JP2004228324A - Method of forming silicide film, forming device therefor and method of controlling film thickness - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上に形成されたトランジスタのゲートおよびソース・ドレイン不純物拡散領域を低抵抗化するためのシリサイド膜の形成方法、その形成装置および膜厚制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリシリコンによって形成されたゲート領域とシリコン基板に不純物を拡散することによって形成されたソース・ドレイン領域とによって構成されたMOS型トランジスタにおいては、ゲート領域に印加される電圧によってソース領域からドレイン領域へ流れる電流を制御している。ここで、ゲート領域あるいはソース領域・ドレイン領域における抵抗がトランジスタ動作の遅延に影響することから、MOS型トランジスタを高速化するためには、ゲート領域およびソース領域・ドレイン領域の低抵抗化が不可欠である。
【0003】
そこで、従来では、例えば、非特許文献1に示されるように、ゲート領域およびソース領域・ドレイン領域を低抵抗化するための手段として、高融点金属とシリコンとを自己整合的に反応させるサリサイド(Self Aligned Silicide)プロセスが用いられている。
【0004】
以下、図面を参照しながら、シリコン基板上に形成されたトランジスタのゲートおよびソース・ドレイン不純物拡散領域を低抵抗化するための従来のサリサイドプロセスを説明する。図8(a)〜図8(d)は、従来のシリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【0005】
図8(a)を参照すると、フィールド酸化膜81によって分離されたシリコン基板上に、MOS型トランジスタのゲート領域となるゲート絶縁膜82とポリシリコン電極99とが形成されている。
【0006】
ゲート絶縁膜82とポリシリコン電極99との両側面には、サイドウォール83が形成されている。サイドウォール83の両側のシリコン基板には、ソース領域あるいはドレイン領域となる不純物拡散層90が形成されている。
【0007】
この様な構造のとき、低抵抗化を必要とする領域の最表面には清浄なシリコンが露出していなければならず、低抵抗化する必要のない領域は全てシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によって覆われていなければならない。
【0008】
次に、図8(b)を参照すると、ポリシリコン電極99とサイドウォール83と不純物拡散層90とフィールド酸化膜81とを覆うようにコバルト蒸着膜94を堆積させる。そして、コバルト蒸着膜94を覆うようにTiN等によって構成される保護膜91を堆積させる。
【0009】
このようにして堆積されたコバルト蒸着膜94とポリシリコン電極99との間の界面と、コバルト蒸着膜94と不純物拡散層90との間の界面とには、コバルトとシリコンとの相互拡散層2が約2ナノメータ(nm)ないし3ナノメータの厚みに形成される。
【0010】
そして、図8(c)を参照すると、この状態から窒素雰囲気において400度以上の熱処理を施すと、コバルトとシリコンとの相互拡散層2がコバルトシリサイド膜93に変態するとともに、コバルト蒸着膜94からコバルト原子のコバルトシリサイド膜93への拡散が続き、コバルトシリサイド膜93は成長する。
【0011】
次に、図8(d)を参照すると、前述したようなコバルトシリサイド膜93の成長は、直上のコバルト蒸着膜94を消費し尽くすか、熱処理が終了するまで続くため、コバルト蒸着膜94の膜厚と熱処理条件とに基づいて、最終的なコバルト膜厚を調整しなければならない。この後で、保護膜91とコバルト蒸着膜94だけを硫酸/過酸化水素水などシリコン酸化膜に選択性を有する洗浄により除去し、必要に応じてコバルトシリサイド膜93が最も低抵抗化するための追加熱処理を窒素雰囲気中で実施する。
【0012】
このようにして処理された半導体装置は、図8(d)に示すように、図8(a)に示す状態において清浄なシリコンが露出していた部分にのみ選択的に低抵抗化したコバルトシリサイド膜93が形成される。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−223560号公報
【0014】
【非特許文献1】
丹呉 浩侑、西澤 潤一、“半導体工学シリーズ9 半導体プロセス技術”、P36、培風館 発行
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の構成では、コバルトシリサイド膜93の厚さが熱処理前にシリコン表面に堆積したコバルト蒸着膜94の厚さに基づいて決定されるため、コバルト蒸着膜94に厚さのばらつきが生じる場合には、例えば、ゲート電極とゲート電極との間隔が狭くシリコン基板を囲むようなパターンの場合には、熱処理後のコバルトシリサイド膜93の厚さが均一にならないために、抵抗がばらつくという問題を有していた。
【0016】
また、コバルトシリサイド膜93の膜厚を厚く形成しすぎると、拡散層境界からシリコン基板側への電流のリークが発生する。このため、トランジスタ能力を劣化させるおそれがある。このように、コバルトシリサイド膜93の厚さにばらつきがあると、トランジスタ性能の均一性も損なわれるという問題がある。
【0017】
本発明の目的は、コバルトシリサイド膜の厚さを均一に形成することができるシリサイド膜の形成方法、その形成装置および膜厚制御方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリサイド膜の形成方法は、シリコン基板上に高融点金属膜を形成し、前記高融点金属膜を構成する高融点金属と前記シリコン基板を構成するシリコンとの相互拡散層を前記高融点金属膜と前記シリコン基板との間の界面に形成する相互拡散層形成工程と、前記高融点金属と前記シリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を前記高融点金属膜と前記相互拡散層との間の界面に形成するために、前記高融点金属膜と前記相互拡散層とが形成された前記シリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理する熱処理工程とを包含することを特徴とする。
【0019】
本発明に係るシリサイド膜の形成装置は、シリコン基板上に高融点金属膜を形成し、前記高融点金属膜を構成する高融点金属と前記シリコン基板を構成するシリコンとの相互拡散層を前記高融点金属膜と前記シリコン基板との間の界面に形成するための相互拡散層形成チャンバと、前記高融点金属と前記シリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を前記高融点金属膜と前記相互拡散層との間の界面に形成するために、前記高融点金属膜と前記相互拡散層とが形成された前記シリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理するために設けられた第1熱処理チャンバと、前記第1熱処理チャンバにおいて熱処理された前記相互拡散層がシリサイド膜に変態するように熱処理する第2熱処理チャンバとを具備することを特徴とする。
【0020】
