JP2007294641A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、一例として、トランジスタのソースおよびドレイン拡散上やゲート電極上に自己整合的に遷移金属シリサイド層を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and as an example, relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a transition metal silicide layer in a self-aligned manner on the source and drain diffusions of a transistor and on a gate electrode.
近年の微細化の進んだ半導体装置、特に、高速ランダムアクセスを目的としたNOR型フラッシュメモリの製造においては、素子の寄生抵抗を低減するために、ソース/ドレイン拡散層およびゲート電極の表面に自己整合的にコバルトなどの高融点金属を貼り付けるという、いわゆるサリサイド技術を用いることが必要になっている。この高融点金属シリサイド層としては、コバルトシリサイド(CoSi2)が主に用いられている。 In the recent miniaturization of semiconductor devices, especially in the manufacture of NOR type flash memory for the purpose of high-speed random access, the surface of the source / drain diffusion layer and the gate electrode is formed on the surface in order to reduce the parasitic resistance of the element. It is necessary to use a so-called salicide technique in which a refractory metal such as cobalt is affixed in a consistent manner. As this refractory metal silicide layer, cobalt silicide (CoSi 2 ) is mainly used.
しかし、このサリサイド技術を用いた製造方法では、図7に例示するように、シリコン基板401のソース/ドレイン領域409上に形成されたシリサイド層415Bに凹凸が存在し、これに起因して、シリサイド層415BがPN接合の位置に接近する。このため、シリサイド層415Bが無い場合に比較して、接合リーク電流の増大やばらつきが大きくなるという欠点が指摘されている。
However, in the manufacturing method using the salicide technique, as illustrated in FIG. 7, the
また、図7に示すように、多結晶シリコンゲート407の多結晶シリコン内へのシリサイド層415Aのシリサイドの拡散が粒界に沿って進行するので、上記拡散は上記多結晶シリコンゲート407の粒界に接したシリサイド界面で顕著に進む。これにより、上記拡散が多結晶シリコンとシリサイドとの界面で不均一に進行し、シリサイド層415Aが局所的に固相成長し、ゲート絶縁層404との界面まで到達してしまう。よって、ゲートリークの原因になるという欠点が指摘されている。
Further, as shown in FIG. 7, the diffusion of the silicide of the
そこで、シリサイドのPN接合リークを改善する技術に関するものとして、例えば、特開平10−242079号公報(特許文献1)に記載された技術がある。また、多結晶シリコン上のシリサイドが局所的に固相成長を抑制する技術に関するものとして、例えば、特開平6−232390号公報(特許文献2)に記載された技術がある。 Thus, as a technique for improving the PN junction leakage of silicide, for example, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242079 (Patent Document 1). Further, for example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-232390 (Patent Document 2) relates to a technique in which silicide on polycrystalline silicon locally suppresses solid phase growth.
上記2つの従来技術では、いずれもシリコン上および多結晶シリコン上を非晶質化させるためのイオン注入を臨界ドーズ量1.0×1014イオン数/cm2以上、エネルギー30keV以上として、問題解決を行っている。 Both of the above two conventional techniques solve the problem by setting the ion implantation for amorphization of silicon and polycrystalline silicon to a critical dose amount of 1.0 × 10 14 ions / cm 2 or more and an energy of 30 keV or more. It is carried out.
以下では、図6A〜図6Gを参照して、上記した従来のシリサイド技術について説明する。 Hereinafter, the conventional silicide technique described above will be described with reference to FIGS. 6A to 6G.
図6A〜図6Gは、従来のサリサイドプロセスを順に示す工程断面図である。 6A to 6G are process cross-sectional views sequentially showing a conventional salicide process.
