JP3778156B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体基板上に形成された不純物拡散層と配線層との接触抵抗を低減した半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の集積化には、デバイスパターンの微細化を伴う。これに従い、半導体基板上に形成される不純物拡散層とそれに接続される配線層の接触面積も微細化が余儀なくされている。接触面積の微細化は、接触抵抗の増大を招き、デバイスへの負担となる。そこで、新たな接触抵抗を低減化する対策が必要となってきた。
【0003】
一般に、不純物拡散層と配線層との接触抵抗率値ρc 及び接触抵抗値RC は、以下の2式で与えられている。
【0004】
【数1】
ρc ∝exp{4π(εc ・m* 1/2 ・ΦB /((ND 1/2 ・q・h)}
【0005】
【数2】
C = ρc /AC
上記式において、ΦB は配線材料である金属と不純物拡散層を形成する半導体間のショットキー障壁の高さ、ND はキャリア濃度、m* はキャリアの有効質量、εc は半導体の比誘電率、hはプランク定数、AC は接触面積である。
【0006】
上記2式より、接触抵抗値RC を下げる為には、1)接触面積AC を拡げる、2)ショットキー障壁高さΦB を低減する、2)キャリア濃度ND を増大する等の対策が考えられる。
【0007】
接触面積AC は微細化が進む中、むしろ減少する方向にある。また、Si基板へ固溶する不純物濃度に限界があること、加えて微細化に伴う不純物拡散層のシャロー化、プロセスの低温化がさらに不純物の固溶限界を減少させていること等を考慮すると、キャリア濃度ND を増大することもあまり期待できない。
【0008】
ショットキー障壁高さΦB を低減させる方法としては、配線材料にΦB の小さい金属材料を選択することが考えられる。しかし、一般に金属の場合、n型の半導体に対するショットキー障壁の小さい材料は、p型の半導体に対して逆に高いショットキー障壁を有する傾向がある。この性質は、次式で示される金属と半導体の関係に起因するものである。
【0009】
【数3】
Eg ≒ ΦBn + ΦBp
上式において、Egは半導体のバンドギャップ、ΦBnはn型半導体に対するショットキー障壁の値、ΦBpはp型半導体に対するショットキー障壁の値を示す。
【0010】
配線層はSiを含む不純物拡散層と接続されている為、上記式のEgは、Siのバンドギャップ1.12eVにほぼ近い値となる。例えば、配線材料にΦBnが0.2eVと小さい値を示すPtを選択すると、Egは1.05eV、ΦBpは0.85eVとなる。またTiを選択すると、Egは1.10eV、ΦBnは、0.50eV、ΦBpは0.60eVとなる(E.H.Rhoderick, Metal Semiconductor Contacts ,Oxford Press,London, 1980)。
【0011】
多くの場合、デバイス上にはp型、n型どちらの不純物拡散層も存在する。それぞれの導電型に対してΦB を小さい値にしようとすれば、それぞれの導電型で異なる配線材料を選択する必要があった。しかし、工程の効率化の観点から、両方の導電型に対応できるひとつの材料の選択が望まれる。
【0012】
Geのバンドギャップは、0.67eVであり、Siに比較してその値はかなり小さい。よって、配線材料と不純物拡散層の接続面に半導体であるGeを挟むことによって、ΦBn、ΦBpを共に小さくすることができる。即ち、Geの使用は、どちらの導電型に対しても、その接触抵抗を下げることを可能にする。
【0013】
これまでに半導体層と配線層の接触部分にGeを用いたものとしては、不純物拡散層の上にスパッタリングや、CVD法(気相成長法)を用いてGeの単層膜を形成する方法があった。しかし、Si膜上へのGeの単層膜の堆積は、格子定数のミスマッチから、その界面に電流リークの要因となる欠陥部を発生することがある。
【0014】
そこで、Ge単体ではなく、SiGe層としてその組成を段階的、連続的に調整して用いることも検討されている。Si/Geの組成を調整するには、CVD法、スパッタ法を用いても可能ではあるが、イオン注入方法を用いるとより容易に、深さ方向に連続してGe/Si比が変化するSiGe層を形成することができる。
【0015】
イオン注入方法を用いる場合は、不純物拡散Si層に対し、Geイオンを注入して表面層にSiGe層を形成する。マスクを用いて選択的に注入層を形成できること、ドーズ量、イオン加速電圧等を調整することで制御性よくイオン注入深さを調整できることなどのメリットも合わせ持つ。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
Geをイオン注入した不純物拡散Si層の表面には、SiGe層が形成される。配線との接触抵抗を低減しようとすれば接触面におけるGeの濃度をできるだけあげることが望ましい。Siに対するGeの比率をあげる程、バンドギャップが低減し、ΦB 値を小さくできるからである。
【0017】
しかし、イオン注入法で形成されたGeのイオン注入層は、イオン加速電圧やドーズ量の条件の違いで深さ方向の濃度分布は変化するものの、いずれの条件においても表面より深い位置に高濃度ピークを持つガウス型に近い濃度分布を示す。また、条件によっては、不純物拡散層表面でのGe濃度がかなり低くなることもある。
【0018】
本発明の目的は、配線層に接続される不純物拡散層の表面に確実に高濃度Ge層が形成された半導体装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の1観点によれば、Si基板の第1の導電型を有する結晶領域の所定の表層領域に形成された第1の導電型と逆の導電型を有する第1の不純物拡散層と、該結晶領域の他の所定の表層領域に形成された第1の導電型と同じ導電型を有する第2の不純物拡散層と、該第1の不純物拡散層に接続するように形成される第1の配線層と、該第2の不純物拡散層に接続するように形成される第2の配線層とを有する構成において、該第1と第2の配線層に接続される該Si基板の該第1と第2の不純物拡散層はともに表面がエッチングされており、かつ、該第1と第2の不純物拡散層の表層部にはGeが添加されており、Geの濃度分布は該表面においてほぼ最も高く、深さ方向に対して連続的に減少する半導体装置が提供される。
【0020】
【作用】
イオン注入されたGeは、深さ方向にガウス型に近い濃度分布を有するので、適切な位置までエッチングすることで表面により高濃度のGe層を表出することができる。Si結晶領域にGeが注入されている場合は、Ge/Si比率が高い程SiGeのバンドギャップを小さくでき、ΦB も下げることができる。また、エッチングにより接続面の形状を凹型とし、側面部分によって実効的に接触面積を拡げることもできる。これらは、いずれも不純物拡散層と配線層の接触抵抗を低くする。
【0021】
又、不純物のイオン注入前に行うGeイオン注入は、注入領域を非晶質化する。不純物のイオン注入は、この非晶質層に対して行う為、チャネリングが抑制され、不純物拡散層を浅く形成できる。