本発明に係るシリサイド膜厚制御方法は、半導体基板上にほぼ膜厚が均一な高融点金属膜を形成して高融点金属とシリコンとの初期相互拡散層を形成する第1工程と、複数の昇温レート条件で、かつ昇温開始時から複数の設定時間条件だけ遅らせてアンモニアを含む雰囲気としながら前記半導体基板を所定温度まで昇温した後、所定時間熱処理する第2工程と、前記複数の昇温レート条件と複数の設定時間条件の組み合わせ毎に高融点金属とシリコンとの最終相互拡散層の膜厚を求める第3工程とを包含することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係るシリサイド膜の形成方法においては、高融点金属とシリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を高融点金属膜と相互拡散層との間の界面に形成するために、高融点金属膜と相互拡散層とが形成されたシリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理する熱処理工程が実行される。このため、高融点金属膜と相互拡散層との間の界面に形成された相互拡散防止層によって、高融点金属とシリコンとのさらなる相互拡散が防止される。従って、相互拡散層から変態したコバルトシリサイド膜の膜厚が均一になる。その結果、ゲート領域、ソース領域およびドレイン領域の抵抗のばらつきを抑えることができる。
【0022】
前記熱処理工程において熱処理された前記相互拡散層は、シリサイド膜に変態することが好ましい。
【0023】
前記シリコン基板は、ゲート領域に形成されたゲート電極と、ソース領域とドレイン領域とにそれぞれ形成された不純物拡散層とを有しており、前記相互拡散層形成工程は、前記ゲート電極と前記不純物拡散層とを覆うように前記高融点金属膜を形成することが好ましい。
【0024】
前記相互拡散層形成工程は、前記ゲート電極と前記高融点金属膜との間の界面および前記不純物拡散層と前記高融点金属膜との間の界面に前記相互拡散層を形成することが好ましい。
【0025】
前記ゲート電極は、ポリシリコン電極によって構成されていることが好ましい。
【0026】
前記熱処理工程において、前記相互拡散防止層は1ナノメータ以上の厚みに形成されることが好ましい。
【0027】
前記熱処理工程の後で、前記高融点金属膜を除去する除去工程をさらに包含することが好ましい。
【0028】
前記除去工程の後で、前記シリサイド膜を低抵抗化するために窒素元素を含む雰囲気中において前記シリサイド膜を追加熱処理する追加熱処理工程をさらに包含することが好ましい。
【0029】
前記窒素元素を含む雰囲気は、アンモニアを添加した窒素あるいはアルゴン雰囲気であることが好ましい。
【0030】
前記相互拡散防止層は、窒化シリコンを含んでいることが好ましい。
【0031】
前記窒素元素を含む雰囲気は、アンモニアと酸素を添加した窒素あるいはアルゴン雰囲気であることが好ましい。
【0032】
前記相互拡散防止層は、酸窒化シリコンを含んでいることが好ましい。
【0033】
前記高融点金属は、400度以上の熱処理をしたときに窒素化合物をその表層に形成しない金属であり、かつ前記高融点金属膜は、前記高融点金属膜の下面まで窒素を拡散させる膜であることが好ましい。
【0034】
前記高融点金属は、コバルトであることが好ましい。
【0035】
前記高融点金属膜は、基板温度100℃以上で5ナノメータ以上の厚みに形成されることが好ましい。
【0036】
前記相互拡散層は、2ナノメータ以上3ナノメータ以下の厚みに形成されることが好ましい。
【0037】
前記熱処理工程は、400℃以上の温度において熱処理することが好ましい。
【0038】
本実施の形態に係るシリサイド膜の形成装置においては、高融点金属とシリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を高融点金属膜と相互拡散層との間の界面に形成するために、高融点金属膜と相互拡散層とが形成されたシリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理するために設けられた第1熱処理チャンバが設けられている。このため、高融点金属膜と相互拡散層との間の界面に形成された相互拡散防止層によって、高融点金属とシリコンとのさらなる相互拡散が防止される。従って、相互拡散層から変態したコバルトシリサイド膜の膜厚が均一になる。その結果、ゲート領域、ソース領域およびドレイン領域の抵抗のばらつきを抑えることができる。
【0039】
前記相互拡散層形成チャンバによって前記高融点金属膜と前記相互拡散層とが形成された前記シリコン基板を真空状態において前記第1熱処理チャンバへ搬送するために設けられた第1ロードチャンバをさらに具備することが好ましい。
【0040】
前記第1熱処理チャンバによって前記相互拡散防止層が形成された前記シリコン基板を真空状態において前記第2熱処理チャンバへ搬送するために設けられた第2ロードチャンバをさらに具備することが好ましい。
【0041】
前記第1熱処理チャンバには、前記窒素元素を含む雰囲気中へアンモニアガスを導入するために設けられたアンモニアガス導入手段が接続されていることが好ましい。
【0042】
前記第1熱処理チャンバには、前記窒素元素を含む雰囲気中へ酸素を導入するために設けられた酸素導入手段がさらに接続されていることが好ましい。
【0043】
前記高融点金属膜は、コバルトであり、前記相互拡散層形成チャンバは、前記コバルトをスパッタリングによって前記シリコン基板上に形成することが好ましい。
【0044】
本実施の形態に係るシリサイド膜厚制御方法においては、複数の昇温レート条件と複数の設定時間条件の組み合わせ毎に高融点金属とシリコンとの最終相互拡散層の膜厚を求める第3工程が設けられている。このため、初期相互拡散層の膜厚を原点とした昇温レートごとの検量線を作成することができ、所望の膜厚のシリサイド膜を形成することができる。
【0045】
前記高融点金属膜は、コバルトであることが好ましい。
【0046】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0047】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法において相互拡散防止層1が形成された半導体装置の模式断面図である。フィールド酸化膜21によって分離されたシリコン基板5上に、MOS型トランジスタのゲート領域となるゲート絶縁膜22とポリシリコン電極9とが、この順番に形成されている。
【0048】
ポリシリコン電極9の上には、コバルトシリサイド膜3が形成されている。コバルトシリサイド膜3の上には、相互拡散防止層1が形成されている。コバルトシリサイド膜3とポリシリコン電極9とゲート絶縁膜22との両側の側面には、サイドウォール23が形成されている。
【0049】
サイドウォール23の両側におけるシリコン基板5には、ソース領域あるいはドレイン領域となる不純物拡散層10が形成されている。不純物拡散層10の上には、コバルトシリサイド膜3が形成されている。コバルトシリサイド膜3の上には、相互拡散防止層1が形成されている。
【0050】
相互拡散防止層1とサイドウォール23とフィールド酸化膜21とを覆うように、高融点金属膜4が形成されている。高融点金属膜4は、コバルト蒸着膜によって構成されている。
【0051】
このように、高融点金属膜4とコバルトシリサイド膜3との間に薄い相互拡散防止層1が、高融点金属膜4とコバルトシリサイド膜3とからの原子の相互拡散を制限するように形成されている。
【0052】
