JP2006060090A - 温度評価方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度を非破壊の測定方法により正確に評価する。
【解決手段】 シリコン基板１０１の上に高融点金属膜１０７を形成した後、非破壊測定方法を用いて高融点金属膜１０７の膜厚を測定する。高融点金属膜１０７が形成されたシリコン基板１０１に対して熱処理を行なって、シリコン基板１０１の上にシリサイド膜１０８を形成する。第２の非破壊測定方法を用いてシリサイド膜１０８の膜厚を測定した後、高融点金属膜１０７の測定膜厚と、シリサイド膜１０８の測定膜厚とに基づいて、熱処理中のシリコン基板１０１の温度を算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度を評価する方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化、高機能化及び高速化に伴い、集積回路上の配線の電気抵抗を低抵抗化する技術が提案されている。その中の１つの技術として、高融点金属と基板中のシリコンとを反応させてシリサイド層を形成する技術がある。

以下、非特許文献１に記載されている、シリコン基板上にシリサイド層を形成するプロセスについて、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）層の形成を例として図面を参照しながら説明する。

図８（ａ）〜（ｄ）は、非特許文献１に記載された従来のシリサイド層形成方法の各工程を示す断面図である。

まず、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１におけるＳｉＯ₂ からなる素子分離領域２に囲まれた素子形成領域の上に、ゲート絶縁膜３を介して、ポリシリコンからなるゲート電極４を形成した後、シリコン基板１におけるゲート電極４の両側に不純物拡散領域５を形成すると共に、ゲート電極４の側壁上に、絶縁膜からなるサイドウォール６を形成する。その後、シリコン基板１の上に全面に亘って、Ｔｉ（チタン）からなる高融点金属膜７をスパッタ法等により堆積する。

次に、図８（ｂ）に示すように、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法等により、シリコン基板１に対して第１の熱処理（温度：６００〜７００℃）を行なう。この第１の熱処理により、高融点金属膜７中のＴｉと、不純物拡散領域５中のＳｉ及びゲート電極４中のＳｉとが反応し、ゲート電極４の上及び不純物拡散領域５の上にチタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）膜８ａが選択的に形成される。尚、第１の熱処理後の時点で、チタンシリサイド膜８ａはＣ₄₉の相構造を有しており、そのシート抵抗は約２０Ω／□以上と高い状態にある。

次に、図８（ｃ）に示すように、素子分離領域２及びサイドウォール６等の上に残存する、未反応の高融点金属膜７を除去する。

次に、図８（ｄ）に示すように、ＲＴＡ法等により、シリコン基板１に対して第２の熱処理（温度：８００℃以上）を行なう。この第２の熱処理により、チタンシリサイド膜８の相構造がＣ₄₉からＣ₅₄へと転移する。すなわち、Ｃ₄₉の相構造を持つチタンシリサイド膜８ａから、Ｃ₅₄の相構造を持つチタンシリサイド膜８ｂへと相転移する。この相転移の結果、チタンシリサイド膜８ｂのシート抵抗は約１０Ω／□以下に低抵抗化される。以上の工程により、シリコン基板上にシリサイド層を形成するプロセスは完了する。その後、シリコン基板上に層間絶縁膜や電極を形成する、いわゆるバックエンドプロセスを経てＬＳＩ等の半導体装置を完成させる。

以上に説明した、シリサイド層を形成するプロセスにおいて、第１の熱処理及び第２の熱処理のそれぞれにおけるシリコン基板の温度の制御は極めて重要である。これらの基板温度は、第２の熱処理後のシリサイド層のシート抵抗に大きな影響を及ぼす。特に、第１の熱処理における基板温度が低すぎる場合には、第２の熱処理後におけるシリサイド層のシート抵抗が十分に低い値にならない場合がある。また、第１の熱処理における基板温度が高すぎる場合には、未反応の高融点金属膜（図８（ｂ）に示す、素子分離領域２及びサイドウォール６等の上の未反応の高融点金属膜７）を除去することが難しくなる。

第１の熱処理におけるシリコン基板の温度を所定の温度に制御するためには、第１の熱処理におけるシリコン基板の温度を正確に測定し、該測定温度と設定温度（例えばＲＴＡ装置に対する設定温度）との相関関係を算出する必要がある。

しかしながら、ＲＴＡ法による熱処理中のシリコン基板の温度を直接測定する方法として、熱処理中のシリコン基板から放射される光学信号を測定する方法を用いた場合、シリサイド層形成が行なわれる温度範囲においては該光学信号の強度が極めて小さくなる。すなわち、この方法は実用的ではない（例えば特許文献１参照）。

そこで、第１の熱処理におけるシリコン基板の温度を間接的に測定する方法として、以下の２種類の温度評価方法が提案されている。

まず、第１の従来の温度評価方法は、図８（ａ）〜（ｄ）に示す方法と同様にシリコン基板上にシリサイド層を形成すると共に第１の熱処理後又は第２の熱処理後におけるシリサイド層のシート抵抗を測定することにより、第１の熱処理中におけるシリコン基板の温度を見積もる方法である（例えば特許文献１〜４及び非特許文献２〜３参照）。

次に、第２の従来の温度評価方法は、図８（ａ）〜（ｄ）に示す方法と同様にシリコン基板上にシリサイド層を形成すると共に第１の熱処理後又は第２の熱処理後におけるシリサイド層の厚さをエリプソメトリ法等によって測定し、その測定厚さに基づいて、第１の熱処理中におけるシリコン基板の温度を見積もる方法である（例えば特許文献４参照）。
特開２００３−２２９８１号公報 特開昭６３−２８１４０７号公報 特開平９−２５７５９３号公報 特開平３−１６７４３０号公報 Shi-Li Zhang and Mikael Ostling, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, vol.28(1), p.1-129,2003 S.P.Murarka, Silicides for VLSI Applications, ACADEMIC PRESS, New York, 1983 T.Amazawa,H.Oikawa and N.Shino, Extended Abstracts of the 16th Conf. Solid State Devices and Materials, p.269,1984

