專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別是涉及防止產(chǎn)生晶體缺陷的半導(dǎo)體器件。
在半導(dǎo)體器件趨于高性能化的過程中，一個必要的課題是抑制結(jié)的漏泄電流。同時抑制半導(dǎo)體器件的寄生電阻也是重要的。
作為半導(dǎo)體器件的寄生電阻，有源·漏電阻或連接金屬布線與半導(dǎo)體區(qū)域的接觸電阻。為了降低這些電阻，可使用金屬硅化物。
《關(guān)于MOSFET》

圖11中示出了在MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)90的源·漏層的表面上形成了金屬硅化物的例子。
在圖11中，在硅襯底1的表面內(nèi)以預(yù)定的深度形成P型阱層50。然后，在P型阱層50的表面上有選擇地形成絕緣分離膜2，用絕緣分離膜2界定的區(qū)域成為有源區(qū)5。
此外，在P型阱層50的表面內(nèi)形成獨立地以平行方式形成的一對源·漏層52，在該源·漏層52的上部分別形成金屬硅化物層8.
此外，備有一對低摻雜的漏層(以下稱為LDD層)51，該層與源·漏層52的相對的兩端邊緣部分相接。
然后，在LDD層51之間的P型阱層50上形成柵氧化膜3，在該柵氧化膜3的上部依次形成柵電極4和金屬硅化物層8。
此外，在柵氧化膜3、柵電極4和金屬硅化物層8的側(cè)面形成側(cè)壁氧化膜6。此外，在柵電極4的下層的P型阱層50內(nèi)形成溝道摻雜層53，在P型阱層50內(nèi)形成溝道分割層54。
金屬硅化物層8是在源·漏層52上形成金屬薄膜，例如鈷(Co)薄膜后進(jìn)行熱處理、使鈷與硅(Si)發(fā)生反應(yīng)而得到的硅化鈷層。再有，作為金屬的種類，有時也使用鈦(Ti)、鎳(Ni)、鎢(W)等。
在這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件90中，容易產(chǎn)生起因于金屬硅化物層8即硅化鈷層與源·漏層52即硅層之間的結(jié)界面附近的CoSi2的晶體排列和單晶硅的晶體排列的差別(晶格不匹配)而引起的變形的晶體缺陷7。
圖12示意性地示出了硅化鈷層與硅層的結(jié)界面附近的狀態(tài)。如圖12所示，硅化鈷層22具有鈷原子部分地進(jìn)入來代替硅原子的晶體結(jié)構(gòu)。
鈷原子的鍵半徑(bond length)比硅原子的鍵半徑大，由于含有鈷原子之故，晶體排列發(fā)生變化，從而產(chǎn)生晶體缺陷。再有，在圖12中，用表示原子的圓圈的大小示意性地表示鍵半徑的大小關(guān)系。
而且，如產(chǎn)生晶體缺陷，則硅化鈷層22的硅原子和硅層21的硅原子中鍵臂互相不鍵合在一起，從而產(chǎn)生懸掛鍵(dangling bond)。懸掛鍵成為影響半導(dǎo)體器件的電特性的主要原因。
特別是源·漏層中產(chǎn)生的晶體缺陷7成為半導(dǎo)體器件的漏泄電流的原因，使半導(dǎo)體器件的電特性變差。例如，在動態(tài)RAM(DRAM)中與更新特性的變壞有關(guān)系，在邏輯電路中與消耗功率的增加有關(guān)系。這些問題對于要求高性能化的半導(dǎo)體集成電路來說是致命的問題。
《關(guān)于外延襯底》此外，在半導(dǎo)體器件中，有時使用外延襯底，其目的是為了提高例如CMOS器件結(jié)構(gòu)中的抗鎖定(latch up)性能。外延襯底是在以高濃度(～1×1019cm-3)導(dǎo)入雜質(zhì)而成為低電阻的硅襯底上形成了外延層的襯底，一般來說，外延層的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)比硅襯底的雜質(zhì)濃度低。而且，硅襯底的電阻越低，即其雜質(zhì)濃度越高，外延層內(nèi)形成的半導(dǎo)體器件的抗鎖定性能越好。
但是，在硅的外延襯底的情況下，目前使用的襯底的雜質(zhì)濃度最大約為1×1019cm-3。如雜質(zhì)濃度比該濃度高，則由于在硅襯底與外延層之間產(chǎn)生失配(misfit)錯位，故成為外延層中的載流子的壽命的下降或漏泄電流的增加的問題的原因。
圖13示意性地示出了硅襯底與外延層的結(jié)界面附近的狀態(tài)。如圖13所示，在硅襯底23中導(dǎo)入遠(yuǎn)比外延層24多的雜質(zhì)(這里是硼)。
硼原子的鍵半徑比硅原子的鍵半徑小，故含有很多的硼原子的硅襯底23的晶體排列與只含有很少的硼原子的外延層24的晶體排列不同(晶格不匹配)，從而產(chǎn)生晶體缺陷。再有，在圖13中，用表示原子的圓圈的大小示意性地表示鍵半徑的大小關(guān)系。
這里，在圖14中示出了試驗性地制造的外延襯底190，作為硅的外延襯底的一例。在P型襯底11的上部通過外延生長形成外延層10，該P型襯底11用硼來摻雜，其濃度達(dá)到1×1020cm-3。再有，在外延層10中用硼來摻雜，其濃度約達(dá)到1×1015cm-3。
如象硅襯底11那樣以高濃度導(dǎo)入雜質(zhì)，則在以后的工序中形成的外延層與硅襯底11的界面處會產(chǎn)生晶體缺陷7。迄今為止，為了防止產(chǎn)生晶體缺陷7，將硅襯底11的雜質(zhì)濃度限制在1×1019cm-3以下。
如上所述，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體與金屬的金屬化合物層的結(jié)界面處存在起因于因晶格不匹配引起的變形的晶體缺陷，該晶體缺陷成為半導(dǎo)體器件的特性下降的原因。
