JP2004319567A - Process for fabricating semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【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及び半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
微細化、高速化が要求される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。
【0003】
サリサイドプロセスは、次のように実現される。MOSFETとしてゲート電極はまずポリシリコンで形成される。ポリシリコンのゲート電極両側は、LDD(Lightly Doped Drain )構造、すなわちソース/ドレインの低濃度エクステンション領域を配するためのスペーサ(サイドウォール)が設けられる。スペーサはシリサイド化する際の分離領域になり、ゲート電極上部及びソース/ドレインのSi基板上に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。
【0004】
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。
【0005】
MOSFETにおけるサリサイドプロセスとしてCoを利用する方法を次に説明する。まず、MOSFETにおけるゲート電極のポリシリコン表面及びソース/ドレインのシリコン基板表面に形成された自然酸化膜を除去する。これはフッ酸系のウェットエッチング→純水洗浄等で達成する。続いてスパッタ装置にて150℃程度の雰囲気でCoを、連続して酸化防止用のキャップ金属膜としてTiNをスパッタ堆積する。その後、第1次急速熱アニール工程(例えば500℃、30秒程度)を経てCoSi化(Co2Siも含む)する。これはスパッタ時に生成されるCo2Si(ダイコバルトモノシリサイド)がアニール後に主にCoSi(コバルトモノシリサイド)に相変化するものである。次に、未反応のTiN、Coの除去後、第2次急速熱アニール工程(例えば850℃、30秒程度)を経てCoSi2(コバルトダイシリサイド)膜とし低抵抗のシリサイド層とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の条件では、スパッタ工程の前処理である自然酸化膜の除去を確実に行わないと、第1次急速熱アニール工程時において均一なCo2Si化ができなくなる。そうなると、アニール後のCoSi化またはCoSi2化にばらつきが生じてしまい、リーク、抵抗ばらつきの少ないCoシリサイド層が安定して形成できない。自然酸化膜の除去を確実にするために、長いウェットエッチング時間をとろうとすると、素子分離膜(STI:Shallow Trench Isolation)もエッチングされ、形成する素子に影響が生じるのでウェットエッチング時間も十分に長くできない。
【0007】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、リークを防ぎつつ抵抗ばらつきの少ない安定したCoシリサイド形成が可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【0008】
【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、前記シリサイド化する金属膜について、スパッタ温度を低くする方向に、かつスパッタ圧力を減圧する方向に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げる方向に制御し、金属分子の運動エネルギーを上げるようにしてスパッタ形成する第1スパッタ工程と、少なくとも前記金属膜上にキャップ金属膜を所定温度の熱処理を兼ねてスパッタ形成する第2スパッタ工程と、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、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、を具備したことを特徴とする。
【0009】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第1スパッタ工程において、スパッタ温度を低くする方向にすることで部分的なシリサイド化が抑制され、均一な金属膜の成膜が可能である。その反面、低温スパッタのため自然酸化膜の影響を受けやすくなる。そこで、スパッタ圧力を減圧する方向に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げる方向に制御して、スパッタ金属の分子運動エネルギーを上げるよう作用させ、自然酸化膜の影響を受け難いスパッタを実現する。さらに、第2スパッタ工程は所定温度の熱処理を兼ねており、金属膜の安定したシリサイド化に寄与する。
【0010】
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Co膜を基板全面に、200℃を越えない所定のスパッタ温度、かつ14mPaを越えない所定のスパッタ圧力、さらにCoターゲットの付いているカソード電極の電力を10Wより下げない所定電力で制御し、Co分子の運動エネルギーを上げるようにしつつスパッタ形成する第1スパッタ工程と、少なくとも前記Co膜上にキャップTiN膜を所定温度の熱処理を兼ねてスパッタ形成する第2スパッタ工程と、前記キャップTiN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TiN膜及び未反応の前記Co膜の部分を除去する工程と、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、を具備したことを特徴とする。