以下、このような相互拡散防止層1を形成するための半導体装置の製造方法を説明する。図2(a)〜図2(d)は、実施の形態1に係るシリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【0053】
図2(a)を参照すると、フィールド酸化膜21によって分離されたシリコン基板5上に、MOS型トランジスタのゲート領域となるゲート絶縁膜22とポリシリコン電極9とが形成されている。
【0054】
ゲート絶縁膜22とポリシリコン電極9との両側面には、サイドウォール23が形成されている。サイドウォール23の両側のシリコン基板5には、ソース領域あるいはドレイン領域となる不純物拡散層10が形成されている。
【0055】
この様な構造のとき、低抵抗化を必要とする領域の最表面には清浄なシリコンが露出していなければならず、低抵抗化する必要のない領域は全てシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によって覆われていなければならない。
【0056】
次に、図2(b)を参照すると、ポリシリコン電極9とサイドウォール23と不純物拡散層10とフィールド酸化膜21とを覆うように高融点金属膜4を基板温度100℃以上において約5ナノメータ(nm)以上堆積させる。高融点金属膜4は、コバルト蒸着膜によって構成されている。
【0057】
このようにして堆積された高融点金属膜4とポリシリコン電極9との間の界面と、高融点金属膜4と不純物拡散層10との間の界面とには、コバルトとシリコンとの相互拡散層2が約2ナノメータ(nm)ないし3ナノメータの厚みに形成される。
【0058】
図2(c)を参照すると、この状態でアンモニア雰囲気中あるいは窒素中のアンモニア希釈率0.5以上の雰囲気において、400度以上の熱処理を施す。そして、コバルトとシリコンとの相互拡散層2がコバルトシリサイド膜3に変態する。これと同時に、高融点金属膜4とコバルトシリサイド膜3との間に窒化シリコンの非晶質層が形成される。これがシリコンとコバルト原子の相互拡散を防止する相互拡散防止層1となる。
【0059】
この相互拡散防止層1が1nm以上形成されると、コバルトとシリコンとの相互拡散が防止される。このため、コバルトシリサイド膜3およびコバルト蒸着膜によって構成される高融点金属膜4には互いの原子が供給されないので、熱処理による反応は進まない。
【0060】
この後で、高融点金属膜4と相互拡散防止層1とを硫酸/過酸化水素水などシリコン酸化膜に選択性を有する洗浄により除去する。そして、必要に応じてコバルトシリサイド膜3が最も低抵抗化するための追加熱処理を窒素雰囲気中で実施する。
【0061】
このようにして処理された半導体装置は図2(d)のように、図2(a)に示す状態において清浄なシリコンが露出していた部分にのみ選択的に低抵抗化したコバルトシリサイド膜3が形成される。
【0062】
この半導体装置上に、シリコン酸化膜を主体とした層間絶縁膜を形成して配線やコンタクトなどを配置することによって、MOS型トランジスタとして、低抵抗のコバルトシリサイド膜を用いないトランジスタよりも高速に動作させることができる。
【0063】
このように、半導体装置のソース・ドレイン領域およびゲート領域などを低抵抗化するために、コバルト蒸着膜によって構成される高融点金属膜4を清浄なシリコン表面を有する半導体装置上に堆積したのち、アンモニア雰囲気中あるいはアンモニアを含む窒素雰囲気中で熱処理を施すことにより、高融点金属膜4とコバルトシリサイド層3との間に相互拡散防止層1を形成し、熱処理の反応初期で、コバルトシリサイド化を制御し、厚さばらつきの少ない均一なコバルトシリサイド膜3を作製することができる。
【0064】
なお上記実施形態では、コバルト蒸着膜によって構成される高融点金属膜4を堆積し、低抵抗化したコバルトシリサイド膜3を形成した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。高融点金属膜4を構成する金属元素は、熱処理時にアンモニアによる窒素原子の拡散が起こり、シリサイド化反応の初期段階で相互拡散防止層1を形成することができる金属元素であって、シリサイドが安定かつ低抵抗であればよい。
【0065】
以上のように実施の形態1によれば、高融点金属4とシリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層1を高融点金属膜4と相互拡散層2との間の界面に形成するために、高融点金属膜4と相互拡散層2とが形成されたシリコン基板5を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理する熱処理工程が実行される。このため、高融点金属膜4とコバルトシリサイド膜3との間の界面に形成された相互拡散防止層1によって、高融点金属4とシリコンとのさらなる相互拡散が防止される。従って、相互拡散層2から変態したコバルトシリサイド膜3の膜厚が均一になる。その結果、ゲート領域、ソース領域およびドレイン領域の抵抗のばらつきを抑えることができる。
【0066】
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2に係るシリサイド膜形成装置150の構成を示す平面断面図である。シリサイド膜形成装置150は、実施の形態1において前述したシリサイド膜の形成方法を実施するシングルウェハ方式の装置である。
【0067】
シリサイド膜形成装置150は、相互拡散層形成チャンバ11を備えている。相互拡散層形成チャンバ11は、シリコン基板上に高融点金属膜を形成し、高融点金属膜を構成する高融点金属とシリコン基板を構成するシリコンとの相互拡散層を高融点金属膜とシリコン基板との間の界面に形成するために設けられている。
【0068】
シリサイド膜形成装置150には、熱処理チャンバ12が設けられている。熱処理チャンバ12は、高融点金属とシリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を高融点金属膜と相互拡散層との間の界面に形成するために、高融点金属膜と相互拡散層とが形成されたシリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理するために設けられている。
【0069】
熱処理チャンバ12には、窒素元素を含む雰囲気中へアンモニアガスを導入するために設けられたアンモニアガス導入器16と、窒素元素を含む雰囲気中へ酸素を導入するために設けられた酸素導入器17とが接続されている。
【0070】
相互拡散層形成チャンバ11と熱処理チャンバ12との間には、ロードチャンバ14が設けられている。ロードチャンバ14は、相互拡散層形成チャンバ11によって高融点金属膜と相互拡散層とが形成されたシリコン基板を真空状態において熱処理チャンバ12へ搬送するために設けられている。
【0071】
シリサイド膜形成装置150は、熱処理チャンバ13を備えている。熱処理チャンバ13は、熱処理チャンバ12において熱処理された相互拡散層がシリサイド膜に変態するように熱処理する。
【0072】
熱処理チャンバ12と熱処理チャンバ13との間には、ロードチャンバ15が設けられている。ロードチャンバ15は、熱処理チャンバ12によって相互拡散防止層が形成されたシリコン基板を真空状態において熱処理チャンバ13へ搬送するために設けられている。
【0073】
シリサイド膜形成装置150には、メインロードチャンバ24が相互拡散層形成チャンバ11および熱処理チャンバ13と連通自在に設けられている。メインロードチャンバ24には、カセットステーション25が接続されている。
