JP3914114B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置およびその製造方法に係わり、特にシリサイド膜を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
MOSトランジスタの高性能化に伴い、寄生抵抗成分の削減にゲート電極のシリサイド化が一般的に用いられるようになってきている。SRAMセルのように非常に高い集積度が必要な集積回路の場合、NMOSのゲートとPMOSのゲートとを一つのSiゲートパターンとし、このSiゲートパターン内のN+拡散層とP+拡散層との接合部分をシリサイドでショートする構造を取る場合がある。
【0003】
このように同一のSiゲートパターン内にN+拡散層とP+拡散層とを形成する場合、通常レジストマスクによるSiゲートパターン形成と、N型不純物及びP型不純物のイオン注入とを行う。このとき、レジストマスクの合わせ位置関係により、N+拡散層とP+拡散層とが重なり、N型不純物とP型不純物とが混在する混在領域がSiゲートパターン内に形成されることがある。混在領域の表面上に形成される自然酸化膜の厚さは、N+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜の厚さや、P+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜の厚さと異なる。
【0004】
また、P+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜は、P+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜よりも除去し難いことが知られている。具体的には、P+拡散層の表面上に形成された自然酸化膜、あるいは酸化膜はホール濃度が高くなるために、完全に除去することは難しい。
【0005】
参考文献:Sato et al. “Study of HF-Treated Heavily-Doped Si Surface Using Contact Angle Measurements” Jpn. J. Appl. Phys. Vol.33(1994), pp.6508-6513.
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
Siゲートパターンの表面上にシリサイド膜を形成する場合、前処理としてSiゲートパターンの表面から、自然酸化膜を除去する工程がある。しかし、Siゲートパターンの表面上に形成された自然酸化膜に、膜厚のばらつきや、除去のし難さ等のばらつきがあると、前処理では除去しきれず、Siゲートパターン上に、自然酸化膜が残ってしまうことがある。残ってしまった自然酸化膜は、Siとメタルとのシリサイデーション反応を妨げる。この結果、Siゲートパターン中の自然酸化膜の残存領域において抵抗が増加したり、オープン不良を引き起こしたりすることがある。以下、これらの典型例を説明する。
【0007】
図33A〜図33Eは、従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図で、特にSiゲートパターン内に混在領域が形成された場合の事情を示している。
【0008】
まず、図33Aに示すように、Siゲートパターン101内には、P+拡散層104、N+拡散層105、N+/P+混在領域107が形成されている。また、Siゲートパターン101の表面上には自然酸化膜110が形成されるが、特に混在領域107の表面上の膜厚t107は、P+拡散層104の表面上における膜厚t104や、N+拡散層105の表面上における膜厚t105と異なる。特に膜厚t107は膜厚t104よりも厚く、また、膜厚t105よりも厚い。
【0009】
次に、図33Bに示すように、フッ酸等によるウェットエッチングを用いて、自然酸化膜110をエッチングする。このとき、自然酸化膜110が、混在領域107の表面上に残ったとする。
【0010】
次に、図33Cに示すように、自然酸化膜110が残った状態のSiゲートパターン101上に、メタル膜111を形成する。
【0011】
次に、図33Dに示すように、熱処理し、Siゲートパターン101とメタル膜111とを反応させ、シリサイド膜109を形成する。このとき、自然酸化膜110上では反応が起きにくいため、自然酸化膜110上にはシリサイド膜109がほとんど形成されない。
【0012】
次に、図33Eに示すように、メタル膜111のうち未反応部分を除去する。これにより、表面がシリサイド化されたSiゲートパターン101が得られる。
【0013】
しかしながら、混在領域107の表面上にはシリサイド膜109がほとんど形成されないため、シリサイド膜109がP+拡散層104とN+拡散層105との境界領域106において分断される。この結果、P+拡散層104とN+拡散層105との接合部分をシリサイド膜109でショートさせることができなくなる。これは、例えば、オープン不良の原因となる。
【0014】
図34A〜図34Eは、別の従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図で、特にP+拡散層の表面上に自然酸化膜が残った場合の事情を示している。
【0015】
まず、図34Aに示すように、Siゲートパターン101内には、P+拡散層104、及びN+拡散層105が形成され、その表面上には自然酸化膜110が形成されている。
【0016】
次に、図34Bに示すように、フッ酸等によるウェットエッチングを用いて、自然酸化膜110をエッチングする。このとき、自然酸化膜110が、P+拡散層104の表面上に残ったとする。
【0017】
次に、図34Cに示すように、自然酸化膜110が残った状態のSiゲートパターン101上に、メタル膜111を形成する。
【0018】
次に、図34Dに示すように、熱処理し、Siゲートパターン101とメタル膜111とを反応させ、シリサイド膜109を形成する。このとき、図33Dを参照して説明したように、自然酸化膜110上にはシリサイド膜109がほとんど形成されない。
【0019】
次に、図34Eに示すように、メタル膜111のうち未反応部分を除去する。これにより、表面がシリサイド化されたSiゲートパターン101が得られる。
【0020】
しかし、自然酸化膜110上にはシリサイド膜109がほとんど形成されないため、シリサイド膜109がP+拡散層104上で分断される。この結果、P+拡散層104のうち、自然酸化膜110の残存領域上で、抵抗が増加する。
【0021】
