用于制造單晶金屬-半導體-復合的方法
【專利摘要】在用于制造半傳導的功能層的表面上的單晶金屬-半導體-復合的方法中首先將包含金屬的儲備層涂覆在功能層上。接著通過退火觸發(fā)金屬與功能層的反應。根據(jù)本發(fā)明，儲備層最遲在從功能層的表面起5nm的層厚度的情況下結束，或儲備層最遲在這個層厚度的情況下轉變成區(qū)域，金屬在該區(qū)域中比在與功能層直接相鄰的區(qū)域中更慢擴散。通過這個措施可以有利地避免功能層中金屬的擴散流。可以認識到，這正好取決于，金屬-半導體-復合是否是單晶。儲備層可以由金屬或金屬的合金組成的至少兩個層，該至少兩個層彼此之間通過擴散勢壘分開，但是還包括由金屬組成的與功能層直接相鄰的層和由金屬的合金組成的至少一個層。
【專利說明】用于制造單晶金屬-半導體-復合的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造半傳導的功能層的表面上的單晶金屬-半導體-復合的方法。

【背景技術】
[0002]根據(jù)最新現(xiàn)有技術，硅化物是CMOS晶體管中最常使用的接觸材料。它通過儲存的金屬與硅襯底的反應產(chǎn)生。如果在硅的位置將第4主族的半導體合金用于新式電子和光電部件，三元和四元金屬(M)-娃化物/鍺化物(MSiGe,MGeSn,MSiSn,MsiGeC等等)走到簡單硅化物的位置上。反應機制然后明顯更復雜。島效應以及鍺分離在退火步驟之后在NiSiGe的娃化的情況下出現(xiàn)[參見:J.Segera, S.L.Zhang, D.Mangelinck,和 H.H.Radamson, Appl.Phys.Lett.81,1978(2002);和 Q.T.Zhao, D.Buca, S.Lenk, R.Loo, M.Caymax,和 S.Mantl,Microelectron.Eng.76，285 (2004)]。由于不同反應焓，產(chǎn)生的硅化物/鍺化物的層厚度不均勻并且界面粗糙。圖1示出典型SiGe MOSFET的截面。圖2示出具有通過SiGe的拉緊的通道作為源極/漏極材料的MOSFET的示例。NiSiGe層在圖1和2的示例中用作接觸金屬。因此金屬和半導體之間的粗糙界面惡化了圖1和2的晶體管的特性并且導致漏電，高接觸電阻和小熱穩(wěn)定性。
[0003]因此特別重要的是，制造盡可能均勻具有到族IV半導體合金的原子平界面的硅化物和鍺化物并且提高熱穩(wěn)定性。在[L.J.Jin, K.L.Pey, W.K.Choi, E.A.Fitzgerald,D.A.Antoniadis, A.J.Pitera, M.L.Lee, D.Z.Chi, M.A.Rahman, T.0s1-powicz, 和
C.H.Tung, J.App1.Phys.98，033520 (2005) ; L.J.Jin, K.L.Pey, ff.K.Choi, E.A.Fitzgerald,
D.A.Antoniadis, A.J.Pitera, M.L.Lee,和 C.H.Tung, J.App1.Phys.97,104917 (2005)]發(fā)表的文章中通過添加元素如Pt或Pd制造N1-Pt或N1-Pd合金。Ni (Pt) SiGe或Ni (Pd) SiGe的形態(tài)和熱穩(wěn)定性與NiSiGe相比得到改善。但是產(chǎn)生的硅化物/鍺化物層是多晶。
[0004]取向附生的硅化物和鍺化物與多晶層相比由于接近完美的界面并且沒有結晶界限在同時較高熱穩(wěn)定性的情況下是有利的。在制造時難點在于，它在與IV主族的元素的半導體合金上通常以正交晶相結晶。[B.Zhang, ff.Yu, Q.TZhao, G.Mussler, L.Jin, D.Buca,B.Hollander, J.M.Hartmann, M.Zhang, X.Wang 和 S.Mantl, App1.Phys.Lett.98,252101，(2011)]發(fā)表的文章示出取向附生的Ni (Al) Sia7Ge0.3，該Ni (Al) Sia7Ge0.3通過Ni/AI的退火在松弛的SiGe上生成。當然對此需要的溫度在600° C以上并且因此在拉緊的SiGe的適合的溫度范圍上。高溫度導致應力松弛并且不希望的Ge向外擴散，尤其是在具有高Ge成分的SiGe中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的任務在于，提出方法供使用，用該方法能夠在半傳導的功能層上還在較小溫度的情況下制造質量上高品質的單晶金屬-半導體-復合。
[0006]根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)獨立權利要求所述的方法來解決這個任務。此外從回引獨立權利要求的從屬權利要求得出有利的擴展方案。