【0074】
このように構成されたシリサイド膜形成装置150の動作を説明する。まず、実施の形態1において前述した図2(a)に示す構造までMOS型トランジスタの製造の進んだシリコンウエハをカセットステーション25にセットして真空引き後に、メインロードチャンバ24へ移動させる。
【0075】
次に、相互拡散層形成チャンバ11へウェハを1枚づつ移動して、コバルト蒸着膜4を基板温度100度以上でスパッタ堆積させる。その後、真空中のロードチャンバ14を通って、相互拡散防止層を形成するための熱処理チャンバ12へ移動させる。
【0076】
そして、熱処理チャンバ12では、チャンバ内を窒素によって大気圧付近まで減圧してからハロゲンランプ加熱による熱処理を行い、シリコン表面温度が400度に到達するまでに、チャンバ内が0.5%以上のアンモニアを含む窒素雰囲気になるように、アンモニアガス導入器16からアンモニアガスを導入し450度以下の温度で加熱する。加熱処理終了後に0.1mPa以下まで真空引きしてから、ロードチャンバ15を通って熱処理チャンバ13へ移動する。
【0077】
熱処理チャンバ13では、窒素雰囲気で再度450度以上500度以下のハロゲンランプ加熱を20秒前後行い、真空引きしてからメインロードチャンバ24に戻し、カセットステーション25からウェハを取り出すことで、コバルトシリサイド層3を再現性よく形成することができる。
【0078】
このような加工をすることができるのは、相互拡散層形成チャンバ11と熱処理チャンバ13との間に独立した真空のロードチャンバ14および15を設け、ロードチャンバ14および15の間に相互拡散防止層を形成するための熱処理チャンバ12を備えたためである。
【0079】
このようにコバルト蒸着膜4を堆積した後から、相互拡散防止層1を形成するための処理までに、コバルト蒸着膜4の中への余分な不純物の混入の可能性を排除し、相互拡散防止層1を形成するための熱処理チャンバ12においてのみ不純物を拡散させることで、高い精度で相互拡散防止層1を形成することができる。
【0080】
また、相互拡散防止層1を形成するための熱処理チャンバ12と熱処理チャンバ13との間に真空のロードチャンバ15を設けることによって、装置内の他のチャンバへの不純物の進入を防ぐことができるので、相互拡散防止層1を安定に形成することが可能となる。また、シリコン表面を清浄に保つためにArスパッタによるエッチング処理チャンバを必要に応じて追加してもよい。
【0081】
なお、実施の形態2では、シングルウェハ方式の例を説明したが、コバルト蒸着膜の堆積条件および加熱処理条件を考慮して、バッジ方式の加工装置を用いても同様の方法で、相互拡散防止層を用いたシリサイド膜を形成することができる。
【0082】
また実施の形態2では、シリサイド膜を形成するための材料としてコバルトを用いたが、熱処理時に蒸着膜の上方より蒸着膜中へアンモニアによる窒素原子の拡散が起こり、シリサイド反応の初期段階において相互拡散防止層を形成することができる金属原子であって、シリサイドが安定かつ低抵抗な材料であれば、同様のシリサイド形成装置によって相互拡散防止層をもつシリサイド層を形成することができる。
【0083】
このように実施の形態2に係るシリサイドの形成装置によれば、コバルト蒸着膜とコバルトシリサイド膜の間の相互拡散防止層の形成を制御することができるので、所望の膜厚のシリサイドを形成することができる。
【0084】
(実施の形態3)
図4は、実施の形態3に係る初期シリサイド膜厚を決定する手順を示すフローチャートである。コバルト蒸着膜を堆積する条件によってコバルトとシリコンの相互拡散層の厚さが異なるため、これを元に形成されるコバルトシリサイド膜の厚さにも違いが生じる。このため、図4に示すフローチャートに基づいて、初期コバルトシリサイド膜の厚みを決定することが必要となる。
【0085】
図5は、実施の形態3に係るアンモニア導入時間と昇温レートとの関係を説明するためのグラフである。図5では、アンモニアを添加した窒素雰囲気中で熱処理するチャンバでのシリコン基板表面温度を、横軸に熱処理時間、縦軸に熱処理温度を示してプロットしている。
【0086】
熱処理開始時間の0秒においてチャンバにアンモニアの導入を開始する。熱処理開始時間がアンモニア導入開始時間の0秒である。図5に示す直線の傾きは、熱処理による昇温レートを示している。熱処理温度が400±50度に到達した時間が、導入限界時間を示している。
【0087】
図4を参照すると、初期コバルトシリサイド膜厚を決定するためには、最初にコバルト蒸着膜によって構成される高融点金属膜4の堆積条件を決定する(ステップS1)。具体的には、ウェハの表面における自然酸化膜などを洗浄により除去し、清浄なシリコンを露出させたパターンの形成されていないウェハ上に、コバルト蒸着膜を形成する。そして、例えば、蛍光X線装置などによって膜厚を測定し、X線回折計などによって結晶配向性を測定し、2次イオン質量分析器などによって膜中不純物量を測定して、ウェハ面内およびウェハ間での均一性に優れた堆積条件を決定する。
【0088】
次に、決定した堆積条件に従って形成したコバルト蒸着膜における、コバルトとシリコンとの相互拡散層2の厚さを透過電子顕微鏡などによって測定し(ステップS2)、ウェハ面内およびウェハ間で一定であるかを確認する(ステップS3)。一定でないときは(ステップS3においてNO)、コバルト蒸着膜を堆積する時の基板温度設定などコバルト蒸着膜堆積条件を再検討する(ステップS4)。そして、ステップS1へ戻る。
【0089】
コバルトとシリコンとの相互拡散層厚さを一定にしたのち(ステップS3においてYES)、熱処理開始と同時にアンモニアを導入する(ステップS5)。そして、硫酸と過酸化水素水混合液による選択エッチング工程を経て(ステップS6)、窒素雰囲気中において750度以上の高温熱処理をし(ステップS7)、コバルトシリサイド膜3を形成した後、コバルトシリサイド膜3の膜厚を測定する(ステップS8)。
【0090】
次に、コバルトシリサイド膜3の膜厚にウェハ面内およびウェハ間およびロット間で再現性があるか否かを判断する(ステップS9)。コバルトシリサイド膜厚にウェハ面内およびウェハ間およびロット間で再現性がない場合は(ステップS9においてNO)、熱処理チャンバに導入するアンモニア量や導入タイミング、昇温レート、選択エッチング工程でのコバルトシリサイドの膜減りなどについて再検討する(S10)。そして、ステップS5へ戻る。
【0091】
コバルトシリサイド膜厚にウェハ面内およびウェハ間およびロット間で再現性がある場合には(ステップS9においてYES)、このときの膜厚を初期コバルトシリサイド膜厚20として処理を終了する(ステップS10)。
【0092】
図6は、実施の形態3に係るシリサイド膜厚を決定する手順を示すフローチャートである。
【0093】
図4および図5を参照して前述した方法によって決定したコバルト蒸着膜の堆積条件に基づいて、コバルト蒸着膜を堆積する(ステップS11)。そして、コバルトとシリコンとの相互拡散層2を形成し、同一昇温レートでアンモニア導入時間が0.1秒以上である3種類以上の条件において処理をウェハ毎に行う(ステップS12)。次に、それぞれのウェハを、図5と同じ条件で選択エッチングし(ステップS13)、750度以上において高温熱処理して(ステップS14)、形成されたコバルトシリサイド膜3の膜厚を測定する(ステップS15)。
【0094】
図7は、実施の形態3に係るシリサイド膜厚の昇温レートごとの検量線を説明するためのグラフである。横軸はアンモニア導入時間を示しており、縦軸はコバルトシリサイド膜3の膜厚を示している。