しかしながら、前述の第１及び第２の従来の温度評価方法には、以下のような問題点が存在する。

まず、第１の従来の温度評価方法においては、シリサイド層のシート抵抗の値が高融点金属膜の膜質及び膜厚により影響され、その結果、シリサイド層形成プロセスにおける第１の熱処理の処理温度を正確に測定することができない。また、シート抵抗の測定には主として四探針法が用いられるが、この方法では、測定プローブを装置表面に直接接触させてシート抵抗値を測定する必要があるため、シリコン基板上に形成されたトランジスタ等の素子に悪影響が生じてしまう。すなわち、シート抵抗の測定のために、トランジスタ等の素子が形成されていない、評価用のシリコン基板を用いる必要がある。

また、第２の従来の温度評価方法の問題点は次の通りである。

すなわち、第１の熱処理後又は第２の熱処理後におけるシリサイド層の厚さは、熱処理の温度に加えて、高融点金属膜の膜厚にも依存する。よって、熱処理の温度を正確に算出するためには、シリサイド層を形成する前の高融点金属膜の膜厚が正確に分かっている必要がある。特許文献４においては、シリサイド層を形成する前の高融点金属膜の膜厚の測定方法については具体的には記載されていないが、通常、高融点金属膜の膜厚は段差測定等によって測定される。ところが、段差測定は破壊検査であるため、該検査に使用したシリコン基板を製品として使用することはできないので、段差測定による高融点金属膜の膜厚の測定のために、評価用のシリコン基板を用いる必要が生じる。

また、段差測定用のシリコン基板と、シリサイド層が形成されるシリコン基板とを互いに異なる基板とする必要があるため、シリサイド層となる高融点金属膜の膜厚を直接測定することはできない。従って、高融点金属膜の堆積工程においてトラブルが発生し、その結果、実際にシリサイド層形成の対象となるシリコン基板上に形成された高融点金属膜の膜厚が所定値になっていない場合、熱処理温度の算出を正確に行なうことはできない。

さらに、特許文献４においては、第２の熱処理後におけるシリサイド膜の膜厚をエリプソメトリ法により測定することが記載されている。ところで、エリプソメトリ法は非破壊の評価方法ではあるが、これを用いて高融点金属膜の膜厚の測定を行なうことはできない。また、第１の熱処理後のシリサイド膜が例えばＣ₄₉構造を持つチタンシリサイド膜である場合、結晶構造上、このチタンシリサイド膜の膜厚をエリプソメトリ法により測定することはできない。このため、第２の熱処理後のシリサイド膜の膜厚に基づいて、第１の熱処理におけるシリコン基板の温度を見積もることになる。しかし、第２の熱処理において、第１の熱処理後と比べてシリサイド膜厚が増加するため、基板温度の見積もりに誤差が生じやすくなる。

本発明は、以上の課題を鑑みて、高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度を非破壊の測定方法により正確に評価できる温度評価方法を提供することを第１の目的とし、この温度評価方法を用いた、シリサイド層を有する半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。

前記の第１の目的を達成するために、本発明に係る温度評価方法は、シリコン基板の上に高融点金属膜を形成する金属膜形成工程と、第１の非破壊測定方法を用いて高融点金属膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程と、高融点金属膜が形成されたシリコン基板に対して熱処理を行なって、シリコン基板の上にシリサイド膜を形成する熱処理工程と、第２の非破壊測定方法を用いてシリサイド膜の膜厚を測定する第２の膜厚測定工程と、第１の膜厚測定工程で測定された高融点金属膜の膜厚と、第２の膜厚測定工程で測定されたシリサイド膜の膜厚とに基づいて、熱処理工程におけるシリコン基板の温度を算出する温度算出工程とを備えている。

本発明の温度評価方法によると、高融点金属膜の膜厚、及び熱処理により形成されたシリサイド膜の膜厚の両方を測定することによって、両膜厚間の変化量に基づいて、熱処理工程におけるシリコン基板の温度を正確に算出することが可能となる。また、両膜厚の測定方法として非破壊の測定方法を用いるため、第１の膜厚測定工程で膜厚測定の対象となった高融点金属膜から形成されたシリサイド膜の膜厚を第２の膜厚測定工程で測定することが可能となる。このため、これらの膜厚以外の余分なパラメータを含めずに、熱処理工程におけるシリコン基板の温度を極めて正確に算出することが可能となる。さらに、トランジスタ等の素子が形成されるシリコン基板、つまり製品となるシリコン基板を温度測定の対象とすることが可能となる。

本発明の温度評価方法において、第１の非破壊測定方法は、蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であり、第２の非破壊測定方法は、エリプソメトリ法又は蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であることが好ましい。

このようにすると、高融点金属膜及びシリサイド膜のそれぞれの膜厚を正確に測定することが可能となる。さらに、第１の膜厚測定工程及び第２の膜厚測定工程の両工程において蛍光Ｘ線分析法を用いた場合には、各膜厚の測定誤差をより小さくすることができる。

本発明の温度測定方法において、熱処理工程におけるシリコン基板の温度はシリサイド膜の相転移温度未満の温度であって、第２の膜厚測定工程において、第２の非破壊測定方法として蛍光Ｘ線分析法を用いてシリサイド膜の膜厚を測定することが好ましい。

このようにすると、エリプソメトリ法等の光学的な測定方法によっては測定できない、相転移前のシリサイド膜（比較的低温の熱処理によって形成されたシリサイド膜）の膜厚を正確に測定することが可能となる。

本発明の温度測定方法において、第１の膜厚測定工程と熱処理工程との間に、高融点金属膜の上に保護膜を形成する工程を備え、熱処理工程と第２の膜厚測定工程との間に、保護膜、又は保護膜と高融点金属膜との反応により生じた膜を除去する工程を備えていることが好ましい。

このようにすると、シリサイド膜形成を安定的に行なうことが可能となる。

本発明にかかる温度測定方法において、高融点金属膜は、タングステン、チタン、コバルト及びニッケルの中から選ばれた１つ又は２つ以上の金属からなることが好ましい。

このようにすると、低抵抗なシリサイド膜を形成することが可能となる。

前記の第２の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、温度評価用シリコン基板の上に第１の高融点金属膜を形成する第１の金属膜形成工程と、第１の非破壊測定方法を用いて第１の高融点金属膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程と、第１の高融点金属膜が形成された温度評価用シリコン基板に対して熱処理を行なって、温度評価用シリコン基板の上に第１のシリサイド膜を形成する第１の熱処理工程と、第２の非破壊測定方法を用いて第１のシリサイド膜の膜厚を測定する第２の膜厚測定工程と、第１の膜厚測定工程で測定された第１の高融点金属膜の膜厚と、第２の膜厚測定工程で測定された第１のシリサイド膜の膜厚とに基づいて、第１の熱処理工程における温度評価用シリコン基板の温度を算出する温度算出工程と、ゲート電極が形成されたシリコン基板の上に第２の高融点金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、第２の高融点金属膜が形成されたシリコン基板に対して熱処理を行なって、シリコン基板の上に第２のシリサイド膜を形成する第２の熱処理工程とを備え、第１の熱処理工程における設定温度と、温度算出工程で算出された温度評価用シリコン基板の温度とに基づいて、第２の熱処理工程における設定温度が決定される。