在使用外延襯底時，如外延層的形成襯底的雜質(zhì)濃度太高，則由于在外延層與形成襯底的結(jié)界面處產(chǎn)生基于失配錯位的晶體缺陷，故產(chǎn)生外延層中的載流子的壽命下降或漏泄電流增加這樣的問題，為了提高半導(dǎo)體器件的電特性，特別是抗鎖定的性能，即使想要提高襯底部分的雜質(zhì)濃度，但存在上限。
本發(fā)明就是為了解決上述那樣的問題而完成的，其目的是提供這樣一種半導(dǎo)體器件該器件可減少在半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體與金屬的金屬化合物層的結(jié)界面處產(chǎn)生的晶體缺陷和在外延層與其形成襯底的結(jié)界面處產(chǎn)生的晶體缺陷，可提高電特性。
本發(fā)明的第1方面所述的半導(dǎo)體器件具有將具有晶體性的半導(dǎo)體層和構(gòu)成該半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素與金屬元素的金屬化合物層接合在一起的結(jié)構(gòu)，在上述半導(dǎo)體層和上述金屬化合物層的結(jié)界面附近備有導(dǎo)入了其鍵半徑比上述半導(dǎo)體元素的鍵半徑小的、具有由于其存在不使上述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素的第1元素含有區(qū)域。
本發(fā)明的第2方面所述的半導(dǎo)體器件中，在上述半導(dǎo)體元素的鍵半徑是r1、上述金屬元素的鍵半徑是ra、第1元素的鍵半徑是rb、上述金屬元素的濃度與上述第1元素的濃度的比率是X∶1-X的情況下，上述金屬元素的濃度比率X由下面的(1)式給出X=X0=rlrd-1rarb-1---(1)]]>本發(fā)明的第3方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述金屬元素的濃度比率X的范圍由下面的(2)式給出X0-X0<X<X0+X0---(2)]]>本發(fā)明的第4方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是將其導(dǎo)入到上述半導(dǎo)體層中可產(chǎn)生電子或空穴的元素。
本發(fā)明的第5方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是將其導(dǎo)入到上述半導(dǎo)體層中不產(chǎn)生電子或空穴的元素。
本發(fā)明的第6方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是在單質(zhì)狀態(tài)下。可成為半導(dǎo)體元素的元素。
本發(fā)明的第7方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素含有區(qū)域中的上述第1元素具有下述的濃度分布上述金屬化合物層內(nèi)的第1元素的濃度高于上述半導(dǎo)體層內(nèi)的第1元素的濃度。
本發(fā)明的第8方面所述的半導(dǎo)體器件備有具有晶體性的、雜質(zhì)濃度較高的第1半導(dǎo)體層；在上述第1半導(dǎo)體層上為反映上述第1半導(dǎo)體層的晶體性而形成的雜質(zhì)濃度較低的第2半導(dǎo)體層；第1元素含有區(qū)域，在該區(qū)域中在上述第1和第2半導(dǎo)體層的結(jié)界面附近導(dǎo)入了其鍵半徑比構(gòu)成上述第1半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素的鍵半徑大的、具有由于其存在不使上述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素；上述第1半導(dǎo)體層具有雜質(zhì)元素，上述雜質(zhì)元素的鍵半徑小于上述半導(dǎo)體元素的鍵半徑。
本發(fā)明的第9方面所述的半導(dǎo)體器件備有具有晶體性的、雜質(zhì)濃度較高的第1半導(dǎo)體層；在上述第1半導(dǎo)體層上為反映上述第1半導(dǎo)體層的晶體性而形成的雜質(zhì)濃度較低的第2半導(dǎo)體層；第1元素含有區(qū)域，在該區(qū)域中在上述第1和第2半導(dǎo)體層的結(jié)界面附近導(dǎo)入了其鍵半徑比構(gòu)成上述第1半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素的鍵半徑小的、具有由于其存在不使上述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素；上述第1半導(dǎo)體層具有雜質(zhì)元素，上述雜質(zhì)元素的鍵半徑大于上述半導(dǎo)體元素的鍵半徑。
本發(fā)明的第10方面所述的半導(dǎo)體器件中，在上述半導(dǎo)體元素的鍵半徑是r1、上述第1雜質(zhì)元素的鍵半徑是ra、第1元素的鍵半徑是rb、上述第1元素的濃度與上述第1雜質(zhì)元素的濃度的比率是X∶-X的情況下，上述第1元素的濃度比率X由下面的(1)式給出X=X0=rlrb-1rarb-1---(1)]]>本發(fā)明的第11方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素的濃度比率X的范圍由下面的(2)式給出X0-X0<X<X0+X0---(2)]]>