【0095】
ステップS15において測定したコバルトシリサイド膜3の膜厚は、図7に示すように、前述した図4に示すフローチャートによって決定した初期コバルトシリサイド膜厚20を通る右上がりの直線によって示される検量線22となる(ステップS16)。このとき、直線が初期コバルトシリサイド膜厚20を含まない直線あるいは曲線になった場合は、コバルトシリサイド形成工程にばらつきが生じているため、図4のフローチャートに基づき、再度初期コバルトシリサイド膜厚の決定を行う。
【0096】
また、コバルトシリサイド膜の膜厚がアンモニア導入時間の増加に比例しなくなった時間は、コバルト蒸着膜が全て消費されたことを示しており、これがアンモニア導入時間の短い時間で発生する場合は、昇温レートを緩やかにし(ステップS18)、図6のフローチャートに基づいて同一の処理を行い、新たにコバルトシリサイド膜厚をプロットする。このようにして、図7に示すような昇温レート別の検量線22が作成される。この昇温レート別の検量線22により、半導体デバイス作製に必要とされるコバルトシリサイド膜厚を最も安定に、再現よく、高スループットで形成できる条件を選択することが可能となる。
【0097】
このようなコバルトシリサイド膜厚の制御ができるのは、相互拡散防止層1を用いたコバルトシリサイド膜3の膜厚は、コバルト蒸着膜条件によってコバルトとシリコンが相互拡散層2を形成しており、これを元にしたコバルトシリサイド膜3の膜厚を初期コバルトシリサイド膜厚として決定し、この膜厚を原点とした昇温レート別の検量線を作成することができるためである。
【0098】
なお、実施の形態3では、シリサイド形成の材料としてコバルトを用いたが、熱処理時に蒸着膜の上方より膜中へアンモニアによる窒素原子の拡散が起こり、シリサイド反応初期段階で相互拡散防止層が形成できる金属原子でシリサイドが安定かつ低抵抗であれば同様の加工装置で相互拡散防止層を用いたシリサイド層の形成とその制御ができる。
【0099】
このように、実施の形態3に係るシリサイド膜厚制御方法によれば、初期相互拡散層の膜厚を原点とした昇温レート別の検量線を作成することができ、所望の膜厚のコバルトシリサイドを制御して形成することができる。
【0100】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コバルトシリサイド膜の厚さを均一に形成することができるシリサイド膜の形成方法、その形成装置および膜厚制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法において相互拡散防止層が形成された半導体装置の模式断面図である。
【図2】(a)〜(d)は、実施の形態1に係るシリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【図3】実施の形態2に係るシリサイド膜形成装置の構成を示す平面断面図である。
【図4】実施の形態3に係る初期シリサイド膜厚を決定する手順を示すフローチャートである。
【図5】実施の形態3に係るアンモニア導入時間と昇温レートとの関係を説明するためのグラフである。
【図6】実施の形態3に係るシリサイド膜厚を決定する手順を示すフローチャートである。
【図7】実施の形態3に係るシリサイド膜厚の昇温レートごとの検量線を説明するためのグラフである。
【図8】(a)〜(d)は、従来のシリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 相互拡散防止層
2 相互拡散層
3 コバルトシリサイド膜
4 高融点金属膜
5 シリコン基板
9 ゲート電極
10 不純物拡散層
11 相互拡散層形成チャンバ
12、13 熱処理チャンバ
14、15 ロードチャンバ
16 アンモニアガス導入器
17 酸素導入器
21 フィールド酸化膜
22 ゲート絶縁膜
23 サイドウォール
24 メインロードチャンバ
25 カセットステーション
150 シリサイド膜形成装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a silicide film for reducing the resistance of a gate and source / drain impurity diffusion regions of a transistor formed on a silicon substrate, a device for forming the silicide film, and a method of controlling the film thickness.
[0002]
[Prior art]
In a MOS transistor composed of a gate region formed of polysilicon and a source / drain region formed by diffusing impurities into a silicon substrate, a voltage applied to the gate region changes the source region to the drain region. The flowing current is controlled. Here, since the resistance in the gate region or the source region / drain region affects the delay of the transistor operation, it is indispensable to reduce the resistance of the gate region and the source region / drain region in order to increase the speed of the MOS transistor. is there.
[0003]
Therefore, conventionally, as shown in
[0004]
Hereinafter, a conventional salicide process for lowering the resistance of the gate and source / drain impurity diffusion regions of a transistor formed on a silicon substrate will be described with reference to the drawings. FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a conventional method for forming a silicide film.
[0005]
Referring to FIG. 8A, a
[0006]
[0007]
In such a structure, clean silicon must be exposed on the outermost surface of the region that requires low resistance, and all the regions that do not require low resistance are formed by a silicon oxide film or silicon nitride film. Must be covered.