まず、図6Aに示すように、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いてシリコン基板501に活性化領域502と素子分離領域503を形成する。さらに、シリコン基板501上に、順次、ゲート酸化膜504、側面に絶縁性物質からなるサイドウォール508を有する多結晶シリコン浮遊ゲート505、酸化膜,窒化膜,酸化膜から成る三層膜(ONO膜)506、多結晶シリコン制御ゲート507を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, an
次に、図6Bに示すように、N−チャネルトランジスタを形成する領域には、後にソース/ドレイン領域になる部分にAs+をイオン注入し、キャリアの活性化熱処理を行うことにより、ソース/ドレイン領域509を形成する。また、P−チャネルトランジスタを形成する領域には、後にソース/ドレイン領域になる部分にBF2+イオンを注入し、キャリアの活性化熱処理を行うことにより、ソース/ドレイン領域509を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, the source / drain region is formed by ion-implanting As + into a region where the N-channel transistor is to be formed later, and performing carrier activation heat treatment. 509 is formed. In the region where the P-channel transistor is to be formed, the source /
次に、図6Cに示すように、非晶質化を行うために、半導体装置の全面に対して、As+、または、Ar+、Ge+のイオン注入を、1.0×1014イオン数/cm2以上のドーズ量、かつ、30keVもしくはそれ以上のエネルギーでイオン注入し、非晶質層516を形成する。その後、図6Dに示すように、半導体装置の全面に、スパッタ法により、コバルト(Co)膜511、チタンナイトライド(TiN)膜512を順次堆積する。なお、チタンナイトライド膜512は、後に行う熱処理の際に、コバルト膜511が酸化されるのを防止する役割を担っている。
Next, as shown in FIG. 6C, ion implantation of As +, Ar +, or Ge + is performed on the entire surface of the semiconductor device at 1.0 × 10 14 ions / cm 2 for the amorphization. Ions are implanted with the above dose and energy of 30 keV or more, and an
さらに、図6Eに示すように、第1の熱処理として、ランプアニール法により、500〜550℃で60秒間の熱処理を行う。この第1の熱処理により、シリコンとコバルトとが反応し、多結晶シリコン制御ゲート507上とソース/ドレイン領域509上にのみCoSi結晶層514A,514Bが形成される。
Further, as shown in FIG. 6E, as the first heat treatment, heat treatment is performed at 500 to 550 ° C. for 60 seconds by a lamp annealing method. By this first heat treatment, silicon and cobalt react to form
その後、図6Fに示すように、硫酸と過水の混合液を用いて、TiN膜512を除去する。最後に、図6Gに示すように、第2の熱処理として、ランプアニール法により750〜850℃で30秒間の熱処理を行う。この第2の熱処理により、CoSi結晶層514A,514Bをより低抵抗なCoSi2結晶層515A,515Bに相転移させる。
Thereafter, as shown in FIG. 6F, the TiN
以上の工程より、ソース/ドレイン領域509およびゲート電極(多結晶シリコンゲート507)は、MOS型半導体装置の高速化に必要なシート抵抗10Ω/□以下への低抵抗化が達成される。
Through the above steps, the source /
しかしながら、上記従来の技術では、非晶質化を行うことで多結晶シリコン制御ゲート507上のコバルトシリサイドであるCoSi結晶層514Aの突起不良が避けられない。また、高エネルギー注入時のデバイス特性の劣化およびシリコン中に残存する結晶欠陥が避けられなくなる。
そこで、この発明の課題は、結晶欠陥,デバイス特性の劣化,リーク電流の増大といった欠点を招くことなく、シリサイド層を形成して、寄生抵抗を低減できる半導体装置の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of reducing a parasitic resistance by forming a silicide layer without incurring defects such as crystal defects, deterioration of device characteristics, and increase of leakage current. .
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置の製造方法は、シリコン領域を有する半導体基板に対して、上記シリコン領域を含む表面部を改質するが非晶質化させないようなエネルギーとドーズ量で上記表面部にイオン注入するイオン注入工程と、
上記イオン注入工程の後に、上記表面部上に、高融点金属膜を形成する高融点金属膜形成工程と、
上記高融点金属膜と上記表面部とを反応させて、シリサイド層を形成するシリサイド形成工程とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides an energy and a dose that modify a surface portion including a silicon region but do not make it amorphous with respect to a semiconductor substrate having a silicon region. And an ion implantation step of ion implantation into the surface portion,
A refractory metal film forming step of forming a refractory metal film on the surface portion after the ion implantation step;
And a silicide formation step of forming a silicide layer by reacting the refractory metal film with the surface portion.