【0011】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、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。第1スパッタ工程において、Co膜のスパッタ温度が200℃を越えない所定のスパッタ温度にされることで、部分的なシリサイド化が抑制され、均一なCo膜の成膜が可能である。その反面、低温スパッタのため自然酸化膜の影響を受けやすくなる。そこで、スパッタ圧力を減圧下、好ましくは14mPaを越えない所定のスパッタ圧力に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げ、10Wより下げないように制御する。このようにしてCo分子の運動エネルギーを上げるよう作用させ、自然酸化膜の影響を受け難いスパッタを実現する。さらに、第2スパッタ工程はキャップTiN膜を所定温度の熱処理を兼ねて成膜されるので、Co膜の安定したシリサイド化に寄与する。
【0012】
本発明に係る半導体装置は、半導体装置の製造方法を用いて形成されたMOS型トランジスタ素子を有することを特徴としている。安定したシリサイド層を配し、抵抗ばらつきの少ない高信頼性の素子を有する半導体装置が実現される。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、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示す流れ図である。処理S1として、少なくとも半導体基板上にソース/ドレインの低濃度エクステンション領域を有するスペーサ(サイドウォール)が設けられたMOSFETを形成する。
処理S2では、自然酸化膜除去のためのウェットエッチング工程を経る。これはフッ酸系のウェットエッチング→純水洗浄等で達成する。ウェットエッチングはSTI等の素子分離領域が局部的に損なわれるような悪影響のない時間を選択する。
次に、処理S3では、スパッタ装置を利用してシリサイド化のための金属膜を形成する。この実施形態では、シリサイド化する金属膜について、スパッタ温度を低くする方向に、かつスパッタ圧力を減圧する方向に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げる方向に制御し、金属分子の運動エネルギーを上げるようにしてスパッタ形成する(第1スパッタ工程)。
さらに、処理S4において、同一のスパッタ装置内で真空を維持しつつ酸化防止用のキャップ金属膜を形成する(第2スパッタ工程)。このとき、少なくとも処理S3でスパッタした金属膜上への所定温度の熱処理を兼ねる。これにより、半導体基板がスパッタ装置から外部へ搬出される前にシリサイド層をある程度安定させる。
処理S5では、キャップ金属膜が被覆された状態での第1次熱処理工程を導入する。これにより、暫定的なシリサイド層を形成する。
処理S6では、ウェットエッチング技術を用いて、キャップ金属膜及び未反応の金属膜の部分を除去する。
処理S7では、第2次熱処理工程を実施する。これにより、上記シリサイド層をさらに低抵抗の安定なシリサイド層とする。
【0014】
上記実施形態の方法によれば、処理S3の第1スパッタ工程において、スパッタ温度を低くする方向にすることで部分的なシリサイド化が抑制され、均一な金属膜の成膜が可能である。その反面、低温スパッタのため自然酸化膜の影響を受けやすくなる。そこで、スパッタ圧力を減圧する方向に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げる方向に制御して、スパッタ金属の分子運動エネルギーを上げるよう作用させ、自然酸化膜の影響を受け難いスパッタを実現する。さらに、処理S4の第2スパッタ工程は所定温度の熱処理を兼ねており、金属膜の安定したシリサイド化に寄与する。その後、処理S5〜S7を経ることにより、リークの少ない抵抗ばらつきの少ない金属シリサイドが安定して形成される。
【0015】
図2〜図5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2に示すように、所定の不純物濃度で構成されるSi基板11の素子領域におけるチャネル領域上に、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14を不純物イオン注入により形成する。
【0016】
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スペーサ15を形成する。次に、ゲート電極13の領域及びスペーサ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。その後、フッ酸系のウェットエッチング→純水洗浄等を実施し、自然酸化膜の除去をする。ウェットエッチングはSTI等の素子分離領域が局部的に損なわれるような悪影響のない時間を選択する。
【0017】
次に、図3に示すように、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18を堆積する。金属膜18は例えばCoであり、スパッタ法を利用して堆積する(第1スパッタ工程)。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。このときのCoスパッタ温度は200℃以下、例えば150℃とし、スパッタ圧力は6〜14mPaの間になるよう制御し、さらに、Coターゲットの付いているカソード電極の電力を10W程度と高く設定する。金属膜(Co)18の厚みは、後にソース/ドレインの高濃度領域16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厚さを制御することが重要である。
【0018】
さらに連続して、金属膜(Co)18上に耐酸化性のキャップ金属膜19を被覆する。キャップ金属膜19は例えばTiNであり、スパッタ法を利用して堆積する(第2スパッタ工程)。金属膜(Co)18形成時と同一のスパッタ装置内で真空を維持しつつTiをターゲット電極とするチャンバー内に移行する。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。このキャップ金属膜(TiN)19により、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。
【0019】