これらのような自然酸化膜110がSiゲートパターン101上に残ることに起因した事情は、例えば、図33Bや図34Bに示した工程において、自然酸化膜110のエッチング量を多くすれば解消することが可能である。しかし、自然酸化膜110のエッチング量を多くする、ということは、集積回路のある個所、例えば素子分離領域等に過剰なエッチングが生じることになる。過剰なエッチングに起因して引き起こされる典型的な事情の一例を、次に説明する。
【0022】
図35〜図39は、従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図で、特にサリサイドプロセスを示している。
【0023】
まず、図35に示すように、N型ウェル領域121の表面領域には、素子分離領域122が形成され、素子領域123を区画している。素子領域123内には、MOSFETのソース/ドレインとして機能するP+拡散層124、P-拡散層125が形成されている。P-拡散層125は、LDD(Lightly Doped Drain)構造のMOSFETにおいて、LDDあるいはエクステンションと呼ばれる領域である。P-拡散層125間のチャネル領域上にはゲート絶縁膜126が形成され、ゲート絶縁膜126上にはゲート電極127が形成されている。ゲート電極127はP型不純物がドープされたシリコンであり、例えば、図33A、図34Aに示したSiゲートパターン1のP+拡散層104に相当する。ゲート電極127の側壁上及びP-拡散層125上には側壁絶縁膜128が形成されている。側壁絶縁膜128はシリコン酸化膜である。P+拡散層124の表面上及びゲート電極127の表面上には、自然酸化膜110が形成されている。
【0024】
次に、図36に示すように、フッ酸等によるウェットエッチングを用いて、自然酸化膜110をエッチングする。このエッチングにおいて、自然酸化膜110を、例えば、ゲート電極127の表面上やP+拡散層124の表面上から完全に除去するために、自然酸化膜110のエッチング量を多くしたとする。このとき、過剰なエッチングが素子分離領域122や側壁絶縁膜128に生じ、それらの膜厚が減少する。特に素子分離領域122の膜厚の減少が激しいと、参照符号130に示すように、P+拡散層124とN型ウェル領域121との接合を超え、N型ウェル領域121が露出することがある。
【0025】
次に、図37に示すように、N型ウェル領域121が露出した状態の構造上に、メタル膜111を形成する。
【0026】
次に、図38に示すように、熱処理し、ゲート電極127や素子領域123のSiとメタル膜111とを反応させ、シリサイド膜109を形成する。
【0027】
次に、図39に示すように、メタル膜111のうち未反応部分を除去する。これにより、ゲート電極127の表面及びP+拡散層124の表面がシリサイド化される。
【0028】
しかし、素子分離領域122の膜厚が減少し、N型ウェル領域121が露出していたため、シリサイド膜109が、P+拡散層124とN型ウェル121とに跨って形成されてしまう。この結果、参照符号131に示すように、P+拡散層124とN型ウェル121とがシリサイド膜109を介してショートする。そして、P+拡散層124とN型ウェル121との間の接合リークの増大、あるいはMOSFETが動作しなくなる、といった事情が引き起こされる。
【0029】
この発明は、上記の事情に鑑み為されたもので、その主要な目的は、シリサイド膜を形成し易い半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第1態様に係る半導体装置は、ゲルマニウムが低濃度に含有されたゲルマニウム低濃度領域とゲルマニウムが高濃度に含有されたゲルマニウム高濃度領域とを有する、シリコン及びゲルマニウムを含む半導体領域と、前記半導体領域内に形成されたP型拡散層と、前記半導体領域内に形成され、前記P型拡散層との境界領域を、前記ゲルマニウムが高濃度な領域に存在させたN型拡散層と、前記N型拡散層上から前記境界領域上及び前記P型拡散層上にかけて形成されたシリサイド膜とを具備することを特徴とする。
【0031】
また、この発明の第2態様に係る半導体装置の製造方法は、少なくともシリコンを含む半導体領域内に、ゲルマニウムを低濃度に含有したゲルマニウム低濃度領域とゲルマニウムを高濃度に含有したゲルマニウム高濃度領域とを形成する工程と、前記半導体領域内に、P型拡散層及びN型拡散層を、これら拡散層の境界領域を、前記ゲルマニウム高濃度領域に存在させて形成する工程と、前記N型拡散層上から前記境界領域上及び前記P型拡散層上にかけて、シリサイド膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【0034】
(第1実施形態)
図1Aは、この発明の第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【0035】
図1Aに示すように、半導体領域、例えば、半導体膜1にはシリコン(Si)及びゲルマニウム(Ge)が含まれている。半導体膜1の一例は、MOSFETのゲートパターンである。本実施形態の半導体膜1には、ゲルマニウムが低濃度に含有されたGe低濃度領域2と、ゲルマニウムが高濃度に含有されたGe高濃度領域3とが形成されている。
【0036】
さらに半導体膜1内には、P+拡散層4とN+拡散層5とが形成されている。P+拡散層4とN+拡散層5との境界領域6は、Ge高濃度領域3内に形成されている。
【0037】
本実施形態の境界領域6は、N型不純物とP型不純物とを含む混在領域(N+/P+)7を含む。P+拡散層4は、Ge高濃度領域3内に形成されている。また、Ge低濃度領域2とGe高濃度領域3との境界8はN+拡散層5内に形成されている。N+拡散層5上、境界領域6上、及びP+拡散層4上には、これらの上それぞれにかけて連続してシリサイド膜9が形成されている。また、シリサイド膜9は、P+拡散層4上においても分断されていない。
【0038】
次に、第1実施形態に係る半導体装置の一製造方法例を説明する。
【0039】
図2〜図13は、それぞれ第1実施形態に係る半導体装置を一製造方法例に従って示す断面図である。
【0040】
まず、図2に示すように、少なくともシリコンを含む半導体膜1を形成する。本例では、半導体膜1はゲートパターンであり、半導体膜1はゲート絶縁膜(図示せず)上に形成される。半導体膜1の膜厚は任意である。敢えて一例を挙げるならば、半導体膜1がゲートパターンであり、かつトランジスタのゲート長が100nmの世代においては、100nmから200nmである。
【0041】
さらに、本例の半導体膜1にはシリコンの他、ゲルマニウム(Ge)が含まれ、多結晶SiGeとなっている。半導体膜1の表面上には、自然酸化膜10が形成されている。