本発明の半導体装置の製造方法によると、温度評価用シリコン基板について、高融点金属膜（第１の高融点金属膜）の膜厚、及び第１の熱処理により形成されたシリサイド膜（第１のシリサイド膜）の膜厚の両方を測定することによって、両膜厚間の変化量に基づいて、第１の熱処理工程における温度評価用シリコン基板の温度を正確に算出することが可能となる。また、両膜厚の測定方法として非破壊の測定方法を用いるため、第１の膜厚測定工程で膜厚測定の対象となった第１の高融点金属膜から形成された第１のシリサイド膜の膜厚を第２の膜厚測定工程で測定することが可能となる。このため、これらの膜厚以外の余分なパラメータを含めずに、第１の熱処理工程における温度評価用シリコン基板の温度を極めて正確に算出することが可能となる。

また、以上のように算出された温度評価用シリコン基板の温度と、第１の熱処理工程における設定温度とに基づいて、第２の熱処理工程（ゲート電極が形成されたシリコン基板上でのシリサイド層形成のための熱処理工程）における設定温度を決定するため、次のような効果が得られる。すなわち、何らかの原因により、熱処理工程における設定温度と熱処理工程中のシリコン基板の温度との相関関係（予め求められており、熱処理工程で利用される）にずれが生じる場合においても、該ずれ量（算出された温度評価用シリコン基板の温度と、第１の熱処理工程における設定温度との差）を考慮して、第２の熱処理工程において適切な温度で熱処理を行なうことが可能となる。これによって、ＲＴＡ装置等における不安定要因の影響を受けることなく、第２の熱処理工程後のシリサイド膜（第２のシリサイド膜）のシート抵抗の値を所定値に制御することができるため、均一な性能を有する半導体装置を安定して製造することが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１の非破壊測定方法は、蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であり、第２の非破壊測定方法は、エリプソメトリ法又は蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であることが好ましい。

このようにすると、温度評価用シリコン基板について、高融点金属膜及びシリサイド膜のそれぞれの膜厚を正確に測定することが可能となる。さらに、第１の膜厚測定工程及び第２の膜厚測定工程の両工程において蛍光Ｘ線分析法を用いた場合には、各膜厚の測定誤差をより小さくすることができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１の熱処理工程における温度評価用シリコン基板の温度は第１のシリサイド膜の相転移温度未満の温度であって、第２の膜厚測定工程において、第２の非破壊測定方法として蛍光Ｘ線分析法を用いてシリサイド膜の膜厚を測定することが好ましい。

このようにすると、温度評価用シリコン基板について、エリプソメトリ法等の光学的な測定方法によっては測定できない、相転移前のシリサイド膜（比較的低温の熱処理によって形成されたシリサイド膜）の膜厚を正確に測定することが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１の膜厚測定工程と第１の熱処理工程との間に、第１の高融点金属膜の上に保護膜を形成する工程を備え、第１の熱処理工程と第２の膜厚測定工程との間に、保護膜、又は保護膜と第１の高融点金属膜との反応により生じた膜を除去する工程を備えていることが好ましい。

このようにすると、温度評価用シリコン基板について、シリサイド膜形成を安定的に行なうことが可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１の高融点金属膜及び第２の高融点金属膜は、タングステン、チタン、コバルト及びニッケルの中から選ばれた１つ又は２つ以上の金属からなることが好ましい。

このようにすると、第１のシリサイド膜及び第２のシリサイド膜のそれぞれを低抵抗化することができる。

本発明の温度評価方法によると、高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度を非破壊の測定方法により正確に測定することが可能となる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によると、高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度を所定の温度に正確に制御することができるので、均一な性能を有する半導体装置を安定して製造することが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法について図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態に係る温度評価方法のフローチャートである。また、図２（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る温度評価方法の各工程を示す断面図である。

まず、第１のステップＳ１０１において、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１０１における例えばＳｉＯ₂ からなる素子分離領域１０２に囲まれた素子形成領域の上に、ゲート絶縁膜１０３を介して、例えばポリシリコンからなるゲート電極１０４を形成する。その後、シリコン基板１０１におけるゲート電極１０４の両側に不純物拡散領域１０５を形成すると共に、ゲート電極１０４の側壁上に、絶縁膜からなるサイドウォール１０６を形成する。その後、シリコン基板１０１の上に全面に亘って、例えばＴｉからなる高融点金属膜１０７を例えばスパッタ法等により堆積する。

次に、第２のステップＳ１０２において、高融点金属膜１０７の膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定する。尚、蛍光Ｘ線分析法による高融点金属膜の膜厚測定方法の詳細については例えば特開平５−２０９８４７号公報に記載されている。

次に、第３のステップＳ１０３において、高融点金属膜１０７の上に例えばＳｉＮ膜等の保護膜（図示省略）を形成した後、例えばＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法等により、チタンシリサイドの相転移温度よりも低い温度、具体的には６００〜７００℃程度の温度でシリコン基板１０１に対して第１の熱処理を行なう。この第１の熱処理により、高融点金属膜１０７中のＴｉと、不純物拡散領域１０５中のＳｉ及びゲート電極１０４中のＳｉとが反応し、その結果、図２（ｂ）に示すように、ゲート電極１０４の上及び不純物拡散領域１０５の上にチタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）膜１０８ａが選択的に形成される。尚、第１の熱処理後の時点で、チタンシリサイド膜１０８ａはＣ₄₉の相構造を有しており、そのシート抵抗は約２０Ω／□以上と高い状態にある。また、図２（ｂ）に示す第１の熱処理工程においては、素子分離領域１０２の上及びサイドウォール１０６の上に未反応の高融点金属膜１０７が残存する。一方、保護膜であるＳｉＮ膜中のＳｉと高融点金属膜１０７中のＴｉとが反応してチタンシリサイド膜１０８ａの一部分が形成されると共に、残存するＳｉＮ膜の全部又は一部がＴｉＮ層１０９となってチタンシリサイド膜１０８ａの上及び未反応の高融点金属膜１０７の上に残存する。