この発明の半導体装置の製造方法によれば、上記イオン注入工程では、上記シリコン領域を含む表面部を改質するが非晶質化させない。よって、この発明によれば、シリコン領域を含む表面部のシリコンを非晶質化することに起因して起こる結晶欠陥,デバイス特性の劣化,リーク電流の増大といった欠点を招くことなく、シリサイド層を形成でき、寄生抵抗を低減できる半導体装置を製造できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the ion implantation step, the surface portion including the silicon region is modified but not made amorphous. Therefore, according to the present invention, the silicide layer can be formed without incurring defects such as crystal defects, deterioration of device characteristics, and increase of leakage current caused by amorphizing silicon on the surface portion including the silicon region. A semiconductor device that can be formed and can reduce parasitic resistance can be manufactured.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記表面部は多結晶シリコン部を有する。 In one embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the surface portion has a polycrystalline silicon portion.
この実施形態によれば、上記表面部の多結晶シリコン部を非晶質化させないようにイオン注入することで、多結晶シリコン部上に形成するシリサイド層の突起不良を回避でき、リーク電流の増大等の欠点を招くことなく、寄生抵抗を低減できる。 According to this embodiment, by performing ion implantation so that the polycrystalline silicon portion on the surface portion does not become amorphous, it is possible to avoid the protrusion defect of the silicide layer formed on the polycrystalline silicon portion, and to increase the leakage current. Parasitic resistance can be reduced without incurring such disadvantages.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記高融点金属膜は、コバルト膜である。 In one embodiment, the refractory metal film is a cobalt film.
この実施形態によれば、シリコン領域を含む表面部に、コバルト膜と上記表面部のシリコンとを反応させて、コバルトシリサイド層を形成できる。 According to this embodiment, the cobalt silicide layer can be formed by reacting the cobalt film with the silicon on the surface portion on the surface portion including the silicon region.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法では、上記イオン注入のイオン種は、アルゴンまたは不活性元素である。 In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, the ion species for the ion implantation is argon or an inert element.
この実施形態によれば、上記イオン注入のイオン種が不活性元素であることにより、上述の結晶欠陥や突起不良をさらに起こり難くすることができる。 According to this embodiment, since the ion species of the ion implantation is an inert element, the above-described crystal defect and protrusion defect can be further prevented from occurring.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法は、上記イオン注入を、30keV以下のエネルギーと1.0×1014イオン数/cm2以下のドーズ量で行う。 In one embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the ion implantation is performed with an energy of 30 keV or less and a dose of 1.0 × 10 14 ions / cm 2 or less.
この実施形態によれば、上述の結晶欠陥や突起不良をより確実に回避できる。 According to this embodiment, the above-mentioned crystal defects and projection defects can be avoided more reliably.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法は、上記高融点金属膜形成工程では、上記コバルト膜の上に、チタン膜、チタンナイトライド膜を順次堆積させてから、上記シリサイド形成工程を行う。 In one embodiment of the semiconductor device manufacturing method, in the refractory metal film forming step, a titanium film and a titanium nitride film are sequentially deposited on the cobalt film, and then the silicide forming step is performed.
この実施形態によれば、上記チタン膜、チタンナイトライド膜は、シリサイド形成工程での熱処理の際に、コバルト膜が酸化されるのを防止できる。 According to this embodiment, the titanium film and the titanium nitride film can prevent the cobalt film from being oxidized during the heat treatment in the silicide formation step.
また、一実施形態の半導体装置の製造方法は、上記シリサイド形成工程で形成するコバルトシリサイドの膜厚を、30〜70nmとする。 In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device, the film thickness of cobalt silicide formed in the silicide formation step is 30 to 70 nm.
