低电阻接触结构及其形成方法技术

技术编号:6915062 阅读:164 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及低电阻接触结构及其形成方法。一种在半导体器件中形成低电阻接触结构的方法,包括:在半导体衬底中形成掺杂的半导体区域;在所述掺杂的半导体区域的上部处形成深能级杂质区域;通过退火激活所述掺杂的半导体区域和所述深能级杂质区域二者中的掺杂剂;以及在所述深能级杂质区域之上形成金属接触以在其之间产生金属-半导体界面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及半导体器件制造以及,更加具体地讲,涉及深能级掺杂形成导致的晶体管器件中接触电阻的降低。
技术介绍
集成电路(IC)包括在半导体衬底上形成的大量晶体管。例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的晶体管通常被构造在体衬底的顶表面上。掺杂衬底,以形成杂质扩散层(即,源极和漏极区域)。位于源极和漏极区域之间的是导电层,被薄介电层隔离,可作为用于晶体管的栅极。栅极控制在源极和漏极区域之间形成的沟道内的电流。为了降低与MOSFET的源极和漏极相关的串联电阻,半导体制造商采用了称为硅化的自对准硅化物或“自对准硅化“salicide””工艺。典型地,硅化要通过在半导体衬底中的源极和漏极区域的暴露的表面上淀积难熔金属(例如,钴(Co)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、钨(W)等)来完成。在退火工艺期间,源极和漏极区域中的硅(Si)原子与难熔金属原子反应,由此形成硅化物层。绝缘区域上的难熔金属部分会保持不反应而可以被选择性地除去。通过帮助突破残余的表面氧化物,剩余的硅化物层降低了硅化物源极/漏极结处的接触电阻,从而形成良好的电接触。硅MOSFET按比例缩小需要连续降低栅极长度、栅极电介质厚度,和更高的衬底掺杂。随着这些参数的改善,本征器件电阻会按比例降到1000Ω-μm以下,导致更快的器件。然而,当此类器件在尺寸上按比例缩小时,用于接触源极和漏极区域的硅化物材料日益变成与源极/漏极(S/D)接触中的硅化物到硅的寄生接触电阻相关的器件速度限制因素。这是因为最小化硅化物界面电阻率主要取决于最大化S/D掺杂水平,这在如今的CMOS技术中已处于饱和水平。因此,随着器件按比例缩地更小,当硅化物/硅接触区域变得更小时,接触电阻只会增加。由此,不仅在相对关系中,而且在绝对关系中,当器件按比例缩小至0.1μm以下时,接触电阻都会增加,这随即对通过按比例缩小其它参数而获得潜在的器件改进设置了严格的限制。
技术实现思路
在一个示例性实施例中,一种在半导体器件中形成低电阻接触结构的方法,包括:在半导体衬底中形成掺杂的半导体区域;在所述掺杂的半导体区域的上部处形成深能级杂质区域;通过退火激活所述掺杂的半导体区域和所述深能级杂质区域二者中的掺杂剂;以及在所述深能级杂质区域之上形成金属接触以在其之间产生金属-半导体界面。在另一个实施例中,一种半导体器件中的低电阻接触结构,包括:掺杂的半导体区域,形成在半导体衬底中;深能级杂质区域,形成在所述掺杂的半导体区域的上部处;以及金属接触,形成在所述深能级杂质区域之上,以在其之间产生金属-半导体界面。在另一个实施例中,一种在场效应晶体管(FET)器件中形成低电阻接触结构的方法,所述方法包括:在硅衬底中形成掺杂的源极/漏极区域;在所述掺杂的源极/漏极区域的上部处形成深能级杂质区域;以及在所述深能级杂质区域之上形成硅化物金属接触以产生金属-硅界面;其中所述深能级杂质区域具有大于或等于对应于所述金属-硅界面的能带弯曲区域的所述掺杂的源极/漏极区域的耗尽宽度的深度。仍然在另一个实施例中,一种场效应晶体管(FET)器件中的低电阻接触结构,包括:掺杂的源极/漏极区域,形成在半导体衬底中;深能级杂质区域,形成在所述掺杂的源极/漏极区域的上部处;以及硅化物金属接触,形成在所述深能级杂质区域之上,以在其之间形成金属-硅界面;其中所述深能级杂质区域具有大于或等于对应于所述金属-硅界面的能带弯曲区域的所述掺杂的源极/漏极区域的耗尽宽度的深度。附图说明参考示例性附图,其中相同的要素在几个图中用相同的数字表示:图1(a)是例如硅的n型半导体器件的能带图;图1(b)是金属/n型硅界面的能带图,示出了肖特基势垒的形成;图2(a)是其中具有深施主注入的n型半导体器件的能带图;图2(b)是金属/n型硅界面的能带图,其中n型硅在其中具有深施主注入用以给电子提供额外的隧穿通路;以及图3(a)至图3(e)是一系列横截面视图,示出了根据本专利技术的实施例的使用深能级杂质掺杂形成具有降低的电阻率的金属至半导体接触的方法。具体实施方式在此公开的是用于降低例如MOSFET的晶体管器件中的接触电阻率的方法和结构。简明言之,利用包括深杂质注入核素(specie)(即,用于n型接触的深能级施主和用于p型接触的深能级受主)的上层补充常规的源极/漏极注入以在金属/半导体界面提供附加的电流通路。如上所述,随着器件尺寸按比例缩小,源极/漏极接触电阻变得越来越重要。首先参考图1(a)和1(b),分别示出了例如硅的n型半导体器件的能带图,和高功函数金属到重掺杂n型硅接触的能带图。只要金属淀积在半导体之上,费米能级在其界面处匹配。由此,在如图1(b)的能带图中所示,在金属/Si界面处形成了肖特基势垒,其中金属和硅之间的电子隧穿在界面处遇到由(Ec-Ef)表示的势垒高度。因此,在本实施例中,深能级杂质被添加在接近Si表面的薄Si层中,以在金属/Si界面处提供额外的电流通路。具体而言,添加了用于n型接触的深能级施主和用于p型接触的深能级受主。图2(a)和2(b)为能带图,分别示出了n型Si和金属/Si(n型)结中的深施主杂质的机理。如图72(a)中所示,当n型Si中的深施主浓度足够高时,在界面附近形成了能量Ed处的杂质能带和Ed以上的连续激发态。由此,如图2(b)中所示,金属和n型硅之间的电子隧穿遇到界面处的由(Ed-Ef)表示的势垒高度。在此,深能级能带和激发态有效提供了用于电子的额外隧穿通路。在示例性实施例中,具有深能级杂质的层的厚度应该等于或大于耗尽宽度Wd,或者能带弯曲区域的宽度。随着深能级杂质层的厚度厚于能带弯曲区域,深能级杂质层与准电中性或非能带弯曲区域交叠,由此促使电子从准电中性区域向深能级杂质层的转移。在一个具体实施中,当Si掺杂水平在约1020原子/cm3的量级上时,更通常地是,在约1019原子/cm3到1022原子/cm3的量级上时,Wd小于约10纳米(nm)。在此实例中,应该注意,当某些被注入的硅在扩散区金属化处理期间被消耗时,产生的深能级杂质层的深度对应于硅/硅化物界面(后硅化)之下的杂质层的剩余深度而非深能级杂质的原始注入深度。预期在此提出的深杂质技术应用到IV族半导体(例如,Si、锗(Ge)、锗硅(SiGe)等)以及III-V族半导体(例如,砷化镓(G本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种在半导体器件中形成低电阻接触结构的方法,所述方法包括以下步骤:在半导体衬底中形成掺杂的半导体区域;在所述掺杂的半导体区域的上部处形成深能级杂质区域;通过退火激活所述掺杂的半导体区域和所述深能级杂质区域二者中的掺杂剂;以及在所述深能级杂质区域之上形成金属接触以在其之间产生金属-半导体界面。