次に、第４のステップＳ１０４において、図２（ｃ）に示すように、チタンシリサイド膜１０８ａ等の上に残存するＴｉＮ層１０９及び保護膜、並びに素子分離領域１０２の上及びサイドウォール１０６上に残存する未反応の高融点金属膜１０７を除去する。

ここで、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、第１の熱処理におけるシリサイド反応について詳しく説明する。

図３（ａ）は、保護膜であるＳｉＮ膜１１０を高融点金属膜１０７の上に形成した時点における半導体装置の断面構成の拡大図である。ここで、高融点金属膜１０７の膜厚はｄ１であるとする。図３（ａ）に示す状態の半導体装置に対して、前述の第１の熱処理を行なうことによって、図３（ｂ）に示すように、高融点金属膜１０７中のＴｉと、下地（ゲート電極１０４又は不純物拡散領域１０５）のＳｉとが反応してチタンシリサイド膜１０８ａが形成される。このとき、チタンシリサイド膜１０８ａは下地のＳｉを侵食するように形成される。また、前述の第１の熱処理により高融点金属膜１０７中のＴｉとＳｉＮ膜１１０中のＳｉとが反応し、それによってもチタンシリサイド膜１０８ａが形成される。この場合も、チタンシリサイド膜１０８ａはＳｉＮ膜１１０を侵食するように形成されると共に、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜１１０の一部又は全部はＴｉＮ膜１０９となる。尚、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す状態の半導体装置からＴｉＮ膜１０９を除去した様子を示す断面図である。ここで、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚はｄ２であるとする。

次に、第５のステップＳ１０５において、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定する。尚、蛍光Ｘ線分析法によるシリサイド膜の膜厚測定方法の詳細については例えば特開平５−２０９８４７号公報に記載されている。

次に、第６のステップＳ１０６において、第２のステップＳ１０２で測定された高融点金属膜１０７の膜厚と、第５のステップＳ１０５で測定されたチタンシリサイド膜１０８ａの膜厚とに基づいて、図２（ｂ）に示す第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度を算出する。

以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度を算出する方法について詳しく説明する。

図３（ａ）に示すように、高融点金属膜１０７の膜厚はｄ１であり、図３（ｃ）に示すように、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚はｄ２であるとする。ここで、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚ｄ２は、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度に大きく依存する。

本願発明者が、シート抵抗に基づいて見積もった、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度Ｔ１と、高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１及びチタンシリサイド膜１０８ａの膜厚ｄ２との関係を実験により求めた結果、以下の（式１）の関係が成立することがわかった。

Ｔ１＝（ｄ２＋Ａ−（Ｂ×ｄ１））／Ｃ ・・・ （式１）
尚、（式１）において、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ定数であり、高融点金属膜１０７の形成に用いるスパッタ装置又は第１の熱処理工程に用いるＲＴＡ装置によって異なる値となるため、使用する装置に応じて定数Ａ、Ｂ及びＣを決定する必要がある。

すなわち、本実施形態の第６のステップＳ１０６においては、予め（式１）で表される温度Ｔ１と膜厚ｄ１及びｄ２との相関関係を求めておき、第２のステップＳ１０２で測定された高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１と、第５のステップＳ１０５で測定されたチタンシリサイド膜１０８ａの膜厚ｄ２とを（式１）に代入することによって、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度Ｔ１を算出する。

次に、第７のステップＳ１０７において、例えばＲＴＡ法等により、チタンシリサイドの相転移温度以上の温度、具体的には８００℃程度以上の温度でシリコン基板１０１に対して第２の熱処理を行なう。この第２の熱処理により、チタンシリサイド膜１０８の相構造がＣ₄₉からＣ₅₄へと転移する。すなわち、図２（ｄ）に示すように、第２の熱処理により、Ｃ₄₉の相構造を持つチタンシリサイド膜１０８ａから、Ｃ₅₄の相構造を持つチタンシリサイド膜１０８ｂへと相転移する。この相転移の結果、チタンシリサイド膜１０８ｂのシート抵抗は約１０Ω／□以下に低抵抗化される。

次に、第８のステップＳ１０８において、Ｃ₅₄構造に相転移したチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚を蛍光Ｘ線分析法又はエリプソメトリ法により測定する。尚、エリプソメトリ法によるシリサイド膜の膜厚測定方法の詳細については例えば特開平５−２０９８４７公報に記載されている。

次に、第９のステップＳ１０９において、第２のステップＳ１０２で測定された高融点金属膜１０７の膜厚と、第８のステップＳ１０８で測定されたチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚とに基づいて、図２（ｂ）に示す第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度を算出する。具体的には、第６のステップＳ１０６と同様に、予め（式１）で表される温度Ｔ１と膜厚ｄ１及びｄ２との相関関係を求めておき、第２のステップＳ１０２で測定された高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１と、第８のステップＳ１０８で測定されたチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚ｄ２とを（式１）に代入することによって、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度Ｔ１を算出する。但し、第９のステップＳ１０９においては、ｄ２はチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚を表すものとする。すなわち、第９のステップＳ１０９においては、第２の熱処理により形成されたチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚から、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度がわかる。尚、前述の相転移の前後での膜厚の変化量は極めて小さいので、チタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚をｄ２として用いる場合にも（式１）並びにその定数Ａ、Ｂ及びＣは第２のステップＳ１０２の場合と同様でよい。

以上に説明したように、第１の実施形態によると、Ｔｉからなる高融点金属膜１０７の膜厚、及び熱処理により形成されたチタンシリサイド膜１０８ａ又は１０８ｂの膜厚の両方を測定することによって、両膜厚間の変化量に基づいて、第１の熱処理工程（第３のステップＳ１０３）におけるシリコン基板１０１の温度を正確に算出することが可能となる。また、両膜厚の測定方法として、蛍光Ｘ線分析法又はエリプソメトリ法等の非破壊の測定方法を用いるため、第２のステップＳ１０２で膜厚測定の対象となった高融点金属膜１０７から形成されたチタンシリサイド膜１０８ａ又は１０８ｂの膜厚を第５のステップＳ１０５又は第９のステップＳ１０９で測定することが可能となる。このため、これらの膜厚以外の余分なパラメータを含めずに、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度を極めて正確に算出することが可能となる。さらに、シリコン基板１０１が、トランジスタ等の素子が形成される製品となるシリコン基板である場合にも、当該製品となるシリコン基板１０１を温度測定の対象とすることが可能となる。

