JP2005294360A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制することのできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０双方のゲート電極１２，２２およびソース・ドレイン領域１４，２４上にＮｉＳｉ膜４２を形成する（シリサイド膜形成工程）。次に、ＮｉＳｉ膜４２を含めた表面全体にダイレクト窒化膜４４を形成する（窒化膜形成工程）。続いて、ＮｉＳｉ膜４２の耐熱温度を高める元素をＮｉＳｉ膜４２に注入する（元素注入工程）。これにより、ＮｉＳｉ膜４２の耐熱性が向上し、後工程における熱処理によりＮｉＳｉ膜４２がダイシリサイド化するのを抑制することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。
従来の半導体装置の製造方法としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。同文献に記載の製造方法は、素子の寄生抵抗を低減するために、ＭＯＳトランジスタのゲート電極上およびソース・ドレイン電極上にＮｉＳｉからなるモノシリサイド膜を形成する工程を含んでいる。
特開平５−９０２９３号公報
しかしながら、上記製造方法においては、後工程における熱処理によりＮｉＳｉ膜がダイシリサイド化するおそれがある。ＮｉＳｉ膜がダイシリサイド化した場合、ＭＯＳトランジスタの寄生抵抗の増大等につながってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体装置に用いられるＮｉＳｉ膜の耐熱性を高め、ダイシリサイド化を抑制し、これにより半導体装置の性能を向上させることを目的とする。
上記課題を解決する本発明によれば、ＭＯＳトランジスタを備える半導体装置を製造する方法であって、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極およびソース・ドレイン領域の少なくとも一方の上にＮｉＳｉ膜を形成するシリサイド膜形成工程と、前記ＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制する反応抑制元素を前記ＮｉＳｉ膜に注入する元素注入工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
この製造方法においては、元素注入工程において、ＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制する反応抑制元素がＮｉＳｉ膜中に導入される。これにより、ＮｉＳｉ膜の耐熱性が向上し、後工程における熱処理によりＮｉＳｉ膜がダイシリサイド化するのを抑制することができる。
ＮｉＳｉ膜上にダイレクト窒化膜を形成する窒化膜形成工程を含み、元素注入工程においては、元素がＮｉＳｉ膜に到達するように、ダイレクト窒化膜上から上記元素を注入してもよい。この場合、ダイシリサイド化の抑制とともに、ダイレクト窒化膜の応力を緩和することが可能となる。
本発明において、半導体装置は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタを備え、ダイレクト窒化膜はテンサイル応力を持つものであり、元素注入工程においては、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタのうちＰ−ＭＯＳトランジスタに形成されたＮｉＳｉ膜にのみ上記元素を注入してもよい。ダイレクト窒化膜がテンサイル応力を持つ場合、Ｎ−ＭＯＳトランジスタのオン電流が向上する一方で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタのオン電流は低下してしまう。したがって、元素注入工程においてＰ−ＭＯＳトランジスタ側にのみ元素注入を行うことにより、テンサイル応力が緩和され、Ｐ−ＭＯＳトランジスタのオン電流の低下が抑制される。
本発明において、半導体装置は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタを備え、ダイレクト窒化膜はコンプレッシブ応力を持つものであり、元素注入工程においては、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタのうちＮ−ＭＯＳトランジスタに形成されたＮｉＳｉ膜にのみ上記元素を注入してもよい。ダイレクト窒化膜がコンプレッシブ応力を持つ場合、Ｐ−ＭＯＳトランジスタのオン電流が向上する一方で、Ｎ−ＭＯＳトランジスタのオン電流は低下してしまう。したがって、元素注入工程においてＮ−ＭＯＳトランジスタ側にのみ元素注入を行うことにより、コンプレッシブ応力が緩和され、Ｎ−ＭＯＳトランジスタのオン電流の低下が抑制される。
ＮｉＳｉ膜は、ＮｉＳｉであってもよい。ＮｉＳｉは抵抗が低いため、シリサイド膜として好適に機能することができる。
上記元素は、Ｇｅ、Ｎ、Ｆ、ＯおよびＣからなる群より選ばれる１または２以上の元素であってもよい。これらの元素は、ＮｉＳｉ膜の耐熱温度の向上によるダイシリサイド化の抑制およびダイレクト窒化膜の応力緩和に資するものである。
本発明によれば、ＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制することのできる半導体装置の製造方法が実現される。
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１〜図６を用いて、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態において製造される半導体装置は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタを備えるＣＭＯＳトランジスタ装置である。