【0022】
配線層の第1層にGeの単層膜を用いた場合は、さらに不純物拡散層と配線層の接触抵抗を低くすることができる。
【0023】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。始めに第1の実施例について、その形成方法をCMOS半導体装置の、特にnチャンネル部分を取り出して説明する。
【0024】
まず、Bが約3×1015atoms/cm3 添加されたp型の面方位(100)のSi基板1を準備する。図2(A)に示すように、熱酸化により基板表面に約30nm程度のSiO2 膜2を形成した後、Bイオンのイオン注入を行う。この時のイオン注入条件は、SiO2 膜2の層を貫いてイオン注入層3'を形成できる条件、例えばイオン加速電圧30KeV、ドーズ量1.5×1013ions/cm2 の条件を用いる。
【0025】
この後、例えば1150℃、240分の熱処理を行い、イオン注入層を活性化するとともに、注入したBを深く拡散(ドライブイン)させる。この拡散層は、図2(B)に示すp型ウェル3を形成する。尚、SiO2膜2は、p型ウェルと図中に記載されていないn型ウェル形成時のイオン注入マスクとして利用される。
【0026】
次に、最初のSiO2 膜2をエッチングし、基板を再度熱酸化して新たな約15nmのSiO2 膜2aを形成する。SiO2 膜2aの上にCVD法(気相成長法)で140nm程度の厚みのSiNx 膜を形成する。SiNx 膜上全面にレジスト膜を形成し、露光、現像を経てレジストマスク5を形成する。このレジストマスク5をエッチングマスクとしてSiNx 膜をエッチングし、SiNx 膜パターン4を形成する。
【0027】
図2(B)に示すように、SiNx膜パターン4およびレジストマスク5をイオン注入マスクとしてBイオンを注入し、チャンネルストップ領域形成用のイオン注入層6を形成する。例えば、イオン加速電圧100KeV、ドーズ量1.5×1013ions/cm2 の条件を用いる。この後、レジストマスクは除去する。
【0028】
次に、SiNx膜パターン4をマスクとして、熱酸化を行い、図2(C)に示すような厚さ約400nmのフィールド酸化膜7を形成する。この熱酸化工程でイオン注入層6は活性化し、フィールド酸化膜の下に高濃度p型のチャンネルストップ領域8を形成する。この後SiNx 膜パターン4はエッチング除去する。
【0029】
図2(C)に示すように、フィールド酸化膜7をイオン注入マスクとしてBのイオン注入を行い、イオン注入層9を形成する。この時のイオン注入条件は、薄いSiO2 膜2aは通過するが、厚いフィールド酸化膜7を越えることができない条件を選択する。例えば、イオン加速電圧15KeV、ドーズ量1.5×1012ions/cm2 といった条件である。このイオン注入層9は、しきい値電圧制御として機能することとなる。
【0030】
次にゲート電極の形成を行う。基板全面にスパッタリングにより多結晶Si膜とWSi膜の2層膜を例えばそれぞれ150nmづつ積層する。このような多結晶Si膜上に金属シリサイドを形成した2層膜の構成は、ポリサイド構造と呼ばれる。レジスト膜をWSi膜上全面に形成し、露光、現像によりレジストマスクパターンを得る。
【0031】
このレジストマスクをエッチングマスクとして、Cl2 、O2 、Heの混合ガス又は、HBr、SF6 の混合ガスを用いて、ポリサイド層およびSiO2 膜2aをドライエッチングする。不要になったレジストを除去すると、図3(D)で示すゲート電極11が得られる。
【0032】
次に、図3(E)に示すように、フィールド酸化膜7とゲート電極11をイオン注入マスクとしてPイオンをイオン注入し、極浅い領域にイオン注入層12を形成する。例えばこの時のイオン注入条件としては、イオン加速電圧80KeV、ドーズ量4.0×1013ions/cm2 、注入角度45度を用いる。このイオン注入層12は、LDD(Lightly doped drain )領域を形成する。
【0033】
続いて、全面にTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法にて厚み約200nmのSiO2 膜を形成する。RIE(reactive ion etching) を用いて、このSiO2膜をエッチングし、図3(F)に示すようにゲート電極11の側壁のみにSiO2 領域13を形成する。このSiO2 領域13は、一般にサイドスペーサもしくは、サイドウォールオキサイド等と呼ばれている。
【0034】
次にGeをイオン注入する工程について説明する。従来、不純物拡散層と配線層の接触抵抗を低減する目的で形成されたGe層、もしくはSiGe層の形成は、不純物拡散層の形成後に行われていた。本実施例においては、以下に説明するように、不純物拡散層の形成工程である不純物のイオン注入工程前にGeのイオン注入を行う。
【0035】
図4(G)に示すように、フィールド酸化膜7、ゲート電極11さらにその両壁に形成されたサイドスペーサ13をマスクとしてGeイオンのイオン注入を行い、注入層21を形成する。イオン注入条件は、この工程の後に行う不純物のイオン注入によって得られる不純物分布深さよりGeの分布範囲が浅くなるように設定する。例えばイオン加速電圧30〜150KeV、ドーズ量5.0×1013〜5.0×1015ions/cm2 好ましくはイオン加速電圧30〜80KeV、ドーズ量1.0〜5.0×1014ions/cm2 さらに好ましくはイオン加速電圧30KeV、ドーズ量2.0×1014の条件を選択する。
【0036】
続いて、図4(H)に示すように導電性を付与するイオンであるPイオンをイオン注入し、イオン注入層22を形成する。この時のイオン注入条件として、例えばイオン加速電圧20KeV、ドーズ量5.0×1015ions/cm2 、45°のイオン注入条件を用いれば、イオン注入直後において約0.12μmの深さの不純物分布を得る。
【0037】
この後、RTA(rapid thermal annealing )装置を用い、基板をN2 雰囲気で10秒で800〜1000℃まで昇温し、この温度を10秒保持する条件でアニールを行う。イオン注入層22の不純物が活性化されるとともに、注入層が再結晶化され、図4(I)に示す不純物拡散層23が形成される。
【0038】
本実施例で行ったように、不純物のイオン注入前に行うGeのイオン注入は、単に不純物拡散層の表面領域にGeの混入層を形成する為ばかりでなく、次に説明するような不純物拡散層(接合)のシャロー化の効果をもたらす。
【0039】
図6に、不純物拡散層の深さ方向における不純物分布を示す。横軸が深さ、縦軸が導電性を付与する不純物濃度を示す。デバイスが高集積化していく中で、不純物拡散層いわゆる接合のシャロー化が要求されている背景から、不純物分布幅はできるだけ浅いことが望まれている。本実施例に相当する不純物イオン注入前にGeのイオン注入を行った場合の不純物イオン注入直後の不純物濃度分布を実線で示す。Geのイオン注入を行わずに、結晶基板に直接不純物イオンを注入した場合の不純物濃度分布を破線で示す。Geのイオン注入を予め行うことにより、不純物濃度分布幅はかなり浅くなる。