【0042】
次に、図3に示すように、自然酸化膜10が形成された半導体膜1上に、耐酸化性膜30を形成する。耐酸化性膜30の材料の一例は、窒化シリコンである。耐酸化性膜30の膜厚は、半導体膜1の酸化を抑制できる膜厚であれば良く、一例を挙げるならば、10nmから50nm程度である。10nmから50nm程度の膜厚であれば、後の工程において耐酸化性膜30も剥離しやすい。
【0043】
次に、図4に示すように、耐酸化性膜30を、例えば、レジストマスクと反応性イオンエッチング(RIE)とを用いてパターニングし、半導体膜1のうち、P+拡散層形成予定領域に対応する部分の表面を露出させる。このとき、耐酸化性膜30の端部31は、N+拡散層形成予定領域内に配置されるようにする。耐酸化性膜30の端部31は、後に、Ge低濃度領域とGe高濃度領域との境界を規定する。
【0044】
次に、図5に示すように、耐酸化性膜30をマスクに用いて、半導体膜1の表面を酸化し、シリコン酸化膜32を形成する。シリコン酸化膜32が形成されることで、半導体膜1のうち、P+拡散層形成予定領域の膜厚t1Pは、N+拡散層形成予定領域の膜厚t1Nよりも薄くなる。このとき、ゲルマニウムがシリコン酸化膜32中に取り込まれ難い性質が利用され、薄くなった半導体膜1においてGe濃度が増加する。これにより、半導体膜1には、Geが低濃度な領域2とGeが高濃度な領域3とが形成される。
【0045】
次に、図6に示すように、耐酸化性膜30及びシリコン酸化膜32を、半導体膜1から除去する。このとき、同図に示すように自然酸化膜10も一旦除去される。しかし、後の工程において半導体膜1の表面が酸素に触れると、半導体膜1の表面には自然酸化膜10が再度形成される。
【0046】
次に、図7に示すように、半導体膜1を、例えば、ゲートパターンにパターニングした後、パターニングされた半導体膜1上に、P型不純物イオン注入用のレジストマスク33を形成する。次いで、レジストマスク33をマスクに用いてP型不純物イオン34、例えば、ボロンを含む不純物イオンを半導体膜1に注入する。このとき、レジストマスク33の端部35は、Ge高濃度領域3内に配置されるようにする。
【0047】
次に、図8に示すように、レジストマスク33を除去した後、半導体膜1上に、N型不純物イオン注入用のレジストマスク36を形成する。次いで、レジストマスク36をマスクに用いてN型不純物イオン37、例えば、リンあるいはヒ素を含む不純物イオンを半導体膜1に注入する。このとき、レジストマスク36の端部38は、レジストマスク33の端部35と同様に、Ge高濃度領域3内に配置されるようにする。
【0048】
次に、図9に示すように、例えば、熱処理し、半導体膜1内に注入されたP型不純物及びN型不純物を活性化させる。これにより、半導体膜1のうち、Ge高濃度領域3内にP+拡散層4及び混在領域7がそれぞれ形成され、Ge低濃度領域2にN+拡散層5が形成される。
【0049】
次に、図10に示すように、例えば、フッ酸(例えば希フッ酸)、あるいはフッ酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングを用いて、自然酸化膜110をエッチングする。この工程は、シリサイド形成用のメタル膜を形成するための前処理である。このとき、同図に示すように、混在領域7はGe高濃度領域3内に形成されているので、例えば、図33A〜図33Eを参照して説明したプロセスに比べ、混在領域7の表面上に形成された自然酸化膜10は除去し易い。また、P+拡散層4についても、混在領域7と同様にGe高濃度領域3内に形成されているので、例えば、図34A〜図34Eを参照して説明したプロセスに比べ、P+拡散層4の表面上に形成された自然酸化膜10を除去し易い。自然酸化膜10が除去し易くなる理由としては、自然酸化膜10がゲルマニウムを含むシリコン上に形成されているために、自然酸化膜10の膜厚がゲルマニウムを含まないシリコン上に形成された場合に比べて薄くなること、あるいはフッ酸に対するエッチングレートが速くなることが挙げられる。また、自然酸化膜10の膜厚が薄くなる現象及びフッ酸に対するエッチングレートが速くなる現象はともに、ゲルマニウムの濃度が高まるに連れて高まる。つまり、自然酸化膜10の膜厚は、Ge低濃度領域2の表面上よりもGe高濃度領域3の表面上のほうが薄くなり、また、自然酸化膜10のフッ酸に対するエッチングレートはGe低濃度領域2の表面上よりもGe高濃度領域3の表面上のほうが速くなる。従って、P+拡散層4の表面上及び混在領域7の表面上に形成された自然酸化膜10の除去のし易さは、N+拡散層5の表面上に形成された自然酸化膜10と、ほぼ同等にまで改善することが可能である。
【0050】
次に、図11に示すように、自然酸化膜10が除去された半導体膜1上に、シリサイド膜を形成するためのメタル膜11を形成する。メタルは、シリコンと反応し、シリサイドを作るメタルであれば良く、その材料の例としては、チタン(Ti)、コバルト(Co)、タングステン(W)、プラチナ(Pt)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)等を挙げることができる。
【0051】
次に、図12に示すように、例えば、熱処理し、半導体膜1とメタル膜11とを反応させ、シリサイド膜9を形成する。このとき、本実施形態では、自然酸化膜10が混在領域7の表面上やP+拡散層4の表面上から除去されるので、シリサイド膜9は、N+拡散層5上、混在領域7上、及びP+拡散層4上それぞれにかけて連続して形成される。また、シリサイド膜9は、P+拡散層4上においても分断されない。
【0052】
次に、図13に示すように、メタル膜11のうち未反応部分を除去する。これにより、表面がシリサイド化された半導体膜1が得られる。
【0053】
上記第1実施形態に係る半導体装置によれば、P+拡散層4とN+拡散層5との境界領域6がGe高濃度領域3に存在する。このため、境界領域6が混在領域7を含む場合であっても、混在領域7の表面上に形成される自然酸化膜10を、例えば、図33A〜図33Eに示した装置に比較して、除去し易くなる。このため、シリサイド膜9を半導体膜1上により均一に形成することが可能となり、P+拡散層4とN+拡散層5との接合部分をシリサイド膜9で、より確実にショートさせることが可能となる。この結果、例えば、オープン不良が発生する確率を、より低くすることが可能となる。
【0054】
また、P+拡散層4はGe高濃度領域3内に存在する。このため、P+拡散層4の表面上に形成される自然酸化膜を、例えば、図34A〜図34Eに示した装置に比較して、除去し易くなる。このため、シリサイド膜109がP+拡散層4上で分断される確率を、より低くすることができる。この結果、例えば、P+拡散層4上における抵抗の増加を抑制することが可能となる。