[0007]本發(fā)明的主題
在本發(fā)明的范圍中開發(fā)方法用于制造半傳導的功能層的表面上的單晶金屬-半導體-復合的方法。對此首先將包含金屬的儲備層涂覆到功能層上。接著通過退火觸發(fā)金屬與功能層的反應。
[0008]根據(jù)本發(fā)明儲備層最遲在從功能層的表面起5nm的層厚度的情況下結束，優(yōu)選最遲在從功能層的表面起3nm的層厚度的情況下結束，或儲備層最遲在這個層厚度的情況下轉變成金屬在其中比在與功能層直接相鄰的區(qū)域中擴散更慢的區(qū)域。
[0009]可認識到，其中金屬與功能層的半傳導的材料反應的區(qū)段中的金屬的擴散流(每時間單位的物質量)的層厚度是決定性的。如果儲備層最遲在要求的層厚度的情況下結束，則僅擴散如在反應中用半傳導的材料能夠轉化的那么多的金屬。因此金屬基本上僅僅轉化成期望的單晶金屬-半導體-復合。如果層相對其較厚，則在反應區(qū)段中產(chǎn)生金屬的過量供應。由此形成不同大小和取向的晶粒，其因此還不同地快速生長。如果功能層例如相對于功能層涂覆在其上的襯底拉緊，則此外在每時間單位太多金屬擴散到反應區(qū)段中時，可以無意地卸載該拉緊(Verspannung)。
[0010]因此金屬的擴散流基本上通過與功能層直接相鄰的儲備層的區(qū)域的厚度決定。儲備層的給定位置到功能層的擴散流隨這個位置到功能層的距離指數(shù)下降。儲備層對于向功能層擴散的金屬的局部穿透性對功能層中儲備層的總擴散流的影響在此隨關注的測試點到功能層的距離的增加同樣變小。
[0011]當儲備層最遲在要求的層厚度的情況下結束時，同時也設置了總共可用于形成金屬-半導體-復合的金屬的量的極限?？烧J識到，在此關于金屬-半導體-復合的質量方面也是優(yōu)點?？偣厕D化到金屬-半導體-復合的金屬越少，在退火時到金屬-半導體-復合的反應結束就越早。如果退火持續(xù)，則這使得金屬-半導體-層不再更厚，而是整理它。尤其是平整粗糙性，因為這比平坦表面擁有較高可能的能量。如果其他金屬擴散進來，則這個整理過程中斷。隨金屬的擴散流增大任何時候到達該點，從該點起與層整理相對地在較大晶粒上這個新出現(xiàn)金屬的積聚有利于充滿能量，使得制造的金屬-半導體-層的質量惡化。
[0012]然而儲備層不必在要求的層厚度的情況下結束，而是備選地還可以轉換為金屬在其中更慢擴散的區(qū)域。然后在儲備層中可以存放較大總數(shù)的金屬，而不會借此每時間單位不容許多的金屬從儲備層擴散到功能層中。
[0013]對此在本發(fā)明的尤其有利擴展方案中儲備層包括由金屬，金屬的合金或金屬的復合組成的至少兩個層，所述至少兩個層彼此之間通過擴散勢壘分開。在擴散勢壘中金屬的原子比金屬內(nèi)部或合金中更慢地擴散。尤其鋁，氧化物或氮化物適合作為擴散勢壘。超薄(<lnm)氧化物或氮化物層已經(jīng)可以足夠。金屬合金和復合在其作為儲備層的作用中質量上如下不同，金屬在合金中比在復合中按趨勢更弱地綁定。因此要求較少的活化能并因此要求較小的溫度，以便激勵由合金組成的金屬以在功能層的方向上擴散。
[0014]在本發(fā)明的進一步尤其有利的擴展方案中儲備層具有多層結構，其中 ?由金屬，金屬的合金或金屬的復合組成的層以及
?擴散勢壘分別交替。在此有利地由金屬，金屬的合金或金屬的復合組成的層與在半傳導的功能層的表面上相鄰。
[0015]在發(fā)明人的嘗試中證實，逼近唯一的擴散勢壘的金屬上的太大的提供可以擊潰這個勢壘。然后該勢壘最后喪失其作用，使得儲備層的表現(xiàn)再次接近根據(jù)現(xiàn)有技術的厚儲備層的表現(xiàn)。在儲備層設計為多層結構時，通過至少兩個擴散勢壘的每個總僅很少量的金屬彼此分開。由此可以一個在儲備層放置總共大量的金屬并且一個對應地實現(xiàn)較厚金屬-半導體-接觸，而同時保持控制區(qū)段中的擴散流，在該區(qū)段中金屬與功能層的半傳導的材料反應。這個控制的擴散流負責形成的金屬-半導體-復合的高質量。
[0016]在本發(fā)明的進一步有利的擴展方案中至少一個擴散勢壘的材料的部分擴散在儲備層和半傳導的功能層之間的界面上并且在此催化金屬-半導體-復合的形成。在不消耗催化劑的時候，為此僅需要擴散勢壘的材料的微小部分，使得擴散勢壘的功能保持存活。
[0017]在本發(fā)明的進一步有利擴展方案中，儲備層包括由金屬組成的與功能層直接相鄰的層和由金屬的合金組成的至少一個層。在金屬的每個合金中金屬的原子比在純金屬中更慢地擴散。因此在構造功能層時從純金屬到合金的過渡可以比裝配擴散勢壘更簡單地實現(xiàn)，其在物理和化學上與儲備層的剩余材料明顯不同。除了會到達金屬-半導體-復合的金屬以外，尤其來自群組Al，Co，Cr，Pd，Pt, Ti, W的一個或多個金屬適合作為附加的合金元素。這個金屬尤其與硅技術兼容，因為其在硅中僅較慢地擴散并且因此不損害功能層。金屬的合金可以考慮作為具有作為擴散勢壘的由金屬和附加的合金元素組成的無窮薄的單個層的多層結構的臨界情況。