本發(fā)明的第12方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是將其導(dǎo)入到上述第1和第2半導(dǎo)體層中可產(chǎn)生電子或空穴的元素。
本發(fā)明的第13方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是將其導(dǎo)入到上述第1或第2半導(dǎo)體層中不產(chǎn)生電子或空穴的元素。
本發(fā)明的第14方面所述的半導(dǎo)體器件中，上述第1元素是在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素。
圖1是表示本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的元素濃度分布圖。
圖3是表示本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的晶體狀態(tài)的示意圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的元素濃度分布圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的晶體狀態(tài)的示意圖。
圖7是說明本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖8是說明本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖9是說明本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖10是說明本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖11是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的晶體狀態(tài)的示意圖。
圖13是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的規(guī)定部分的晶體狀態(tài)的示意圖。
圖14是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
《實施例1》圖1示出了作為本發(fā)明的實施例1的N型MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)100的剖面結(jié)構(gòu)。
在圖1中，在P型硅襯底1的表面內(nèi)以規(guī)定的深度形成P型阱層50。然后，在P型阱層50的表面上有選擇地形成絕緣分離膜(場氧化膜)2，由絕緣分離膜2確定的區(qū)域成為有源區(qū)5。
此外，在P型阱層50的表面內(nèi)形成一對源·漏層52，該源·漏層52是獨立地、互相平行地形成的。在該源·漏層52的上部分別形成金屬硅化物層8。然后，在源·漏層52和金屬硅化物層8的結(jié)界面附近形成含有氮的區(qū)域9(第1元素含有區(qū)域)。
此外，備有1對低摻雜漏層(以下稱為LDD層)51，使其與源·漏層52的相對的兩端邊緣部分相接。
然后，在LDD層51間的P型阱層50上形成柵氧化膜3，在該柵氧化膜3的上部依次形成柵電極4和金屬硅化物層8。
此外，在柵氧化膜3、柵電極4和金屬硅化物層8的側(cè)面形成側(cè)壁氧化膜6。此外，在柵電極4的下層的P型阱層50內(nèi)形成溝道摻雜層53，在P型阱層50內(nèi)形成溝道分割層54。
金屬硅化物層8是在源·漏層52上形成金屬薄膜，例如鈷(Co)薄膜，對其進(jìn)行熱處理使鈷與硅(Si)反應(yīng)而得到的硅化鈷層。再有，硅化鈷層的組成比大體為Si∶Co＝2∶1，可寫作CoSi2。
以下列舉構(gòu)成MOSFET100的各部分。
對P型硅襯底1進(jìn)行摻雜，使硼(B)濃度為1×1015cm-3。然后，通過注入硼離子分別形成P型阱層50、溝道層54、溝道摻雜層53，其注入條件分別是250KeV、3×1012cm-2；110KeV、2×1012cm-2；50KeV、9×1012cm-2。
對LDD層51進(jìn)行磷(P)摻雜，使其濃度約為8×1017cm-3。對源·漏層52進(jìn)行砷(As)摻雜，使其最大濃度約為2×1021cm-3。
絕緣分離膜2和柵氧化膜3分別用厚度為300nm和10nm的氧化硅膜來形成。
此外，用磷摻雜濃度為4×1020cm-3的多晶硅來形成柵電極4。
此外，含有氮的區(qū)域9的氮(N)摻雜的最大濃度約為9.9×1021cm-3。
在圖2中示出了圖1中示出的A-A線的深度方向的各元素的濃度分布。在圖2中，橫軸表示深度，縱軸表示濃度。如圖2所示，砷和氮的濃度為最大的地方(深度)與金屬硅化物層8和源·漏層52的結(jié)界面(鈷濃度開始減少的部分)大體一致。
使砷的最大濃度部分與金屬硅化物層8和源·漏層52的結(jié)界面一致的原因是在載流子濃度為最大的位置處形成金屬-半導(dǎo)體結(jié)，以減少接觸電阻。
如提高砷的濃度，則可減少接觸電阻，但隨著砷濃度的增加，晶體缺陷也增加。因此，為了減少晶體缺陷，進(jìn)行氮原子的注入，使其最大濃度部分與金屬硅化物層8和源·漏層52的結(jié)界面一致。
