JP2009295931A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2009295931A
JP2009295931A JP2008150829A JP2008150829A JP2009295931A JP 2009295931 A JP2009295931 A JP 2009295931A JP 2008150829 A JP2008150829 A JP 2008150829A JP 2008150829 A JP2008150829 A JP 2008150829A JP 2009295931 A JP2009295931 A JP 2009295931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
region
semiconductor substrate
metal film
gate structures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008150829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Tsutsumi
聡明 堤
Tomohito Okudaira
智仁 奥平
Keiichiro Kashiwabara
慶一朗 柏原
Sunao Yamaguchi
直 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2008150829A priority Critical patent/JP2009295931A/en
Publication of JP2009295931A publication Critical patent/JP2009295931A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device with which a silicide film of proper film thickness can be formed between gate structures on a semiconductor substrate even if the distance between the gate structures is small. <P>SOLUTION: A metal film 8 is formed on a semiconductor substrate 1 including a first region so that the film thickness of the metal film 8 can be a predetermined film thickness or larger, wherein the first region is a region between gate structures G1, G2 on the semiconductor substrate 1. A heat energy in such a degree that the metal film 8 of a desired thickness can react with silicon composed of the semiconductor substrate 1 for forming a silicide film 11 is added to the semiconductor substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係る発明であり、特に、シリサイド化工程を含む半導体装置の製造方法、および当該製造方法により形成される半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a silicidation process and a semiconductor device formed by the manufacturing method.

従来より、シリサイド化工程を含む半導体装置の製造方法は存在する(たとえば、特許文献1,2)。従来のシリサイド化工程を含む半導体装置の製造方法の一例を、簡単に説明する。   Conventionally, there are semiconductor device manufacturing methods including a silicidation process (for example, Patent Documents 1 and 2). An example of a method for manufacturing a semiconductor device including a conventional silicidation process will be briefly described.

半導体基板上の素子分離絶縁膜により画定された領域に、ゲート絶縁膜とゲート電極とから成るゲート構造を、相互に所定の距離だけ隔てて少なくとも2つ形成する。また、ゲート構造をマスクとして、イオン注入処理を半導体基板に対して施す。これにより、半導体基板の表面内には、第一の不純物拡散層が形成される。さらに、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する。当該サイドウォールを備えるゲート構造をマスクとして、イオン注入処理を半導体基板に対して施す。これにより、半導体基板の表面内には、第二の不純物拡散層が形成される。   At least two gate structures each including a gate insulating film and a gate electrode are formed at a predetermined distance from each other in a region defined by the element isolation insulating film on the semiconductor substrate. Further, ion implantation is performed on the semiconductor substrate using the gate structure as a mask. Thereby, a first impurity diffusion layer is formed in the surface of the semiconductor substrate. Further, sidewalls are formed on the side surfaces of the gate electrode. An ion implantation process is performed on the semiconductor substrate using the gate structure including the sidewall as a mask. Thereby, a second impurity diffusion layer is formed in the surface of the semiconductor substrate.

次に、シリコン表面の自然酸化膜をドライエッチング法により除去し、スパッタ法によりNi等の金属膜を成膜する。その後、保護金属膜をさらに形成し、熱処理を施す。当該熱処理により、金属膜と半導体基板のシリコンとが反応し、半導体基板上に、シリサイド膜が形成される。   Next, the natural oxide film on the silicon surface is removed by dry etching, and a metal film such as Ni is formed by sputtering. Thereafter, a protective metal film is further formed and heat treatment is performed. By the heat treatment, the metal film reacts with silicon of the semiconductor substrate, and a silicide film is formed on the semiconductor substrate.

未反応の金属膜および保護金属膜除去後、層間絶縁膜を形成し、化学機械研磨法により層間絶縁膜を平坦化する。その後、リソグラフィーとエッチングの組み合わせにより、層間絶縁膜にコンタクトホールを開口する。そして、当該コンタクトホールにコンタクトプラグを形成する。その後、配線層を形成する。   After removing the unreacted metal film and the protective metal film, an interlayer insulating film is formed, and the interlayer insulating film is planarized by a chemical mechanical polishing method. Thereafter, a contact hole is opened in the interlayer insulating film by a combination of lithography and etching. Then, a contact plug is formed in the contact hole. Thereafter, a wiring layer is formed.