[0018]在本發(fā)明的尤其有利擴展方案中在金屬-半導體-復合中設置關于半導體的公式單位(Formeleinheit)(也就是例如SiNi或GeSiNi)的金屬原子的化學計量，。在這個化學計量中金屬-半導體-復合具有比關于半導體的兩個公式單位(也就是例如NiSi2)的金屬原子明顯更好的電傳導能力。金屬-半導體-復合由此明顯比接觸更好的適合用于在電子電路中結合半導體元件。對此可容忍，這個化學計量中復合具有比每金屬原子具有半導體的兩個公式單位的情況下的到功能層的較壞的柵極匹配并且因此在退火時靈敏地對金屬的太高擴散流起反應。在這個擴散流可通過根據(jù)本發(fā)明的措施進行控制時，較壞的柵極匹配不再是缺點。盡管有個別移位和結晶界限用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的單晶層的如電的結構上的特征優(yōu)于目前已知的多晶層。
[0019]關于半導體的公式單位的金屬原子的化學計量提供進一步的優(yōu)點，它在退火時在較低溫度的情況下設置作為關于半導體的兩個公式單位的金屬原子的化學計量。然后避免在退火時功能層的基本結構和功能受:損的危險。
[0020]這尤其適合在本發(fā)明的進一步尤其有利的擴展方案中，其中功能層相對于該功能層在其上生長的襯底拉緊。隨著溫度升高，拉緊局部松弛的概率指數(shù)升高。
[0021]有利地選擇半導體合金(尤其僅包含來自第4主族的元素的的半導體合金并且此處尤其來自SiGe，GeSn, SiSn, SiGeC, SiC, SiGeSn, SiGeCSn或SiCSn的群組的半導體合金)作為半傳導的材料用于功能層。這個合金尤其適合用于在電子和光電部件中使用。因此在補充的金屬-氧化物-半導體(CMOS)晶體管中單晶SiGe用作源極和漏極接觸。在硅通道中因此導致的單軸有壓縮力的拉緊提高了空穴移動性。此外SiGe還可以由于較高空穴移動性而直接在通道中使用。GeSn和SiGeSn能夠用于光學部件。然而根據(jù)目前的現(xiàn)有技術，部件的技術實現(xiàn)的不足在于對于源極和漏極必需電接觸其在電子電路中的結合。用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以制造具有低接觸電阻、較好傳導能力和陡峭以及統(tǒng)一的到半導體的界面的硅化物和鍺化物。
[0022]有利地在退火后未與功能層反應的儲備層的部分通過化學選擇性蝕刻來剝蝕。然后根據(jù)本發(fā)明制造的金屬-半導體-復合處于自由并且可以作為電接觸使用。
[0023]退火可以例如用快速熱退火(RTA)，爐退火，激光退火，微波退火或閃光燈實現(xiàn)。
[0024]在形成金屬-半導體-復合之后，此后有利地其他金屬可以作為金屬功能層單晶生長。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面根據(jù)附圖解釋本發(fā)明的主題，而不由此限制本發(fā)明的主題。示出:
圖1:(現(xiàn)有技術)典型SiGeMOSFET-晶體管的截面。
[0026]圖2:(現(xiàn)有技術)具有拉緊的通道的MOSFET。
[0027]圖3:具有超薄儲備層的擴散流的界線劃分。
[0028]圖4:儲備層中具有擴散勢壘的擴散流的界線劃分。
[0029]圖5:通過儲備層的擴散流的界線劃分，該儲備層由純金屬層和具有金屬的合金的位于其上的層組成。

【具體實施方式】
[0030]圖3示出制造薄單晶硅化物/鍺化物層(SiGe上的NiSiGe)。對此首先具有小于5nm的厚度的非常薄的金屬層12 (例如Ni)存放在制成合金的半導體11 (例如SLxGex)上，該半導體先前又沉積在襯底10 (例如硅)上(圖3a)。這可以通過熱汽化滲鍍或者(如在工業(yè)上優(yōu)選的)通過陰極派射(噴鍍)實現(xiàn)。在這個示例中使用石英燈爐(Quarzlampenofen)(快速熱處理器(RTP)并且所謂“釘尖退火(Spike-Tempern) ” (即最大溫度的維持時間〈Is)在600° C釘尖溫度的情況下進行。備選地可以在450° C的情況下持續(xù)若干分鐘地退火。在退火時金屬層12和功能層11的部分反應為單晶NiSiGe 13 (圖3b)。