[0008]
Next, referring to FIG. 8B, a
[0009]
The interface between the deposited
[0010]
Then, referring to FIG. 8C, when a heat treatment of 400 ° C. or more is performed in a nitrogen atmosphere from this state, the
[0011]
Next, referring to FIG. 8D, the growth of the
[0012]
As shown in FIG. 8D, the semiconductor device processed in this manner is made of cobalt silicide that has been selectively reduced in resistance only in a portion where clean silicon was exposed in the state shown in FIG. 8A. A
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-10-223560
[0014]
[Non-patent document 1]
Koyu Tango and Junichi Nishizawa, "Semiconductor Engineering Series 9 Semiconductor Process Technology", P36, published by Baifukan
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, since the thickness of the
[0016]
If the thickness of the
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a silicide film capable of forming a uniform thickness of a cobalt silicide film, an apparatus for forming the silicide film, and a method of controlling the film thickness.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In the method for forming a silicide film according to the present invention, a refractory metal film is formed on a silicon substrate, and an interdiffusion layer of a refractory metal forming the refractory metal film and silicon forming the silicon substrate is formed by the high melting point metal. Forming an interdiffusion layer at the interface between the melting point metal film and the silicon substrate; and forming the interdiffusion prevention layer for preventing further interdiffusion between the high melting point metal and the silicon with the high melting point metal film. A heat treatment step of heat-treating the silicon substrate on which the refractory metal film and the interdiffusion layer are formed in an atmosphere containing a nitrogen element in order to form the silicon substrate at the interface between the interdiffusion layers. It is characterized.
[0019]
An apparatus for forming a silicide film according to the present invention forms a refractory metal film on a silicon substrate, and forms an interdiffusion layer between a refractory metal constituting the refractory metal film and silicon constituting the silicon substrate. An interdiffusion layer forming chamber for forming an interface between the melting point metal film and the silicon substrate; and an interdiffusion preventing layer for preventing further interdiffusion between the high melting point metal and the silicon. In order to form at the interface between the film and the interdiffusion layer, the silicon substrate on which the refractory metal film and the interdiffusion layer were formed was provided for heat treatment in an atmosphere containing a nitrogen element. A first heat treatment chamber; and a second heat treatment chamber for performing heat treatment such that the interdiffusion layer heat-treated in the first heat treatment chamber is transformed into a silicide film. And it features.
[0020]
The silicide film thickness control method according to the present invention includes a first step of forming a refractory metal film having a substantially uniform thickness on a semiconductor substrate to form an initial mutual diffusion layer of refractory metal and silicon; A second step of heating the semiconductor substrate to a predetermined temperature while raising the temperature of the semiconductor substrate to a predetermined temperature under an atmosphere containing ammonia by delaying by a plurality of set time conditions from the start of the heating, and performing a heat treatment for a predetermined time; A third step of obtaining a film thickness of a final interdiffusion layer of a high melting point metal and silicon for each combination of a temperature raising rate condition and a plurality of set time conditions.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the method for forming a silicide film according to the present embodiment, an interdiffusion preventing layer for preventing further interdiffusion between a refractory metal and silicon is formed at an interface between the refractory metal film and the interdiffusion layer. For this purpose, a heat treatment step is performed in which the silicon substrate on which the refractory metal film and the interdiffusion layer are formed is heat-treated in an atmosphere containing a nitrogen element. Therefore, the mutual diffusion preventing layer formed at the interface between the high melting point metal film and the interdiffusion layer prevents further mutual diffusion between the high melting point metal and silicon. Therefore, the thickness of the cobalt silicide film transformed from the interdiffusion layer becomes uniform. As a result, variations in the resistance of the gate region, the source region, and the drain region can be suppressed.
[0022]
Preferably, the interdiffusion layer that has been heat-treated in the heat-treating step is transformed into a silicide film.
[0023]
The silicon substrate has a gate electrode formed in a gate region, and an impurity diffusion layer formed in each of a source region and a drain region. The inter-diffusion layer forming step includes the step of forming the gate electrode and the impurity Preferably, the refractory metal film is formed so as to cover the diffusion layer.
[0024]
In the step of forming an interdiffusion layer, the interdiffusion layer is preferably formed at an interface between the gate electrode and the refractory metal film and at an interface between the impurity diffusion layer and the refractory metal film.
[0025]
Preferably, the gate electrode is constituted by a polysilicon electrode.
[0026]
In the heat treatment step, the mutual diffusion preventing layer is preferably formed to have a thickness of 1 nanometer or more.
[0027]
It is preferable that the method further includes a removing step of removing the refractory metal film after the heat treatment step.
[0028]
It is preferable that the method further includes, after the removing step, an additional heat treatment step of performing an additional heat treatment on the silicide film in an atmosphere containing a nitrogen element in order to lower the resistance of the silicide film.
[0029]
The atmosphere containing the nitrogen element is preferably a nitrogen or argon atmosphere to which ammonia has been added.
[0030]
It is preferable that the interdiffusion preventing layer contains silicon nitride.
[0031]
The atmosphere containing the nitrogen element is preferably a nitrogen or argon atmosphere to which ammonia and oxygen are added.
[0032]
It is preferable that the mutual diffusion preventing layer contains silicon oxynitride.
[0033]
The refractory metal is a metal that does not form a nitrogen compound on its surface when heat-treated at 400 ° C. or more, and the refractory metal film is a film that diffuses nitrogen to the lower surface of the refractory metal film. Is preferred.
[0034]
Preferably, the high melting point metal is cobalt.
[0035]
It is preferable that the high melting point metal film is formed at a substrate temperature of 100 ° C. or more and a thickness of 5 nanometers or more.
[0036]
It is preferable that the interdiffusion layer is formed to have a thickness of not less than 2 nanometers and not more than 3 nanometers.
[0037]
The heat treatment is preferably performed at a temperature of 400 ° C. or higher.
[0038]
In the silicide film forming apparatus according to the present embodiment, a mutual diffusion preventing layer for preventing further mutual diffusion between the high melting point metal and silicon is formed at the interface between the high melting point metal film and the mutual diffusion layer. To this end, a first heat treatment chamber is provided for heat-treating the silicon substrate on which the refractory metal film and the interdiffusion layer are formed in an atmosphere containing a nitrogen element. Therefore, the mutual diffusion preventing layer formed at the interface between the high melting point metal film and the interdiffusion layer prevents further mutual diffusion between the high melting point metal and silicon. Therefore, the thickness of the cobalt silicide film transformed from the interdiffusion layer becomes uniform. As a result, variations in the resistance of the gate region, the source region, and the drain region can be suppressed.
