(57)【要約】【課題】ゲルマニウムを高濃度に含む界面を形成することができ、従来に比べてコンタクト抵抗を低下させることのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】ｐ型拡散層５が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜７を形成する。次に、層間絶縁膜７に、シリコン基板１のｐ型拡散層５が形成された部位に達するコンタクトホール１０を形成する。次に、コンタクトホール１０の底部にあるシリコン基板１に、ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビーム２０を照射して、シリコン基板１中にホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１を形成する。次に、ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射２０して、ホウ素とゲルマニウムを含む層１２をシリコン基板１の表面よりも上に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型拡散層が形成されたシリコン基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記シリコン基板の前記ｐ型拡散層が形成された部位に達するコンタクトホールを形成する工程と、
ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して、前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板中にホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層を形成する工程と、
さらにホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して、ホウ素とゲルマニウムを含む層を前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板の表面よりも上に形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ホウ素とゲルマニウムを含むシリコン層は、１０22個／ｃｍ3以上のゲルマニウム原子を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ホウ素とゲルマニウムとを含む層のホウ素濃度は、前記Ｐ型拡散層のホウ素濃度より高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記コンタクトホールの内部に導電性材料を埋め込む工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜上に形成されたホウ素とゲルマニウムを含む層を除去する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ｐ型拡散層が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記シリコン基板の前記ｐ型拡散層が形成された部位に達するコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板に、ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して形成された、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層と、
前記ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層の上、かつ、前記シリコン基板の表面よりも上にホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して形成されたホウ素とゲルマニウムを含む層と、
前記ホウ素とゲルマニウムを含む層に接し、前記コンタクトホール内に埋め込まれた導電性材料と
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置例えばＭＯＳトランジスタ等の製造分野においては、絶縁膜にコンタクトホールを形成して、ｐ型又はｎ型拡散層が形成されたシリコン基板のソース、ドレイン領域と接続されたコンタクトを形成することが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
また、不純物としてホウ素（Ｂ）が拡散されたｐ型拡散層が形成されたシリコン基板上にコンタクトを形成する場合、ｐ型拡散層にゲルマニウム（Ｇｅ）を添加する技術が知られている。その目的は大きく２つある。
【０００４】
第１の目的は、Ｇｅをイオン注入することでＳｉ基板をアモルファス化し、その後行うＢのイオン注入でＢイオンが基板の深い部分にチャネリングするのを防ぐことである。
【０００５】
第２の目的はアモルファス化したＳｉが再結晶化する際にＢを結晶格子中に取り込むため、電気的に活性化したＢの濃度が高まることである。
【０００６】
これらは、Ｇｅイオンを１０15〜１０16atoms/ｃｍ2注入したときに得られる効果であり、Ｇｅの典型的なＳｉ基板中濃度は１０21atoms/ｃｍ3程度である。また、この濃度は、一般的に拡散層形成に用いられるイオン注入装置でドーピングできる濃度のほぼ上限に近い値である。
【０００７】
しかしながら、これよりさらに一桁程度高いＧｅ濃度を実現することにより、さらに別の効果が期待できる。それは、半導体基板の荷電子帯のエネルギー位置が変化することによるコンタクト抵抗の減少である。
【０００８】
図２は、ＳｉとＧｅの荷電子帯及び伝導電子帯の位置関係を示すものであるが、真空準位からの伝導電子帯の位置は、Ｓｉ、Ｇｅともほぼ等しく、荷電子帯の位置だけがほぼバンドギャップＥｇ1とＥｇ2の差分だけ異なることが知られている。これは、金属と半導体間のエネルギー障壁高さにそのまま反映され、Ｇｅの混入は正孔に対する障壁高さを低くする。すなわち、金属とｐ+拡散層コンタクト抵抗を低くする働きがある。この効果は、ＧｅがＳｉと同程度存在する場合に顕著に見られる。Ｇｅ濃度にすると、およそ２０％以上、すなわち１０22atoms/ｃｍ3〜５×１０22atoms/ｃｍ3の場合に顕著に見られる。
【０００９】
上記のように、ｐ型拡散層にゲルマニウムを添加する方法としては、ソース、ドレインを形成する位置のシリコン基板を予め掘り込み、シリコン基板上にＳｉＧｅを選択エピタキシャル成長させる方法がある。また、ソース、ドレインを形成するシリコン基板表面にＧｅイオンを注入する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２６４１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したゲルマニウムを添加する技術のうち、ＳｉＧｅを選択エピタキシャル成長させる方法では、良好な選択性と成長形状を得るために、ゲルマニウム濃度の上限に制約が生じ、コンタクト抵抗を低下させることに限界があった。また、シリコン基板表面にＧｅイオンを注入する方法では、シリコン基板表面の最もゲルマニウム濃度の高い部分が、コンタクトホールを形成する際のエッチング（オーバーエッチング）により除去されてしまい、ゲルマニウム濃度の高い界面を形成することが困難であるため、コンタクト抵抗を低下させることに限界があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、ゲルマニウムを高濃度に含む界面を形成することができ、従来に比べてコンタクト抵抗を低下させることのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の半導体装置の製造方法は、ｐ型拡散層が形成されたシリコン基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記シリコン基板の前記ｐ型拡散層が形成された部位に達するコンタクトホールを形成する工程と、ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して、前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板中にホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層を形成する工程と、さらにホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して、ホウ素とゲルマニウムを含む層を前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板の表面よりも上に形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記ホウ素とゲルマニウムを含むシリコン層は、１０22個／ｃｍ3以上のゲルマニウム原子を含んでいることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