また、第１の実施形態によると、第５のステップＳ１０５において、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定するため、次のような効果が得られる。すなわち、比較的低温（相転移温度未満の温度）での第１の熱処理によって形成されたチタンシリサイド膜１０８ａ、つまりエリプソメトリ法等の光学的な測定方法によっては測定できない、相転移前のチタンシリサイド膜１０８ａ（Ｃ₄₉の相構造を有するチタンシリサイド膜１０８ａ）の膜厚を正確に測定することが可能となる。また、第２のステップＳ１０２、第５のステップＳ１０５及び第８のステップＳ１０８のそれぞれにおける膜厚測定を蛍光Ｘ線分析法により行なった場合には、各膜厚の測定誤差も極めて小さくなる。

さらに、第１の実施形態によると、第１のステップＳ１０１において高融点金属膜１０７を形成した後、高融点金属膜１０７の上に保護膜（図３（ａ）のＳｉＮ膜１１０）を形成し、その後、第３のステップＳ１０３においてシリコン基板１０１に対して第１の熱処理を行なってチタンシリサイド膜１０８ａを形成する。その後、ＳｉＮ膜１１０、及びＳｉＮ膜１１０と高融点金属膜１０７との反応により生じたＴｉＮ層１０９等を第４のステップＳ１０４において除去する。このため、チタンシリサイド膜１０８ａの形成を安定的に行なうことができる。

図４は、高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１が４０ｎｍである場合において第５のステップＳ１０５で蛍光Ｘ線分析法により測定したチタンシリサイド膜１０８ａ（Ｃ₄₉構造）の膜厚と、第６のステップＳ１０６で算出した、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度との相関を調べた結果を示す図である。具体的には、図４の破線は、高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１が４０ｎｍであるとした場合において（式１）により算出された結果を示している。また、図４において、黒丸は実験値を示している。

図４に示すように、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度が６４０℃から６９０℃までの範囲（実験値の範囲）において、第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度と、チタンシリサイド膜１０８ａ（Ｃ₄₉構造）の膜厚との間に極めて良好な相関関係があることがわかる。すなわち、図４は（式１）の妥当性を示している。

また、図５は、エリプソメトリ法により測定したチタンシリサイド膜１０８ｂ（Ｃ₅₄構造）の膜厚と、蛍光Ｘ線分析法により測定したチタンシリサイド膜１０８ｂ（Ｃ₅₄構造）の膜厚との相関関係を調べた結果を示す図である。尚、エリプソメトリ法による膜厚測定及び蛍光Ｘ線分析法による膜厚測定のいずれも、本実施形態の第８のステップＳ１０８で実施した。

図５に示すように、チタンシリサイド膜の膜厚が５０ｎｍ程度までの範囲においては、両測定方法による測定結果の間にほとんど差は見られないが、チタンシリサイド膜の膜厚が５０ｎｍを超える範囲においては、蛍光Ｘ線分析法による測定膜厚の方がエリプソメトリ法による測定膜厚と比べて厚くなっていることがわかる。この傾向は、チタンシリサイド膜の膜厚が厚くなるに従って顕著になる。その理由は、蛍光Ｘ線分析法に用いられるＸ線の方が、エリプソメトリ法に用いられるレーザ光よりもチタンシリサイド膜の深い位置まで届くためであると考えられる。すなわち、蛍光Ｘ線分析法によれば、エリプソメトリ法と比較して、より厚いチタンシリサイド膜に対しても正確な膜厚測定を行なうことができる。

尚、第１の実施形態において、素子分離領域１０２、ゲート絶縁膜１０３、ゲート電極１０４及び不純物拡散層１０５が形成されたシリコン基板１０１においてシリサイド膜形成を行なった。しかし、これに代えて、素子分離領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極及び不純物拡散層の一部又は全部が形成されていないシリコン基板においてシリサイド膜形成を行なってもよい。また、シリコン基板に代えて、シリコンゲルマニウム基板等のシリコン含有基板を用いてもよい。

また、第１の実施形態において、高融点金属膜１０７の上に、保護膜としてＳｉＮ膜を形成したが、これに代えて、他の種類の保護膜を形成してもよいし、又は保護膜を形成しなくてもよい。

また、第１の実施形態において、第５のステップＳ１０５及び第６のステップＳ１０６を行なった場合には、第８のステップＳ１０８及び第９のステップＳ１０９を省略してもよい。逆に、第８のステップＳ１０８及び第９のステップＳ１０９を行なった場合に第５のステップＳ１０５及び第６のステップＳ１０６を省略してもよい。また、図２（ｂ）に示す第１の熱処理工程におけるシリコン基板１０１の温度の算出のみを目的とする場合、該温度の算出を第６のステップＳ１０６で実施した後、第７のステップＳ１０７、第８のステップＳ１０８及び第９のステップＳ１０９を省略してもよい。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の実施形態に係る温度評価方法を用いて、ゲート電極が形成されたシリコン基板の上にシリサイド層を形成するための半導体装置の製造方法である。

図６は、第２の実施形態に係る温度評価方法のフローチャートである。また、図７（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る温度評価方法の各工程を示す断面図である。

まず、第１のステップＳ２０１において、図７（ａ）に示すように、シリコン基板２００の上に全面に亘って、例えばＴｉからなる高融点金属膜２０７を例えばスパッタ法等により堆積する。

次に、第２のステップＳ２０２において、高融点金属膜２０７の膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定する。