【0040】
不純物イオンを結晶基板に直接イオン注入すると、注入イオンが基板原子と大きな衝突をすることなく基板結晶格子の隙間を通り基板に深く進入するチャネリングが発生する。しかし、不純物イオン注入前に行う原子量16以上のGeのイオン注入は、基板表面を非晶質化することができる。非晶質層には、規則的な結晶格子が存在しない為、この非晶質層にイオン注入される不純物のチャネリングは抑制されることになる。このように、本実施例ではGeイオン注入がPのチャネリングを抑制し、図6で示すような浅い接合を形成しうる。
【0041】
続けて、不純物拡散層形成後の工程について説明する。図4(I)に示すように、常圧CVDを用い、膜厚約100nmのPSG膜(フォスフォシリケートガラス)と、膜厚約600nmのBPSG膜(ボロンフォスフォシリケートガラス)の2層膜を有する層間絶縁膜24を全面に形成する。
【0042】
この後、レジスト膜を層間絶縁膜24上に形成し、露光、現像によりレジストマスクを形成する。このレジストマスクをエッチングマスクとし、エッチングをすることにより、層間絶縁膜24に不純物拡散層と配線層の接続を行う為のコンタクトホールを形成する。レジスト膜は、この時点もしくはこの後に続く不純物拡散層のエッチング工程の後に除去する。
【0043】
さらに、図5(J)に示すように、このコンタクトホールを形成した層間絶縁膜24をマスクとして、露出している不純物拡散層の表面をGeの高濃度領域が表出するようにエッチングする。エッチング条件は、例えば平行平板形のリアクティブイオンエッチング装置を用い、トレンチエッチングが可能な条件、例えばHBrが10〜15sccm、好ましくは12sccm、Cl2 が25〜30sccm、好ましくは27sccmの混合ガスを用い、圧力が100〜150mtorr好ましくは125mtorr、RF出力300〜500W、好ましくは400Wで行う。
【0044】
図7は、不純物拡散層表面のエッチング工程前後における、深さ方向のGeの濃度分布を示したものである。図7(A)は、エッチング直前におけるGeの濃度分布を示す。基板表面よりDcの深さに最も高い濃度Cmax を持つガウス型に近い濃度分布を有する。
【0045】
エッチングする深さは、このGe濃度が最も高くなる深さDcとするのが最も好ましい。エッチング深さのコントロールは、例えばドライエッチングの場合、Geの発光スペクトルをモニターし、最も発光強度の上がったポイントでエッチングを終了すればよい。また、予めGeの不純物分布、エッチング速度を測定して、エッチング時間を管理することでも対処できる。
【0046】
このように不純物拡散層の表面を理想的な深さDcまでエッチングすると、図7(B)に示すように、不純物拡散層の表面にGe濃度の最も高い領域を持ってくることができる。後述するように、このエッチング工程はnチャンネルと同時にpチャンネルについても行うことができる。両チャンネルともに、不純物拡散層の表面にGe濃度の最も高い領域を持ってくることができる。
【0047】
さらに、図5(J)に示すようにエッチングされた不純物拡散層の表面部分は、凹型になっている。この形状により実効的に接触面積を拡げることができ、より接触抵抗を下げることができる。
【0048】
この後、図5(K)に示すように、スパッタリングでTiNもしくは、WSi膜等のいわゆるバリアメタル層31を約50nm程度形成する。続いて、例えばAl−Si−Cu3組成よりなるAl合金層32をスパッタリングで約800nm程度形成する。
【0049】
基板全面にレジスト膜を形成し、露光、現像により電極/配線パターンを有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクをエッチングマスクとして、バリアメタル層31とAl合金層32をエッチングする。不要となったレジストを除去し、図4(L)に示すように所望の配線を形成する。さらに、基板全面にプラズマCVDを用いて、100〜500nm好ましくは150nmの膜厚を有するPSG膜と500〜1500nm好ましくは1000nmの膜厚を有するSiNx 膜からなる連続膜のパッシベーション膜33を形成する。
【0050】
基板全面にレジスト膜を形成し、露光、現像によりボンディングパッド、スクライブライン等に対応する開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクをエッチングマスクとして、パッシベーション膜をエッチングし、配線引出しの為のボンディングパッド等の為の窓開けを行う。尚、図面中この窓開けは省略してある。
【0051】
最後に、水素雰囲気中で400℃、30分程基板をアニールし、各種工程でのダメージにより、ゲート酸化膜中に発生した電荷を中和する。上記実施例では、CMOSトランジスタのnチャネル部分の形成工程のみを説明したが、CMOS作製工程の中では、もちろんpチャネルも形成する。両チャンネルを有するCMOS半導体装置の断面図を図1に示した。Si結晶基板1上のp型ウェル3上に上述したプロセスで形成されたnチャンネル、n型ウェル41上にpチャンネルがそれぞれ形成される。pチャンネルを形成する場合は、nチャンネル領域等の工程に不要な部分をレジストマスクで覆いイオン注入等を行う。導電性付与イオンとしては例えばB、BF2 を選択して注入する。Geのイオン注入、および不純物拡散層のエッチング等の工程は、両チャンネルとも共通なので、同時に行うことができる。
【0052】
次に、第2の実施例の形成方法について説明する。第2の実施例は、不純物拡散層の表面エッチングの工程が第1の実施例と異なるものである。不純物拡散層のアニール工程までは、第1の実施例と共通する。不純物拡散層形成後の工程について図8を参照にして以下に説明する。
【0053】
図8(A)に示すように、第1の実施例と同様な工程を経て、p型ウェル層3、フィールド酸化膜7、チャンネルストップ領域8、ゲート電極11、不純物拡散層23等を形成した基板全面に、SiO2 膜をCVDあるいは、スパッタリングで形成する。さらにレジスト膜を全面に形成し、露光、現像工程を経てレジストマスクを形成する。このレジストマスクをエッチングマスクとしてこのSiO2 膜をドライエッチングする。ウェットエッチングであってもよい。
【0054】
こうして、不純物拡散層以外の部分、特にゲート電極上にSiO2 膜のエッチングマスク51を形成する。尚、エッチングマスクの材料はSiNx 膜等でもよい。
【0055】
次に、図8(B)に示すように、基板全面にCl2、O2、SF6、HBr等の混合ガスを用いてドライエッチングを行う。エッチングマスクによる被覆がされていない不純物拡散層表面全域がエッチングされる。第1の実施例と同様に、Ge濃度がほぼ最も高い深さまでエッチングする。
【0056】
図8(C)に示すように、基板全面に層間絶縁膜24を形成する。エッチングマスク51は、層間絶縁膜と同種の材料である為、特にエッチング除去する必要はない。この後に続く、コンタクトホール、配線層、パッシベーション膜等の形成工程は、第1の実施例と同じ工程条件を用いる。勿論、第1の実施例で層間絶縁膜にコンタクトホールを形成後に行う不純物拡散層のエッチングは、すでに上記工程で行っているので省略される。図9に最終工程を経たCMOS半導体装置のnチャンネル部分の断面図を示した。