【0055】
また、混在領域7の表面上に形成された自然酸化膜10及びP+拡散層4の表面上に形成された自然酸化膜10を、それぞれ除去し易くなる。それぞれの除去のし易さは、例えばN+拡散層5の表面上に形成された自然酸化膜10と、ほぼ同等まで改善することが可能である。このため、自然酸化膜10において、除去のし易さのばらつきが小さくなり、例えば、自然酸化膜10のエッチング量を多くせずに済む。この結果、過剰なエッチングに起因して引き起こされる事情、例えば、図35〜図39を参照して説明したような接合リークの増大、あるいは絶縁ゲート型電界効果トランジスタが動作しなくなる、といった事情も改善することが可能となる。
【0056】
また、そのような半導体装置であれば、製造歩留まりも向上させ易く、また、素子間の特性のばらつきも軽減される。
【0057】
また、P+拡散層4中のゲルマニウムの濃度を、N+拡散層5中のゲルマニウムの濃度よりも高くすることには、さらに、別の利点がある。
【0058】
例えば、ゲート電極中にN+拡散層5が形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下便宜上NMOSと略す)では、ゲート電極中のゲルマニウムの濃度が約30mol.%であるとき、N+拡散層5中に含まれるN型不純物の活性化率が最大になる。
【0059】
一方、ゲート電極中にP+拡散層4が形成されるPチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下便宜上PMOSと略す)では、ゲート電極中のゲルマニウムの濃度が高いほど、P+拡散層4中に含まれるP型不純物の活性化率が高まる。
【0060】
つまり、第1実施形態に係る半導体装置において、NMOSが形成される領域にある半導体膜1のゲルマニウムの濃度を、N+拡散層5に含まれるN型不純物の活性化率が最大となる濃度に設定する。そして、PMOSが形成される領域にある半導体膜1のゲルマニウムの濃度を、上記活性化率が最大となる濃度を超えるようにする。上記活性化率が最大となる濃度の一例は、上述の通り30%である。
【0061】
このようにすることにより、ゲート電極中に形成された拡散層に含まれるN型不純物の活性化率、及びP型不純物の活性化率の双方を高くすることができる。これら不純物の活性化率が高くなると、ゲート電極中に生じる空乏層が薄くなり、空乏層の厚みに、ゲート電極下に形成されたゲート絶縁膜の厚みを加算したゲート絶縁膜の“見かけ上の厚さ”を薄くすることができる。ゲート絶縁膜の“見かけ上の厚さ”が薄なると、例えば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいて、オン−オフ特性が向上する等の利点を得ることができ、素子特性の最適化に有効である。
【0062】
図1Bはこの発明の第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す断面図、図1Cはこの発明の第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
【0063】
上記第1実施形態では、境界領域6が混在領域7を含むとした。しかし、境界領域6には、混在領域7が含まれていなくても良い。
【0064】
例えば、図1Bに示すように、境界領域6にはP+拡散層4とN+拡散層5とが接触する接触領域7’が含まれていても良い。
【0065】
また、例えば図1Cに示すように、境界領域6にはP型不純物及びN型不純物を含まないアンドープ領域7’’が含まれていても良い。
【0066】
(第2実施形態)
本第2実施形態は、上記第1実施形態をCMOS型の半導体装置に適用した場合の一例に関する。
【0067】
図14Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図14Bは図14A中の14B−14B線に沿う断面図、図14Cは図14A中の14C−14C線に沿う断面図、図14Dは図14A中の14D−14D線に沿う断面図である。
【0068】
以下、第2実施形態に係る半導体装置を、一製造方法例に従って説明する。
【0069】
図15A〜図15D、…、図28A〜図28Dは、それぞれ第1実施形態に係る半導体装置を一製造方法例に従って示す平面図又は断面図である。
【0070】
まず、図15A〜図15Dに示すように、基板19に、第1のトランジスタが形成されるP型半導体領域20、及び第2のトランジスタが形成されるN型半導体領域21を形成する。本例では、基板19は、半導体基板、例えばP型あるいはN型のシリコン基板である。また、P型半導体領域20はP型ウェル、N型半導体領域21はN型ウェルである。次いで、P型ウェル及びN型ウェルの表面領域内に素子分離領域22を形成し、P型ウェル及びN型ウェルそれぞれに素子領域23を区画する。素子分離領域22の材料の一例は、二酸化シリコンである。
【0071】
次に、図16A〜図16Dに示すように、素子領域23の表面を酸化し、ゲート絶縁膜26を形成する。次いで、素子分離領域22及びゲート絶縁膜26上に、半導体膜1を形成する。本例の半導体膜1には、第1実施形態と同様にシリコンとゲルマニウムが含まれている。
【0072】
次に、図17A〜図17Dに示すように、半導体膜1上に、耐酸化性膜30を形成する。耐酸化性膜30の材料の一例は、第1実施形態と同様に窒化シリコンである。
【0073】
次に、図18A〜図18Dに示すように、耐酸化性膜30をパターニングし、半導体膜1のうち、P+拡散層形成予定領域に対応する部分の表面を露出させる。このとき、耐酸化性膜30の端部31は、第1実施形態と同様にN+拡散層形成予定領域内に配置する。
【0074】
次に、図19A〜図19Dに示すように、耐酸化性膜30をマスクに用いて、半導体膜1の表面を酸化し、シリコン酸化膜32を形成する。これにより、第1実施形態と同様に半導体膜1には、Geが低濃度な領域2とGeが高濃度な領域3とが形成される。
【0075】
次に、図20A〜図20Dに示すように、耐酸化性膜30及びシリコン酸化膜32を、半導体膜1から除去する。
【0076】
次に、図21A〜図21Dに示すように、半導体膜1を、ゲート電極27のパターンにパターニングする。次いで、ゲート電極27、素子分離領域22及び図示せぬレジストマスクをマスクに用いてN型半導体領域21にエクステンション形成用のP型不純物を、またP型半導体領域20にエクステンション形成用のN型不純物をそれぞれ注入する。
【0077】
