JP5769160B2 - コンタクト形成方法、半導体装置の製造方法、および半導体装置 - Google Patents
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Description
120 半導体側電極
10 低仕事関数金属層
12 酸化防止金属層
101 絶縁膜
102 開口部
20 シリコン基板
22 素子分離領域
24 ウェル
26 ゲート絶縁膜
28 ゲート電極
30 サイドウォール
31 層間絶縁膜
32 ソース・ドレイン領域
34 低仕事関数金属層
34a シリサイド層
36 酸化防止金属層
40 層間絶縁膜
50 シリコン基板
52 埋込絶縁層
54 半導体層
56 ソース・ドレイン領域
58 ゲート絶縁膜
62 低仕事関数金属層
64 酸化防止金属層
71 素子分離領域
72 nウェル
73 pウェル
74 ゲート絶縁膜
75 ゲート電極
76 高濃度領域(p+領域)
77 高濃度領域(n+領域)
78 サイドウォール
80 未反応金属部分
79 シリサイド層
81、82 層間絶縁膜
83 電極
84 配線
Claims (47)
- 半導体装置のp型またはn型コンタクト領域となるべきシリコン部分へコンタクトを形成する方法であって、第1の金属の層を前記コンタクト領域に設ける工程と、前記第1の金属の酸化を防止するための第2の金属の層を前記第1の金属の層上に、前記第1の金属の層の厚さよりも厚く形成する工程と、熱処理によって前記第1の金属のみを前記シリコンとの化合物化する工程とを含み、前記第1の金属は、前記コンタクト領域がn型シリコンの場合、当該シリコンの伝導帯の底のエネルギーの絶対値に0.3eVを加えた値よりも絶対値の小さな仕事関数をもち、前記コンタクト領域がp型シリコンの場合、当該シリコンの価電子帯の頂上のエネルギーの絶対値から0.3eVを引いた値よりも絶対値の大きな仕事関数をもつ金属であり、前記第1の金属を前記第2の金属の層で覆った状態で、熱処理を行ない、前記コンタクト領域における接触抵抗を1×10−9Ωcm2以下にする
ことを特徴とするコンタクト形成方法。 - 半導体装置のp型またはn型コンタクト領域となるべきシリコン部分へ第1の金属の層を設ける工程と、前記第1の金属の酸化を防止するための第2の金属の層を前記第1の金属の層上に、前記第1の金属の層の厚さよりも厚く形成する工程と、前記第1の金属のみを前記シリコン部分と反応させ前記第1の金属のシリサイドを形成する工程とを含み、前記第1の金属としては、前記コンタクト領域がn型の場合はシリコンの伝導帯の底のエネルギーの絶対値に0.3eVを加えた値よりも絶対値の小さな仕事関数をもち、前記コンタクト領域がp型の場合はシリコンの価電子帯の頂上のエネルギーの絶対値から0.3eVを引いた値よりも絶対値の大きな仕事関数をもつような金属を選択して用い、前記第1の金属を前記第2の金属の層で覆った状態で、熱処理を行ない、前記コンタクト領域における接触抵抗を1×10−9Ωcm2以下にする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の金属の層に接して導電材料の層を設ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の金属のシリサイドを形成する工程の後に、前記第2の金属の層の少なくとも一部を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記除去工程の後に前記第1の金属のシリサイドの層に接して導電材料の層を設ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクト領域が電界効果トランジスタのソースまたはドレイン領域であることを特徴とする請求項2乃至5の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の金属が希土類金属であることを特徴とする請求項2乃至6の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクト領域がn型領域であり、前記第1の金属がホルミウム又はエルビウムであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクト領域がp型領域であり、前記第1の金属がパラジウムであることを特徴とする請求項2乃至6の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリサイドと前記シリコン部分との界面が所定の粗さになるように、前記第2の金属の厚さが選択されることを特徴とする請求項2乃至9の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の金属がタングステンであることを特徴とする請求項2乃至10の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクト領域となるシリコン部分の表面をクリーニングする工程を有し、前記第1の金属の層を第1の金属成膜装置で設け、前記第2の金属の層を第2の金属成膜装置で設け、前記クリーニング工程で前記コンタクト領域となるシリコン部分の表面を清浄化した後に前記第1の金属成膜装置に搬入する工程および前記第1の金属成膜装置で前記第1の金属の層を設けた後に前記第2の金属成膜装置に搬入する工程を大気に曝さないで行うことを特徴とする請求項2乃至11の一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記クリーニング工程で前記コンタクト領域となるシリコン部分の表面を清浄化した後に、前記第1の金属成膜装置に搬入する工程および前記第1の金属成膜装置で前記第1の金属の層を設けた後に、前記第2の金属成膜装置に搬入する工程を窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体装置のp型またはn型コンタクト領域であるシリコン部分の表面に、前記コンタクト領域がn型の場合はシリコンの伝導帯の底のエネルギーの絶対値に0.3eVを加えた値よりも絶対値の小さな仕事関数をもち、前記コンタクト領域がp型の場合はシリコンの価電子帯の頂上のエネルギーの絶対値から0.3eVを引いた値よりも絶対値の大きな仕事関数をもつような第1の金属のシリサイドの層が設けられ、前記第1の金属の酸化を防止するための第2の金属の層が前記シリサイドの層上に設けられ、前記コンタクト領域における接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とする半導体装置。
- 前記第2の金属の層に接して導電材料の層が設けられていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記シリサイドの層の酸素混入量が1質量%以下であることを特徴とする請求項14または15に記載の半導体装置。
- 半導体装置のp型またはn型コンタクト領域であるシリコン部分の表面に、前記コンタクト領域がn型の場合はシリコンの伝導帯の底のエネルギーの絶対値に0.3eVを加えた値よりも絶対値の小さな仕事関数をもち、前記コンタクト領域がp型の場合はシリコンの価電子帯の頂上のエネルギーの絶対値から0.3eVを引いた値よりも絶対値の大きな仕事関数をもつような第1の金属のシリサイドの層が設けられており、前記シリサイドの層の酸素混入量が1質量%以下であり、且つ、前記コンタクト領域における接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とする半導体装置。
- 前記シリサイドの層に接して導電材料の層が設けられていることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域が電界効果トランジスタのソースおよびドレイン領域の一方または両方であることを特徴とする請求項14乃至16の一つに記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタのゲート電極は、第三の金属の層と前記第三の金属の層上の前記第2の金属からなる層とを含んで構成されていることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。