【0057】
このように、第2の実施例では、不純物拡散層をエッチングする際、比較的広い領域をエッチングすることになるので、トレンチエッチング条件に限定されず、等方性のエッチング条件を用いることができる。よって、ウェットエッチングを行うことも可能である。
【0058】
尚、図8(B)に示すように、不純物拡散層表面全体をエッチングする場合は、配線層の接続部も平坦なものとなるが、不純物拡散層と配線の接続部分のみが開口しているエッチングマスクを用いれば、第1の実施例と同様に接続部に凹型のエッチング形状を形成でき、接触面積を拡げることもできる。
【0059】
また、上記エッチングは、不純物のイオン注入直後に行うものであってもよい。この場合は、エッチング終了後にイオン注入層のアニールを行うこととする。第3の実施例について説明する。図10にそのCMOS半導体装置のnチャンネル部の断面構造図を示す。バリアメタル層31の下層に、配線層の第1層として、Ge単層膜61を有する。形成方法は、前述した第1の実施例の作成方法に準じるが、バリアメタル形成工程の前に、スパッタリングもしくは、CVDにより数10から数100ÅのGeの単層薄膜を形成する工程がこれに加わる。この実施例においては不純物拡散層と配線層の接続部分に確実にバンドギャプの小さいGeの層を形成できる。
【0060】
第4の実施例について図11を用いて説明する。図11に示すように、図1にすでに示したCMOS半導体装置のnチャンネル部、pチャンネル部の両側には、フィールド酸化膜をはさみ各ウェルと配線層とを接続するいわゆるウェルコンタクトが形成されている(図中αで示す部分)。このウェルコンタクト部分も実施例1に示したソース、ドレイン部分と配線層との接続部分と同様な方法で低抵抗な接続部を形成することができる。
【0061】
例えば、各ウェルの表面層部分に、Geを注入する。この後、各ウェルと同じ導電型の不純物のイオンドーピングを行い、さらにアニール処理を行う。こうしてウェル表面層に周囲のウェル濃度より高濃度の不純物拡散層71を形成する。この後、ウェルの表面部分をエッチングし、表面にGeの高濃度領域を表出させる。配線層は、コンタクトホールを介して高濃度Geの表面層に接続される。
【0062】
ウェルコンタクトの作製は、第1の実施例であるソース、ドレイン部分と並行して行われ、同時に形成できるものは、同時に形成される。よって、イオン注入条件、不純物材料、配線材料等の具体的作製条件は、実施例1の条件と同じものを用いてよい。
【0063】
以上4つの実施例について説明したが、各配線形成工程において、高温スパッタ法を用いたAlのリフローや、CVD法によるW膜の作成等平坦化工程を組み合わせてもよい。尚、本発明は上記した実施例に制限されるものではない。例えば、種々の材料の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、Si基板中の不純物拡散層と配線層の接触面に、Ge/Si比率の高い即ちΦBn、ΦBpを小さくできる。また、その接触面を凹型とし、実効的に接触面積を拡げることができる。これらの効果により不純物拡散層と配線層の接触抵抗を下げることもできる。
【0065】
また、同時にGeのイオン注入層は、不純物イオン注入時におこるチャネリングを抑制し、不純物拡散層の深さを浅くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置を示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図5】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図6】不純物拡散層における不純物の深さ方向の濃度分布を示すグラフである。
【図7】不純物拡散層におけるGeの深さ方向の濃度分布を示すグラフである。
【図8】第2の実施例によるCMOS半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図9】第2の実施例によるCMOS半導体装置を示す断面図である。
【図10】第3の実施例によるCMOS半導体装置を示す断面図である。
【図11】第4の実施例によるCMOS半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・Si基板、2、2a・・・SiO2 膜、3'・・・イオン注入層、3・・・p型ウェル、4・・・SiNx 膜パターン、5・・・レジストマスク、6・・・イオン注入層、7・・・フィールド酸化膜、8・・・チャンネルストップ領域、9・・・イオン注入層、11・・・ゲート電極、12・・・イオン注入層、13・・・サイドスペーサ、21・・・イオン注入層、22・・・イオン注入層、23・・・拡散層、24・・・層間絶縁膜、31・・・バリアメタル、32・・・Al合金、33・・・パッシベーション膜、41・・・n型ウェル、51・・・エッチングマスク、61・・・Ge膜、71・・・不純物拡散層、α・・・ウェルコンタクト。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus in which contact resistance between an impurity diffusion layer formed on a semiconductor substrate and a wiring layer is reduced.
[0002]
[Prior art]
Integration of semiconductor devices is accompanied by miniaturization of device patterns. Accordingly, the contact area between the impurity diffusion layer formed on the semiconductor substrate and the wiring layer connected to the impurity diffusion layer is inevitably reduced. Miniaturization of the contact area leads to an increase in contact resistance and a burden on the device. Therefore, a new measure to reduce the contact resistance has become necessary.
[0003]
Generally, the contact resistivity value ρ between the impurity diffusion layer and the wiring layercAnd contact resistance value RCIs given by the following two equations.
