JP2003347312A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2003347312A
JP2003347312A JP2002151383A JP2002151383A JP2003347312A JP 2003347312 A JP2003347312 A JP 2003347312A JP 2002151383 A JP2002151383 A JP 2002151383A JP 2002151383 A JP2002151383 A JP 2002151383A JP 2003347312 A JP2003347312 A JP 2003347312A
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metal film
semiconductor device
manufacturing
silicide layer
film
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JP2002151383A
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Japanese (ja)
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Yasuhisa Tachikawa
泰久 立川
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device whereby its metal silicide having an enough thickness to reduce resistance can be formed while preventing a junction leak. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the semiconductor device has a process for depositing a metal film 181 contributing to silicification to cover the whole surface of the upper portion of a gate electrode 13 and heavily doped regions 17 of is source/drain, and has a process for covering the metal film 181 with a cap metal film 191. Since the metal film 181 affects largely thicknesses of silicide layers formed thereafter in the heavily doped regions 17 of its source/drain, the metal film 181 is formed firstly to obtain an about 30% in the thickness of the total silicide layer in order not to provide a cause of the junction leak as spiking. Thereafter, a silicide layer 20 is formed through a first rapid thermal annealing process. After removing metals subjected to no reaction and before a secondary rapid thermal annealing process, the whole substrate-surface including the upper portion of the silicide layer 20 is covered again with a metal film contributing to the silicification of remaining 70% portion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、より微細化された
半導体素子、特にシリサイド膜の形成工程を有する半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a finer semiconductor element, particularly a semiconductor device having a step of forming a silicide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】微細化、高速化が要求される近年の半導
体集積回路では、MOSFET(MOS型電界効果トラ
ンジスタ)のサリサイドプロセスが一般的になってい
る。サリサイドプロセスは、MOSFETのソース/ド
レイン拡散層及びポリシリコンゲート電極上部を自己整
合的にシリサイド化するものであり、素子の寄生抵抗の
低減がなされ、微細化と高速動作化に対応できる。
2. Description of the Related Art A salicide process of a MOSFET (MOS type field effect transistor) is generally used in recent semiconductor integrated circuits which are required to be finer and faster. In the salicide process, the source / drain diffusion layers of the MOSFET and the upper part of the polysilicon gate electrode are silicided in a self-aligning manner. The parasitic resistance of the element is reduced, and it is possible to cope with miniaturization and high-speed operation.

【0003】サリサイドプロセスは、次のように実現さ
れる。MOSFETのポリシリコンゲート電極の両側は
LDD(Lightly Doped Drain )構造、すなわちソース
/ドレインのエクステンション領域を形成するためのス
ペーサ(サイドウォール)が設けられる。そこでゲート
電極上部のシリサイド化に伴ない、スペーサが分離領域
になりソース/ドレインのSi基板上にも自己整合的に
高融点金属薄膜形成→シリサイド化→低抵抗シリサイド
層形成が可能である。このようなサリサイドプロセス
は、低抵抗化、性能向上を図るMOSFETとして周知
技術である。
[0003] The salicide process is realized as follows. On both sides of the polysilicon gate electrode of the MOSFET, an LDD (Lightly Doped Drain) structure, that is, spacers (sidewalls) for forming source / drain extension regions are provided. Therefore, with the silicidation of the upper portion of the gate electrode, the spacer becomes an isolation region, and a high melting point metal thin film can be formed on the source / drain Si substrate in a self-aligned manner, and then a silicide can be formed and a low resistance silicide layer can be formed. Such a salicide process is a well-known technique as a MOSFET for lowering resistance and improving performance.

【0004】ゲート長が0.18μmの世代において
は、サリサイドプロセスに用いられる高融点金属として
Coの利用が知られている。Coの他、サリサイドプロ
セスに定評のある金属はTi,Ni等が知られている。
Coは、Niに比較して耐熱性に優れ、Tiに比較して
加工時の細線効果の影響が少ないことが判っている。浅
い不純物拡散層に低抵抗のシリサイドを、リークを防ぎ
つつ形成するのはCoが好ましいとされている。
In the generation having a gate length of 0.18 μm, it is known that Co is used as a refractory metal used in the salicide process. In addition to Co, Ti, Ni, and the like are known as metals having a reputation for the salicide process.
It has been found that Co is superior in heat resistance to Ni and less affected by the fine wire effect during processing than Ti. It is considered that Co is preferable to form low-resistance silicide in a shallow impurity diffusion layer while preventing leakage.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図5(a),(b)
は、それぞれ従来のMOSFETの製造方法を工程順に
示す断面図である。ソース/ドレイン領域上及びゲート
電極上部がCoを用いてシリサイド化されるコバルトサ
リサイドプロセスが示されている。
Problems to be Solved by the Invention FIGS. 5A and 5B
3A to 3C are cross-sectional views showing a conventional MOSFET manufacturing method in the order of steps. A cobalt salicide process is shown in which the source / drain regions and the top of the gate electrode are silicided using Co.