この発明の半導体装置の製造方法によれば、イオン注入工程では、シリコン領域を含む表面部を改質するが非晶質化させないことによって、シリコン領域を含む表面部のシリコンを非晶質化することに起因して起こる結晶欠陥,デバイス特性の劣化,リーク電流の増大といった欠点を招くことなく、シリサイド層を形成でき、半導体装置の寄生抵抗を低減できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the ion implantation process, the surface portion including the silicon region is amorphized by modifying the surface portion including the silicon region but not amorphizing it. The silicide layer can be formed and the parasitic resistance of the semiconductor device can be reduced without incurring defects such as crystal defects, deterioration of device characteristics, and increase of leakage current.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この実施の形態では、シリサイドを形成する領域の一例として、ソース/ドレイン領域および多結晶シリコンゲートを取り上げて説明を行う。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. In this embodiment, a source / drain region and a polycrystalline silicon gate will be described as an example of a region where silicide is formed.
この発明の半導体装置の製造方法の第1実施形態としてのNOR型フラッシュメモリの製造方法を、図1A〜図1Gに示す工程断面図を参照しながら説明する。 A manufacturing method of a NOR type flash memory as a first embodiment of a manufacturing method of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. 1A to 1G.
まず、図1Aに示すように、シリコン基板上1に、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いて、活性化領域2と素子分離領域3を形成する。さらに、シリコン基板1上に、順次、ゲート酸化膜4、側面に絶縁性物質からなるサイドウォール8を有する多結晶シリコン浮遊ゲート5、酸化膜,窒化膜,酸化膜から成る三層膜(ONO膜)6、多結晶シリコン部としての多結晶シリコン制御ゲート7を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, an
次に、図1Bに示すように、シリコン領域であるソース/ドレイン領域になる部分にイオン注入し、キャリアの活性化熱処理を行うことにより、ソース/ドレイン領域9を形成する。ここで、N−チャネルトランジスタを形成する領域には、As+をイオン注入し、P−チャネルトランジスタを形成する領域には、BF2+をイオン注入する。上記ソース/ドレイン領域9と多結晶シリコン制御ゲート7とが表面部をなす。
Next, as shown in FIG. 1B, the source /
次に、図1Cに示すように、シリコン基板1を含む半導体装置の全面にAr(アルゴン)+を1.0×1014イオン数/cm2以下のドーズ量で、10keVのエネルギーでイオン注入する(イオン注入工程)。このイオン注入では、後に、シリサイド層を形成する際に反応するソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面付近を非晶質化しないが改質する。なお、このイオン注入では、イオン種としては、必ずしも、Ar+を用いてイオン注入を行う必要性はなく、希ガスの不活性元素等を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 1C, Ar (argon) + is ion-implanted at an energy of 10 keV with a dose amount of 1.0 × 10 14 ions / cm 2 or less over the entire surface of the semiconductor device including the
その後、図1Dに示すように、シリコン基板1を含む半導体装置の全面に、膜厚15〜25nmのコバルト(Co)膜10、膜厚10〜24nmのチタン(Ti)膜11を、膜厚35〜45nmのチタンナイトライド(TiN)膜12を順次、スパッタ法により堆積する(高融点金属膜形成工程)。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, a cobalt (Co)
次に、シリサイド形成工程に進み、図1Eに示すように、ランプアニール法により500〜550℃で60秒間だけ、熱処理を行う(第1の熱処理工程)。この第1の熱処理工程により、多結晶シリコン制御ゲート7およびソース/ドレイン領域9のシリコンとコバルト(Co)膜10のコバルト(Co)とが反応し、多結晶シリコン制御ゲート7上とソース/ドレイン領域9上にのみ、CoSi結晶膜14Aと14Bが形成される。
Next, the process proceeds to a silicide formation process, and as shown in FIG. 1E, heat treatment is performed at 500 to 550 ° C. for 60 seconds by a lamp annealing method (first heat treatment process). By this first heat treatment step, the silicon in the polycrystalline
その後、図1Fに示すように、硫酸と過水の混合液を用いて、TiN膜12、Ti膜11を除去し、さらに、アンモニアと過水の混合液を用いて、Ti/Co合金膜13を除去する。最後に、図1Gに示すように、ランプアニール法により、800℃で30秒間だけ、熱処理を行う(第2の熱処理工程)。この第2の熱処理により、CoSi結晶14A,14Bをより低抵抗なCoSi2結晶膜15A,15Bに相転移させる。このCoSi2結晶膜15A,15Bは、膜厚40〜60nm程度で形成される。
After that, as shown in FIG. 1F, the
これにより、高速ランダムアクセスを目的としたNOR型フラッシュメモリにおいて、ソース/ドレイン領域およびゲート電極の寄生抵抗を低減することが可能となる。 This makes it possible to reduce the parasitic resistance of the source / drain regions and the gate electrode in the NOR flash memory intended for high-speed random access.