なお、このキャップ金属膜(TiN)19のスパッタ温度は300℃〜400℃にすることが望ましい。これにより、金属膜(Co)18上に所定温度の熱処理を兼ね、スパッタ装置からこの基板11を外部に搬出する前にシリサイド層(Co2Si)をある程度安定させる。
【0020】
次に、図4に示すように、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16上部にはシリサイド層20が形成される。
【0021】
次に、図5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、基板11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、基板11は洗浄及び乾燥される。
【0022】
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を安定した低抵抗のシリサイド層(CoSi2膜)21に変える。
【0023】
上記実施形態の方法によれば、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。第1スパッタ工程において、Co膜18のスパッタ温度が200℃を越えない所定のスパッタ温度にされることで、部分的なシリサイド化が抑制され、均一なCo膜18の成膜が可能である。その反面、低温スパッタのため自然酸化膜の影響を受けやすくなる。そこで、スパッタ圧力を減圧下、好ましくは14mPaを越えない所定のスパッタ圧力に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げ、10Wより下げないように制御する。このようにしてCo分子の運動エネルギーを上げるよう作用させ、自然酸化膜の影響を受け難いスパッタを実現する。さらに、第2スパッタ工程はキャップTiN膜を所定温度の熱処理を兼ねて成膜されるので、Co膜18の安定したシリサイド化に寄与する。
【0024】
以上説明したように本発明によれば、自然酸化膜除去を確実にするためウェットエッチングを過剰にせずとも問題解決ができる。すなわち、スパッタ温度を低くして部分的なシリサイド化を抑えて成膜を均一化する。かつ、スパッタ圧力を減圧すると共にターゲットの付いているカソード電極の電力を上げるように制御して、スパッタ金属の分子運動エネルギーを上げることで、自然酸化膜の影響を大きく受けないようなスパッタ形成工程が達成できる。このような製造方法を用いて形成されたMOS型トランジスタ素子を有することで、安定したシリサイド層を配し、抵抗ばらつきの少ない高信頼性の素子を有する半導体装置が実現される。この結果、リークを防ぎつつ抵抗ばらつきの少ない安定したCoシリサイド形成が可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す流れ図。
【図2】一実施形態で半導体装置の製造方法を工程順に示す第1断面図。
【図3】図2に続く第2の断面図。
【図4】図3に続く第3の断面図。
【図5】図4に続く第4の断面図。
【符号の説明】
S1〜S7…処理ステップ、11…Si基板、12…ゲート酸化膜、13…ゲート電極、14…ソース/ドレイン領域(低濃度領域)15…スペーサ(サイドウォール)16…ソース/ドレイン領域(高濃度領域)、18…金属膜(Co)、19…キャップ金属膜(TiN)、20,21…シリサイド層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of forming a finer semiconductor element, particularly a silicide film, and a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit that requires miniaturization and high speed, a salicide process of a MOSFET (MOS field effect transistor) is generally used. In the salicide process, the source / drain diffusion layers of the MOSFET and the upper portion 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]
The salicide process is realized as follows. As a MOSFET, a gate electrode is first formed of polysilicon. On both sides of the polysilicon gate electrode, an LDD (Lightly Doped Drain) structure, that is, spacers (sidewalls) for disposing low-concentration extension regions of source / drain are provided. The spacer serves as an isolation region when silicidation is performed, and it is possible to form a high-melting metal thin film → silicide → low-resistance silicide layer in a self-aligning manner on the gate electrode and on the source / drain Si substrate. Such a salicide process is a well-known technique as a MOSFET for reducing resistance and improving performance.
[0004]
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.
