けることはない。さらに、ゲート近傍ではS/D電極20を十分薄くできる。
In the present embodiment, gate sidewall insulating
次に、本実施形態の製造方法を、図6及び図7を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.6 and FIG.7.
まず、図6(a)に示すように、InxGa1-xAs基板10内に素子形成領域を囲むように素子分離埋め込み絶縁膜11を形成した後、ゲート絶縁膜12及びゲート電極13を形成する。続いて、ゲート部を除く領域に薄い第1のS/D電極51を形成する。このS/D電極51の形成には、先の第1の実施形態と同様に、Ni膜の堆積、熱処理、未反応のNi膜の除去プロセスを行えばよい。
First, as shown in FIG. 6A, an element isolation buried insulating
次いで、図6(b)に示すように、ゲート側壁絶縁膜41を形成する。このゲート側壁絶縁膜41の形成には、例えば全面にシリコン酸化膜を堆積した後エッチバックすることにより、ゲートの側壁に酸化膜を残すようにすればよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a gate sidewall insulating
次いで、図6(c)に示すように、S/D電極の形成のために、Niを含む金属膜42を堆積させる。堆積する金属膜42の膜厚は、30nm以下が望ましく、例えば20nmとする。第1の実施形態よりも厚いのは、ゲート近傍を除く領域であるため、合金の膜厚を10nm程度以下に制限する必要はないからである。
Next, as shown in FIG. 6C, a
次いで、図6(d)に示すように、熱処理を施して合金化処理を行うことにより、上記の金属とInGaAsとの合金からなる第2のS/D電極52を形成する。これにより、金属S/D電極50として、ゲート側壁絶縁膜直下とそれ以外で膜厚の異なるS/D電極51,52が形成されることになる。なお、合金化のための熱処理の温度は、200〜350℃が望ましい。この温度範囲より低温では合金化反応が生じにくく、また高温では合金層が厚くなるためである。
Next, as shown in FIG. 6D, a second S /
合金化熱処理後、ゲート電極13とS/D電極50を繋ぐ金属膜42のエッチングを行う。Niを堆積させた場合には、HClでNi−InGaAsのS/D電極50と選択比を持たせつつエッチングすることが可能である。これにより、ゲート電極13とS/D電極50との電気的分離が行われる。
After the alloying heat treatment, the
続いて、Si−LSIプロセスに準じた後工程を行う。まず、図7(e)に示すように、SiN等のコンタクトホールエッチングの際のエッチングストッパとなる絶縁膜16を堆積する。
Subsequently, a post process according to the Si-LSI process is performed. First, as shown in FIG. 7E, an insulating
次いで、図7(f)に示すように、SiO2 等の層間絶縁膜17の堆積を行う。これらの膜の膜厚は任意で、用途に応じて設定すれば良い。層間絶縁膜17の堆積後、化学機械研磨(CMP)を行って表面平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 7F, an
次いで、図7(g)に示すように、層間絶縁膜17及びストッパ絶縁膜16に、RIEを用いてコンタクトホールの形成を行う。それぞれの膜のRIEではプロセスマージンを確保するために、エッチングレートから逆算したエッチング時間より長い時間エッチングを行う必要がある。この際、オーバーエッチングが生じても、S/D電極50の膜厚が厚いために、突き抜けることはない。
Next, as shown in FIG. 7G, contact holes are formed in the
これ以降は、バリアメタル31及びプラグ金属32の堆積を行ってコンタクトプラグ30を形成することにより、前記図5に示す構造が得られる。
Thereafter, by depositing the
このように本実施形態によれば、ゲート近傍のゲート側壁絶縁膜下ではS/D電極50を薄く形成し、コンタクトプラグ直下でS/D電極50を厚く形成している。このため、コンタクトホール形成のための多少のオーバーエッチングが生じても、S/D電極50が消失してしまうことはない。従って、先の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the S /
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係わるInGaAs−MOSFETの概略構造を示す断面図である。なお、図1及び図5と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic structure of an InGaAs-MOSFET according to the third embodiment. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態が先に説明した第2の実施形態と異なる点は、ゲート側壁絶縁膜41を利用してS/D電極20の厚みを変えると共に、最終的に側壁絶縁膜41を除去することにある。
This embodiment is different from the second embodiment described above in that the thickness of the S /
本実施形態では、前記図5と同様に、S/D電極60の厚みは、ゲート部の近傍部分(第2のS/D電極)62では薄くなっており、それより外側の部分(第1のS/D電極)61では厚くなっている。図5との違いはゲート側壁絶縁膜41が無いことである。
In the present embodiment, as in FIG. 5, the thickness of the S /
次に、本実施形態の製造方法を、図9及び図10を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.9 and FIG.10.