- 前記第1の金属が希土類金属であることを特徴とする請求項14乃至20の一つに記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域がn型領域であり、前記第1の金属がホルミウムであることを特徴とする請求項14乃至21の一つに記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域がn型領域であり、前記第1の金属がエルビウムであり、前記シリサイドの層はエルビウムシリサイド(ErSi2)であることを特徴とする請求項14乃至21の一つに記載の半導体装置。
- 前記コンタクト領域がp型領域であり、前記第1の金属がパラジウムであり、前記シリサイドの層はパラジウムシリサイド(Pd2Si)であることを特徴とする請求項14乃至16の一つに記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタがインバーション・モードnチャネル・トランジスタであることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタがアキュミュレーション・モードnチャネル・トランジスタであることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタがインバーション・モードpチャネル・トランジスタであることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタがアキュミュレーション・モードpチャネル・トランジスタであることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
- 前記シリサイドと前記シリコン部分との界面が所定の粗さになるように、前記第2の金属の厚さが50nm以上に選択されていることを特徴とする請求項14乃至16の一つに記載の半導体装置。
- 前記第2の金属がタングステンであることを特徴とする請求項14乃至16の一つに記載の半導体装置。
- 前記第三の金属がジルコニウムであることを特徴とする請求項25又は28に記載の半導体装置。
- 前記第三の金属がパラジウムであることを特徴とする請求項26又は27に記載の半導体装置。
- ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がn型シリコン領域にそれぞれ設けられ、且つ、前記n型シリコン領域における接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするn型MOSトランジスタ。
- パラジウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がp型シリコン領域にそれぞれ設けられ、且つ、前記p型シリコン領域における接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするp型MOSトランジスタ。
- ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がn型シリコン領域にそれぞれ設けられているn型MOSトランジスタと、パラジウム・シリサイドの層をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がp型シリコン領域にそれぞれ設けられているp型MOSトランジスタとを含み、前記ホルミウム・シリサイドの層及び前記パラジウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするCMOS半導体装置。
- 請求項33に記載のn型MOSトランジスタと、請求項34に記載のp型MOSトランジスタとを含むことを特徴とするCMOS半導体装置。
- ジルコニウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、且つ、ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むソース電極およびドレイン電極が設けられ、前記ホルミウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするインバーション・モードn型MOSトランジスタ。
- ジルコニウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、且つ、パラジウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むソース電極およびドレイン電極が設けられ、前記パラジウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするアキュミュレーション・モードp型MOSトランジスタ。
- パラジウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、且つ、パラジウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むソース電極およびドレイン電極が設けられ、前記パラジウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするインバーション・モードp型MOSトランジスタ。
- パラジウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、且つ、ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むソース電極およびドレイン電極が設けられ、前記ホルミウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするアキュミュレーション・モードn型MOSトランジスタ。
- 請求項37または40に記載のn型MOSトランジスタと、請求項38または39に記載のp型MOSトランジスタとを含むことを特徴とするCMOS半導体装置。
- ジルコニウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がn型シリコン領域にそれぞれ設けられ、前記ホルミウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするインバーション・モードn型MOSトランジスタ。
- ジルコニウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられ、パラジウム・シリサイドの単層構造またはパラジウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がp型シリコン領域にそれぞれ設けられ、前記パラジウム・シリサイドの接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするアキュミュレーション・モードp型MOSトランジスタ。
- パラジウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられており、パラジウム・シリサイドの単層構造またはパラジウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がp型シリコン領域にそれぞれ設けられ、前記パラジウム・シリサイドの接触抵抗が1×10−9Ωcm2以下であることを特徴とするインバーション・モードp型MOSトランジスタ。
- パラジウムの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造を含むゲート電極がゲート絶縁膜上に設けられており、ホルミウム・シリサイドの層とその上に設けられたタングステンの層との積層構造をそれぞれ含むソース電極およびドレイン電極がn型シリコン領域にそれぞれ設けられ、前記ホルミウム・シリサイドの層の接触抵抗が1×10− 9Ωcm2以下であることを特徴とするアキュミュレーション・モードn型MOSトランジスタ。
- 請求項42または45に記載のn型MOSトランジスタと、請求項43または44に記載のp型MOSトランジスタとを含むことを特徴とするCMOS半導体装置。
- 前記n型MOSトランジスタと、前記p型MOSトランジスタとが直列接続されていることを特徴とする請求項35、36、41または46に記載のCMOS半導体装置。
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