次に、図22A〜図22Dに示すように、図21A〜図21Dに示した構造上に絶縁物、例えば、二酸化シリコンを堆積し、絶縁膜を形成する。次いで、絶縁膜を異方性エッチングし、ゲート電極27の側壁上に側壁絶縁膜28を形成する。
【0078】
次に、図23A〜図23Dに示すように、ゲート電極27のうち、P型半導体領域20上方に位置する部分上、側壁絶縁膜28上、P型半導体領域20上及び素子分離領域22上にレジストマスク33を形成する。次いで、レジストマスク33をマスクに用いてP型不純物イオン34をゲート電極27及びN型半導体領域21に注入する。このとき、レジストマスク33の端部35は、第1実施形態と同様にGe高濃度領域3内に配置する。
【0079】
次に、図24A〜図24Dに示すように、レジストマスク33を除去した後、ゲート電極27のうち、N型半導体領域21上方に位置する部分上、側壁絶縁膜28上、N型半導体領域21上及び素子分離領域22上にレジストマスク36を形成する。次いで、レジストマスク36をマスクに用いてN型不純物イオン37をゲート電極27及びP型半導体領域20に注入する。このとき、レジストマスク36の端部38は、第1実施形態と同様にGe高濃度領域3内に配置されるようにする。
【0080】
次に、図25A〜図25Dに示すように、例えば、熱処理し、P型半導体領域20、N型半導体領域21及びゲート電極27内に注入されたP型不純物及びN型不純物を活性化させる。これにより、ゲート電極27のうち、Ge高濃度領域3内にP+拡散層4及び混在領域7がそれぞれ形成され、Ge低濃度領域2にN+拡散層5が形成される。また、P型半導体領域20内には、NMOSのソース/ドレインとして機能するN+拡散層24N、NMOSのソースエクステンション/ドレインエクステンションとして機能するN-拡散層25Nが形成される。また、N型半導体領域21内には、PMOSのソース/ドレインとして機能するP+拡散層24P、PMOSのソースエクステンション/ドレインエクステンションとして機能するP-拡散層25Pが形成される。なお、図25A〜図25Dにはゲート電極7の表面上、N+拡散層24Nの表面上、及びP+拡散層24Pの表面上に形成された自然酸化膜10を示しておく。
【0081】
次に、図26A〜図26Dに示すように、例えば、フッ酸(例えば希フッ酸)、あるいはフッ酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングを用いて、自然酸化膜10をエッチングする。この工程は、シリサイド形成用のメタル膜を形成するための前処理である。このとき、同図に示すように、混在領域7はGe高濃度領域3内に形成されているので、第1実施形態と同様に混在領域7の表面上に形成された自然酸化膜10は除去し易い。また、P+拡散層4についても、Ge高濃度領域3内に形成されているので、第1実施形態と同様にP+拡散層4の表面上に形成された自然酸化膜10も除去し易い。さらに、自然酸化膜10が除去し易いことから、図35〜図39を参照して説明したプロセスのように、自然酸化膜10のエッチング量を多くせずに済む。従って、図35〜図39を参照して説明したプロセスに比べ、素子分離領域22や側壁絶縁膜28の膜厚の減少を抑制することが可能である。
【0082】
次に、図27A〜図27Dに示すように、自然酸化膜10が除去されたゲート電極27上、側壁絶縁膜28上、自然酸化膜10が除去されたP型半導体領域20上、自然酸化膜が除去されたN型半導体領域21上、及び素子分離領域22上に、メタル膜11を形成する。
【0083】
次に、図28A〜図28Dに示すように、例えば、熱処理し、ゲート電極27とメタル膜11、P型半導体領域20とメタル膜11、N型半導体領域21とメタル膜11をそれぞれ反応させ、シリサイド膜9を形成する。このとき、本実施形態では、自然酸化膜10が混在領域7の表面上やP+拡散層4の表面上から除去されるので、特にゲート電極27上に形成されたシリサイド膜9は、N+拡散層5上、混在領域7上、及びP+拡散層4上それぞれにかけて連続して形成される。また、シリサイド膜9は、P+拡散層4上においても分断されない。
【0084】
次に、図14A〜図14Dに示すように、メタル膜11のうち未反応部分を除去する。これにより、表面がシリサイド化されたゲート電極27、表面がシリサイド化されたN+拡散層24N、及び表面がシリサイド化されたP+拡散層24Pを持つCMOS型の半導体装置が得られる。
【0085】
上記第2実施形態に係る半導体装置においても、P+拡散層4とN+拡散層5との境界領域6がGe高濃度領域3に存在する。また、P+拡散層4がGe高濃度領域3内に存在する。よって、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0086】
(第3実施形態)
本第3実施形態は、第2実施形態と同様に上記第1実施形態をCMOS型の半導体装置に適用した場合の一例に関する。
【0087】
図29Aはこの発明の第3実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図29Bは図29A中の29B−29B線に沿う断面図、図29Cは図29A中の29C−29C線に沿う断面図、図29Dは図29A中の29D−29D線に沿う断面図である。
【0088】
図29A〜図29Dに示すように、第3実施形態が第2実施形態と異なるところは、基板19に、シリコン及びゲルマニウムを含むSiGe基板を用いたこと、このSiGe基板にゲルマニウムが低濃度に含有されたGe低濃度領域2’と、ゲルマニウムが高濃度に含有されたGe高濃度領域3’とを設けたこと、P+拡散層24Pが形成されるN型半導体領域21をGe高濃度領域3’内に設け、N+拡散層24Nが形成されるP型半導体領域20をGe高濃度領域2’内に設けたことにある。これにより、PMOSはGe高濃度領域3’内に形成され、NMOSはGe低濃度領域2’内に形成される。
【0089】
P+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜は、P+拡散層の表面上に形成される自然酸化膜よりも除去し難いことは、上述した通りである。
【0090】
従って、第3実施形態であると、P+拡散層24Pが形成されるN型半導体領域21をGe高濃度領域3’内に設けることで、P+拡散層24Pの表面上に形成される自然酸化膜を除去し易くでき、P+拡散層24P上にシリサイド膜9を形成し易くなる、という利点を得ることができる。
【0091】
このように、上記第1、第2実施形態において説明した手法は、ゲート電極のみに限らず、半導体活性層、例えば、ソース/ドレインとして機能する拡散層にも適用することが可能である。
【0092】