まず、図9(a)に示すように、InxGa1-xAs基板10内に素子形成領域を囲むように素子分離埋め込み絶縁膜11を形成した後、ゲート絶縁膜12及びゲート電極13を形成する。続いて、ゲート部の両側面にシリコン酸化膜等のゲート側壁絶縁膜41を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, after an element isolation embedded insulating
次いで、図8(b)に示すように、S/D電極の形成のために、Niを含む金属膜42を堆積させた後熱処理することにより、上記の金属とInGaAsとの合金からなる第1のS/D電極61を形成する。このとき、堆積する金属膜42の膜厚は、30nm以下が望ましく、例えば20nmとする。
Next, as shown in FIG. 8B, a first metal film made of an alloy of the above metal and InGaAs is formed by depositing a
次いで、図8(c)に示すように、合金化熱処理後、合金化しなかった金属膜42のエッチングを行い、更に側壁絶縁膜41をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8C, after the alloying heat treatment, the
次いで、図8(d)に示すように、S/D電極の形成のために、Niを含む金属膜43を堆積させた後熱処理することにより、上記の金属とInGaAsとの合金からなる第2のS/D電極62を形成する。このとき、堆積する金属膜43の膜厚は、10nm以下とする。これは、ゲート近傍の合金の膜厚を10nm以下にするためである。
Next, as shown in FIG. 8D, a second metal film made of an alloy of the above metal and InGaAs is formed by depositing a
次いで、図10(e)に示すように、未反応の金属膜43をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 10E, the
続いて、Si−LSIプロセスに準じた後工程を行う。まず、図10(f)に示すように、SiN等のコンタクトホールエッチングの際のエッチングストッパとなる絶縁膜16を堆積する。続いて、SiO2 等の層間絶縁膜17の堆積を行う。これらの膜の膜厚は任意で、用途に応じて設定すれば良い。層間絶縁膜17の堆積後、化学機械研磨(CMP)を行って表面平坦化を行う。
Subsequently, a post process according to the Si-LSI process is performed. First, as shown in FIG. 10F, an insulating
次いで、図10(g)に示すように、層間絶縁膜17及びストッパ絶縁膜16にRIEを用いてコンタクトホールの形成を行う。それぞれの膜のRIEではプロセスマージンを確保するために、エッチングレートから逆算したエッチング時間より長い時間エッチングを行う必要がある。この際、オーバーエッチングが生じても、下地のS/D電極60の膜厚が厚いため、突き抜けが生じることはない。
Next, as shown in FIG. 10G, contact holes are formed in the
次いで、バリアメタル24及びプラグ金属25の堆積を行ってコンタクトプラグを形成することにより、前記図8に示す構造が得られる。 Next, by depositing a barrier metal 24 and a plug metal 25 to form a contact plug, the structure shown in FIG. 8 is obtained.
このように本実施形態によれば、ゲート近傍ではS/D電極60を薄く形成し、コンタクトプラグ直下でS/D電極60を厚く形成している。このため、コンタクトホール形成のための多少のオーバーエッチングが生じても、S/D電極60が消失してしまうことはない。従って、第2の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the S /
(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments.
半導体基板は必ずしもバルク基板である必要はなく、基板上に半導体層を形成したものであっても良い。 The semiconductor substrate is not necessarily a bulk substrate, and may be a substrate in which a semiconductor layer is formed.
実施形態ではチャネル材料をInxGa1-xAs(0<x<1)とすることを前提としていたが、チャネル材料はInxGa1-xAsに限るものではなく、InP、InxGa1-xSb、Si1-xGex、Ge1-xSnx に適用することも可能である。また、無論、それらの積層構造にも適用することが可能である。さらに、必ずしも化合物半導体に限らず、GeやSiの単層であっても良く、メタルS/D構造が有効な半導体に適用することができる。 In the embodiment, it is assumed that the channel material is In x Ga 1-x As (0 <x <1), but the channel material is not limited to In x Ga 1-x As, and InP, In x Ga It is also possible to apply to 1-x Sb, Si 1-x Ge x , and Ge 1-x Sn x . Of course, the present invention can also be applied to a laminated structure thereof. Furthermore, it is not necessarily limited to a compound semiconductor, but may be a single layer of Ge or Si, and can be applied to a semiconductor having an effective metal S / D structure.
また、半導体基板と合金化させるための金属は、Niに限るものではなくCoやPt等の金属を用いることも可能である。 Further, the metal for alloying with the semiconductor substrate is not limited to Ni, and a metal such as Co or Pt can also be used.
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…InxGa1-xAs基板(半導体基板)
11…素子分離埋め込み絶縁膜
12…ゲート絶縁膜
13…ゲート電極
14,19,42,43…金属膜
16…ストッパ絶縁膜
17…層間絶縁膜
20,50,60…金属S/D電極
21,51,61…第1のS/D電極
22,52,62…第2のS/D電極
31…バリアメタル
32…プラグ電極
41…ゲート側壁絶縁膜
10 ... In x Ga 1-x As substrate (semiconductor substrate)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に形成され、前記基板を構成する半導体と金属との合金からなるソース・ドレイン電極と、
前記ソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグと、
を具備し、
前記コンタクトプラグ直下の領域の前記ソース・ドレイン電極と前記基板との界面が、その他の領域の前記ソース・ドレイン電極と前記基板との界面よりも前記基板側の深い位置に存在することを特徴とする電界効果型半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the substrate via a gate insulating film;
A source / drain electrode formed on the surface portion of the substrate across the channel region under the gate electrode and made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate;
A contact plug in contact with the source / drain electrode;
Comprising
The interface between the source / drain electrode and the substrate in a region immediately below the contact plug is present at a deeper position on the substrate side than the interface between the source / drain electrode and the substrate in another region. Field effect semiconductor device.