まず、図１に示すように、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０を形成する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０は、ゲート電極１２、ゲート酸化膜１３、ソース・ドレイン領域１４、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域１６およびスペーサ１８を有している。同様に、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２０は、ゲート電極２２、ゲート酸化膜２３、ソース・ドレイン領域２４、ＬＤＤ領域２６およびスペーサ２８を有している。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０とＮ−ＭＯＳトランジスタ２０とは、素子分離領域であるＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）領域３０によって互いに分離されている。
次に、図２に示すように、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０双方のゲート電極１２，２２およびソース・ドレイン領域１４，２４上にモノシリサイド膜としてＮｉＳｉ膜４２を形成する（シリサイド膜形成工程）。ただし、ＮｉＳｉ膜４２は、ゲート電極１２，２２およびソース・ドレイン領域のうち何れか一方にのみ形成してもよい。
次に、図３に示すように、ＮｉＳｉ膜４２を含めた表面全体にダイレクト窒化膜４４（層間窒化膜）を形成する（窒化膜形成工程）。このダイレクト窒化膜４４は、後述する層間酸化膜４６と共に層間絶縁膜を構成するものである。また、本実施形態においてダイレクト窒化膜４４は、テンサイル応力を持っている。ダイレクト窒化膜４４としては、例えばＳｉＮを用いることができる。
次に、図４に示すように、フォトレジストを用いてＮ−ＭＯＳトランジスタ２０全体にマスクＭを形成する。
続いて、図５に示すように、ＮｉＳｉ膜４２の耐熱温度を高める元素（以下、反応抑制元素という）をＮｉＳｉ膜４２に注入する（元素注入工程）。このとき、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２０側はマスクＭにより覆われているため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０側にのみ反応抑制元素が注入される。注入条件は、反応抑制元素がＮｉＳｉ膜４２まで到達するように設定される。反応抑制元素としては、例えばＧｅ、Ｎ、Ｆ、ＯおよびＣが挙げられる。これらの元素は、ＮｉＳｉ膜４２の耐熱温度を高め、ダイシリサイド化反応を抑制する働きを有する上、ダイレクト窒化膜４４の応力を緩和することもできる。なお、反応抑制元素のうち何れか１つを注入してもよく、複数組み合わせて注入してもよい。
最後に、図６に示すように、ダイレクト窒化膜４４上に層間酸化膜４６を形成する。層間酸化膜４６としては、例えばＳｉＯ２を用いることができる。
本実施形態に係る製造方法の効果を説明する。
上記製造方法においては、元素注入工程において反応抑制元素をＮｉＳｉ膜４２に注入している。これにより、ＮｉＳｉ膜４２の耐熱性が向上し、後工程における熱処理によりＮｉＳｉ膜４２がダイシリサイド化するのを抑制することができる。ＮｉＳｉ２はＮｉＳｉに比してシート抵抗値が高いため、ＮｉＳｉのダイシリサイド化を防ぐことは、素子の寄生抵抗を低減する上で非常に重要である。また、ＮｉＳｉのダイシリサイド化はリーク電流の増大にもつながるが、上記製造方法によれば、このようなリーク電流の増大をも抑制することができる。
また、ＮｉＳｉ膜４２への反応抑制元素の導入を、ＮｉＳｉ膜４２の形成後に注入を行うことにより実行している。このため、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０への注入量とＮ−ＭＯＳトランジスタ２０への注入量とを別々に制御することが容易となる。例えば、本実施形態においては、マスクＭを用いることにより、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０のうちＰ−ＭＯＳトランジスタ１０に形成されたＮｉＳｉ膜４２にのみ注入を行うことを容易に実現している。
ところで、ＮｉＳｉ膜に反応抑制元素を導入する方法としては、Ｎｉ膜成膜時のスパッタガスに反応抑制元素を混入させることも考えられる。しかし、その方法は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０側のＮｉＳｉ膜４２とＮ−ＭＯＳトランジスタ２０側のＮｉＳｉ膜４２とでＮｉＳｉ膜４２に反応抑制元素の導入量を別々に制御することができないため、好ましくない。しかも、例えばＮ−ＭＯＳトランジスタ２０側に不純物元素としてＡｓが導入されている場合、ＡｓもまたＮｉＳｉの耐熱温度を高める働きを持つ元素であるため、スパッタによりＰ−ＭＯＳトランジスタ１０側とＮ−ＭＯＳトランジスタ２０側とに同量の反応抑制元素を導入してしまうと、結果として、ＮｉＳｉの耐熱温度を高める元素がＰ−ＭＯＳトランジスタ１０側に比してＮ−ＭＯＳトランジスタ２０側により多く導入されることになる。すると、ＮｉＳｉ膜を形成する際に、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０間で反応温度のバランスが取りにくくなってしまうという問題がある。
これに対して、ＮｉＳｉ膜４２の形成後に反応抑制元素の注入を行う本実施形態によれば、ＮｉＳｉ膜４２の形成時には反応抑制元素が未だ導入されていないため、かかる問題を防ぐことができる。
さらに、元素注入工程においては、反応抑制元素がＮｉＳｉ膜４２まで到達するような注入条件に設定される。ここで、基板への導入ダメージやゲート酸化膜への影響を考慮すると、基板やゲート酸化膜には反応抑制元素が注入されないことが望ましい。この点、注入は金属中では止まり易いため、反応抑制元素がＮｉＳｉ膜４２中で止まるように注入条件を設定することは容易である。