次に、図2Bに上記実施形態で製造した半導体装置の断面を示し、図2A,図2C,図2Dにそれぞれ比較例1,比較例2,比較例3で製造した半導体装置を示す。 Next, FIG. 2B shows a cross section of the semiconductor device manufactured in the above embodiment, and FIGS. 2A, 2C, and 2D show the semiconductor devices manufactured in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, respectively.
図2Bに示す上記実施形態で製造した半導体装置では、前述の図1Cに示すイオン注入工程において、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面付近を非晶質化しないが改質するようなイオン注入条件(1.0×1014イオン数/cm2以下、10keV)とした。よって、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜15Aは、ゲート酸化膜4に向う突起を有さず平坦な膜となっている。
In the semiconductor device manufactured in the above embodiment shown in FIG. 2B, the surface of the source /
これに対し、図2Aは、上記実施形態において図1Cのイオン注入工程が無く、Ar+注入を行わず、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコンゲート7の表面を非晶質化も改質もしない製造方法(比較例1)で製造した半導体装置を示す。この比較例1で製造した半導体装置では、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜115Aはゲート酸化膜4に向う突起T1を有している。このCoSi2結晶膜115Aが有する突起T1はゲートリークの原因となる。
On the other hand, FIG. 2A does not have the ion implantation process of FIG. 1C in the above embodiment, does not perform Ar + implantation, and modifies the surface of the source /
一方、図2Cは、上記実施形態の図1Cのイオン注入工程において、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面を非晶質化する程度のAr+注入を行う製造方法(比較例2)で製造した半導体装置を示す。この比較例2でのイオン注入条件は、エネルギーが10keVであり、ドーズ量が5.0×1014イオン数/cm2である。この比較例2で製造した半導体装置では、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜215Aはゲート酸化膜4に向う突起T2を有している。この突起T2は図2Aの突起T1よりも長くなっている。
On the other hand, FIG. 2C shows a manufacturing method in which Ar + implantation is performed to make the surface of the source /
また、図2Dは、上記イオン注入工程において、図2Cの比較例2よりも大きなエネルギー15keVと、前述の比較例2よりも大きなドーズ量2.0×1015イオン数/cm2とでAr+のイオン注入を行う製造方法(比較例3)で製造した半導体装置を示す。この比較例3で製造した半導体装置では、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜315Aはゲート酸化膜4に向う突起T3を有し、この突起T3は図2Cの突起T2よりも長くなっている。
FIG. 2D shows that in the ion implantation step, Ar + with an energy of 15 keV larger than that of Comparative Example 2 in FIG. 2C and a dose amount of 2.0 × 10 15 ions / cm 2 larger than that of Comparative Example 2 described above. The semiconductor device manufactured by the manufacturing method (Comparative Example 3) which performs ion implantation is shown. In the semiconductor device manufactured in Comparative Example 3, the CoSi 2 crystal film 315A formed on the polycrystalline
このように、図1Cのイオン注入工程が無い場合(図2A)には、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜115Aはゲート酸化膜4に向う突起T1を有する。また、イオン注入工程を有する場合でも、イオン注入条件がソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面を非晶質化するようなイオン注入条件では、図2C,図2Dの比較例2,3のように、CoSi2結晶膜215A,315Aはゲート酸化膜4に向う突起T2,T3を有することが判明した。
Thus, if there is no ion implantation step of FIG. 1C (FIG. 2A), CoSi 2 crystal film 115A formed on the
これに対して、本実施形態のように、イオン注入工程において、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面付近を非晶質化しないが改質するようなイオン注入条件(1.0×1014イオン数/cm2以下、10keV)としたことによって、多結晶シリコン制御ゲート7上に形成されたCoSi2結晶膜15Aは、ゲート酸化膜4に向う突起を有さず平坦な膜となっている。
On the other hand, as in this embodiment, in the ion implantation process, the surface of the source /
図2A,図2C,図2Dの比較例1,2,3のようなシリサイドの突起不良が発生する詳しい原因はつかめていないが、概略、次のように考えられる。 Although the detailed cause of the defective protrusion of the silicide as in Comparative Examples 1, 2, and 3 in FIGS. 2A, 2C, and 2D has not been grasped, it can be considered as follows.