前記基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟んで前記基板上に設けられたゲート側壁絶縁膜と、
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に形成され、前記基板を構成する半導体と金属との合金からなるソース・ドレイン電極と、
前記ソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグと、
を具備し、
前記ソース・ドレイン電極は、前記ゲート側壁絶縁膜下の領域よりも、前記ゲート側壁絶縁膜の前記チャネルと反対側下の領域の方で、膜厚が厚く形成されていることを特徴とする電界効果型半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the substrate via a gate insulating film;
A gate sidewall insulating film provided on the substrate across the gate electrode;
A source / drain electrode formed on the surface portion of the substrate across the channel region under the gate electrode and made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate;
A contact plug in contact with the source / drain electrode;
Comprising
The source / drain electrodes are formed to have a greater film thickness in a lower region opposite to the channel of the gate sidewall insulating film than in a region under the gate sidewall insulating film. Effect type semiconductor device.
前記基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に形成され、前記基板を構成する半導体と金属ととの合金からなるソース・ドレイン電極と、
前記ソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグと、
を具備し、
前記ソース・ドレイン電極は、前記ゲート電極の近傍領域よりも、該領域よりも外側の領域の方で、膜厚が厚く形成されていることを特徴とする電界効果型半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the substrate via a gate insulating film;
A source / drain electrode formed on the surface of the substrate across the channel region under the gate electrode, and made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate;
A contact plug in contact with the source / drain electrode;
Comprising
2. The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain electrode is formed thicker in a region outside the region than the region near the gate electrode.
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に、前記基板の半導体と金属との合金からなる第1のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記第1のソース・ドレイン電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記ソース・ドレイン電極と接続するためのコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの底部に前記基板を構成する半導体と金属との合金からなる第2のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に前記第2のソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a first source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal of the substrate on a surface portion of the substrate across a channel region under the gate electrode;
Forming an interlayer insulating film so as to cover the gate electrode and the first source / drain electrode;
Forming a contact hole for connecting to the source / drain electrode in the interlayer insulating film;
Forming a second source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal constituting the substrate at the bottom of the contact hole;
Forming a contact plug in contact with the second source / drain electrode in the contact hole;
A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising:
前記ゲート電極下のチャネル領域を挟んで前記基板の表面部に、前記基板の半導体と金属との合金からなる第1のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側部に、前記第1のソース・ドレイン電極と一部重なるようにゲート側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート側壁絶縁膜の前記チャネルと反対側の領域下に、前記基板の半導体と金属との合金からなり、前記第1のソース・ドレイン電極よりも前記基板内の深い位置まで第2のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記第1及び第2のソース・ドレイン電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第2のソース・ドレイン電極と接続するためのコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に前記第2のソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a first source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal of the substrate on a surface portion of the substrate across a channel region under the gate electrode;
Forming a gate sidewall insulating film on a side portion of the gate electrode so as to partially overlap the first source / drain electrode;
Below the region opposite to the channel of the gate sidewall insulating film, is made of an alloy of a semiconductor and a metal of the substrate, and the second source / drain is formed deeper in the substrate than the first source / drain electrode. Forming a drain electrode;
Forming an interlayer insulating film so as to cover the gate electrode and the first and second source / drain electrodes;
Forming a contact hole for connecting to the second source / drain electrode in the interlayer insulating film;
Forming a contact plug in contact with the second source / drain electrode in the contact hole;
A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising:
前記ゲート電極の側部にゲート側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記ゲート側壁絶縁膜を挟んで前記基板の表面部に、前記基板の半導体と金属との合金からなる第1のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記第1のソース・ドレイン電極を形成した後に、前記ゲート側壁絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート側壁絶縁膜の除去により露出した前記基板の表面部に、前記基板の半導体と金属との合金からなり、前記第1のソース・ドレイン電極よりも前記基板内の浅い位置まで第2のソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記ゲート電極、前記第1及び第2のソース・ドレイン電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第1のソース・ドレイン電極と接続するためのコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に前記第1のソース・ドレイン電極にコンタクトするコンタクトプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a gate sidewall insulating film on a side of the gate electrode;
Forming a first source / drain electrode made of an alloy of a semiconductor and a metal of the substrate on a surface portion of the substrate across the gate electrode and the gate sidewall insulating film;
Removing the gate sidewall insulating film after forming the first source / drain electrodes;
The surface of the substrate exposed by the removal of the gate sidewall insulating film is made of an alloy of a semiconductor and a metal of the substrate, and the second source reaches a shallower position in the substrate than the first source / drain electrode. A step of forming a drain electrode;
Forming an interlayer insulating film so as to cover the gate electrode and the first and second source / drain electrodes;
Forming a contact hole for connecting to the first source / drain electrode in the interlayer insulating film;
Forming a contact plug in contact with the first source / drain electrode in the contact hole;
A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising:
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