(第4実施形態)
図30Aはこの発明の第4実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図30Bは図30A中の30B−30B線に沿う断面図である。
【0093】
上記第3実施形態では、上記第1、第2実施形態において説明した手法を半導体活性層、例えば、ソース/ドレインとして機能する拡散層にも適用可能であることを説明した。
【0094】
図30A、図30Bに示すように、第4実施形態は、P型半導体領域20内に形成されたP+拡散層29Pを有している。P+拡散層29Pは、トランジスタのバックゲートとして機能するP型半導体領域20に対して、トランジスタのソース電位と同じ電位を与えるためのコンタクトとして機能する。
【0095】
本実施形態の基板19は、シリコン及びゲルマニウムを含むSiGe基板である。このSiGe基板には、第3実施形態と同様にゲルマニウムが低濃度に含有されたGe低濃度領域2’と、ゲルマニウムが高濃度に含有されたGe高濃度領域3’とが設けられている。P+拡散層29PはGe高濃度領域3’内に設けられている。また、P+拡散層29Pは、N+拡散層24Nに混在領域7’を介して接触されている。混在領域7’は、Ge高濃度領域3’内に設けられている。N+拡散層24N上、混在領域7’上、及びP+拡散層29P上には連続してシリサイド膜9が形成されている。また、シリサイド膜9は、P+拡散層4上においても分断されていない。
【0096】
(Ge高濃度領域の形成方法の変形例)
次に、Ge高濃度領域の形成方法の変形例について説明する。
【0097】
上記第1,第2実施形態では、Ge高濃度領域3を形成するために、半導体膜1の選ばれた部分を酸化し、Geが酸化膜中に取り込まれ難い現象を利用して、Ge高濃度領域3を形成した。しかし、Ge高濃度領域3は、これ以外の形成方法を用いて形成することができる。
【0098】
(第1変形例)
図31A、図31B及び図31CはそれぞれGe高濃度領域の形成方法の第1変形例を示す断面図である。
【0099】
まず、図31Aに示すように、シリコンを含有する半導体膜1上に、図31Bに示すように、レジストマスク40を形成する。次いで、レジストマスク40をマスクに用いてゲルマニウムイオン41を半導体膜1内に注入する。
【0100】
次に、図31Cに示すように、例えば、半導体膜1の、ゲルマニウムが注入された部分上に、レジストマスク42を形成する。そして、レジストマスク40をマスクに用いてゲルマニウムイオン41を、図31Bに示す工程に比べてドーズ量を下げて注入する。
【0101】
このように、ゲルマニウムイオンを、例えばドーズ量を変えて半導体膜1内に注入することで、半導体膜1に、Ge低濃度領域2とGe高濃度領域3とを形成することができる。
【0102】
(第2変形例)
図32A及び図32BはそれぞれGe高濃度領域の形成方法の第2変形例を示す断面図である。
【0103】
まず、図32Aに示すように、シリコン及びゲルマニウムを含有する半導体膜1上に、図32Bに示すように、レジストマスク40を形成する。次いで、レジストマスク40をマスクに用いてゲルマニウムイオン41を半導体膜1内に注入する。
【0104】
このように、ゲルマニウムイオンを、例えばドーズ量を変えて半導体膜1内に注入することで、半導体膜1内に追加注入することでも、半導体膜1に、Ge低濃度領域2とGe高濃度領域3とを形成することができる。
【0105】
以上、この発明を第1〜第4実施形態により説明したが、この発明は、第1〜第4実施形態それぞれに限定されるものではなく、その実施にあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【0106】
例えば第1〜第4実施形態では、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを例示したが、この発明は絶縁ゲート型電界効果トランジスタに限って適用されるものではない。シリサイド膜を有する半導体装置であれば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ以外の能動素子、例えば、バイポーラトランジスタ等にも適用することができる。さらには、能動素子に限らず、シリサイド膜を有していれば、受動素子、例えばキャパシタ、ダイオード等にも適用することができる。
【0107】
また、上記実施形態はそれぞれ、単独で実施することが可能であるが、適宜組み合わせて実施することも、もちろん可能である。
【0108】
また、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。
【0109】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、シリサイド膜を形成し易い半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aはこの発明の第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図、図1Bはこの発明の第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す断面図、図1Cはこの発明の第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置を示す断面図
【図2】図2はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図3】図3はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図4】図4はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図5】図5はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図6】図6はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図7】図7はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図8】図8はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図9】図9はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図10】図10はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図11】図11はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図12】図12はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図13】図13はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図14】図14Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図14Bは図14A中の14B−14B線に沿う断面図、図14Cは図14A中の14C−14C線に沿う断面図、図14Dは図14A中の14D−14D線に沿う断面図