特開2004−146696号公報JP 2004-146696 A 特開2004−228351号公報JP 2004-228351 A

しかしながら、LSI(Large Scale Integration)の高集積化が進むに連れて、ゲート構造間の距離も短くなる。したがって、スパッタ法により金属膜を形成した場合、ゲート構造間に形成される金属膜の膜厚が薄くなる。たとえば、ゲート構造間の半導体基板上に形成される金属膜の膜厚は、ゲート構造間以外の半導体基板上の平坦部に形成される金属膜の膜厚の60〜70%程度である。このため、ゲート構造間の半導体基板の表面内に形成されるシリサイド膜は、上記平坦部の半導体基板の表面内に形成されるシリサイドと比較し、薄くなる。   However, as the integration of LSI (Large Scale Integration) increases, the distance between the gate structures also decreases. Therefore, when the metal film is formed by sputtering, the thickness of the metal film formed between the gate structures is reduced. For example, the film thickness of the metal film formed on the semiconductor substrate between the gate structures is about 60 to 70% of the film thickness of the metal film formed on the flat portion on the semiconductor substrate other than between the gate structures. For this reason, the silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate between the gate structures is thinner than the silicide formed in the surface of the semiconductor substrate in the flat portion.

このように、ゲート構造間の半導体基板表面内に形成されるシリサイド膜の膜厚が薄くなると、当該シリサイド膜の抵抗値は増加する。特に、多層配線構造のLSIでは、層間絶縁膜や配線層を形成する際の熱処理により、シリサイド膜が凝集する場合がある。このような凝集が起こる場合には、ゲート構造間の半導体基板表面内に形成されるシリサイド膜の抵抗値の増加が顕著化する。   As described above, when the thickness of the silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate between the gate structures is reduced, the resistance value of the silicide film increases. In particular, in an LSI having a multilayer wiring structure, a silicide film may aggregate due to heat treatment when forming an interlayer insulating film or a wiring layer. When such agglomeration occurs, an increase in the resistance value of the silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate between the gate structures becomes remarkable.

また、シリサイド膜が凝集した場合、層間絶縁膜におけるコンタクトホール開口時に、シリサイド膜で覆われていない半導体基板がエッチングされる。当該状況において、コンタクトプラグを構成するバリアメタルを形成する。すると、半導体基板の当該エッチングされた部分において、スパイク状にバリアメタルが侵入する。半導体基板におけるスパイク状のバリアメタルの侵入は、半導体接合の破壊の要因となる。   When the silicide film is aggregated, the semiconductor substrate not covered with the silicide film is etched when the contact hole is opened in the interlayer insulating film. In this situation, a barrier metal constituting the contact plug is formed. Then, the barrier metal penetrates in a spike shape in the etched portion of the semiconductor substrate. Intrusion of spike-like barrier metal into the semiconductor substrate causes destruction of the semiconductor junction.

上記シリサイド膜の抵抗増加および半導体基板におけるスパイク状のバリアメタルの侵入は、デバイスの消費電力を著しく増加させる。そして、トランジスタの動作に支障をきたし、製品歩留りを低下させる。   The increase in resistance of the silicide film and the penetration of spike-like barrier metal in the semiconductor substrate significantly increase the power consumption of the device. Then, the operation of the transistor is hindered, and the product yield is lowered.

そこで、本発明は、たとえゲート構造間の距離が小さくなったとしても、ゲート構造間の半導体基板表面内に適正な膜厚のシリサイド膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、当該半導体装置の製造方法により作製される半導体装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a silicide film having an appropriate film thickness within the surface of a semiconductor substrate between gate structures even if the distance between the gate structures is reduced. With the goal. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device.

上記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、ゲート構造間の半導体基板上の領域である第一の領域に形成される金属膜の膜厚が、所望の膜厚以上となるように、第一の領域を含む半導体基板上に、金属膜を形成する。そして、シリサイド膜形成のために、所望の膜厚分の金属膜が半導体基板を構成するシリコンと反応する程度の熱エネルギーを、半導体基板に対して加える。   In order to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, the thickness of the metal film formed in the first region which is the region on the semiconductor substrate between the gate structures is equal to or greater than the desired thickness. A metal film is formed on the semiconductor substrate including the first region. In order to form a silicide film, thermal energy is applied to the semiconductor substrate to such an extent that the metal film having a desired thickness reacts with silicon constituting the semiconductor substrate.