[0005]
Next, a method of utilizing Co as a salicide process in a MOSFET will be described. First, the native oxide film formed on the polysilicon surface of the gate electrode and the silicon substrate surface of the source / drain in the MOSFET is removed. This is achieved by hydrofluoric acid-based wet etching → cleaning with pure water. Subsequently, Co is sputter-deposited in a sputtering apparatus in an atmosphere of about 150 ° C., and TiN is successively deposited as a cap metal film for preventing oxidation. Thereafter, CoSi conversion (including Co 2 Si) is performed through a first rapid thermal annealing step (for example, at 500 ° C. for about 30 seconds). This is because Co 2 Si (dicobalt monosilicide) generated at the time of sputtering changes phase mainly to CoSi (cobalt monosilicide) after annealing. Next, after removing unreacted TiN and Co, a second rapid thermal annealing step (for example, 850 ° C., about 30 seconds) is performed to form a CoSi 2 (cobalt disilicide) film to form a low-resistance silicide layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above conventional conditions, you should be sure to remove the natural oxide film is a pre-treatment of the sputtering process, can not be uniform Co 2 Si reduction during the primary rapid thermal annealing process. In such a case, variation in CoSi conversion or CoSi 2 conversion after annealing occurs, and a Co silicide layer with little leakage and resistance variation cannot be formed stably. If an attempt is made to take a long wet etching time to ensure the removal of the natural oxide film, the element isolation film (STI: Shallow Trench Isolation) is also etched, which affects the element to be formed, so that the wet etching time is sufficiently long. Can not.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of forming a stable Co silicide with less resistance variation while preventing leakage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate insulating film on a substrate, an insulating film spacer is disposed on a side of a gate formed of a polysilicon layer, and a silicide is formed on the gate and source / drain regions in a self-aligned manner. The method of manufacturing, wherein the metal film to be silicided, in the direction of lowering the sputtering temperature, and in the direction of reducing the sputtering pressure, further controlling the direction of increasing the power of the cathode electrode with the target, metal A first sputtering step of forming a sputter by increasing the kinetic energy of molecules, a second sputtering step of forming a cap metal film on at least the metal film by a heat treatment at a predetermined temperature, and covering the cap metal film. A first heat treatment step of forming a silicide layer by performing a heat treatment in a state in which the cap metal film and the unreacted Removing a portion of the serial metal film, characterized by comprising a second heat-treatment step of said silicide layer to further reduce the resistance of the silicide layer.
[0009]
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the first sputtering step, by setting the sputtering temperature to a lower direction, partial silicidation is suppressed, and a uniform metal film can be formed. . On the other hand, it is easily affected by a natural oxide film due to low-temperature sputtering. Therefore, by controlling the direction in which the sputtering pressure is reduced and the direction in which the power of the cathode electrode with the target is increased, the molecular kinetic energy of the sputtered metal is increased, and the sputtering which is not easily affected by the natural oxide film is performed. Realize. Further, the second sputtering step also serves as a heat treatment at a predetermined temperature, and contributes to stable silicidation of the metal film.
[0010]
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a more preferred embodiment of the present invention, a gate insulating film on a substrate, an insulating film spacer is arranged on a side of a gate made of a polysilicon layer, and a self-alignment is formed on the gate and source / drain regions. A method of manufacturing a semiconductor device which is to be silicidized, wherein a Co film for silicidation is formed on the entire surface of the substrate at a predetermined sputtering temperature not exceeding 200 ° C., a predetermined sputtering pressure not exceeding 14 mPa, and a Co target. A first sputtering step of controlling the power of the attached cathode electrode at a predetermined power not lower than 10 W to increase the kinetic energy of Co molecules while forming a sputter, and at least a cap TiN film on the Co film at a predetermined temperature. A second sputtering step of forming a sputter also as a heat treatment, and a heat treatment in a state where the cap TiN film is covered. A first heat treatment step of forming a silicide layer, a step of removing the cap TiN film and the unreacted portion of the Co film, and a second heat treatment of making the silicide layer a lower resistance silicide layer. And a step.