[0004]
[Expression 1]
ρc∝exp {4π (εc・ M*)1/2・ ΦB/ ((ND)1/2・ Q ・ h)}
[0005]
[Expression 2]
RC= Ρc/ AC
In the above formula, ΦBIs the height of the Schottky barrier between the metal which is the wiring material and the semiconductor forming the impurity diffusion layer, NDIs the carrier concentration, m*Is the effective mass of the carrier, εcIs the dielectric constant of the semiconductor, h is Planck's constant, ACIs the contact area.
[0006]
From the above two formulas, contact resistance value RC1) Contact area AC2) Schottky barrier height ΦB2) Carrier concentration NDMeasures such as increasing
[0007]
Contact area ACAs the miniaturization progresses, it tends to decrease. In addition, considering that there is a limit to the concentration of impurities that can be dissolved in the Si substrate, in addition, the shallowness of the impurity diffusion layer that accompanies miniaturization, and the lowering of the process further reduces the solid solution limit of impurities. , Carrier concentration NDI can not expect much to increase.
[0008]
Schottky barrier height ΦBAs a method of reducing theBIt is conceivable to select a metal material having a small size. However, in general, in the case of metal, a material having a small Schottky barrier for an n-type semiconductor tends to have a high Schottky barrier for a p-type semiconductor. This property is attributed to the relationship between the metal and the semiconductor represented by the following formula.
[0009]
[Equation 3]
Eg ≒ ΦBn + ΦBp
Where Eg is the semiconductor bandgap, ΦBnIs the value of Schottky barrier for n-type semiconductor, ΦBpIndicates a Schottky barrier value for a p-type semiconductor.
[0010]
Since the wiring layer is connected to the impurity diffusion layer containing Si, Eg in the above formula is a value that is substantially close to the Si band gap of 1.12 eV. For example, ΦBnIs selected to be as small as 0.2 eV, Eg is 1.05 eV, ΦBpBecomes 0.85 eV. When Ti is selected, Eg is 1.10 eV, ΦBnIs 0.50 eV, ΦBpIs 0.60 eV (E.H.Rhoderick, Metal Semiconductor Contacts, Oxford Press, London, 1980).
[0011]
In many cases, both p-type and n-type impurity diffusion layers exist on the device. Φ for each conductivity typeBIn order to make the value small, it was necessary to select a different wiring material for each conductivity type. However, from the viewpoint of increasing the efficiency of the process, it is desired to select one material that can handle both conductivity types.
[0012]
The band gap of Ge is 0.67 eV, which is considerably smaller than that of Si. Therefore, by sandwiching Ge, which is a semiconductor, on the connection surface between the wiring material and the impurity diffusion layer, ΦBn, ΦBpBoth can be reduced. That is, the use of Ge makes it possible to reduce the contact resistance for either conductivity type.
[0013]
As a method using Ge for the contact portion between the semiconductor layer and the wiring layer so far, there is a method of forming a Ge single layer film on the impurity diffusion layer by sputtering or CVD (vapor phase growth method). there were. However, the deposition of a Ge monolayer on the Si film may generate a defect that causes current leakage at the interface due to a mismatch in lattice constant.
[0014]
Therefore, it has been studied to adjust the composition stepwise and continuously as a SiGe layer instead of Ge alone. Although it is possible to adjust the composition of Si / Ge by using a CVD method or a sputtering method, SiGe in which the Ge / Si ratio changes continuously in the depth direction more easily by using an ion implantation method. A layer can be formed.
[0015]
When the ion implantation method is used, Ge ions are implanted into the impurity diffusion Si layer to form a SiGe layer on the surface layer. There are also advantages such that the implantation layer can be selectively formed using a mask, and the ion implantation depth can be adjusted with good controllability by adjusting the dose, ion acceleration voltage, and the like.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
A SiGe layer is formed on the surface of the impurity diffusion Si layer into which Ge is ion-implanted. In order to reduce the contact resistance with the wiring, it is desirable to increase the Ge concentration on the contact surface as much as possible. As the ratio of Ge to Si increases, the band gap decreases and ΦBThis is because the value can be reduced.
[0017]
However, the Ge ion implantation layer formed by the ion implantation method has a high concentration at a position deeper than the surface under any condition, although the concentration distribution in the depth direction changes depending on the conditions of the ion acceleration voltage and the dose amount. Concentration distribution close to a Gaussian shape with a peak is shown. Further, depending on conditions, the Ge concentration on the surface of the impurity diffusion layer may be considerably low.
[0018]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a high-concentration Ge layer is reliably formed on the surface of an impurity diffusion layer connected to a wiring layer.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a first impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type formed in a predetermined surface region of the crystal region having the first conductivity type of the Si substrate; A second impurity diffusion layer having the same conductivity type as the first conductivity type formed in another predetermined surface layer region of the crystal region, and a first impurity layer formed so as to be connected to the first impurity diffusion layer And a second wiring layer formed so as to be connected to the second impurity diffusion layer, and the Si substrate connected to the first and second wiring layers. The surfaces of both the first and second impurity diffusion layers are etched, and Ge is added to the surface portions of the first and second impurity diffusion layers. A semiconductor device is provided which is the highest and decreases continuously in the depth direction.
[0020]
[Action]
Since ion-implanted Ge has a concentration distribution close to a Gaussian shape in the depth direction, a highly concentrated Ge layer can be exposed on the surface by etching to an appropriate position. When Ge is implanted into the Si crystal region, the higher the Ge / Si ratio, the smaller the band gap of SiGe, and ΦBCan also be lowered. Moreover, the shape of the connection surface can be made concave by etching, and the contact area can be effectively expanded by the side surface portion. These all lower the contact resistance between the impurity diffusion layer and the wiring layer.
[0021]
Further, Ge ion implantation performed before impurity ion implantation makes the implanted region amorphous. Impurity ion implantation is performed on the amorphous layer, so that channeling is suppressed and the impurity diffusion layer can be formed shallow.
[0022]
When a Ge single layer film is used for the first layer of the wiring layer, the contact resistance between the impurity diffusion layer and the wiring layer can be further reduced.
[0023]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the formation method of the first embodiment will be described by taking out, in particular, the n channel portion of the CMOS semiconductor device.
[0024]
First, B is about 3 × 1015atoms / cmThreeThe added p-type plane orientation (100) Si substrate 1 is prepared. As shown in FIG. 2A, about 30 nm of SiO is formed on the substrate surface by thermal oxidation.2After the film 2 is formed, ion implantation of B ions is performed. The ion implantation conditions at this time are SiO2Conditions under which the ion-implanted layer 3 ′ can be formed through the layer of the film 2, for example, an ion acceleration voltage of 30 KeV and a dose of 1.5 × 1013ions / cm2The following conditions are used.