図2Aの比較例1のように、本実施形態のイオン注入工程が無く、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面を全く非晶質化しないと、多結晶シリコン制御ゲート7の表面部分には高濃度のヒ素や酸素、エッチングダメージが存在し、結合エネルギーの高い状態でSiと結合している。この状態でシリサイド形成を行うと、局所的に凹凸の大きいシリサイドが形成されるのではないかと考えられる。
As in Comparative Example 1 in FIG. 2A, the polycrystalline silicon control gate is not formed without the ion implantation process of this embodiment and the surface of the source /
一方、図2C,図2Dの比較例2,比較例3のように、イオン注入工程を有するが、イオン注入によって、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面を非晶質化してしまうと、多結晶シリコン中に欠陥や酸素のノックオンが発生し、シリサイド反応の際に拡散種であるコバルトが多結晶シリコン中に拡散し、局所的に固相成長してしまうのではないかと考えられる。
On the other hand, as in Comparative Examples 2 and 3 of FIGS. 2C and 2D, the ion implantation process is performed, but the surface of the source /
これに対して、本実施形態では、図1Cのイオン注入工程において、ソース/ドレイン領域9の表面および多結晶シリコン制御ゲート7の表面付近を非晶質化しないが改質するようなAr注入条件とした。この非晶質化しないイオン注入条件により、多結晶シリコン表面のヒ素やエッチングダメージをシリコン中に拡散させたとしても、欠陥や酸素のノックオンを誘発させず、シリサイド形成においてシリサイドが均一に成長するのだと考えられる。
On the other hand, in the present embodiment, in the ion implantation step of FIG. 1C, Ar implantation conditions that do not amorphize but modify the surface of the source /
次に、図3に、多結晶シリコン制御ゲート7による電荷保持特性における不良率を示す。図3において、ひし形印は、図2Dの比較例3で作製した半導体装置の不良率を示し、図3において、四角形印(□)は、図2Bの本実施形態で作製した半導体装置の不良率を示す。なお、この不良の判定は、多結晶シリコン制御ゲート7に電圧8.5Vを、横軸に示す電圧印加時間(秒)だけ印加した場合に、電荷保持状態が劣化するか否かにより判定した。
Next, FIG. 3 shows the defect rate in the charge retention characteristics by the polycrystalline
この図3の特性図に示す結果から見ても分かるように、判定用の電圧を10秒間加えたところ、本実施形態による半導体装置の不良率が0ppmであるのに対して、比較例3の不良率は、1000ppm以上になる傾向が見られた。すなわち、シリサイドの突起が発生している図2Dの比較例3による半導体装置では電荷保持状態が劣化するという相関関係が分かった。 As can be seen from the results shown in the characteristic diagram of FIG. 3, when the voltage for determination is applied for 10 seconds, the defect rate of the semiconductor device according to the present embodiment is 0 ppm, whereas that of Comparative Example 3 is 0. The defect rate tended to be 1000 ppm or more. That is, it was found that the charge retention state deteriorates in the semiconductor device according to Comparative Example 3 in FIG. 2D in which silicide protrusions are generated.