【0006】図5(a)に示すように、Si基板51に
図示しない素子分離領域を形成しウェル等を形成した
後、基板51上にゲート酸化膜52及びポリシリコンゲ
ート電極53を形成する。ゲート側部にはシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜等のサイドウォール54を形成す
る。ソース/ドレイン領域55は、LDD構造、いわゆ
る低濃度のエクステンション領域を有する。すなわち、
基板51にはポリシリコンゲート電極53をマスクに低
濃度、さらに、サイドウォール54をマスクに高濃度の
不純物がイオン注入される。このような構成において、
全面に例えばCo膜56をスパッタ法にて形成する。さ
らに、このCo膜56を覆うキャップ金属膜57をスパ
ッタ法にて形成する。キャップ金属膜57はCo膜56
の酸化防止のために形成するものであり、例えばTiN
膜を採用する。次に、Co膜56に対してシリサイド化
のための熱処理を行う。これは第1次急速熱アニールで
あり、400〜600℃のうち選択されたアニール温度
で30秒ほど行われる。シリサイド層は比較的高抵抗の
CoSiとなる。
As shown in FIG. 5A, after forming an element isolation region (not shown) in a Si substrate 51 and forming a well and the like, a gate oxide film 52 and a polysilicon gate electrode 53 are formed on the substrate 51. A sidewall 54 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the side of the gate. The source / drain region 55 has an LDD structure, that is, a so-called low concentration extension region. That is,
A low concentration impurity is ion-implanted into the substrate 51 using the polysilicon gate electrode 53 as a mask, and a high concentration impurity is ion-implanted using the sidewalls 54 as a mask. In such a configuration,
For example, a Co film 56 is formed on the entire surface by a sputtering method. Further, a cap metal film 57 covering the Co film 56 is formed by a sputtering method. The cap metal film 57 is a Co film 56
Formed to prevent oxidation of TiN.
Adopt a membrane. Next, heat treatment for silicidation is performed on the Co film 56. This is the first rapid thermal anneal, which is performed at an annealing temperature selected from 400 to 600 ° C. for about 30 seconds. The silicide layer becomes CoSi having a relatively high resistance.

【0007】次に、図5(b)に示すように、キャップ
金属膜57及び未反応のCoを除去した後、再度熱処理
を行う。これは第2次急速熱アニールであり、800〜
900℃のうち選択されたアニール温度で30秒ほど行
われる。これにより、CoSiがCoSi2に組成変化
し、安定な低抵抗のシリサイド層58が形成される。サ
イドウォール54はポリシリコンゲート電極53側部の
シリサイド化を抑え、ソース/ドレイン領域55との短
絡を防止する。
Next, as shown in FIG. 5B, after removing the cap metal film 57 and unreacted Co, heat treatment is performed again. This is the second rapid thermal anneal, 800-
The annealing is performed at a selected annealing temperature of 900 ° C. for about 30 seconds. As a result, the composition of CoSi changes to CoSi 2 , and a stable low-resistance silicide layer 58 is formed. The side wall 54 suppresses silicidation on the side of the polysilicon gate electrode 53 and prevents a short circuit with the source / drain region 55.

【0008】ところで、Co膜56の厚みは、後にソー
ス/ドレイン領域55に形成されるシリサイド層の厚み
に影響する。Co+Si→CoSi(あるいはCoSi
x)の反応により、最終的なシリサイド層58の厚み
は、始めに形成するCo膜56の厚みの3倍以上にな
る。因みに、上記第1次急速熱アニール処理によって得
られるCoSiは、始めに形成するCo膜56の厚さの
約2倍、さらに上記第2次急速熱アニール処理を経て得
られるCoSi2は、始めに形成するCo膜56の厚さ
の約3.6倍となる。
The thickness of the Co film 56 affects the thickness of a silicide layer to be formed later in the source / drain region 55. Co + Si → CoSi (or CoSi
By the reaction of x ), the final thickness of the silicide layer 58 becomes three times or more the thickness of the Co film 56 to be formed first. Incidentally, CoSi obtained by the first rapid thermal annealing treatment is about twice the thickness of the Co film 56 to be formed first, and CoSi 2 obtained through the second rapid thermal annealing treatment is initially This is about 3.6 times the thickness of the Co film 56 to be formed.