[0025]
Thereafter, for example, heat treatment is performed at 1150 ° C. for 240 minutes to activate the ion-implanted layer and to deeply diffuse (drive-in) the implanted B. This diffusion layer forms the p-type well 3 shown in FIG. In addition, SiO2The film 2 is used as an ion implantation mask when forming a p-type well and an n-type well not shown in the figure.
[0026]
Next, the first SiO2Etch film 2 and thermally oxidize the substrate again to re-apply about 15 nm of SiO2A film 2a is formed. SiO2SiN having a thickness of about 140 nm is formed on the film 2a by CVD (vapor phase growth).xA film is formed. SiNxA resist film is formed on the entire surface of the film, and a resist mask 5 is formed through exposure and development. Using this resist mask 5 as an etching mask, SiNxEtch the film and add SiNxA film pattern 4 is formed.
[0027]
As shown in FIG. 2 (B), SiNxB ions are implanted using the film pattern 4 and the resist mask 5 as an ion implantation mask to form an ion implantation layer 6 for forming a channel stop region. For example, an ion acceleration voltage of 100 KeV and a dose of 1.5 × 1013ions / cm2The following conditions are used. Thereafter, the resist mask is removed.
[0028]
Next, SiNxThermal oxidation is performed using the film pattern 4 as a mask to form a field oxide film 7 having a thickness of about 400 nm as shown in FIG. The ion implantation layer 6 is activated by this thermal oxidation process, and a high concentration p-type channel stop region 8 is formed under the field oxide film. After this SiNxThe film pattern 4 is removed by etching.
[0029]
As shown in FIG. 2C, B ion implantation is performed using the field oxide film 7 as an ion implantation mask to form an ion implantation layer 9. The ion implantation conditions at this time are thin SiO2A condition is selected in which the film 2a passes but cannot exceed the thick field oxide film 7. For example, an ion acceleration voltage of 15 KeV and a dose of 1.5 × 1012ions / cm2This is the condition. This ion implantation layer 9 functions as threshold voltage control.
[0030]
Next, a gate electrode is formed. A two-layer film of a polycrystalline Si film and a WSi film is deposited on the entire surface of the substrate by, for example, 150 nm each by sputtering. Such a two-layer film structure in which metal silicide is formed on a polycrystalline Si film is called a polycide structure. A resist film is formed on the entire surface of the WSi film, and a resist mask pattern is obtained by exposure and development.
[0031]
Using this resist mask as an etching mask, Cl2, O2, He mixed gas or HBr, SF6 Using a mixed gas of polycide layer and SiO2The film 2a is dry etched. When the resist that is no longer needed is removed, the gate electrode 11 shown in FIG. 3D is obtained.
[0032]
Next, as shown in FIG. 3E, P ions are implanted using the field oxide film 7 and the gate electrode 11 as an ion implantation mask to form an ion implantation layer 12 in a very shallow region. For example, the ion implantation conditions at this time include an ion acceleration voltage of 80 KeV and a dose amount of 4.0 × 10.13ions / cm2An injection angle of 45 degrees is used. The ion implantation layer 12 forms an LDD (Lightly doped drain) region.
[0033]
Subsequently, SiO having a thickness of about 200 nm is formed by a CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) on the entire surface.2A film is formed. Using RIE (reactive ion etching), this SiO2The film is etched, and SiO 2 is formed only on the side wall of the gate electrode 11 as shown in FIG.2Region 13 is formed. This SiO2The region 13 is generally called a side spacer or sidewall oxide.
[0034]
Next, the step of ion implanting Ge will be described. Conventionally, the Ge layer or SiGe layer formed for the purpose of reducing the contact resistance between the impurity diffusion layer and the wiring layer has been formed after the formation of the impurity diffusion layer. In this embodiment, as will be described below, Ge ion implantation is performed before an impurity ion implantation step, which is a step of forming an impurity diffusion layer.
[0035]
As shown in FIG. 4G, ion implantation of Ge ions is performed using the field oxide film 7, the gate electrode 11, and the side spacers 13 formed on both walls thereof as a mask to form an implantation layer 21. The ion implantation conditions are set so that the Ge distribution range is shallower than the impurity distribution depth obtained by impurity ion implantation performed after this step. For example, ion acceleration voltage 30 to 150 KeV, dose amount 5.0 × 1013~ 5.0 × 1015ions / cm2Preferably ion acceleration voltage 30-80 KeV, dose amount 1.0-5.0 × 1014ions / cm2More preferably, the ion acceleration voltage is 30 KeV and the dose amount is 2.0 × 10.14Select the conditions.
[0036]
Subsequently, as shown in FIG. 4H, P ions, which are ions that impart conductivity, are ion-implanted to form the ion-implanted layer 22. As ion implantation conditions at this time, for example, an ion acceleration voltage of 20 KeV and a dose of 5.0 × 1015ions / cm2If an ion implantation condition of 45 ° is used, an impurity distribution having a depth of about 0.12 μm is obtained immediately after the ion implantation.
[0037]
Thereafter, an RTA (rapid thermal annealing) apparatus is used and the substrate is made N.2The temperature is raised to 800-1000 ° C. in 10 seconds in an atmosphere, and annealing is performed under the condition that this temperature is maintained for 10 seconds. The impurities in the ion implantation layer 22 are activated, and the implantation layer is recrystallized to form an impurity diffusion layer 23 shown in FIG.
[0038]
As performed in this example, Ge ion implantation before impurity ion implantation is not only for forming a Ge mixed layer in the surface region of the impurity diffusion layer, but also for impurity diffusion as described below. The effect of shallowing the layer (bonding) is brought about.
[0039]
FIG. 6 shows the impurity distribution in the depth direction of the impurity diffusion layer. The horizontal axis represents the depth, and the vertical axis represents the impurity concentration imparting conductivity. As devices are highly integrated, it is desired that the impurity distribution width be as shallow as possible because the impurity diffusion layer, so-called junction shallowing, is required. A solid line indicates the impurity concentration distribution immediately after impurity ion implantation when Ge ion implantation is performed before impurity ion implantation corresponding to this embodiment. An impurity concentration distribution in the case where impurity ions are directly implanted into a crystal substrate without performing Ge ion implantation is indicated by a broken line. By performing Ge ion implantation in advance, the impurity concentration distribution width becomes considerably shallow.