次に、第３のステップＳ２０３において、高融点金属膜２０７の上に例えばＳｉＮ膜等の保護膜（図示省略）を形成した後、例えばＲＴＡ法等により、チタンシリサイドの相転移温度よりも低い温度、具体的には６００〜７００℃程度の温度でシリコン基板２００に対して第１の熱処理を行なう。この第１の熱処理により、高融点金属膜２０７中のＴｉと、シリコン基板２００中のＳｉとが反応し、その結果、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板２００の上に、Ｃ₄₉の相構造を有するチタンシリサイド膜２０８が形成される。また、保護膜であるＳｉＮ膜中のＳｉと高融点金属膜２０７中のＴｉとが反応してチタンシリサイド膜２０８の一部分が形成されると共に、残存するＳｉＮ膜の全部又は一部がＴｉＮ層２０９となってチタンシリサイド膜２０８の上に残存する。尚、第３のステップＳ２０３における第１の熱処理の設定温度（例えばＲＴＡ装置に対する設定温度）をＴ１とする。

次に、第４のステップＳ２０４において、図７（ｃ）に示すように、チタンシリサイド膜２０８の上に残存するＴｉＮ層２０９、及び（もし存在するならば）未反応の高融点金属膜２０７を除去する。

次に、第５のステップＳ２０５において、チタンシリサイド膜２０８の膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定する。

次に、第６のステップＳ２０６において、第２のステップＳ２０２で測定された高融点金属膜２０７の膜厚（ｄ１）と、第５のステップＳ２０５で測定されたチタンシリサイド膜２０８の膜厚（ｄ２）とに基づいて、図７（ｂ）に示す第１の熱処理工程におけるシリコン基板２００の温度Ｔｅを算出する。具体的には、第１の実施形態における第６のステップＳ１０６で用いた（式１）と同様の温度算出式（例えば（式１）においてシリコン基板１０１の温度Ｔ１をシリコン基板２００の温度Ｔｅに置換し、高融点金属膜１０７の膜厚ｄ１を高融点金属膜２０７の膜厚ｄ１に置換し、チタンシリサイド膜１０８ａの膜厚ｄ２をチタンシリサイド膜２０８の膜厚ｄ２に置換することによって得られる式）を用いて温度Ｔｅを算出する。

一方、第７のステップＳ２０７において、第１の実施形態の第１のステップＳ１０１と同様に、図２（ａ）に示すように、例えばＳｉＯ₂ からなる素子分離領域１０２、ゲート絶縁膜１０３、例えばポリシリコンからなるゲート電極１０４及び不純物拡散領域１０５が形成されたシリコン基板１０１（本実施形態ではシリコン基板２００とは別の基板）の上に全面に亘って、例えばＴｉからなる高融点金属膜１０７を例えばスパッタ法等により堆積する。

次に、第８のステップＳ２０８において、第１の実施形態の第３のステップＳ１０３と同様に、高融点金属膜１０７の上に例えばＳｉＮ膜等の保護膜（図示省略）を形成した後、例えばＲＴＡ法等により、チタンシリサイドの相転移温度よりも低い温度、具体的には６００〜７００℃程度の温度でシリコン基板１０１に対して第２の熱処理（第１の実施形態では第１の熱処理）を行なう。この第２の熱処理により、高融点金属膜１０７中のＴｉと、不純物拡散領域１０５中のＳｉ及びゲート電極１０４中のＳｉとが反応し、その結果、図２（ｂ）に示すように、ゲート電極１０４の上及び不純物拡散領域１０５の上に、Ｃ₄₉の相構造を有するチタンシリサイド膜１０８ａが選択的に形成される。また、図２（ｂ）に示す第２の熱処理工程においては、素子分離領域１０２の上及びサイドウォール１０６の上に未反応の高融点金属膜１０７が残存する。一方、保護膜であるＳｉＮ膜中のＳｉと高融点金属膜１０７中のＴｉとが反応してチタンシリサイド膜１０８ａの一部分が形成されると共に、残存するＳｉＮ膜の全部又は一部がＴｉＮ層１０９となってチタンシリサイド膜１０８ａの上及び未反応の高融点金属膜１０７の上に残存する。

次に、第９のステップＳ２０９において、第１の実施形態の第４のステップＳ１０４と同様に、図２（ｃ）に示すように、チタンシリサイド膜１０８ａ等の上に残存するＴｉＮ層１０９及び保護膜、並びに素子分離領域１０２の上及びサイドウォール１０６上に残存する未反応の高融点金属膜１０７を除去する。

次に、第１０のステップＳ２１０において、第１の実施形態の第７のステップＳ１０７と同様に、例えばＲＴＡ法等により、チタンシリサイドの相転移温度以上の温度、具体的には８００℃程度以上の温度でシリコン基板１０１に対して第３の熱処理（第１の実施形態では第２の熱処理）を行なう。この第３の熱処理により、チタンシリサイド膜１０８の相構造がＣ₄₉からＣ₅₄へと転移する。すなわち、図２（ｄ）に示すように、第３の熱処理により、Ｃ₄₉の相構造を持つチタンシリサイド膜１０８ａから、Ｃ₅₄の相構造を持つチタンシリサイド膜１０８ｂへと相転移する。この相転移の結果、チタンシリサイド膜１０８ｂのシート抵抗は約１０Ω／□以下に低抵抗化される。以上の工程により、シリコン基板１０１上におけるシリサイド層形成プロセスは完了する。その後、シリコン基板１０１上に層間絶縁膜や電極を形成する、いわゆるバックエンドプロセスを経てＬＳＩ等の半導体装置を完成させる。

本実施形態の特徴は、第８のステップＳ２０８における第２の熱処理の設定温度（例えばＲＴＡ装置に対する設定温度）Ｔ２を、第３のステップＳ２０３における第１の熱処理の設定温度Ｔ１と、第６のステップＳ２０６で算出されたシリコン基板２００の温度Ｔｅとに基づいて決める。すなわち、算出温度Ｔｅに相当する熱処理設定温度Ｔｅ’（予め準備されている、熱処理設定温度と熱処理中の基板温度との相関関係により決められる）と、設定温度Ｔ１との間にずれがあった場合には、該ずれ量ΔＴ（＝Ｔｅ’−Ｔ１）を考慮して、設定温度Ｔ２を決定する。