【0009】より低抵抗とするためには、シリサイド層
58の厚みはより大きい方がよい。しかし、抵抗を下げ
るためにCo膜56をより厚く形成すると、ソース/ド
レイン領域55におけるシリコンの深さ方向での反応が
より促進されてしまう。これにより、CoSiのスパイ
キングなど、ジャンクションリーク発生の原因となる。
In order to lower the resistance, the thickness of the silicide layer 58 is preferably larger. However, if the Co film 56 is formed thicker to reduce the resistance, the reaction in the depth direction of the silicon in the source / drain region 55 is further promoted. This causes junction leakage such as CoSi spiking.

【0010】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、ジャンクション・リークを防ぎつつ低抵抗
に必要な十分な厚さの金属シリサイドの形成が可能な半
導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a metal silicide having a sufficient thickness required for low resistance while preventing junction leakage. What you want to do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、基板上のゲート絶縁膜、ポリシリコン層
でなるゲート側部に絶縁膜スペーサーを配しゲート及び
ソース/ドレイン領域上を自己整合的にシリサイド化す
る半導体装置の製造方法であって、前記シリサイド化の
ために被覆される金属膜は少なくとも熱処理工程毎に応
じて複数回に分けてスパッタ形成するようにしたことを
特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an insulating film spacer is arranged on a gate insulating film on a substrate and a gate side portion formed of a polysilicon layer, and a gate and a source / drain region are formed on the gate. A method of manufacturing a semiconductor device which is silicided in a self-aligned manner, wherein the metal film coated for the silicidation is formed by sputtering a plurality of times according to at least each heat treatment step. I do.

【0012】上記本発明に係る半導体装置の製造方法に
よれば、最初の熱処理工程でのシリサイド化の反応にお
いて、ソース/ドレイン領域におけるシリコンの深さ方
向での反応促進が著しい。よって、シリサイド化のため
に被覆される金属膜は最初から全部の厚さ形成せずにそ
の何割かにしておく。その後、熱処理工程に応じて残り
分をスパッタ形成していけば、すでにシリサイド化した
物質との反応となり、シリコンの深さ方向での反応進行
が抑制されつつ金属シリサイドは厚くなる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the silicidation reaction in the first heat treatment step, the reaction in the depth direction of silicon in the source / drain regions is remarkably accelerated. Therefore, the metal film to be coated for silicidation is not formed in the entire thickness from the beginning, but is formed in a part of the thickness. After that, if the remaining portion is formed by sputtering in accordance with the heat treatment process, the metal silicide reacts with the already silicided substance, and the metal silicide becomes thicker while the progress of the reaction in the depth direction of silicon is suppressed.

【0013】本発明に係るより好ましい実施態様として
の半導体装置の製造方法は、基板上のゲート絶縁膜、ポ
リシリコン層でなるゲート側部に絶縁膜スペーサーを配
しゲート及びソース/ドレイン領域上を自己整合的にシ
リサイド化する半導体装置の製造方法であって、前記シ
リサイド化のための金属膜を基板全面にスパッタ形成す
る工程と、前記金属膜上にキャップ金属膜をスパッタ形
成する工程と、前記キャップ金属膜が被覆された状態で
熱処理し、シリサイド層を形成する第1次熱処理工程
と、前記キャップ金属膜及び未反応の前記金属膜の部分
を除去する工程と、少なくとも前記シリサイド層上を含
むように基板全面に前記シリサイド化のための金属膜を
再度スパッタ形成する工程と、前記金属膜及び前記シリ
サイド層をさらに低抵抗のシリサイド層とする第2次熱
処理工程と、前記未反応の前記金属膜の部分を選択的に
除去する工程と、を具備したことを特徴とする。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a more preferred embodiment of the present invention, an insulating film spacer is arranged on a side of a gate insulating film on a substrate and a gate side composed of a polysilicon layer, and a gate insulating film is formed on a gate and source / drain regions. A method for manufacturing a semiconductor device that silicides in a self-aligned manner, comprising: sputter forming a metal film for silicidation on the entire surface of a substrate; and sputter forming a cap metal film on the metal film. A first heat treatment step of forming a silicide layer by performing a heat treatment in a state where the cap metal film is covered, a step of removing the cap metal film and an unreacted portion of the metal film, and including at least a portion on the silicide layer Forming the metal film for silicidation again on the entire surface of the substrate by sputtering, and further reducing the metal film and the silicide layer. A second heat-treatment step of the anti-silicide layer, characterized by comprising the a step of selectively removing portions of the metal film of the unreacted.