特に、本実施形態においては、ダイレクト窒化膜４４上から反応抑制元素を注入している。これにより、ＮｉＳｉ膜４２のダイシリサイド化の抑制とともに、ダイレクト窒化膜４４の応力を緩和することができる。
また、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０に形成されたＮｉＳｉ膜４２にのみ反応抑制元素を注入している。ダイレクト窒化膜４４は、テンサイル応力を持っているため、Ｎ−ＭＯＳトランジスタのオン電流を向上させる一方で、Ｐ−ＭＯＳトランジスタのオン電流を低下させる。したがって、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０側にのみ元素注入を行うことにより、Ｐ−ＭＯＳのオン電流の低下を抑制することができる。
なお、上記実施形態においてはテンサイル応力を持つダイレクト窒化膜を用い、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０側にのみ反応抑制元素を注入する例を示したが、コンプレッシブ応力を持つダイレクト窒化膜を用い、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２０側にのみ反応抑制元素を注入することとしてもよい。
また、本実施形態においては、ダイレクト窒化膜４４と層間酸化膜４６とを積層させた構造の層間絶縁膜を形成している。これにより、コンタクト形成等のため層間絶縁膜をエッチングする際に、ダイレクト窒化膜４４をエッチングストッパとして機能させることができる。ただし、ダイレクト窒化膜４４を設けることは必須ではない。ダイレクト窒化膜４４を設けない場合すなわち窒化膜形成工程を省略する場合には、シリサイド膜形成工程の直後に元素注入工程を実行すればよい。このとき、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０側およびＮ−ＭＯＳトランジスタ２０側の双方に反応抑制元素を注入してもよく、何れか一方にのみ注入してもよい。
図７は、ＮｉＳｉ膜に反応抑制元素を注入した場合および注入しない場合それぞれについて、ＮｉＳｉ膜の耐熱温度を測定したグラフである。反応抑制元素の注入は、ダイレクト窒化膜上から行った。ここでいう耐熱温度とは、ＮｉＳｉ膜が、ダイシリサイド化すなわちＮｉＳｉ２膜に変化するときの温度である。グラフの縦軸はシート抵抗値（Ω／□）を表し、横軸は温度（℃）を表す。ニッケルがダイシリサイド化するとシート抵抗値が増大することから、注入なしの場合の耐熱温度が約４５０℃であるのに対し、反応抑制元素を注入した場合の耐熱温度は５００℃以上であることが判る。したがって、反応抑制元素を注入することにより、ＮｉＳｉ膜の耐熱性を向上させることができ、それによりＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制することができる。
本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための図である。 本発明による半導体装置の製造方法の効果を説明するためのグラフである。
符号の説明
１０ Ｐ−ＭＯＳトランジスタ
１２ ゲート電極
１３ ゲート酸化膜
１４ ソース・ドレイン領域
１６ ＬＤＤ領域
１８ スペーサ
２０ Ｎ−ＭＯＳトランジスタ
２２ ゲート電極
２３ ゲート酸化膜
２４ ソース・ドレイン領域
２６ ＬＤＤ領域
２８ スペーサ
３０ ＳＴＩ領域
４２ ＳｉＮｉ膜
４４ ダイレクト窒化膜
４６ 層間酸化膜

Claims (5)

  1. ＭＯＳトランジスタを備える半導体装置を製造する方法であって、
    前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極およびソース・ドレイン領域の少なくとも一方の上にＮｉＳｉ膜を形成するシリサイド膜形成工程と、
    前記ＮｉＳｉ膜のダイシリサイド化を抑制する反応抑制元素を前記ＮｉＳｉ膜に注入する元素注入工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記ＮｉＳｉ膜上に層間窒化膜を形成する窒化膜形成工程を含み、
    前記元素注入工程においては、前記元素が前記ＮｉＳｉ膜に到達するように、前記層間窒化膜上から前記元素を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体装置は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタを備え、
    前記層間窒化膜はテンサイル応力を持つものであり、
    前記元素注入工程においては、前記Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよび前記Ｎ−ＭＯＳトランジスタのうち前記Ｐ−ＭＯＳトランジスタに形成された前記ＮｉＳｉ膜にのみ前記元素を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体装置は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよびＮ−ＭＯＳトランジスタを備え、
    前記層間窒化膜はコンプレッシブ応力を持つものであり、
    前記元素注入工程においては、前記Ｐ−ＭＯＳトランジスタおよび前記Ｎ−ＭＯＳトランジスタのうち前記Ｎ−ＭＯＳトランジスタに形成された前記ＮｉＳｉ膜にのみ前記元素を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記反応抑制元素は、Ｇｅ、Ｎ、Ｆ、ＯおよびＣからなる群より選ばれる１または２以上の元素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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