[0040]
When impurity ions are directly ion-implanted into the crystal substrate, channeling occurs in which the implanted ions penetrate deeply into the substrate through the gaps of the substrate crystal lattice without causing major collisions with the substrate atoms. However, the ion implantation of Ge having an atomic weight of 16 or more performed before impurity ion implantation can make the substrate surface amorphous. Since there is no regular crystal lattice in the amorphous layer, channeling of impurities implanted into this amorphous layer is suppressed. Thus, in this embodiment, Ge ion implantation suppresses P channeling, and a shallow junction as shown in FIG. 6 can be formed.
[0041]
Subsequently, a process after the formation of the impurity diffusion layer will be described. As shown in FIG. 4 (I), a two-layer film of a PSG film (phosphosilicate glass) having a film thickness of about 100 nm and a BPSG film (boron phosphosilicate glass) having a film thickness of about 600 nm is formed using atmospheric pressure CVD. An interlayer insulating film 24 is formed on the entire surface.
[0042]
Thereafter, a resist film is formed on the interlayer insulating film 24, and a resist mask is formed by exposure and development. By using this resist mask as an etching mask, etching is performed to form a contact hole in the interlayer insulating film 24 for connecting the impurity diffusion layer and the wiring layer. The resist film is removed at this time or after the subsequent etching step of the impurity diffusion layer.
[0043]
Further, as shown in FIG. 5J, the exposed surface of the impurity diffusion layer is etched so that a high concentration region of Ge is exposed using the interlayer insulating film 24 in which the contact holes are formed as a mask. Etching conditions include, for example, a parallel plate type reactive ion etching apparatus that enables trench etching, for example, HBr of 10 to 15 sccm, preferably 12 sccm, Cl2Is 25 to 30 sccm, preferably 27 sccm, and the pressure is 100 to 150 mtorr, preferably 125 mtorr, and the RF output is 300 to 500 W, preferably 400 W.
[0044]
FIG. 7 shows the concentration distribution of Ge in the depth direction before and after the etching process on the surface of the impurity diffusion layer. FIG. 7A shows the Ge concentration distribution immediately before etching. It has a density distribution close to a Gaussian type having the highest density Cmax at the depth of Dc from the substrate surface.
[0045]
The etching depth is most preferably the depth Dc at which the Ge concentration is the highest. For example, in the case of dry etching, the etching depth can be controlled by monitoring the Ge emission spectrum and ending the etching at the point where the emission intensity is highest. It can also be dealt with by controlling the etching time by measuring the Ge impurity distribution and the etching rate in advance.
[0046]
When the surface of the impurity diffusion layer is etched to an ideal depth Dc in this way, a region having the highest Ge concentration can be brought to the surface of the impurity diffusion layer as shown in FIG. 7B. As will be described later, this etching step can be performed on the n channel and the p channel simultaneously. Both channels can bring the region with the highest Ge concentration to the surface of the impurity diffusion layer.
[0047]
Furthermore, as shown in FIG. 5J, the etched surface portion of the impurity diffusion layer is concave. With this shape, the contact area can be effectively expanded, and the contact resistance can be further reduced.
[0048]
Thereafter, as shown in FIG. 5K, a so-called barrier metal layer 31 such as a TiN or WSi film is formed by sputtering to about 50 nm. Subsequently, an Al alloy layer 32 made of, for example, an Al—Si—Cu 3 composition is formed by sputtering to about 800 nm.
[0049]
A resist film is formed on the entire surface of the substrate, and a resist mask having an electrode / wiring pattern is formed by exposure and development. Using this resist mask as an etching mask, the barrier metal layer 31 and the Al alloy layer 32 are etched. The resist that is no longer needed is removed, and desired wiring is formed as shown in FIG. Further, a PSG film having a film thickness of 100 to 500 nm, preferably 150 nm, and a SiN film having a film thickness of 500 to 1500 nm, preferably 1000 nm, are formed on the entire surface of the substrate using plasma CVD.xA continuous passivation film 33 made of a film is formed.
[0050]
A resist film is formed on the entire surface of the substrate, and a resist mask having openings corresponding to bonding pads, scribe lines and the like is formed by exposure and development. Using this resist mask as an etching mask, the passivation film is etched, and a window for a bonding pad or the like for leading out the wiring is formed. In addition, this window opening is abbreviate | omitted in drawing.
[0051]
Finally, the substrate is annealed at 400 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere, and charges generated in the gate oxide film are neutralized due to damage in various processes. In the above embodiment, only the formation process of the n-channel portion of the CMOS transistor has been described. Of course, the p-channel is also formed in the CMOS manufacturing process. A cross-sectional view of a CMOS semiconductor device having both channels is shown in FIG. An n channel formed by the above-described process and a p channel are formed on the n type well 41 on the p type well 3 on the Si crystal substrate 1, respectively. When a p-channel is formed, a portion unnecessary for the n-channel region or the like is covered with a resist mask, and ion implantation or the like is performed. Examples of conductivity imparting ions include B and BF.2Select and inject. Steps such as Ge ion implantation and impurity diffusion layer etching are common to both channels and can be performed simultaneously.
[0052]
Next, the forming method of the second embodiment will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in the surface etching process of the impurity diffusion layer. The process up to the annealing step of the impurity diffusion layer is common to the first embodiment. A process after the formation of the impurity diffusion layer will be described below with reference to FIG.
[0053]
As shown in FIG. 8A, the p-type well layer 3, the field oxide film 7, the channel stop region 8, the gate electrode 11, the impurity diffusion layer 23, and the like are formed through the same process as in the first embodiment. SiO on the entire surface of the substrate2The film is formed by CVD or sputtering. Further, a resist film is formed on the entire surface, and a resist mask is formed through exposure and development processes. Using this resist mask as an etching mask, this SiO2The film is dry etched. Wet etching may be used.
[0054]
Thus, SiO other than the impurity diffusion layer, particularly on the gate electrode2A film etching mask 51 is formed. The material of the etching mask is SiNxA film or the like may be used.
[0055]
Next, as shown in FIG.2, O2, SF6, Dry etching is performed using a mixed gas such as HBr. The entire surface of the impurity diffusion layer not covered with the etching mask is etched. As in the first embodiment, etching is performed to a depth at which the Ge concentration is almost the highest.