【0014】上記本発明に係る半導体装置の製造方法に
よれば、ソース/ドレイン領域は、第1次熱処理工程に
よってシリサイド化のための金属膜をその厚さに応じた
分だけシリコンの深さ方向で反応進行される。よって、
シリサイド化のために被覆される金属膜は最初から厚く
形成せずに全体量の何割かにしておく。その後、第2次
熱処理工程前に残り分をスパッタ形成する。これによ
り、第2次熱処理工程においては、再度スパッタ形成し
たシリサイド化のための金属膜はすでにシリサイド化し
た物質との反応となり、シリコンの深さ方向での反応進
行が抑制されつつ金属シリサイドは厚くなる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the source / drain region is formed in the depth direction of silicon by a metal film for silicidation in the first heat treatment step by an amount corresponding to its thickness. The reaction proceeds. Therefore,
The metal film to be coated for silicidation is not formed thick from the beginning, but is set to a certain percentage of the whole amount. Thereafter, the remaining portion is formed by sputtering before the second heat treatment step. Thereby, in the second heat treatment step, the metal film for silicidation formed again by sputtering reacts with the already silicided substance, and the metal silicide becomes thicker while the reaction progress in the depth direction of silicon is suppressed. Become.

【0015】なお、上記本発明に係る半導体装置の製造
方法において、前記第2次熱処理工程の前に形成する金
属膜の膜厚は、前記第1次熱処理工程の前に形成する金
属膜の膜厚と同等もしくはそれより大きいことを特徴と
する。また、前記金属膜はCo、前記キャップ金属膜は
TiNを含むことを特徴とする。Coは微細加工、低抵
抗化に適し、TiNは酸化に対するバリア性に富む。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the thickness of the metal film formed before the second heat treatment step is the same as that of the metal film formed before the first heat treatment step. It is characterized by being equal to or greater than the thickness. The metal film may include Co, and the cap metal film may include TiN. Co is suitable for fine processing and lowering resistance, and TiN is rich in barrier properties against oxidation.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1〜図4は、それぞれ本発明の
一実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順
に示す断面図である。図1に示すように、所定の不純物
濃度で構成されるSi基板11上の素子領域に、ゲート
酸化膜12、ポリシリコン層を順次形成してゲート電極
13をパターニングする。その後、ゲート電極13を後
酸化(熱酸化)し、ゲート電極13の領域をマスクに、
LDD(Lightly Doped Drain )構造いわゆるエクステ
ンション領域のためのソース/ドレインの低濃度領域1
4を不純物イオン注入により形成する。
1 to 4 are cross-sectional views showing a main part of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. As shown in FIG. 1, a gate oxide film 12 and a polysilicon layer are sequentially formed in an element region on a Si substrate 11 having a predetermined impurity concentration, and a gate electrode 13 is patterned. Thereafter, the gate electrode 13 is post-oxidized (thermally oxidized), and the region of the gate electrode 13 is used as a mask.
LDD (Lightly Doped Drain) structure Low-concentration source / drain region 1 for so-called extension region
4 is formed by impurity ion implantation.

【0017】次に、CVD法によりゲート電極13上を
覆うように絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を堆積し、異
方性のドライエッチングを実施することによりシリコン
酸化膜のサイドウォール15を形成する。次に、ゲート
電極13の領域及びサイドウォール15をマスクにして
ソース/ドレインの高濃度領域16を不純物イオン注入
により形成する。
Next, an insulating film, for example, a silicon oxide film is deposited so as to cover the gate electrode 13 by the CVD method, and anisotropic dry etching is performed to form a sidewall 15 of the silicon oxide film. Next, using the region of the gate electrode 13 and the side wall 15 as a mask, a high concentration region 16 of source / drain is formed by impurity ion implantation.

【0018】次に、ゲート電極13上部及びソース/ド
レインの高濃度領域16を覆うように全面にシリサイド
化に寄与する金属膜181を堆積する。金属膜181は
例えばCoであり、スパッタ法を利用して堆積する。す
なわち、Coをターゲット電極とする真空チャンバー内
でAr(アルゴン)ガスを供給しプラズマを発生させ、
Coのスパッタ現象を現出することにより達成する。
Next, a metal film 181 contributing to silicidation is deposited on the entire surface so as to cover the upper portion of the gate electrode 13 and the high concentration region 16 of the source / drain. The metal film 181 is, for example, Co, and is deposited using a sputtering method. That is, Ar (argon) gas is supplied in a vacuum chamber using Co as a target electrode to generate plasma,
This is achieved by exhibiting a Co sputtering phenomenon.