次に、図4に示す一覧表を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。図4の一覧表のNo.3およびNo.5の欄が本発明の他の実施形態に対応している。なお、No.4の欄は上述の実施形態に対応している。そして、上記No.3〜No.5の欄以外の欄は、全て、上述の実施形態におけるイオン注入工程のイオン注入条件を変更した比較例に対応している。例えば、No.1の欄は前述の比較例1に対応し、No.7,No.8の欄は前述の比較例2,比較例3に対応している。また、図4の一覧表において、イオン注入工程におけるイオン種がAsであるNo.17〜No.20の欄はいずれもその他の比較例を示している。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to a list shown in FIG. The columns No. 3 and No. 5 in the list of FIG. 4 correspond to other embodiments of the present invention. The column of No. 4 corresponds to the above-described embodiment. All the columns other than the columns No. 3 to No. 5 correspond to comparative examples in which the ion implantation conditions in the ion implantation step in the above-described embodiment are changed. For example, the column of No. 1 corresponds to the above-described comparative example 1, and the columns of No. 7 and No. 8 correspond to the above-described comparative example 2 and comparative example 3. Moreover, in the list of FIG. 4, the columns of No. 17 to No. 20 in which the ion species in the ion implantation step is As all show other comparative examples.
また、図4の一覧表において、「ドーズ量(cm−2)」の項の「E+13」,「E+14」,「E+15」はそれぞれ「×1013」,「×1014」,「×1015」を表している。また、図4の一覧表において、「突起不良」の項の×印は図2A,図2C,図2Dに示すような突起が発生したことを表し、○印は上記突起が発生しないことを表している。また、図4の一覧表において、「アモルファス化」の項が空欄になっているのは、イオン注入工程においてシリコンが非晶質化されていないことを表し、「アモルファス化」の項が○印になっているのは、イオン注入工程においてシリコンが非晶質化されていることを表している。また、上記「アモルファス化」の項が△印になっているのは、イオン注入工程においてシリコンが非晶質化される場合と非晶質化されない場合の両方が見られたことを表している。 In the table of FIG. 4, “E + 13”, “E + 14”, and “E + 15” in the “dose amount (cm −2 )” are “× 10 13 ”, “× 10 14 ”, and “× 10 15 ”, respectively. ". Further, in the list of FIG. 4, the “x” mark in the “protrusion defect” section indicates that a protrusion as shown in FIGS. 2A, 2C, and 2D has occurred, and the ◯ mark indicates that the above protrusion does not occur. ing. In the table of FIG. 4, the term “amorphization” is blank because the silicon is not amorphized in the ion implantation process, and the item “amorphization” is marked with a circle. This indicates that silicon is amorphized in the ion implantation process. In addition, the fact that the term “amorphization” is indicated by Δ indicates that both the case where silicon is amorphized and the case where silicon is not amorphized are observed in the ion implantation process. .
また、図4の一覧表において、「ドレイン部耐圧」の項は、ドレイン部に一定電流印加した場合のドレイン部の耐圧(V)を表している。また、図4の一覧表において、「ドライブ電流」の項は多結晶シリコン制御ゲートに電圧1.6V、ドレイン部に1.0V印加したときの読み出し電流を表し、(E−05A)は、(×10−5A)を表している。また、図4の一覧表において、「シリサイド抵抗」の項は、ソース領域のシリサイド抵抗を表している。 In the list of FIG. 4, the term “drain portion withstand voltage” represents the withstand voltage (V) of the drain portion when a constant current is applied to the drain portion. In the table of FIG. 4, the term “drive current” represents a read current when a voltage of 1.6 V is applied to the polycrystalline silicon control gate and 1.0 V is applied to the drain portion, and (E-05A) is × 10 −5 A). In the list of FIG. 4, the term “silicide resistance” represents the silicide resistance of the source region.