使氮原子的最大濃度部分與金屬硅化物層8和源·漏層52的結(jié)界面一致的原因是通過在其鍵半徑大于硅原子的鈷原子或砷原子多的區(qū)域中進(jìn)行其鍵半徑小于硅原子的氮原子的摻雜，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生晶體缺陷。
圖3中示意性地示出了硅化鈷層與硅層的結(jié)界面附近的狀態(tài)。如圖3所示，硅化鈷層26具有鈷原子部分地進(jìn)入以代替硅原子的晶體結(jié)構(gòu)。再有，鈷原子也侵入到硅層25中，但與硅化鈷層26相比在數(shù)量上較少，故在圖示中將其省略。此外，在圖3中，用表示原子的圓圈的大小示意性地表示鍵半徑的大小關(guān)系。
如圖3所示，鈷原子的鍵半徑大于硅原子的鍵半徑，由于含有鈷原子，使晶體排列發(fā)生變化，但在硅層25和硅化鈷層26的結(jié)界面附近導(dǎo)入氮原子，通過其鍵半徑小于硅原子的氮原子部分地進(jìn)入以代替硅原子，可緩和因鈷原子的存在引起的晶體排列的偏移(晶格不匹配)。
再有，在圖3中硅層25沒有雜質(zhì)，但在實際的源·漏層52中含有砷，從而變成砷原子部分地進(jìn)入以代替硅原子的晶體結(jié)構(gòu)，由此使晶體排列發(fā)生變化，而通過氮原子部分地進(jìn)入，可緩和因砷原子的存在引起的晶格不匹配。
此外，以下述方式來導(dǎo)入氮原子就更為有效使硅化鈷層26一側(cè)的氮原子的濃度高于硅層25一側(cè)的氮原子的濃度。
這里，鈷原子的濃度與氮原子的濃度的比率可設(shè)為X∶1-X，鈷原子的濃度如以下所述可用公式(1)來表示。X=X0=rlrb-1rarb-1---(1)]]>在公式(1)中，r1是構(gòu)成半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體原子的鍵半徑，這里相當(dāng)于硅原子。
此外，ra是引起晶體排列偏移的原子的鍵半徑，這里相當(dāng)于鈷原子。
此外，rb是為緩和晶體排列偏移而導(dǎo)入的原子的鍵半徑，這里相當(dāng)于氮原子。
如果金屬硅化物層8，即硅化鈷層中的鈷原子的濃度(即X)約為2×1022cm-3，則通過使用上述公式(1)可得到氮原子的濃度。
此外，用濃度比率X，如以下所述可用公式(2)來表示鈷原子的濃度的容許范圍。X0-X0<X<X0+X0---(2)]]>然后，從上述公式(2)可得到氮原子濃度的容許范圍。
這里，各元素的鍵半徑使用按J.C.Phillips在Bond and Bands inSemoconductors(半導(dǎo)體中的鍵和能帶)，ACADEMIC PRESS，1973中所述的L.C.Pauling的方法計算的鍵半徑的修正值。例如，如采用上述文獻(xiàn)，硅原子的鍵半徑為1.173埃，氮原子的鍵半徑為0.719埃。再有，從晶格常數(shù)等來推測，鈷原子的鍵半徑約為1.4埃。由此，鈷原子的濃度比率為0.67，氮原子的濃度比率為0.33。因而，如前面所說明的，氮原子的濃度可定為約9.9×1021cm-3。
《變形例》再有，在以上的說明中，給出了使用氮原子作為緩和晶格不匹配的原子的例子，但不限定于氮原子，只要是鍵半徑小于硅原子鍵半徑的、并且不使半導(dǎo)體層的電特性變壞的原子即可。例如，可使用氟(F)或氖(Ne)或碳(C)等。
此外，在確定緩和晶格不匹配的原子時，通過考慮半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型來選擇，可不使半導(dǎo)體層的電特性變壞。即，在以上的說明中，MOSFET100是N型的，在源·漏層52與金屬硅化物層8的結(jié)界面附近設(shè)置了含有氮的區(qū)域9。氮是V族元素，是導(dǎo)入到硅中可能產(chǎn)生電子的元素，是適合于N型的半導(dǎo)體層的元素。因而，對于P型的MOSFET，作為緩和晶格不匹配的原子，最好是導(dǎo)入到半導(dǎo)體層中能產(chǎn)生空穴的元素。此時，硼等是適合的原子。
再有，即使將碳原子導(dǎo)入到硅中，既不產(chǎn)生空穴也不產(chǎn)生電子。
再有，上述的說明以MOSFET為對象，但如果具有金屬和半導(dǎo)體的金屬化合物層與半導(dǎo)體層的結(jié)的結(jié)構(gòu)，則也可以應(yīng)用于其它半導(dǎo)體器件。
此外，在以上的說明中，說明了具有金屬硅化物層與半導(dǎo)體層(源·漏層)的結(jié)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，但本發(fā)明不限定于金屬硅化物，如果是具有半導(dǎo)體元素和金屬元素的金屬化合物層與半導(dǎo)體層的結(jié)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，則通過應(yīng)用本發(fā)明可得到同樣的效果。例如，在半導(dǎo)體層中含有鍺，或含有碳的情況下，如果形成這些元素和金屬元素的金屬化合物層，則也產(chǎn)生同樣的問題。
《特征的作用和效果》如上所述，由于MOSFET100在源·漏層52和金屬硅化物層8的結(jié)界面附近備有含有氮的區(qū)域9，故可緩和因金屬原子的存在引起的晶格不匹配，可緩和晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生晶體缺陷。
《實施例2》《裝置結(jié)構(gòu)》圖4示出了作為本發(fā)明的實施例2的硅的外延襯底200的剖面結(jié)構(gòu)。在圖4中，在P型襯底11的上部通過外延生長形成外延層10，該P型襯底11用硼進(jìn)行摻雜，濃度為2×1020cm-3。再有，在外延層10中用硼進(jìn)行摻雜，濃度約為2×1015cm-3。