以上に説明したように、第２の実施形態によると、シリコン基板（温度評価用シリコン基板）２００について、高融点金属膜２０７の膜厚、及び第１の熱処理（第３のステップＳ２０３）により形成されたチタンシリサイド膜２０８の膜厚の両方を測定することによって、両膜厚間の変化量に基づいて、第１の熱処理工程におけるシリコン基板２００の温度Ｔｅを正確に算出することが可能となる。また、両膜厚の測定方法として非破壊の測定方法を用いるため、第１の膜厚測定工程（第２のステップＳ２０２）で膜厚測定の対象となった高融点金属膜２０７から形成されたチタンシリサイド膜２０８の膜厚を第２の膜厚測定工程（第５のステップＳ２０５）で測定することが可能となる。このため、これらの膜厚以外の余分なパラメータを含めずに、第１の熱処理工程におけるシリコン基板２００の温度Ｔｅを極めて正確に算出することが可能となる。

また、以上のように算出されたシリコン基板２００の温度Ｔｅと、第１の熱処理工程（第３のステップＳ２０３）における設定温度Ｔ１とに基づいて、第２の熱処理工程（第８のステップＳ２０８：ゲート電極１０４が形成されたシリコン基板１０１上でのシリサイド層形成のための熱処理工程）における設定温度Ｔ２を決定するため、次のような効果が得られる。すなわち、何らかの原因により、熱処理工程における設定温度と熱処理工程中のシリコン基板の温度との相関関係にずれが生じる場合においても、該ずれ量を考慮して、適切な温度で第２の熱処理を行なうことが可能となる。これによって、ＲＴＡ装置等における不安定要因の影響を受けることなく、第２の熱処理工程後のチタンシリサイド膜１０８ａのシート抵抗の値を所定値に制御することができるため、均一な性能を有する半導体装置を安定して製造することが可能となる。

また、第２の実施形態によると、第５のステップＳ２０５において、チタンシリサイド膜２０８の膜厚を蛍光Ｘ線分析法により測定するため、次のような効果が得られる。すなわち、比較的低温（相転移温度未満の温度）での第１の熱処理によって形成されたチタンシリサイド膜２０８、つまりエリプソメトリ法等の光学的な測定方法によっては測定できない、相転移前のチタンシリサイド膜２０８（Ｃ₄₉の相構造を有するチタンシリサイド膜２０８）の膜厚を正確に測定することが可能となる。また、第２のステップＳ２０２及び第５のステップＳ２０５のそれぞれにおける膜厚測定を蛍光Ｘ線分析法により行なった場合には、各膜厚の測定誤差も極めて小さくなる。

さらに、第２の実施形態によると、第１のステップＳ２０１において高融点金属膜２０７を形成した後、高融点金属膜２０７の上に保護膜（例えばＳｉＮ膜）を形成し、その後、第３のステップＳ２０３においてシリコン基板２００に対して第１の熱処理を行なってチタンシリサイド膜２０８を形成する。その後、ＳｉＮ膜、及びＳｉＮ膜と高融点金属膜２０７との反応により生じたＴｉＮ層２０９等を第４のステップＳ２０４において除去する。このため、チタンシリサイド膜２０８の形成を安定的に行なうことができる。

尚、第２の実施形態において、第１〜第６のステップＳ２０１〜Ｓ２０６の実施対象となるシリコン基板として、例えばＳｉＯ₂ からなる素子分離領域、ゲート絶縁膜、例えばポリシリコンからなるゲート電極及び不純物拡散領域が全く形成されていないシリコン基板２００を用いた。しかし、これに代えて、前述の構成要素の全部又は一部が形成されているシリコン基板を用いてもよい。すなわち、第１〜第６のステップＳ２０１〜２０６の実施対象となるシリコン基板は温度評価用のシリコン基板であるが、該基板は温度評価専用基板であってもよいし又は製品となる基板であってもよい。また、第１〜第６のステップＳ２０１〜２０６の実施対象となるシリコン基板が製品となる基板の場合、ステップＳ２０７〜２１０は他の製品となる基板に対して実施される。

また、第２の実施形態において、第１の熱処理（第３のステップＳ２０３）後のチタンシリサイド膜２０８の膜厚を用いて、第１の熱処理におけるシリコン基板２００の温度を算出した。しかし、これに代えて、第１の熱処理の後に、チタンシリサイド膜２０８を低抵抗化するための高温（例えば８００℃以上）の熱処理（第１の実施形態における第７のステップＳ１０７の第２の熱処理に相当する熱処理）をシリコン基板２００に対して行ない、その後のチタンシリサイド膜２０８の膜厚を用いて、第１の熱処理におけるシリコン基板２００の温度を算出してもよい。この場合、第１の実施形態における第８のステップＳ１０８と同様に、チタンシリサイド膜２０８の膜厚の測定にエリプソメトリ法を用いることができる。

また、第２の実施形態において、第７のステップＳ２０７と第８のステップＳ２０８との間に高融点絶縁膜１０７の膜厚を測定する工程（第１の実施形態の第２のステップＳ１０２と同様の工程）を行なうと共に、第８のステップＳ２０８と第９のステップＳ２０９との間にチタンシリサイド膜１０８ａの膜厚を測定する工程（第１の実施形態の第５のステップＳ１０５と同様の工程）を行なうか、又は第１０のステップＳ２１０の後にチタンシリサイド膜１０８ｂの膜厚を測定する工程（第１の実施形態の第８のステップＳ１０８と同様の工程）を行なってもよい。さらに、測定された各膜厚に基づいて、第２の熱処理（第８のステップＳ２０８）におけるシリコン基板１０１の温度を算出する工程を行なってもよい。このようにすると、算出されたシリコン基板１０１の温度を、他の半導体装置の製造（具体的には熱処理工程における設定温度）にフィードバックすることができる。