【図15】図15Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図15Bは図15A中の15B−15B線に沿う断面図、図15Cは図15A中の15C−15C線に沿う断面図、図15Dは図15A中の15D−15D線に沿う断面図
【図16】図16Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図16Bは図16A中の16B−16B線に沿う断面図、図16Cは図16A中の16C−16C線に沿う断面図、図16Dは図16A中の16D−16D線に沿う断面図
【図17】図17Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図17Bは図17A中の17B−17B線に沿う断面図、図17Cは図17A中の17C−17C線に沿う断面図、図17Dは図17A中の17D−17D線に沿う断面図
【図18】図18Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図18Bは図18A中の18B−18B線に沿う断面図、図18Cは図18A中の18C−18C線に沿う断面図、図18Dは図18A中の18D−18D線に沿う断面図
【図19】図19Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図19Bは図19A中の19B−19B線に沿う断面図、図19Cは図19A中の19C−19C線に沿う断面図、図19Dは図19A中の19D−19D線に沿う断面図
【図20】図20Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図20Bは図20A中の20B−20B線に沿う断面図、図20Cは図20A中の20C−20C線に沿う断面図、図20Dは図20A中の20D−20D線に沿う断面図
【図21】図21Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図21Bは図21A中の21B−21B線に沿う断面図、図21Cは図21A中の21C−21C線に沿う断面図、図21Dは図21A中の21D−21D線に沿う断面図
【図22】図22Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図22Bは図22A中の22B−22B線に沿う断面図、図22Cは図22A中の22C−22C線に沿う断面図、図22Dは図22A中の22D−22D線に沿う断面図
【図23】図23Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図23Bは図23A中の23B−23B線に沿う断面図、図23Cは図23A中の23C−23C線に沿う断面図、図23Dは図23A中の23D−23D線に沿う断面図
【図24】図24Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図24Bは図24A中の24B−24B線に沿う断面図、図24Cは図24A中の24C−24C線に沿う断面図、図24Dは図24A中の24D−24D線に沿う断面図
【図25】図25Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図25Bは図25A中の25B−25B線に沿う断面図、図25Cは図25A中の25C−25C線に沿う断面図、図25Dは図25A中の25D−25D線に沿う断面図
【図26】図26Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図26Bは図26A中の26B−26B線に沿う断面図、図26Cは図26A中の26C−26C線に沿う断面図、図26Dは図26A中の26D−26D線に沿う断面図
【図27】図27Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図27Bは図27A中の27B−27B線に沿う断面図、図27Cは図27A中の27C−27C線に沿う断面図、図27Dは図27A中の27D−27D線に沿う断面図
【図28】図28Aはこの発明の第2実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す平面図、図28Bは図28A中の28B−28B線に沿う断面図、図28Cは図28A中の28C−28C線に沿う断面図、図28Dは図28A中の28D−28D線に沿う断面図
【図29】図29Aはこの発明の第3実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図29Bは図29A中の29B−29B線に沿う断面図、図29Cは図29A中の29C−29C線に沿う断面図、図29Dは図29A中の29D−29D線に沿う断面図
【図30】図30Aはこの発明の第3実施形態に係る半導体装置を示す平面図、図30Bは図30A中の30B−30B線に沿う断面図
【図31】図31A、図31B及び図31CはそれぞれGe高濃度領域の形成方法の第1変形例を示す断面図
【図32】図32A及び図32BはそれぞれGe高濃度領域の形成方法の第2変形例を示す断面図
【図33】図33A、図33B、図33C、図33D及び図33Eは、従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図
【図34】図34A、図34B、図34C、図34D及び図34Eは、従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図
【図35】図35は従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図36】図36は従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図37】図37は従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図38】図38は従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図