然后，在硅襯底11和外延層10的結(jié)界面附近形成含有鍺的區(qū)域(第1元素含有區(qū)域)12。該區(qū)域12用鍺進(jìn)行摻雜，鍺(Ge)原子的最大濃度約為4×1019cm-3。
圖5中示出了圖4中示出的A-A線的深度方向的各元素的濃度分布。在圖5中，橫軸表示深度，縱軸表示濃度。如圖5所示，在硼濃度達(dá)到最大的部分(即，硅襯底11內(nèi))，鍺濃度分布達(dá)到最大值。
在用硼作為雜質(zhì)且以高濃度摻雜的硅襯底11中，用圖13已說明過，由于硅原子與硼原子的鍵半徑(其中，硼原子的鍵半徑小于硅原子的鍵半徑)之差產(chǎn)生晶格不匹配。但是，通過導(dǎo)入鍺原子可緩和晶格不匹配。
圖6中示意性地示出了硅襯底和外延層的結(jié)界面附近的狀態(tài)。如圖6所示，在硅襯底27中導(dǎo)入遠(yuǎn)比外延層28多的雜質(zhì)(這里是硼)。再有，鍺原子也進(jìn)入到外延層28中，但其量比硅襯底27中的量少，故圖示中將其省略。此外，在圖6中，用表示原子的圓圈的大小示意性地表示鍵半徑的大小關(guān)系。
硼原子的鍵半徑比硅原子的鍵半徑小，故含有大量硼原子的硅襯底27的晶體排列與只含有少量的硼原子的外延層28的晶體排列不同，但通過在硅襯底27與外延層28的結(jié)界面附近導(dǎo)入鍺原子，其鍵半徑大于硅原子的鍺原子部分地進(jìn)入以代替硅原子，可緩和因硼原子的摻雜引起的晶格不匹配。
這里，外延層28中的鍺原子的濃度與硼原子的濃度的比率可設(shè)為X∶1-X，鍺原子的濃度比率X可用實施例1中說明過的公式(1)來表示。
此時，在公式(1)中，r1是構(gòu)成半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體原子的鍵半徑，這里是硅原子。
此外，ra是引起晶體排列偏移的原子的鍵半徑，這里相當(dāng)于硼原子。
此外，rb是為緩和晶體排列偏移而導(dǎo)入的原子的鍵半徑，這里相當(dāng)于鍺原子。
如果硅襯底11中的硼原子的濃度約為2×1020cm-3，則通過使用上述公式(1)可得到鍺原子的濃度。
這里，各元素的鍵半徑使用按實施例1中說明過的文獻(xiàn)中的L.C.Pauling的方法計算的鍵半徑的修正值。如果這樣做，則鍺原子的鍵半徑為1.225埃，硼原子的鍵半徑為0.853埃，鍺原子的濃度比率為0.14。因而，如前面所說明的，鍺原子的濃度可定為約4×1019cm-3。
此外，鍺原子的濃度的容許范圍可用實施例1中說明過的公式(2)來表示。
再有，在圖4示出的外延襯底200中沒有形成半導(dǎo)體元件，但不用說在外延層10中形成FET或雙極型晶體管等元件。
《變形例》再有，在實施例2的說明中，通過在硅襯底11中大量導(dǎo)入鍺原子，使晶格不匹配得到緩和，但通過在外延層10中大量導(dǎo)入鍺原子，也可使晶格不匹配得到緩和。
此外，在實施例2的說明中，給出了使用鍺原子作為緩和晶格不匹配的原子的例子，但不限定于鍺原子，只要是鍵半徑大于硅原子鍵半徑的、并且不使半導(dǎo)體層的電特性變壞的原子即可。例如，可使用氬(Ar)或氪(Kr)或氙(Xe)等的稀有氣體元素。
此外，在確定緩和晶格不匹配的原子時，通過考慮半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型來選擇，可不使半導(dǎo)體層的電特性變壞。即，在以上的說明中，由于硅襯底27是P型的，故通過使用導(dǎo)入半導(dǎo)體層中產(chǎn)生空穴的元素，例如鎵(Ga)、銦(In)等，可不使硅襯底27的電特性變壞。
此外，在硅襯底是N型時，通過使用導(dǎo)入半導(dǎo)體層中產(chǎn)生電子的元素，例如砷、銻(Sb)等，可不使N型硅襯底的電特性變壞。
再有，在硅中即使導(dǎo)入鍺原子，既不產(chǎn)生空穴也不產(chǎn)生電子。
此外，以上說明的外延襯底200是在P型的高濃度硅襯底10上形成P型的外延層11的結(jié)構(gòu)，但即使是N型的高濃度硅襯底上形成N型的外延層的結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)?shù)剡x擇緩和晶格不匹配的原子，也能有相應(yīng)的效果。
此外，在以上的說明中，說明了在半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)原子的鍵半徑小于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的原子的鍵半徑的情況下，將具有大于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的原子的鍵半徑的原子作為緩和晶格不匹配的原子來使用的例子，但如果在半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)原子的鍵半徑大于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的原子的鍵半徑的情況下將具有小于構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的原子的鍵半徑的原子作為緩和晶格不匹配的原子來使用，可得到同樣的效果。