[0056]
As shown in FIG. 8C, an interlayer insulating film 24 is formed on the entire surface of the substrate. Since the etching mask 51 is made of the same material as that of the interlayer insulating film, it is not particularly necessary to remove it by etching. The subsequent process steps for forming contact holes, wiring layers, passivation films, etc. use the same process conditions as in the first embodiment. Of course, the etching of the impurity diffusion layer after the contact hole is formed in the interlayer insulating film in the first embodiment is omitted because it has already been performed in the above process. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the n-channel portion of the CMOS semiconductor device that has undergone the final process.
[0057]
Thus, in the second embodiment, when etching the impurity diffusion layer, a relatively wide region is etched, so that the isotropic etching conditions can be used without being limited to the trench etching conditions. . Therefore, wet etching can also be performed.
[0058]
As shown in FIG. 8B, when the entire surface of the impurity diffusion layer is etched, the connection portion of the wiring layer is flat, but only the connection portion of the impurity diffusion layer and the wiring is opened. If an etching mask is used, a concave etching shape can be formed in the connection portion as in the first embodiment, and the contact area can be expanded.
[0059]
The etching may be performed immediately after impurity ion implantation. In this case, the ion implantation layer is annealed after the etching is completed. A third embodiment will be described. FIG. 10 shows a cross-sectional structure of the n-channel portion of the CMOS semiconductor device. A Ge single layer film 61 is provided as a first layer of the wiring layer below the barrier metal layer 31. The forming method conforms to the method of the first embodiment described above, but before the barrier metal forming step, a step of forming a single-layer thin film of several tens to several hundreds of Ge by sputtering or CVD is added to this. . In this embodiment, a Ge layer having a small band gap can be reliably formed at the connection portion between the impurity diffusion layer and the wiring layer.
[0060]
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, so-called well contacts are formed on both sides of the n channel portion and p channel portion of the CMOS semiconductor device already shown in FIG. (The part indicated by α in the figure). This well contact portion can also form a low resistance connection portion in the same manner as the connection portion between the source / drain portion and the wiring layer shown in the first embodiment.
[0061]
For example, Ge is implanted into the surface layer portion of each well. Thereafter, ion doping of impurities having the same conductivity type as each well is performed, and an annealing process is further performed. Thus, an impurity diffusion layer 71 having a higher concentration than the surrounding well concentration is formed in the well surface layer. Thereafter, the surface portion of the well is etched to expose a high concentration region of Ge on the surface. The wiring layer is connected to the surface layer of high concentration Ge through a contact hole.
[0062]
The well contact is manufactured in parallel with the source and drain portions of the first embodiment, and those that can be formed simultaneously are formed simultaneously. Therefore, specific manufacturing conditions such as ion implantation conditions, impurity materials, and wiring materials may be the same as those in the first embodiment.
[0063]
Although the four embodiments have been described above, each wiring forming process may be combined with a flattening process such as Al reflow using a high-temperature sputtering method or a W film creation using a CVD method. In addition, this invention is not restrict | limited to an above-described Example. It will be apparent to those skilled in the art that various materials can be changed, improved, combined, and the like.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, the contact surface between the impurity diffusion layer and the wiring layer in the Si substrate has a high Ge / Si ratio, that is, Φ.Bn, ΦBpCan be reduced. Moreover, the contact surface can be concave, and the contact area can be effectively expanded. These effects can also reduce the contact resistance between the impurity diffusion layer and the wiring layer.
[0065]
At the same time, the Ge ion implantation layer can suppress channeling that occurs during impurity ion implantation and can reduce the depth of the impurity diffusion layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a CMOS semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the CMOS semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process for manufacturing a CMOS semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a CMOS semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the CMOS semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a concentration distribution of impurities in a depth direction in an impurity diffusion layer.
FIG. 7 is a graph showing the concentration distribution of Ge in the depth direction in the impurity diffusion layer.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a CMOS semiconductor device according to a second embodiment.
FIG. 9 is a sectional view showing a CMOS semiconductor device according to a second embodiment.
FIG. 10 is a sectional view showing a CMOS semiconductor device according to a third embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a CMOS semiconductor device according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Si substrate, 2, 2a ... SiO2Membrane, 3 '... ion implantation layer, 3 ... p-type well, 4 ... SiNxFilm pattern, 5 ... resist mask, 6 ... ion implantation layer, 7 ... field oxide film, 8 ... channel stop region, 9 ... ion implantation layer, 11 ... gate electrode, 12 ... Ion implantation layer, 13 ... Side spacer, 21 ... Ion implantation layer, 22 ... Ion implantation layer, 23 ... Diffusion layer, 24 ... Interlayer insulating film, 31 ... Barrier Metal, 32 ... Al alloy, 33 ... passivation film, 41 ... n-type well, 51 ... etching mask, 61 ... Ge film, 71 ... impurity diffusion layer, α ... Well contact.

Claims (3)

Si基板の第1の導電型を有する結晶領域の所定の表層領域に形成された第1の導電型と逆の導電型を有する第1の不純物拡散層と、該結晶領域の他の所定の表層領域に形成された第1の導電型と同じ導電型を有する第2の不純物拡散層と、該第1の不純物拡散層に接続するように形成される第1の配線層と、該第2の不純物拡散層に接続するように形成される第2の配線層とを有する構成において、
該第1と第2の配線層に接続される該Si基板の該第1と第2の不純物拡散層はともに表面がエッチングされており、かつ、該第1と第2の不純物拡散層の表層部にはGeが添加されており、Geの濃度分布は該表面においてほぼ最も高く、深さ方向に対して連続的に減少する半導体装置。
A first impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type formed in a predetermined surface region of the crystal region having the first conductivity type of the Si substrate, and another predetermined surface layer of the crystal region; A second impurity diffusion layer having the same conductivity type as the first conductivity type formed in the region; a first wiring layer formed so as to be connected to the first impurity diffusion layer; In a configuration having a second wiring layer formed so as to be connected to the impurity diffusion layer,
The surfaces of the first and second impurity diffusion layers of the Si substrate connected to the first and second wiring layers are both etched, and the surface layers of the first and second impurity diffusion layers A semiconductor device in which Ge is added to the portion, the Ge concentration distribution is almost highest on the surface, and continuously decreases in the depth direction.
該第1および第2の配線層が接続される該第1および第2の不純物拡散層の表面が凹型にエッチングされた請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein surfaces of the first and second impurity diffusion layers to which the first and second wiring layers are connected are etched in a concave shape. 該第1および第2の配線層の該第1および第2の不純物拡散層に接続する側の第1層が、Ge単層膜である請求項1もしくは2に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer on the side connected to the first and second impurity diffusion layers of the first and second wiring layers is a Ge single layer film.
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