【図39】図39は従来の半導体装置の一製造工程を示す断面図
【符号の説明】
1…半導体領域
2…Ge低濃度領域
3…Ge高濃度領域
4…P+拡散層
5…N+拡散層
6…境界領域
7…混在領域
7’…接触領域
7’’…アンドープ領域
8…Ge低濃度領域とGe高濃度領域との境界
9…シリサイド膜
10…自然酸化膜
11…メタル膜
19…基板
20…P型半導体領域
21…N型半導体領域
22…素子分離領域
23…素子領域
24N…N+拡散層(ソース/ドレイン)
24P…P+拡散層(ソース/ドレイン)
25N…N-拡散層(ソースエクステンション/ドレインエクステンション)
25P…P-拡散層(ソースエクステンション/ドレインエクステンション)
26…ゲート絶縁膜
27…ゲート電極
28…側壁絶縁膜
29P…P+拡散層(コンタクト)
30…耐酸化性膜
31…耐酸化性膜の端部
32…酸化膜
33…レジストマスク
34…P型不純物
35…レジストマスクの端部
36…レジストマスク
37…N型不純物
38…レジストマスクの端部
40…レジストマスク
41…ゲルマニウムイオン
42…レジストマスク
Claims (19)
- ゲルマニウムが低濃度に含有されたゲルマニウム低濃度領域とゲルマニウムが高濃度に含有されたゲルマニウム高濃度領域とを有する、シリコン及びゲルマニウムを含む半導体領域と、
前記半導体領域内に形成されたP型拡散層と、
前記半導体領域内に形成され、前記P型拡散層との境界領域を、前記ゲルマニウムが高濃度な領域に存在させたN型拡散層と、
前記N型拡散層上から前記境界領域上及び前記P型拡散層上にかけて形成されたシリサイド膜と
を具備することを特徴とする半導体装置。 - 前記P型拡散層は前記ゲルマニウム高濃度領域内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ゲルマニウム低濃度領域と前記ゲルマニウム高濃度領域との境界は、前記N型拡散層内にあることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記境界領域は、N型不純物とP型不純物とを含む混在領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記境界領域は、前記N型拡散層と前記P型拡散層とが接触する接触領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記境界領域は、N型不純物及びP型不純物の双方を含まないアンドープ領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体領域のうち、前記ゲルマニウム高濃度領域が存在する部分の厚さは、前記ゲルマニウム低濃度領域が存在する部分の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ゲルマニウム低濃度領域のゲルマニウムの濃度は、N型拡散層に含まれるN型不純物の活性化率が最大となる濃度に設定され、
前記ゲルマニウム高濃度領域のゲルマニウムの濃度は、前記活性化率が最大となる濃度を超えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲルマニウム高濃度領域のゲルマニウムの濃度は、30mol.%を超えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体領域は、Pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びNチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記P型拡散層は、前記Pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極であり、
前記N型拡散層は、前記Nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 前記半導体領域は素子領域であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記N型拡散層及び前記P型拡散層の一方は、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース/ドレイン領域であり、
前記N型拡散層及び前記P型拡散層の他方は、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのバックゲート領域と電気的に接続されるコンタクト領域であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 - 少なくともシリコンを含む半導体領域内に、ゲルマニウムを低濃度に含有したゲルマニウム低濃度領域とゲルマニウムを高濃度に含有したゲルマニウム高濃度領域とを形成する工程と、
前記半導体領域内に、P型拡散層及びN型拡散層を、これら拡散層の境界領域を、前記ゲルマニウム高濃度領域に存在させて形成する工程と、
前記N型拡散層上から前記境界領域上及び前記P型拡散層上にかけて、シリサイド膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記半導体領域がゲルマニウムを含む場合、
前記ゲルマニウム低濃度領域、及び前記ゲルマニウム高濃度領域は、前記半導体領域の選ばれた部分を酸化して形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記選ばれた部分には前記ゲルマニウム高濃度領域が形成され、前記選ばれた部分以外の部分には前記ゲルマニウム低濃度領域が形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記P型拡散層は、前記ゲルマニウム高濃度領域内に形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリサイド膜を形成する前に、前記半導体領域の表面から自然酸化膜を除去することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記自然酸化膜の除去に、フッ酸を含むエッチャントを用いることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
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