次に、図5に、横軸をイオン注入エネルギー(keV)とし、縦軸をドーズ量(cm−2)としたグラフに、図4の一覧表のイオン種がArであるNo.2〜No.16を示す。なお、図5の縦軸における「E+13」,「E+14」,「E+15」,「E+16」はそれぞれ「×1013」,「×1014」,「×1015」,「×1016」を表している。また、図5における一点鎖線で囲まれた領域R1内のNo.8〜No.11は、突起不良が発生したことを表しており、図5における一点鎖線で囲まれた領域R2内のNo.12〜No.16は突起不良が発生しなかったことを表している。また、図5における曲線Gはアモルファス化境界線を表していて、この曲線Gの上側ではアモルファス化が起こる一方、この曲線Gの下側ではアモルファス化が起こらなくなる。また、図5における破線の矢印Fは、製造した半導体装置の電気的特性が良くなるようなイオン注入条件の方向を示している。 Next, FIG. 5 is a graph in which the horizontal axis is ion implantation energy (keV) and the vertical axis is dose (cm −2 ), and the ion species in the list of FIG. .16 is shown. Note that “E + 13”, “E + 14”, “E + 15”, and “E + 16” on the vertical axis in FIG. 5 represent “× 10 13 ”, “× 10 14 ”, “× 10 15 ”, and “× 10 16 ”, respectively. ing. Further, No. 8 to No. 11 in the region R1 surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 5 indicate that the projection failure occurred, and No. 8 in the region R2 surrounded by the alternate long and short dashed line in FIG. Nos. 12 to 16 indicate that no defective protrusion occurred. Further, a curve G in FIG. 5 represents an amorphization boundary line. Amorphization occurs on the upper side of the curve G, but no amorphization occurs on the lower side of the curve G. In addition, a broken line arrow F in FIG. 5 indicates the direction of ion implantation conditions that improve the electrical characteristics of the manufactured semiconductor device.
尚、上記実施形態では、高融点金属膜をコバルト膜としたが、タングステン膜、チタン膜、ニッケル膜等の他の高融点金属膜としてもよい。また、上記実施形態では、イオン注入工程のイオン種をアルゴンとしたが、他の不活性元素としてもよい。 In the above embodiment, the refractory metal film is a cobalt film, but other refractory metal films such as a tungsten film, a titanium film, and a nickel film may be used. Moreover, in the said embodiment, although the ion seed | species of an ion implantation process was argon, it is good also as another inactive element.
1 シリコン基板
2 活性化領域
3 素子分離領域
4 ゲート酸化膜
5 多結晶シリコン浮遊ゲート
6 ONO膜
7 多結晶シリコン制御ゲート
8 サイドウォール
9 ソース/ドレイン領域
10 コバルト膜(Co)
11 チタン(Ti)膜
12 チタンナイトライド(TiN)膜
13 Ti/Co合金膜
14A、14B CoSi結晶膜
15A、15B CoSi2結晶膜
16 非晶質層
DESCRIPTION OF
11 Titanium (Ti)
Claims (7)
上記イオン注入工程の後に、上記表面部上に、高融点金属膜を形成する高融点金属膜形成工程と、
上記高融点金属膜と上記表面部とを反応させて、シリサイド層を形成するシリサイド形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 An ion implantation step of ion-implanting the surface portion with energy and dose so as to modify the surface portion including the silicon region but not to make it amorphous with respect to a semiconductor substrate having a silicon region;
A refractory metal film forming step of forming a refractory metal film on the surface portion after the ion implantation step;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a silicide formation step of forming a silicide layer by reacting the refractory metal film with the surface portion.
上記表面部は多結晶シリコン部を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the surface portion has a polycrystalline silicon portion.
上記高融点金属膜は、コバルト膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device manufacturing method, wherein the refractory metal film is a cobalt film.
上記イオン注入のイオン種は、アルゴンまたは不活性元素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the ion species of the ion implantation is argon or an inert element.
上記イオン注入を、30keV以下のエネルギーと1.0×1014イオン数/cm2以下のドーズ量で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the ion implantation is performed with an energy of 30 keV or less and a dose of 1.0 × 10 14 ions / cm 2 or less.
上記高融点金属膜形成工程で、上記コバルト膜の上に、チタン膜、チタンナイトライド膜を順次堆積させてから、上記シリサイド形成工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: sequentially depositing a titanium film and a titanium nitride film on the cobalt film in the refractory metal film forming step, and then performing the silicide forming step.
上記シリサイド形成工程で形成するコバルトシリサイドの膜厚を、30〜70nmとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film thickness of cobalt silicide formed in the silicide forming step is 30 to 70 nm.
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