【0019】上記金属膜(ここではCo)181の厚み
は、後にソース/ドレインの高濃度領域17に形成され
るシリサイド層の厚みに大きく影響する。そこで、スパ
イキングなどジャンクションリークの原因を与えないよ
う、まず、目的とする総合的なシリサイド層の厚みの3
割くらいになるような厚さの金属膜(Co)181を形
成する。例えばソース/ドレインの高濃度領域17の深
さが200nmとしてだいたい金属膜(Co)181の
厚さは6nm前後の形成に抑えておく。
The thickness of the metal film (Co in this case) 181 greatly affects the thickness of a silicide layer to be formed later in the high-concentration source / drain regions 17. Therefore, in order not to cause a junction leak such as spiking, first, the target overall silicide layer thickness of 3
A metal film (Co) 181 having a thickness of about 30% is formed. For example, when the depth of the source / drain high-concentration region 17 is 200 nm, the thickness of the metal film (Co) 181 is suppressed to about 6 nm.

【0020】次に、金属膜(Co)181上に耐酸化性
のキャップ金属膜191を被覆する。キャップ金属膜1
91は例えばTiNであり、スパッタ法を利用して堆積
する。すなわち、Tiをターゲット電極とする真空チャ
ンバー内でN2(窒素)ガスを供給しプラズマを発生さ
せ、Tiのスパッタ現象を現出することにより達成す
る。キャップ金属膜(ここではTiN)191の厚み
は、後でシリサイド層を形成する熱工程へ移行するまで
Co表面が酸化されないようにするために5〜10nm
の厚さがあればよい。
Next, an oxidation-resistant cap metal film 191 is coated on the metal film (Co) 181. Cap metal film 1
Reference numeral 91 denotes, for example, TiN, which is deposited using a sputtering method. That is, it is achieved by supplying N 2 (nitrogen) gas in a vacuum chamber using Ti as a target electrode to generate plasma, thereby exhibiting a Ti sputtering phenomenon. The thickness of the cap metal film (here, TiN) 191 is set to 5 to 10 nm in order to prevent the Co surface from being oxidized until the heat process for forming a silicide layer is performed later.
It just needs to be thick.

【0021】次に、上記構成に対するシリサイド化を促
す熱処理、いわゆる第1次急速熱アニール工程を経る。
これは、400〜600℃のうち選択されたアニール温
度(例えば500℃程度)で30〜90秒くらいの熱処
理(ランプアニール)である。これにより、少なくとも
ゲート電極13上部及びソース/ドレイン領域17上部
にはシリサイド層20が形成される(図2に示す)。
Next, a heat treatment for promoting silicidation of the above structure, that is, a so-called first rapid thermal annealing step is performed.
This is a heat treatment (lamp annealing) for about 30 to 90 seconds at an annealing temperature (for example, about 500 ° C.) selected from 400 to 600 ° C. Thus, a silicide layer 20 is formed at least on the gate electrode 13 and the source / drain region 17 (shown in FIG. 2).

【0022】次に、図2に示すように、未反応の金属、
すなわち金属膜(TiN)19及び金属膜(Co)18
の不要な膜が除去される。シリサイド層20は高抵抗の
CoSi膜(Co2Si膜も含む)で構成される。上記
の不要な膜の除去工程はウェットエッチングであり、ウ
ェハは例えばアンモニア+過酸化水素水を含む溶液(R
CA洗浄でいうSC−1)に所定時間漬浸される。その
後、洗浄及び乾燥を経て、ウェハは例えば塩酸+過酸化
水素水を含む溶液(RCA洗浄でいうSC−2)に所定
時間漬浸される。その後、ウェハは洗浄及び乾燥され
る。
Next, as shown in FIG. 2, unreacted metal,
That is, the metal film (TiN) 19 and the metal film (Co) 18
Unnecessary film is removed. The silicide layer 20 is formed of a high-resistance CoSi film (including a Co 2 Si film). The unnecessary film removing step is wet etching, and the wafer is, for example, a solution containing ammonia + hydrogen peroxide solution (R
It is immersed in SC-1) referred to as CA cleaning for a predetermined time. Thereafter, after cleaning and drying, the wafer is immersed in a solution containing, for example, hydrochloric acid + hydrogen peroxide solution (SC-2 in RCA cleaning) for a predetermined time. Thereafter, the wafer is cleaned and dried.