例如，在構(gòu)成半導(dǎo)體襯底的原子是硅，半導(dǎo)體襯底中的雜質(zhì)原子是砷的情況下，可使用氮作為緩和晶格不匹配的原子。
此外，以上說明的外延襯底200使用硅襯底，但也能適用于使用金剛石襯底(C襯底)的情況。
《制造工序》其次，使用圖7-圖10說明外延襯底200的制造工序的一例。
首先，如圖7所示，準(zhǔn)備P型襯底11，該襯底11用硼進(jìn)行摻雜，平均濃度為2×1020cm-3。再有，由于硅襯底11的制造方法是一般的技術(shù)，故省略其說明。
其次，在圖8中示出的工序中，通過注入鍺離子(Ge+)，在硅襯底11的表面內(nèi)形成含有鍺的區(qū)域12。這里，注入條件例如是，能量為20keV，劑量約為5×1017cm-2。
其次，在圖9中示出的工序中，為了使伴隨鍺的注入而引起的硅襯底11的表面損傷得到恢復(fù)，將鍺注入已結(jié)束的硅襯底11放置于電爐的石英管QT中，一邊流過大氣壓的氬氣，一邊在約1000℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理。再有，熱處理的方法不限于這里示出的方法，例如，如打算使鍺原子的擴(kuò)散深度變淺，可采用燈退火進(jìn)行的RTA(快速熱處理)。
此外，如果由添加了鍺原子而引起的損傷不成為問題的話，也可不進(jìn)行熱處理。
其次，在圖10示出的工序中，在鍺注入已結(jié)束的硅襯底11上通過外延生長形成外延層10。外延生長的方法如下，用常壓熱CVD法使SiH4氣體和H2氣體以流量比為2比1流過，在1000℃的溫度下進(jìn)行外延生長，使厚度達(dá)到約2微米。
在此時的加熱的情況下，通過自動摻雜，硼原子和鍺原子從硅襯底11擴(kuò)散到外延層10中，形成圖4所示的外延襯底200。
再有，外延層10的形成方法不限于這里示出的方法，如果打算精密地控制雜質(zhì)(這里是B)的濃度，則與用CVD法形成硅層的氣體(例如SiH4氣體)一起進(jìn)行添加含有雜質(zhì)的氣體(B2H6)的就地(in-situ)摻雜是有效的。
此外，除了以上說明的工序外，通過進(jìn)行下述的工序可提高外延襯底200的特性。
即，在圖9示出的工序后，通過在氫氣(H2)的氣氛中進(jìn)行溫度約為1000℃的熱處理(氫退火)，可進(jìn)一步謀求晶體缺陷的恢復(fù)。
此外，外延層10的生長可不在1次成膜工序中完成，可分成幾次來進(jìn)行。
此外，在打算防止襯底的污染以形成清潔的襯底的情況下，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行使用濕法或干法工藝的清洗工序。
此外，在要求襯底表面的平坦性的情況下，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行表面的平坦化處理，例如化學(xué)機(jī)械研磨的鏡面研磨處理。
《特征的作用效果》如上所述，由于外延襯底200在硅襯底11與外延層10的結(jié)界面附近備有含有鍺的區(qū)域12，可緩和因雜質(zhì)原子的存在引起的晶格不匹配，緩和晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，防止產(chǎn)生因失配錯位引起的晶體缺陷，可防止外延層10中的載流子的壽命的下降或漏泄電流的增加。
如采用本發(fā)明的第1方面所述的半導(dǎo)體器件，則由于在半導(dǎo)體層與金屬化合物層的結(jié)界面附近備有第1元素含有區(qū)域，第1元素進(jìn)入半導(dǎo)體層的晶體中，故可緩和因金屬元素進(jìn)入半導(dǎo)體層的晶體中而引起的晶格不匹配，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生晶體缺陷。因而，例如在半導(dǎo)體層是MOSFET的源·漏層、金屬化合物層是金屬硅化物層的情況下，可防止在源·漏層中產(chǎn)生晶體缺陷，可降低漏泄電流。
如采用本發(fā)明的第2方面所述的半導(dǎo)體器件，則由于可從金屬元素的濃度與第1元素的濃度的比率得到各元素的鍵半徑，故可得到對于緩和晶格不匹配很有效的第1元素的濃度。
如采用本發(fā)明的第3方面所述的半導(dǎo)體器件，則可得到金屬元素的濃度比率的范圍，可從該值得到第1元素的濃度比率的范圍。
如采用本發(fā)明的第4方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過與半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型一致的方式確定第1元素的種類，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。例如，半導(dǎo)體層是N型時，使用可產(chǎn)生電子的元素，半導(dǎo)體層是P型時，使用可產(chǎn)生空穴的元素即可。
如采用本發(fā)明的第5方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過使用不產(chǎn)生電子和空穴的元素作為第1元素，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。作為不產(chǎn)生電子和空穴的元素，可使用氟或氖、氬、氪、氙等。