【技术特征摘要】
2010.06.03 US 12/793,0461.一种在半导体器件中形成低电阻接触结构的方法,所述方法包括以
下步骤:
在半导体衬底中形成掺杂的半导体区域;
在所述掺杂的半导体区域的上部处形成深能级杂质区域;
通过退火激活所述掺杂的半导体区域和所述深能级杂质区域二者中的
掺杂剂;以及
在所述深能级杂质区域之上形成金属接触以在其之间产生金属-半导
体界面。
2.根据权利要求1的方法,其中:
所述掺杂的半导体区域为n型;以及
所述深能级杂质区域包括深能级施主区域。
3.根据权利要求2的方法,还包括通过注入从一种或多种VI族或VII
族元素中选择的核素形成所述深能级施主区域。
4.根据权利要求3的方法,还包括在大于或等于对应于能带弯曲区域
的所述掺杂的半导体区域的耗尽宽度的深度处形成所述深能级施主区域。
5.根据权利要求4的方法,其中:
所述衬底为硅;以及
所述掺杂的半导体区域被掺杂至约1020掺杂剂原子/cm3的浓度。
6.根据权利要求1的方法,其中:
所述掺杂的半导体区域为p型;以及
所述深能级杂质区域包括深能级受主区域。
7.根据权利要求6的方法,还包括通过注入从一种或多种I族或II
族元素选择的核素形成所述深能级受主区域。
8.根据权利要求7的方法,还包括在大于或等于对应于能带弯曲区域
的所述掺杂的半导体区域的耗尽宽度的深度处形成所述深能级受主区域。
9.根据权利要求8的方法,其中:
所述衬底为硅;以及
所述掺杂的半导体区域被掺杂至约1019原子/cm3至约1022原子/cm3的
浓度。
10.根据权利要求1的方法,其中所述金属接触为通过在所述深能级
杂质区域之上淀积难熔金属并退火以将所述难熔金属和所述深能级杂质区
域的一部分转化为金属硅化物而形成的金属硅化物接触。
11.一种半导体器件中的低电阻接触结构,包括:
掺杂的半导体区域,形成在半导体衬底中;
深能级杂质区域,形成在所述掺杂的半导体区域的上部处;以及
金属接触,形成在所述深能级杂质区域之上以在其之间产生金属-半导
体界面。
12.根据权利要求11的结构,其中:
所述掺杂的半导体区域为n型;以及
所述深能级杂质区域包括深能级施主区域。
13.根据权利要求12的结构,其中所述深能级施主区域包括从一种或
多种VI族或VII族元素中选择的核素。
14.根据权利要求13的结构,其中所述深能级施主区域被形成在大于
或等于对应于能带弯曲区域的所述掺杂的半导体区域的耗尽宽度的深度
处。
15.根据权利要求14的结构,其中:
所述衬底为硅;以及
所述掺杂的半导体区域被掺杂至约1019原子/cm3至约1022原子/cm3的
浓度。
16.根据权利要求11的结构,其中:
所述掺杂的半导体区域为p型;以及
所述深能级杂质区域...

【专利技术属性】
技术研发人员:甯德雄章贞
申请(专利权)人:国际商业机器公司
类型:发明
国别省市:US

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