[0031]圖4示出從作為由不同金屬組成的多層系統(tǒng)的儲備層制造結晶硅化物/鍺化物層(例如SiGe上的NiSiGe)。中間層14 (例如鋁)存放在兩個金屬層12 (例如Ni)之間(圖4a)，金屬從該兩個金屬層擴散到功能層11中并且在那反應。直接涂覆制成合金的半導體11上的第一金屬層12 (例如SihGex)具有小于5nm的厚度。在退火的開始首先僅Ni與SihGex反應，并且產(chǎn)生單晶圖4b)。Al中間層是擴散勢壘并且妨礙上面Ni層到功能層11中的Ni擴散。在退火的進一步進程中上面Ni層的Ni原子通過Al在功能層11的方向上擴散，并且用作晶種的原始NiSihGex層13生長。Al在表面上擴散并且可以選擇性濕化學地清除。
[0032]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方法的其他實施例，其中通過使用儲備層在半傳導的功能層11上制造單晶硅化物/鍺化物層，其包括薄金屬層12和由金屬合金組成層15。制成合金的半導體11是Si襯底10上的單晶SiGe，金屬層12是鎳。金屬合金15同樣包含鎳并且附加地包含例如來自群組Al ,Co，Cr，Pd，Pt，Ti，W的其他金屬(圖5a)。顯而易見的是，其他金屬的存在妨礙來自合金15的鎳的擴散，使得在退火期間總共保持限制鎳在功能層11 中的擴散流并且結晶NiSiGel3在SiGell上形成(圖5b)。
【權利要求】
1.一種用于制造半傳導的功能層的表面上的單晶金屬-半導體-復合的方法，其中首先將包含金屬的儲備層涂覆在所述功能層上并且然后通過退火觸發(fā)所述金屬與所述功能層的反應，其特征在于， 所述儲備層最遲在從所述功能層的表面起5nm的層厚度的情況下結束或轉變?yōu)槠渲兴鼋饘俦仍谂c所述功能層直接相鄰的區(qū)域中更慢地擴散的區(qū)域。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，選擇半導體合金作為半導體。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述半導體合金僅包含來自第四主族的元素。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，從群組SiGe，GeSn,SiSn, SiGeC, SiC,SiGeSn, SiGeCSn或SiCSn選擇半導體合金。
5.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述儲備層最遲在從功能層的表面起3nm的層厚度的情況下結束或轉變?yōu)槠渲兴鼋饘俦仍谂c所述功能層直接相鄰的區(qū)域中更慢擴散的區(qū)域。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述儲備層包括由金屬，金屬的合金或金屬的復合組成的至少兩個層，所述至少兩個層彼此之間通過擴散勢壘分開。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述儲備層具有多層結構，其中 -由金屬，金屬的合金或金屬的復合組成的層以及 -擴散勢壘 分別交替。
8.如權利要求6至7中任一項所述的方法，其特征在于，選擇鋁，氧化物或氮化物作為擴散勢壘。
9.如權利要求6至8中任一項所述的方法，其特征在于，至少一個擴散勢壘的材料的部分在所述儲備層和半傳導的功能層之間的界面上擴散并且在那里催化金屬-半導體-復合的形成。
10.如權利要求1至9中任一項所述的方法，所述儲備層包括由金屬組成的與功能層直接相鄰的層和由金屬的合金組成的至少一個層。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，從群組Al，Co，Cr，Pd，Pt，Ti，W選擇一個或多個金屬作為附加的合金元素。
12.如權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，在金屬-半導體-復合中安置關于半導體的公式單位的金屬原子的化學計量。
13.如權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，選擇功能層，所述功能層相對于所述功能層在其之上生長的襯底拉緊。
14.如權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，在退火之后，通過化學選擇性蝕刻剝蝕未與所述功能層反應的儲備層的部分。
【文檔編號】H01L21/04GK104254905SQ201380011225
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年2月16日 優(yōu)先權日:2012年2月27日
【發(fā)明者】趙清太, L.克諾爾, S.曼特爾 申請人:于利奇研究中心有限公司