如采用本發(fā)明的第6方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過使用在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素作為第1元素，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。作為在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素，例如可使用碳、硅等。
如采用本發(fā)明的第7方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過使金屬化合物層內(nèi)的第1元素的濃度比半導(dǎo)體層內(nèi)的第1元素的濃度高，可改善金屬化合物層中的晶體性。
如采用本發(fā)明的第8方面所述的半導(dǎo)體器件，則在雜質(zhì)元素的鍵半徑小于半導(dǎo)體元素的鍵半徑的情況下，由于備有包含其鍵半徑大于半導(dǎo)體元素的鍵半徑的第1元素的第1元素含有區(qū)域，因第1元素進(jìn)入第1半導(dǎo)體層的晶體中，故可緩和起因于雜質(zhì)元素進(jìn)入第1半導(dǎo)體層中導(dǎo)致的晶格不匹配，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生晶體缺陷。因而，在第1半導(dǎo)體層是硅的單晶襯底、第2半導(dǎo)體層是外延層的情況下，可緩和兩者的晶格不匹配，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生因失配錯位引起的晶體缺陷，可防止外延層中的載流子的壽命的下降或漏泄電流的增加。
如采用本發(fā)明的第9方面所述的半導(dǎo)體器件，則在雜質(zhì)元素的鍵半徑大于半導(dǎo)體元素的鍵半徑的情況下，由于備有包含其鍵半徑小于半導(dǎo)體元素的鍵半徑的第1元素的第1元素含有區(qū)域，因第1元素進(jìn)入第1半導(dǎo)體層的晶體中，故可緩和起因于雜質(zhì)元素進(jìn)入第1半導(dǎo)體層中導(dǎo)致的晶格不匹配，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生晶體缺陷。因而，在第1半導(dǎo)體層是硅的單晶襯底、第2半導(dǎo)體層是外延層的情況下，可緩和兩者的晶格不匹配，可緩和在晶體中產(chǎn)生的應(yīng)力或變形，可防止產(chǎn)生因失配錯位引起的晶體缺陷，可防止外延層中的載流子的壽命的下降或漏泄電流的增加。
如采用本發(fā)明的第10方面所述的半導(dǎo)體器件，則由于可從各元素的鍵半徑得到第1元素的濃度與雜質(zhì)元素的濃度的比率，故可得到對于緩和晶格不匹配很有效的第1元素的濃度。
如采用本發(fā)明的第11方面所述的半導(dǎo)體器件，則可得到第1元素的濃度比率的范圍。
如采用本發(fā)明的第12方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過與第1和第2半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型一致的方式確定第1元素的種類，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。例如，第1半導(dǎo)體層是N型時，使用可產(chǎn)生電子的元素，半導(dǎo)體層是P型時，使用可產(chǎn)生空穴的元素即可。
如采用本發(fā)明的第13方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過使用不產(chǎn)生電子和空穴的元素作為第1元素，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。作為不產(chǎn)生電子和空穴的元素，可使用氟或氖、氬、氪、氙等。
如采用本發(fā)明的第14方面所述的半導(dǎo)體器件，則通過使用在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素作為第1元素，可防止因第1元素的存在使半導(dǎo)體層的電特性變壞。作為在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素，例如可使用碳、硅等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有將具有晶體性的半導(dǎo)體層和構(gòu)成該半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素與金屬元素的金屬化合物層接合在一起的結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體層和所述金屬化合物層的結(jié)界面附近備有導(dǎo)入了其鍵半徑比所述半導(dǎo)體元素的鍵半徑小的、具有由于其存在不使所述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素的第1元素含有區(qū)域。
2.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元素的鍵半徑是r1、所述金屬元素的鍵半徑是ra、第1元素的鍵半徑是rb、所述金屬元素的濃度與所述第1元素的濃度的比率是X∶1-X的情況下，所述金屬元素的濃度比率X由下面的(1)式給出X=X0=rlrb-1rarb-1----(1)]]>