[0011]
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, Co is suitable for fine processing and low resistance, and TiN has a high barrier property against oxidation. In the first sputtering step, by setting the sputtering temperature of the Co film to a predetermined sputtering temperature not exceeding 200 ° C., partial silicidation is suppressed, and a uniform Co film can be formed. On the other hand, it is easily affected by a natural oxide film due to low-temperature sputtering. Therefore, the sputtering pressure is reduced, preferably to a predetermined sputtering pressure not exceeding 14 mPa, and the power of the cathode electrode with the target is further increased so as not to drop below 10 W. In this way, the kinetic energy of the Co molecules is increased to achieve sputtering that is not easily affected by the natural oxide film. Further, in the second sputtering step, since the cap TiN film is formed also as a heat treatment at a predetermined temperature, it contributes to the stable silicidation of the Co film.
[0012]
A semiconductor device according to the present invention includes a MOS transistor element formed by using a method for manufacturing a semiconductor device. A semiconductor device having a stable silicide layer and having a highly reliable element with little resistance variation is realized.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a flowchart showing a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. As the process S1, a MOSFET provided with a spacer (sidewall) having at least a low-concentration source / drain extension region on a semiconductor substrate is formed.
In the process S2, a wet etching process for removing a natural oxide film is performed. This is achieved by hydrofluoric acid-based wet etching → cleaning with pure water. In the wet etching, a time is selected that does not adversely affect the element isolation region such as STI locally.
Next, in process S3, a metal film for silicidation is formed using a sputtering apparatus. In this embodiment, the metal film to be silicided is controlled in the direction of lowering the sputtering temperature, in the direction of reducing the sputtering pressure, and in the direction of increasing the power of the cathode electrode provided with the target, so that the movement of the metal molecules is controlled. Sputtering is performed with increasing energy (first sputtering step).
Further, in process S4, a cap metal film for preventing oxidation is formed while maintaining a vacuum in the same sputtering apparatus (second sputtering step). At this time, at least a heat treatment at a predetermined temperature is performed on the metal film sputtered in the process S3. This stabilizes the silicide layer to some extent before the semiconductor substrate is carried out of the sputtering apparatus to the outside.
In the process S5, a first heat treatment process in a state where the cap metal film is covered is introduced. Thereby, a temporary silicide layer is formed.
In step S6, the cap metal film and the unreacted metal film are removed by using a wet etching technique.
In process S7, a second heat treatment process is performed. This makes the silicide layer a low-resistance and stable silicide layer.
[0014]
According to the method of the above embodiment, in the first sputtering step of the process S3, by making the sputtering temperature lower, partial silicidation is suppressed, and a uniform metal film can be formed. On the other hand, it is easily affected by a natural oxide film due to low-temperature sputtering. Therefore, by controlling the direction in which the sputtering pressure is reduced and the direction in which the power of the cathode electrode with the target is increased, the molecular kinetic energy of the sputtered metal is increased, and the sputter that is not easily affected by the natural oxide film is formed. Realize. Further, the second sputtering process of the process S4 also serves as a heat treatment at a predetermined temperature, and contributes to stable silicidation of the metal film. Thereafter, through processes S5 to S7, a metal silicide with less leakage and less resistance variation is stably formed.
[0015]
2 to 5 are cross-sectional views each 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. 2, a
[0016]
Next, an insulating film, for example, a silicon oxide film is deposited so as to cover the
[0017]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0018]
Further, an oxidation-resistant
[0019]
Note that the sputtering temperature of the cap metal film (TiN) 19 is desirably 300 ° C. to 400 ° C. Thereby, the silicide layer (Co 2 Si) is also stabilized to some extent before carrying out the
[0020]
Next, as shown in FIG. 4, 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 anneal) for about 30 seconds at an annealing temperature (for example, about 500 ° C.) selected from 400 to 600 ° C. Thereby, the silicide layer 20 is formed at least on the
[0021]
Next, as shown in FIG. 5, unreacted metal, that is, unnecessary films of the metal film (TiN) 19 and the metal film (Co) 18 are removed. The silicide layer 20 is formed of a high-resistance CoSi film (including a Co 2 Si film). The step of removing the unnecessary film is wet etching, and the
[0022]
Thereafter, annealing is performed again (the second rapid thermal annealing step is performed). This is a heat treatment (lamp annealing) for about 30 seconds at an annealing temperature (for example, about 850 ° C.) selected from 800 to 900 ° C. Thus, the silicide layer 20 is changed to a stable low-resistance silicide layer (CoSi 2 film) 21.