また、第２の実施形態において、高融点金属膜２０７の上に、保護膜としてＳｉＮ膜を形成したが、これに代えて、他の種類の保護膜を形成してもよいし、又は保護膜を形成しなくてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、高融点金属膜及びチタンシリサイド膜のそれぞれの膜厚測定に蛍光Ｘ線分析法を用いたが、これに代えて、Ｘ線を用いる他の非破壊測定方法、又は高融点金属膜若しくはシリサイド膜を透過するエネルギー波を用いた他の非破壊測定方法を用いてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、Ｃ₅₄の相構造を持つチタンシリサイド膜の膜厚測定にエリプソメトリ法を用いたが、これに代えて、光を用いた他の非破壊測定方法を用いてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、高融点金属膜の材料として、Ｔｉを用いたが、これに限られず、例えばタングステン、チタン、コバルト及びニッケルの中から選ばれた１又は２つ以上の金属から高融点金属膜を構成してもよい。高融点金属膜の材料としてタングステンを用いた場合、形成されるシリサイド膜はタングステンシリサイド膜となり、高融点金属膜の材料としてコバルト又はニッケルを用いた場合、形成されるシリサイド膜はそれぞれコバルトシリサイド膜又はニッケルシリサイド膜となる。後者の場合、Ｃ₄₉の相構造を持つチタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）と対応するシリサイドはＣｏ₂ Ｓｉ若しくはＣｏＳｉ₂ 又はＮｉＳｉであり、Ｃ₅₄の相構造を持つチタンシリサイド（ＴｉＳｉ₂ ）と対応するシリサイドはＣｏＳｉ₂ 又はＮｉＳｉ₂ である。尚、高融点金属膜の材料として第１及び第２の実施形態のＴｉと異なる材料を用いた場合、シリサイド形成のための各熱処理における設定温度（つまりシリコン基板の温度）が第１及び第２の実施形態とは異なることはいうまでもない。

以上に説明したように、本発明は、高融点金属とシリコン基板中のシリコンとを熱処理により反応させてシリサイド層を形成する際のシリコン基板の温度評価及びシリコン基板上におけるシリサイド層形成に適用した場合に特に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法のフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法の各工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法により得られた、第１の熱処理工程におけるシリコン基板の温度と、チタンシリサイド膜（Ｃ₄₉構造）の測定膜厚との相関を調べた結果を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る温度評価方法においてエリプソメトリ法及び蛍光Ｘ線分析法のそれぞれを用いて測定したチタンシリサイド膜の膜厚同士の相関関係を調べた結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る温度評価方法のフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る温度評価方法の各工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は従来のシリサイド層形成方法の各工程を示す断面図である。

符号の説明

１０１ シリコン基板
１０２ 素子分離領域
１０３ ゲート絶縁膜
１０４ ゲート電極
１０５ 不純物拡散領域
１０６ サイドウォール
１０７ 高融点金属膜
１０８ａ チタンシリサイド膜（Ｃ₄₉構造）
１０８ｂ チタンシリサイド膜（Ｃ₅₄構造）
１０９ ＴｉＮ層
１１０ ＳｉＮ膜
２００ シリコン基板
２０７ 高融点金属膜
２０８ チタンシリサイド膜
２０９ ＴｉＮ層

Claims (10)

1. シリコン基板の上に高融点金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   第１の非破壊測定方法を用いて前記高融点金属膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程と、
   前記高融点金属膜が形成された前記シリコン基板に対して熱処理を行なって、前記シリコン基板の上にシリサイド膜を形成する熱処理工程と、
   第２の非破壊測定方法を用いて前記シリサイド膜の膜厚を測定する第２の膜厚測定工程と、
   前記第１の膜厚測定工程で測定された前記高融点金属膜の膜厚と、前記第２の膜厚測定工程で測定された前記シリサイド膜の膜厚とに基づいて、前記熱処理工程における前記シリコン基板の温度を算出する温度算出工程とを備えていることを特徴とする温度評価方法。
2. 前記第１の非破壊測定方法は、蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であり、
   前記第２の非破壊測定方法は、エリプソメトリ法又は蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であることを特徴とする請求項１に記載の温度評価方法。
3. 前記熱処理工程における前記シリコン基板の温度は前記シリサイド膜の相転移温度未満の温度であって、
   前記第２の膜厚測定工程において、前記第２の非破壊測定方法として蛍光Ｘ線分析法を用いて前記シリサイド膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度評価方法。
4. 前記第１の膜厚測定工程と前記熱処理工程との間に、前記高融点金属膜の上に保護膜を形成する工程を備え、
   前記熱処理工程と前記第２の膜厚測定工程との間に、前記保護膜、又は前記保護膜と前記高融点金属膜との反応により生じた膜を除去する工程を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度評価方法。
5. 前記高融点金属膜は、タングステン、チタン、コバルト及びニッケルの中から選ばれた１つ又は２つ以上の金属からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度測定方法。
6. 温度評価用シリコン基板の上に第１の高融点金属膜を形成する第１の金属膜形成工程と、
   第１の非破壊測定方法を用いて前記第１の高融点金属膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程と、
   前記第１の高融点金属膜が形成された前記温度評価用シリコン基板に対して熱処理を行なって、前記温度評価用シリコン基板の上に第１のシリサイド膜を形成する第１の熱処理工程と、
   第２の非破壊測定方法を用いて前記第１のシリサイド膜の膜厚を測定する第２の膜厚測定工程と、
   前記第１の膜厚測定工程で測定された前記第１の高融点金属膜の膜厚と、前記第２の膜厚測定工程で測定された前記第１のシリサイド膜の膜厚とに基づいて、前記第１の熱処理工程における前記温度評価用シリコン基板の温度を算出する温度算出工程と、
   ゲート電極が形成されたシリコン基板の上に第２の高融点金属膜を形成する第２の金属膜形成工程と、
   前記第２の高融点金属膜が形成された前記シリコン基板に対して熱処理を行なって、前記シリコン基板の上に第２のシリサイド膜を形成する第２の熱処理工程とを備え、
   前記第１の熱処理工程における設定温度と、前記温度算出工程で算出された前記温度評価用シリコン基板の温度とに基づいて、前記第２の熱処理工程における設定温度が決定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 前記第１の非破壊測定方法は、蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であり、
   前記第２の非破壊測定方法は、エリプソメトリ法又は蛍光Ｘ線分析法を用いた測定方法であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第１の熱処理工程における前記温度評価用シリコン基板の温度は前記第１のシリサイド膜の相転移温度未満の温度であって、
   前記第２の膜厚測定工程において、前記第２の非破壊測定方法として蛍光Ｘ線分析法を用いて前記シリサイド膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第１の膜厚測定工程と前記第１の熱処理工程との間に、前記第１の高融点金属膜の上に保護膜を形成する工程を備え、
   前記第１の熱処理工程と前記第２の膜厚測定工程との間に、前記保護膜、又は前記保護膜と前記第１の高融点金属膜との反応により生じた膜を除去する工程を備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第１の高融点金属膜及び前記第２の高融点金属膜は、タングステン、チタン、コバルト及びニッケルの中から選ばれた１つ又は２つ以上の金属からなることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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