3.權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述金屬元素的濃度比率X的范圍由下面的(2)式給出X0-X0<X<X0+X0---(2)]]>
4.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是將其導(dǎo)入到所述半導(dǎo)體層中可產(chǎn)生電子或空穴的元素。
5.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是將其導(dǎo)入到所述半導(dǎo)體層中不產(chǎn)生電子或空穴的元素。
6.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素。
7.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素含有區(qū)域中的所述第1元素具有下述的濃度分布在所述金屬化合物層內(nèi)的第1元素的濃度高于所述半導(dǎo)體層內(nèi)的第1元素的濃度。
8.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于備有具有晶體性的、雜質(zhì)濃度較高的第1半導(dǎo)體層；在所述第1半導(dǎo)體層上為反映所述第1半導(dǎo)體層的晶體性而形成的雜質(zhì)濃度較低的第2半導(dǎo)體層；第1元素含有區(qū)域，在該區(qū)域中在所述第1和第2半導(dǎo)體層的結(jié)界面附近導(dǎo)入了其鍵半徑比構(gòu)成所述第1半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素的鍵半徑大的、具有由于其存在不使所述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素；所述第1半導(dǎo)體層具有雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的鍵半徑小于所述半導(dǎo)體元素的鍵半徑。
9.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于備有具有晶體性的、雜質(zhì)濃度較高的第1半導(dǎo)體層；在所述第1半導(dǎo)體層上為反映所述第1半導(dǎo)體層的晶體性而形成的雜質(zhì)濃度較低的第2半導(dǎo)體層；第1元素含有區(qū)域，在該區(qū)域中在所述第1和第2半導(dǎo)體層的結(jié)界面附近導(dǎo)入了其鍵半徑比構(gòu)成所述第1半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元素的鍵半徑小的、具有由于其存在不使所述半導(dǎo)體層的電特性變壞的性質(zhì)的第1元素；所述第1半導(dǎo)體層具有雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的鍵半徑大于所述半導(dǎo)體元素的鍵半徑。
10.權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元素的鍵半徑是r1、所述第1雜質(zhì)元素的鍵半徑是ra、第1元素的鍵半徑是rb、所述第1元素的濃度與所述第1雜質(zhì)元素的濃度的比率是X∶1-X的情況下，所述第1元素的濃度比率X由下面的(1)式給出X=X0=rlrb-1rarb-1---(1)]]>
11.權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素的濃度比率X的范圍由下面的(2)式給出X0-X0<X<X0+X0---(2)]]>
12.權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是將其導(dǎo)入到所述第1和第2半導(dǎo)體層中可產(chǎn)生電子或空穴的元素。
13.權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是將其導(dǎo)入到所述第1或第2半導(dǎo)體層中不產(chǎn)生電子或空穴的元素。
14.權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第1元素是在單質(zhì)狀態(tài)下可成為半導(dǎo)體元素的元素。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體器件,該器件可降低在半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體與金屬的金屬化合物層的結(jié)界面處產(chǎn)生的晶體缺陷以及在外延層與其形成襯底的結(jié)界面處產(chǎn)生的晶體缺陷,可提高電特性。在P型阱層50的表面內(nèi)形成一對源·漏層52,該源·漏層52是獨立地、互相平行地形成的。在該源·漏層52的上部分別形成金屬硅化物層8。然后,在源·漏層52和金屬硅化物層8的結(jié)界面附近形成含有氮的區(qū)域9。
文檔編號H01L21/265GK1193818SQ97122209
公開日1998年9月23日 申請日期1997年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月19日
發(fā)明者山田圭一 申請人:三菱電機(jī)株式會社