[0023]
According to the method of the above embodiment, Co is suitable for fine processing and low resistance, and TiN is rich in barrier properties against oxidation. In the first sputtering step, by setting the sputtering temperature of the
[0024]
As described above, according to the present invention, the problem can be solved without excessively performing wet etching in order to ensure removal of the natural oxide film. That is, the sputtering temperature is lowered to suppress partial silicidation and uniform film formation. Also, by reducing the sputtering pressure and increasing the power of the cathode electrode with the target to increase the molecular kinetic energy of the sputtered metal, a sputter forming process that is not greatly affected by the natural oxide film. Can be achieved. By having the MOS transistor element formed by using such a manufacturing method, a semiconductor device having a highly reliable element with a stable silicide layer and little resistance variation can be realized. As a result, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of forming a stable Co silicide with less resistance variation while preventing leakage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a main part of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment.
FIG. 2 is a first cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device in an embodiment in the order of steps;
FIG. 3 is a second sectional view following FIG. 2;
FIG. 4 is a third sectional view following FIG. 3;
FIG. 5 is a fourth sectional view following FIG. 4;
[Explanation of symbols]
S1 to S7: processing steps, 11: Si substrate, 12: gate oxide film, 13: gate electrode, 14: source / drain region (low concentration region) 15: spacer (sidewall) 16: source / drain region (high concentration) Region), 18: metal film (Co), 19: cap metal film (TiN), 20, 21: silicide layer.
Claims (3)
前記シリサイド化する金属膜について、スパッタ温度を低くする方向に、かつスパッタ圧力を減圧する方向に、さらにターゲットの付いているカソード電極の電力を上げる方向に制御し、金属分子の運動エネルギーを上げるようにしてスパッタ形成する第1スパッタ工程と、
少なくとも前記金属膜上にキャップ金属膜を所定温度の熱処理を兼ねてスパッタ形成する第2スパッタ工程と、
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、
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、を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。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-aligning manner.
Regarding the metal film to be silicided, the kinetic energy of the metal molecules is increased by controlling the direction in which the sputtering temperature is reduced, the direction in which the sputtering pressure is reduced, and the direction in which the power of the cathode electrode with the target is increased. A first sputtering step of forming a sputter by
A second sputtering step of forming a cap metal film by sputtering at least on the metal film while also performing heat treatment at a predetermined temperature;
A first heat treatment step of forming a silicide layer by heat treatment in a state where the cap metal film is covered;
Removing the cap metal film and unreacted portions of the metal film;
A second heat treatment step of using the silicide layer as a silicide layer having a lower resistance.
前記シリサイド化のためのCo膜を基板全面に、200℃を越えない所定のスパッタ温度、かつ14mPaを越えない所定のスパッタ圧力、さらにCoターゲットの付いているカソード電極の電力を10Wより下げない所定電力で制御し、Co分子の運動エネルギーを上げるようにしつつスパッタ形成する第1スパッタ工程と、
少なくとも前記Co膜上にキャップTiN膜を所定温度の熱処理を兼ねてスパッタ形成する第2スパッタ工程と、
前記キャップTiN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TiN膜及び未反応の前記Co膜の部分を除去する工程と、
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、を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。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-aligning manner.
A predetermined sputtering temperature not exceeding 200 ° C., a predetermined sputtering pressure not exceeding 14 mPa, and a power of a cathode electrode provided with a Co target not lower than 10 W with a Co film for silicidation over the entire surface of the substrate. A first sputtering step of forming by sputtering while controlling with electric power so as to increase the kinetic energy of Co molecules;
A second sputtering step of forming a cap TiN film by sputtering at least on the Co film while also performing heat treatment at a predetermined temperature;
A first heat treatment step of forming a silicide layer by heat treatment with the cap TiN film covered;
Removing the cap TiN film and the unreacted portion of the Co film;
A second heat treatment step of using the silicide layer as a silicide layer having a lower resistance.
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JP2006332608A (en) * | 2005-04-25 | 2006-12-07 | Nec Electronics Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
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- 2003-04-11 JP JP2003107543A patent/JP2004319567A/en not_active Withdrawn
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