の半導体装置の製造方法は、請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、前記ホウ素とゲルマニウムとを含む層のホウ素濃度は、前記Ｐ型拡散層のホウ素濃度より高いことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の半導体装置の製造方法は、請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記コンタクトホールの内部に導電性材料を埋め込む工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の半導体装置の製造方法は、請求項１〜４いずれか１項記載の半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜上に形成されたホウ素とゲルマニウムを含む層を除去する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の半導体装置は、ｐ型拡散層が形成されたシリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成され、前記シリコン基板の前記ｐ型拡散層が形成された部位に達するコンタクトホールと、前記コンタクトホールの底部に位置する前記シリコン基板に、ホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して形成された、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層と、前記ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層の上、かつ、前記シリコン基板の表面よりも上にホウ素とゲルマニウムを含むクラスターイオンビームを照射して形成されたホウ素とゲルマニウムを含む層と、前記ホウ素とゲルマニウムを含む層に接し、前記コンタクトホール内に埋め込まれた導電性材料とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ゲルマニウムを高濃度に含む界面を形成することができ、従来に比べてコンタクト抵抗を低下させることのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図２】ＳｉとＧｅの荷電子帯及び伝導電子帯の位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図であり、半導体装置の要部断面構成を拡大して模式的に示すものである。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１には、ｎ型ウェル領域２が形成されている。このｎ型ウェル領域２には、ゲート絶縁膜の上にゲート電極を積層した積層体３が形成されており、この積層体３の側壁部分には、側壁スペーサー４が形成されている。また、シリコン基板１の積層体３の両側の部分には、ｎ型ウェル領域２を挟んでホウ素（Ｂ）が拡散されたｐ型拡散層５が形成されている。さらに、これらのｐ型拡散層５の両側には、素子分離層６が形成されている。また、シリコン基板１の上を覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜７が形成されている。なお、層間絶縁膜７とシリコン基板１との間には、ＳｉＮライナー層８が形成されている。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、所定のパターンにパターニングされたマスク層９を介してエッチングを行い、層間絶縁膜７にコンタクトホール１０を形成する。このエッチングの際、ＳｉＮライナー層８は、エッチストップ層として作用する。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、マスク層９の除去、及びコンタクトホール１０の底部のＳｉＮライナー層８のエッチングによる除去を行う。
【００２６】
次に、図１（ｄ）に示すように、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム２０を照射して、コンタクトホール１０の底部のシリコン基板１（ｐ型拡散層５）にゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンを打ち込み、ここに、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１を形成する。なお、クラスターイオンビーム２０とは、周知のように、ガスの原子が数十〜数千個程度集団化されたクラスターをイオン化し、加速してビーム状に照射するものである。
【００２７】
この時、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１中に、ゲルマニウム原子が１０22個／ｃｍ3以上含まれるように、高濃度（シリコン原子に対して２０％程度）となるように、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム２０を照射することが好ましい。これによって、コンタクト抵抗を大幅に低減することができる。
【００２８】
次に、上記の工程で、シリコン基板１にホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１を形成した後、さらに、図１（ｅ）に示すように、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム２０を照射して、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１の上に、つまり、シリコン基板１の表面よりも上に、ホウ素とゲルマニウムを含む層１２を形成する。この時、コンタクトホール１０の底部におけるホウ素とゲルマニウムを含む層１２の膜厚は、５〜２０ｎｍ程度とすることが好ましく、例えば１０〜１５ｎｍ程度とすることがさらに好ましい。
【００２９】
なお、図１（ｄ）の行程及び図１（ｅ）の行程では、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム２０が層間絶縁膜７の上にも照射されることから、層間絶縁膜７の上にもホウ素とゲルマニウムを含む層１２が形成される。
【００３０】
次に、図１（ｆ）に示すように、コンタクトホール１０内にバリアメタル層１３を形成した後、導電性材料として例えばタングステン（Ｗ）層１４を埋め込み、コンタクトプラグを形成する。
【００３１】
次に、図１（ｇ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）又はＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、層間絶縁膜７上に形成されたホウ素とゲルマニウムを含む層１２、バリアメタル層１３、タングステン層１４を除去する。
【００３２】
上記のように、本実施形態の半導体装置の製造工程及び半導体装置では、コンタクトホール１０の底部のシリコン基板１（ｐ型拡散層５）にゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンを打ち込み、ここに、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１を形成し、さらに、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム２０を照射して、ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層１１の上に、ホウ素とゲルマニウムを含む層１２を形成する。
【００３３】
上記のように、コンタクトホール１０の底部のシリコン基板１に、ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンを打ち込んだ場合、少なくともこのクラスターイオンを打ち込んだ当初は、ゲルマニウムとホウ素との質量差に関係なく、シリコン基板１の表面から深さ方向に沿ってのゲルマニウム濃度の分布とホウ素濃度の分布とは、同様なプロファイルとなる。これによって表層に、ゲルマニウムを高濃度に含むとともに、ホウ素を高濃度に含む部分を形成することができ、コンタクト抵抗を低くすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１……シリコン基板、２……ｎ型ウェル領域、３……積層体、４……側壁スペーサー、５……ｐ型拡散層、６……素子分離層、７……層間絶縁膜、８……ＳｉＮライナー層、９……マスク層、１０……コンタクトホール、１１……ホウ素とゲルマニウムとを含むシリコン層、１２……ホウ素とゲルマニウムを含む層、１３……バリアメタル層、１４……タングステン層、２０……ゲルマニウムとホウ素とを含むクラスターイオンビーム。
【図１】
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【図２】
2010161250.tif 000004