【0023】次に、図3に示すように、シリサイド層2
0上を含むように基板全面にシリサイド化のための金属
膜(Co)182を再度スパッタ形成する。前の工程に
おいて、目的とする総合的なシリサイド層の厚みの約3
割分となる金属膜(Co)181を形成済みなので、残
り約7割分の厚さ、だいたい14nm前後の金属膜(C
o)182を形成する。
Next, as shown in FIG.
A metal film (Co) 182 for silicidation is formed again by sputtering on the entire surface of the substrate so as to include on the zero. In the previous step, the target overall silicide layer thickness was about 3
Since the metal film (Co) 181 to be divided is already formed, the metal film (C) having a thickness of about 70% and a thickness of about 14 nm is remaining.
o) Form 182.

【0024】次に、金属膜(Co)182上に耐酸化性
のキャップ金属膜192を被覆する。キャップ金属膜1
92は例えばTiNであり、スパッタ法を利用して堆積
する。すなわち、Tiをターゲット電極とする真空チャ
ンバー内でN2(窒素)ガスを供給しプラズマを発生さ
せ、Tiのスパッタ現象を現出することにより達成す
る。キャップ金属膜(ここではTiN)192の厚み
は、後でシリサイド層を形成する熱工程へ移行するまで
Co表面が酸化されないようにするために5〜10nm
の厚さがあればよい。
Next, an oxidation-resistant cap metal film 192 is coated on the metal film (Co) 182. Cap metal film 1
Reference numeral 92 denotes, for example, TiN, which is deposited using a sputtering method. That is, it is achieved by supplying N 2 (nitrogen) gas in a vacuum chamber using Ti as a target electrode to generate plasma, thereby exhibiting a Ti sputtering phenomenon. The thickness of the cap metal film (here, TiN) 192 is set to 5 to 10 nm in order to prevent the Co surface from being oxidized until the heat process for forming a silicide layer is performed later.
It just needs to be thick.

【0025】その後、再度アニール処理する(第2次急
速熱アニール工程の実施)。これは、800〜900℃
のうち選択されたアニール温度(例えば850℃程度)
で30秒くらいの熱処理(ランプアニール)である。こ
れにより、シリサイド層20を安定させると共に、シリ
サイド層20表面では金属膜(Co)182とCoSi
(あるいはCoSix)の反応が進行する。これによ
り、シリコンの深さ方向での反応進行が抑制されつつシ
リサイド層(CoSi2膜)が厚く形成される(図4の
22)。例えばソース/ドレインの高濃度領域17の深
さが200nm程度に対し、70nm程度の厚さのシリ
サイド層(CoSi2膜)22が実現される。
Thereafter, annealing is performed again (the second rapid thermal annealing step is performed). This is 800-900 ° C
Annealing temperature selected (for example, about 850 ° C.)
For about 30 seconds (lamp annealing). Thereby, the silicide layer 20 is stabilized, and the metal film (Co) 182 and CoSi
The reaction proceeds (or CoSi x). As a result, the silicide layer (CoSi 2 film) is formed thick while suppressing the progress of the reaction in the depth direction of silicon (22 in FIG. 4). For example, a silicide layer (CoSi 2 film) 22 having a thickness of about 70 nm is realized while the depth of the source / drain high concentration region 17 is about 200 nm.

【0026】次に、図4に示すように、キャップ金属膜
(TiN)192及び未反応の金属膜(Co)18の不
要な膜が除去される。この除去工程はウェットエッチン
グであり、ウェハは例えばアンモニア+過酸化水素水を
含む溶液(RCA洗浄でいうSC−1)に所定時間漬浸
される。その後、洗浄及び乾燥を経て、ウェハは例えば
塩酸+過酸化水素水を含む溶液(RCA洗浄でいうSC
−2)に所定時間漬浸される。その後、ウェハは洗浄及
び乾燥される。以上のような工程を経て、シリコンの深
さ方向の反応進行が抑制された膜厚の大きなシリサイド
層(CoSi2膜)22が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, unnecessary films of the cap metal film (TiN) 192 and the unreacted metal film (Co) 18 are removed. This removal step is wet etching, and the wafer is immersed in a solution containing, for example, ammonia + hydrogen peroxide (SC-1 in RCA cleaning) for a predetermined time. Thereafter, after cleaning and drying, the wafer is subjected to a solution containing, for example, hydrochloric acid + hydrogen peroxide solution (SC in RCA cleaning).
-2) is immersed for a predetermined time. Thereafter, the wafer is cleaned and dried. Through the above-described steps, a silicide layer (CoSi 2 film) 22 having a large film thickness in which the progress of the reaction in the depth direction of silicon is suppressed is formed.