[0039]
The apparatus further includes a first load chamber provided to transfer the silicon substrate on which the refractory metal film and the interdiffusion layer are formed by the interdiffusion layer forming chamber to the first heat treatment chamber in a vacuum state. Is preferred.
[0040]
The apparatus may further include a second load chamber provided to transfer the silicon substrate on which the mutual diffusion preventing layer is formed by the first heat treatment chamber to the second heat treatment chamber in a vacuum state.
[0041]
The first heat treatment chamber is preferably connected to an ammonia gas introduction unit provided for introducing ammonia gas into the atmosphere containing the nitrogen element.
[0042]
It is preferable that oxygen introducing means provided for introducing oxygen into the atmosphere containing the nitrogen element is further connected to the first heat treatment chamber.
[0043]
Preferably, the refractory metal film is cobalt, and the interdiffusion layer forming chamber forms the cobalt on the silicon substrate by sputtering.
[0044]
In the silicide film thickness control method according to the present embodiment, the third step of obtaining the film thickness of the final mutual diffusion layer of refractory metal and silicon for each combination of a plurality of temperature raising rate conditions and a plurality of set time conditions is provided. Is provided. For this reason, a calibration curve can be created for each heating rate with the thickness of the initial interdiffusion layer as the origin, and a silicide film having a desired film thickness can be formed.
[0045]
The refractory metal film is preferably made of cobalt.
[0046]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0047]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device in which a mutual
[0048]
On the
[0049]
On the
[0050]
[0051]
In this manner, the thin
[0052]
Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device for forming such a mutual
[0053]
Referring to FIG. 2A, a
[0054]
[0055]
In such a structure, clean silicon must be exposed on the outermost surface of the region that requires low resistance, and all the regions that do not require low resistance are formed by a silicon oxide film or silicon nitride film. Must be covered.
[0056]
Next, referring to FIG. 2B, the
[0057]
The interface between the high-melting
[0058]
Referring to FIG. 2C, in this state, a heat treatment of 400 ° C. or more is performed in an ammonia atmosphere or an atmosphere of nitrogen dilution of 0.5 or more in nitrogen. Then, the
[0059]
When the mutual
[0060]
Thereafter, the
[0061]
As shown in FIG. 2D, the semiconductor device treated in this manner is a
[0062]
By forming an interlayer insulating film mainly composed of a silicon oxide film on this semiconductor device and arranging wirings and contacts, the MOS transistor operates faster than a transistor that does not use a low-resistance cobalt silicide film. Can be done.
[0063]
As described above, in order to reduce the resistance of the source / drain region and the gate region of the semiconductor device, etc., after depositing the high melting
[0064]
In the above embodiment, the high melting
[0065]
As described above, according to the first embodiment, the
[0066]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a plan sectional view showing a configuration of the silicide
[0067]
The silicide
[0068]
The silicide
[0069]
The
[0070]
A
[0071]
The silicide
[0072]
A
[0073]
In the silicide
[0074]
The operation of the silicide
[0075]
Next, the wafers are moved one by one to the interdiffusion
[0076]
Then, in the
[0077]
In the
[0078]
Such processing can be performed by providing independent
[0079]
After the deposition of the cobalt vapor-deposited
[0080]
Further, by providing a
[0081]
In the second embodiment, the example of the single-wafer method has been described. However, in consideration of the deposition conditions and the heat treatment conditions of the cobalt vapor deposition film, even if a processing apparatus of the badge method is used, mutual diffusion can be prevented by the same method. A silicide film using a layer can be formed.
[0082]
In the second embodiment, cobalt is used as a material for forming the silicide film. However, nitrogen atoms are diffused by ammonia into the deposited film from above the deposited film during the heat treatment, and interdiffusion occurs at an initial stage of the silicide reaction. If the silicide is a stable and low-resistance material which is a metal atom capable of forming a prevention layer, a silicide layer having a mutual diffusion prevention layer can be formed by a similar silicide forming apparatus.
[0083]
As described above, according to the silicide forming apparatus according to the second embodiment, since the formation of the interdiffusion preventing layer between the cobalt deposition film and the cobalt silicide film can be controlled, a silicide having a desired film thickness is formed. be able to.
[0084]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining an initial silicide film thickness according to the third embodiment. Since the thickness of the interdiffusion layer of cobalt and silicon varies depending on the conditions for depositing the cobalt vapor deposition film, the thickness of the cobalt silicide film formed based on this varies. For this reason, it is necessary to determine the thickness of the initial cobalt silicide film based on the flowchart shown in FIG.
[0085]
FIG. 5 is a graph for explaining the relationship between the ammonia introduction time and the temperature increase rate according to the third embodiment. In FIG. 5, the surface temperature of the silicon substrate in the chamber where the heat treatment is performed in the nitrogen atmosphere to which ammonia is added is plotted with the heat treatment time on the horizontal axis and the heat treatment temperature on the vertical axis.
[0086]
At 0 second as the heat treatment start time, introduction of ammonia into the chamber is started. The heat treatment start time is 0 second, which is the ammonia introduction start time. The slope of the straight line shown in FIG. 5 indicates the rate of temperature increase by the heat treatment. The time when the heat treatment temperature reaches 400 ± 50 degrees indicates the introduction limit time.
[0087]
Referring to FIG. 4, in order to determine the initial cobalt silicide film thickness, first, the deposition conditions for the
[0088]
Next, the thickness of the cobalt-
[0089]
After the thickness of the interdiffusion layer between cobalt and silicon is made constant (YES in step S3), ammonia is introduced simultaneously with the start of the heat treatment (step S5). Then, through a selective etching step using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (step S6), a high-temperature heat treatment of 750 ° C. or more is performed in a nitrogen atmosphere (step S7), and a
[0090]
Next, it is determined whether or not the thickness of the
[0091]
If the cobalt silicide film thickness has reproducibility within the wafer surface, between wafers, and between lots (YES in step S9), the process is terminated by setting the film thickness at this time to the initial cobalt silicide film thickness 20 (step S10). .
[0092]
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for determining a silicide film thickness according to the third embodiment.