【0027】上記実施形態の方法によれば、シリサイド
化に寄与する金属膜(Co)を第1次、第2次アニール
工程に応じて、金属膜(Co)181、182と2回に
分けてスパッタ形成する。ソース/ドレイン領域17
は、第1次熱アニール工程によってCo膜181をその
厚さに応じた分だけシリコンの深さ方向で反応進行され
る。よって、Co膜181は最初から厚く形成せずに全
体量の何割かにしておく。その後、第2次アニール工程
前に残り分、すなわちCo膜182をスパッタ形成す
る。
According to the method of the above-described embodiment, the metal film (Co) contributing to silicidation is divided into two metal films (Co) 181 and 182 according to the first and second annealing steps. It is formed by sputtering. Source / drain region 17
In the first thermal annealing step, the Co film 181 is reacted in the depth direction of silicon by an amount corresponding to its thickness. Therefore, the Co film 181 is not formed to be thick from the beginning, but is set to a certain percentage of the total amount. Thereafter, the remaining film, that is, the Co film 182 is formed by sputtering before the second annealing step.

【0028】これにより、第2次アニール工程において
は、再度スパッタ形成したCo膜182はすでにシリサ
イド化したCoSi(あるいはCoSix)との反応と
なり、シリコンの深さ方向での反応進行が抑制されつつ
シリサイド層22は厚くなる。なお、上記実施形態の方
法ではCo膜181、182の形成配分をおよそ3:7
としたが、これに限らず、半分ずつ、およそ5:5まで
配分を変更させても同様に作用し、シリコンの深さ方向
での反応進行が抑制されつつシリサイド層22が厚くな
る形態が得られる。
[0028] Accordingly, in the secondary annealing process, become a reaction between the Co film 182 was again sputtered already silicided CoSi (or CoSi x), while reaction progress in the depth direction of the silicon is suppressed The silicide layer 22 becomes thicker. In the method of the above embodiment, the distribution of the Co films 181 and 182 is set to about 3: 7.
However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even if the distribution is changed by half, about 5: 5, and a mode is obtained in which the silicide layer 22 becomes thicker while suppressing the progress of the reaction in the depth direction of silicon. Can be

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リサイド化の反応における最初の熱処理工程で、ソース
/ドレイン領域におけるシリコンの深さ方向での反応促
進が著しいことに着目した。そこで、シリサイド化のた
めに被覆される金属膜は最初から全部の厚さ形成せずに
その何割かにしておく。その後、次の熱処理工程に応じ
て残り分をスパッタ形成していけば、すでにシリサイド
化した物質との反応となり、シリコンの深さ方向での反
応進行が抑制されつつ金属シリサイドは厚くなる。この
結果、ジャンクション・リークを防ぎつつ低抵抗に必要
な十分な厚さの金属シリサイドの形成が可能な半導体装
置の製造方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, attention was paid to the fact that in the first heat treatment step in the silicidation reaction, the reaction in the depth direction of silicon in the source / drain regions was remarkably accelerated. Therefore, the metal film to be coated for silicidation is not formed in the entire thickness from the beginning, but is formed in a small portion thereof. Thereafter, if the remaining portion is formed by sputtering in accordance with the next heat treatment step, a reaction occurs with the already silicided substance, and the metal silicide becomes thicker while the progress of the reaction in the depth direction of silicon is suppressed. As a result, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a metal silicide having a sufficient thickness required for low resistance while preventing junction leakage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法の要部を工程順に示す第1の断面図である。
FIG. 1 is a first cross-sectional view showing a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法の要部を工程順に示す図1に続く第2の断面図であ
る。
FIG. 2 is a second cross-sectional view following FIG. 1 showing a main portion of the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法の要部を工程順に示す図2に続く第3の断面図であ
る。
FIG. 3 is a third cross-sectional view following FIG. 2 showing a main portion of the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention in the order of steps;

【図4】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法の要部を工程順に示す図3に続く第4の断面図であ
る。
FIG. 4 is a fourth cross-sectional view following FIG. 3 showing a main portion of the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention in the order of steps;

【図5】(a),(b)は、それぞれ従来のMOSFE
Tの製造方法を工程順に示す断面図である。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show a conventional MOSFE, respectively.
It is sectional drawing which shows the manufacturing method of T in order of a process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,51…Si基板 12,52…ゲート酸化膜 13,53…ゲート電極(ポリシリコンゲート電極) 14…ソース/ドレイン領域(低濃度領域) 16,54…サイドウォール 17,55…ソース/ドレイン領域(高濃度領域) 181,182…金属膜(Co) 191,192,57…キャップ金属膜(TiN) 20,22,58…シリサイド層 56…Co膜 11, 51 ... Si substrate 12, 52 ... gate oxide film 13, 53: gate electrode (polysilicon gate electrode) 14. Source / drain region (low concentration region) 16, 54… Sidewall 17, 55: Source / drain region (high concentration region) 181, 182: Metal film (Co) 191, 192, 57: Cap metal film (TiN) 20, 22, 58 ... silicide layer 56 Co film

フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB20 CC01 CC05 DD02 DD37 DD80 DD84 FF14 GG09 HH16 HH20 5F033 HH04 HH25 KK25 PP15 QQ70 QQ73 XX00 XX10 5F140 AA01 AA10 AA24 AA39 BA01 BF04 BF11 BF18 BG08 BG12 BG30 BG34 BG44 BG45 BG52 BG53 BG56 BH15 BJ01 BJ08 BJ20 BK02 BK13 BK29 BK34 CF04 Continuation of front page    F-term (reference) 4M104 AA01 BB01 BB20 CC01 CC05                       DD02 DD37 DD80 DD84 FF14                       GG09 HH16 HH20                 5F033 HH04 HH25 KK25 PP15 QQ70                       QQ73 XX00 XX10                 5F140 AA01 AA10 AA24 AA39 BA01                       BF04 BF11 BF18 BG08 BG12                       BG30 BG34 BG44 BG45 BG52                       BG53 BG56 BH15 BJ01 BJ08                       BJ20 BK02 BK13 BK29 BK34                       CF04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上のゲート絶縁膜、ポリシリコン層
でなるゲート側部に絶縁膜スペーサーを配しゲート及び
ソース/ドレイン領域上を自己整合的にシリサイド化す
る半導体装置の製造方法であって、 前記シリサイド化のために被覆される金属膜は少なくと
も熱処理工程毎に応じて複数回に分けてスパッタ形成す
るようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an insulating film spacer is arranged on a side of a gate made of a polysilicon layer and a gate insulating film on a substrate, and a gate and source / drain regions are silicided in a self-aligned manner. The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the metal film coated for silicidation is formed by sputtering a plurality of times at least for each heat treatment step.
【請求項2】 基板上のゲート絶縁膜、ポリシリコン層
でなるゲート側部に絶縁膜スペーサーを配しゲート及び
ソース/ドレイン領域上を自己整合的にシリサイド化す
る半導体装置の製造方法であって、 前記シリサイド化のための金属膜を基板全面にスパッタ
形成する工程と、 前記金属膜上にキャップ金属膜をスパッタ形成する工程
と、 前記キャップ金属膜が被覆された状態で熱処理し、シリ
サイド層を形成する第1次熱処理工程と、 前記キャップ金属膜及び未反応の前記金属膜の部分を除
去する工程と、 少なくとも前記シリサイド層上を含むように基板全面に
前記シリサイド化のための金属膜を再度スパッタ形成す
る工程と、 前記金属膜及び前記シリサイド層をさらに低抵抗のシリ
サイド層とする第2次熱処理工程と、 前記未反応の前記金属膜の部分を選択的に除去する工程
と、を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device in which an insulating film spacer is disposed on a side of a gate made of a polysilicon layer and a gate insulating film on a substrate, and the gate and source / drain regions are silicided in a self-aligned manner. A step of sputter-forming a metal film for silicidation on the entire surface of the substrate; a step of sputter-forming a cap metal film on the metal film; and a heat treatment in a state where the cap metal film is covered, to form a silicide layer. A first heat treatment step of forming; a step of removing the cap metal film and the unreacted portion of the metal film; and re-forming the metal film for silicidation on the entire surface of the substrate so as to include at least the silicide layer. A step of forming by sputtering, a second heat treatment step of making the metal film and the silicide layer a silicide layer having a lower resistance, Method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that comprising the step of selectively removing portions of the metal film.
【請求項3】 前記第2次熱処理工程の前に形成する金
属膜の膜厚は、前記第1次熱処理工程の前に形成する金
属膜の膜厚と同等もしくはそれより大きいことを特徴と
する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein a thickness of the metal film formed before the second heat treatment is equal to or larger than a thickness of the metal film formed before the first heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
【請求項4】 前記金属膜はCo、前記キャップ金属膜
はTiNを含むことを特徴とする請求項2または3記載
の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 2, wherein the metal film includes Co, and the cap metal film includes TiN.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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