[0093]
Based on the deposition conditions of the cobalt vapor deposition film determined by the method described above with reference to FIGS. 4 and 5, a cobalt vapor deposition film is deposited (step S11). Then, an
[0094]
FIG. 7 is a graph for explaining a calibration curve for each temperature rise rate of the silicide film thickness according to the third embodiment. The horizontal axis indicates the ammonia introduction time, and the vertical axis indicates the thickness of the
[0095]
The thickness of the
[0096]
The time when the thickness of the cobalt silicide film is not proportional to the increase of the ammonia introduction time indicates that the cobalt vapor deposition film has been completely consumed. The temperature rate is reduced (step S18), the same processing is performed based on the flowchart of FIG. 6, and a new cobalt silicide film thickness is plotted. In this way, a
[0097]
The thickness of the
[0098]
In the third embodiment, cobalt is used as a material for forming silicide. However, during heat treatment, diffusion of nitrogen atoms by ammonia occurs from above the deposited film into the film, and a mutual diffusion preventing layer can be formed at an initial stage of the silicide reaction. If the silicide is stable and has low resistance with metal atoms, the formation and control of the silicide layer using the mutual diffusion preventing layer can be performed with the same processing apparatus.
[0099]
As described above, according to the method for controlling the silicide film thickness according to the third embodiment, it is possible to create a calibration curve for each heating rate with the film thickness of the initial interdiffusion layer as the origin, and to obtain a cobalt film having a desired film thickness. It can be formed by controlling silicide.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method of forming a silicide film, a device for forming the silicide film, and a method of controlling the thickness of the film, in which the thickness of the cobalt silicide film can be formed uniformly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device in which a mutual diffusion preventing layer is formed in a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment.
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicide film according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan sectional view showing a configuration of a silicide film forming apparatus according to a second embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining an initial silicide film thickness according to a third embodiment;
FIG. 5 is a graph for explaining a relationship between an ammonia introduction time and a heating rate according to a third embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for determining a silicide film thickness according to the third embodiment.
FIG. 7 is a graph for explaining a calibration curve for each temperature rise rate of a silicide film thickness according to a third embodiment.
FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a conventional method for forming a silicide film.
[Explanation of symbols]
1 Mutual diffusion prevention layer
2 Mutual diffusion layer
3 Cobalt silicide film
4 High melting point metal film
5 Silicon substrate
9 Gate electrode
10 Impurity diffusion layer
11 Interdiffusion layer formation chamber
12,13 Heat treatment chamber
14, 15 Load chamber
16 Ammonia gas introducer
17 Oxygen introducer
21 Field oxide film
22 Gate insulating film
23 Sidewall
24 Main load chamber
25 cassette station
150 Silicide film forming device
Claims (25)
前記高融点金属と前記シリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を前記高融点金属膜と前記相互拡散層との間の界面に形成するために、前記高融点金属膜と前記相互拡散層とが形成された前記シリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理する熱処理工程とを包含することを特徴とするシリサイド膜の形成方法。A high melting point metal film is formed on a silicon substrate, and an interdiffusion layer of a high melting point metal forming the high melting point metal film and silicon forming the silicon substrate is formed between the high melting point metal film and the silicon substrate. Forming an interdiffusion layer at the interface;
Forming a reciprocal diffusion preventing layer at the interface between the refractory metal film and the interdiffusion layer to prevent further interdiffusion between the refractory metal and the silicon; Heat-treating the silicon substrate on which the interdiffusion layer is formed in an atmosphere containing a nitrogen element.
前記相互拡散層形成工程は、前記ゲート電極と前記不純物拡散層とを覆うように前記高融点金属膜を形成する、請求項1記載のシリサイド膜の形成方法。The silicon substrate has a gate electrode formed in a gate region, and an impurity diffusion layer formed in each of a source region and a drain region,
2. The method for forming a silicide film according to claim 1, wherein in the step of forming the interdiffusion layer, the refractory metal film is formed so as to cover the gate electrode and the impurity diffusion layer.
前記高融点金属と前記シリコンとのさらなる相互拡散を防止するための相互拡散防止層を前記高融点金属膜と前記相互拡散層との間の界面に形成するために、前記高融点金属膜と前記相互拡散層とが形成された前記シリコン基板を窒素元素を含む雰囲気中において熱処理するために設けられた第1熱処理チャンバと、
前記第1熱処理チャンバにおいて熱処理された前記相互拡散層がシリサイド膜に変態するように熱処理する第2熱処理チャンバとを具備することを特徴とするシリサイド膜の形成装置。A high melting point metal film is formed on a silicon substrate, and an interdiffusion layer of a high melting point metal forming the high melting point metal film and silicon forming the silicon substrate is formed between the high melting point metal film and the silicon substrate. An interdiffusion layer forming chamber for forming at the interface;
Forming a reciprocal diffusion preventing layer at the interface between the refractory metal film and the interdiffusion layer to prevent further interdiffusion between the refractory metal and the silicon; A first heat treatment chamber provided to heat-treat the silicon substrate on which the interdiffusion layer is formed in an atmosphere containing a nitrogen element;
An apparatus for forming a silicide film, comprising: a second heat treatment chamber for performing heat treatment such that the interdiffusion layer heat-treated in the first heat treatment chamber is transformed into a silicide film.
前記相互拡散層形成チャンバは、前記コバルトをスパッタリングによって前記シリコン基板上に形成する、請求項18記載のシリサイド膜の形成装置。The refractory metal film is cobalt,
19. The silicide film forming apparatus according to claim 18, wherein the interdiffusion layer forming chamber forms the cobalt on the silicon substrate by sputtering.
複数の昇温レート条件で、かつ昇温開始時から複数の設定時間条件だけ遅らせてアンモニアを含む雰囲気としながら前記半導体基板を所定温度まで昇温した後、所定時間熱処理する第2工程と、
前記複数の昇温レート条件と複数の設定時間条件の組み合わせ毎に高融点金属とシリコンとの最終相互拡散層の膜厚を求める第3工程とを包含することを特徴とするシリサイド膜厚制御方法。A first step of forming a refractory metal film having a substantially uniform thickness on a semiconductor substrate to form an initial interdiffusion layer of refractory metal and silicon;
A second step of performing a heat treatment for a predetermined time after raising the temperature of the semiconductor substrate to a predetermined temperature while setting an atmosphere containing ammonia with a plurality of temperature raising rate conditions and delaying by a plurality of set time conditions from the start of the temperature raising,
A third step of obtaining a film thickness of a final interdiffusion layer of refractory metal and silicon for each combination of the plurality of temperature raising rate conditions and the plurality of set time conditions. .
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9023728B2 (en) | 2013-03-25 | 2015-05-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing metal silicide layer |
US9431515B2 (en) | 2014-07-11 | 2016-08-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming semiconductor devices, including performing a heat treatment after forming a metal layer and a high-k layer |
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2003
- 2003-01-22 JP JP2003013960A patent/JP2004228324A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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