上記一実施例により、たとえゲート構造間の距離が小さくなったとしても、ゲート構造間の半導体基板上に適正な膜厚のシリサイド膜を形成することができる。したがって、シリサイド膜の凝集および接合破壊が発生することを防止できる。   According to the above embodiment, even if the distance between the gate structures is reduced, a silicide film having an appropriate film thickness can be formed on the semiconductor substrate between the gate structures. Therefore, it is possible to prevent the silicide film from being aggregated and broken.

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.

<実施の形態>
以下、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、工程断面図を用いて具体的に説明する。
<Embodiment>
Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be specifically described with reference to process cross-sectional views.

シリコンから成る半導体基板1に対して、STI(Shallow Trench Isolation)法を施す。これにより、図1に示すように、半導体基板1の表面内に、素子分離絶縁膜2を形成する。以下の説明では、当該素子分離絶縁膜2により画定された領域に、同じ導電型(P型もしくはN型)のトランジスタを複数(本実施の形態では2つ)形成する。   An STI (Shallow Trench Isolation) method is applied to the semiconductor substrate 1 made of silicon. Thereby, as shown in FIG. 1, the element isolation insulating film 2 is formed in the surface of the semiconductor substrate 1. In the following description, a plurality of (two in this embodiment) transistors of the same conductivity type (P-type or N-type) are formed in a region defined by the element isolation insulating film 2.

次に、図1に示すように、たとえばシリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜3を、半導体基板1上に形成する。さらに、図1に示すように、当該ゲート絶縁膜3上に、ポリシリコンから成るゲート電極4を形成する。なお、図1では、ゲート構造G1,G2は各々、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とで構成されている。   Next, as shown in FIG. 1, a gate insulating film 3 made of, for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed on the semiconductor substrate 1. Further, as shown in FIG. 1, a gate electrode 4 made of polysilicon is formed on the gate insulating film 3. In FIG. 1, each of the gate structures G1 and G2 includes a gate insulating film 3 and a gate electrode 4.

次に、図2に示すように、ゲート電極4を含むゲート構造G1,G2をマスクとして使用して、半導体基板1に対して、所定の導電型の不純物イオンを注入する。当該イオン注入により、図2に示すように、ゲート構造G1,G2の両脇の半導体基板1の表面内には、比較的浅い第一の不純物拡散層5が形成される。   Next, as shown in FIG. 2, impurity ions of a predetermined conductivity type are implanted into the semiconductor substrate 1 using the gate structures G1 and G2 including the gate electrode 4 as a mask. By the ion implantation, as shown in FIG. 2, a relatively shallow first impurity diffusion layer 5 is formed in the surface of the semiconductor substrate 1 on both sides of the gate structures G1 and G2.

次に、ゲート構造G1,G2を覆うように、半導体基板1上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを当該順に積層する。その後、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とに対して、異方性エッチング処理を施す。これにより、図3に示すように、ゲート電極4(若しくはゲート構造G1,G2)の両側面には、積層構造のサイドウォール6が形成される。当該工程により、ゲート構造G1,G2は、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4およびサイドウォール6により構成される。つまり、本願では、ゲート構造G1,G2とは、少なくともゲート電極4を含む構造体を意味する。   Next, a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked in this order on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate structures G1 and G2. Thereafter, an anisotropic etching process is performed on the silicon oxide film and the silicon nitride film. Thus, as shown in FIG. 3, sidewalls 6 having a laminated structure are formed on both side surfaces of the gate electrode 4 (or the gate structures G1 and G2). By this process, the gate structures G1 and G2 are constituted by the gate insulating film 3, the gate electrode 4, and the sidewalls 6. That is, in the present application, the gate structures G1 and G2 mean a structure including at least the gate electrode 4.

また、デバイスの微細化に伴い、サイドウォール6形成後のゲート構造G1とサイドウォール6形成後のゲート構造G2との間の距離L(図3の左右方向の距離L)は、80nm以下である。また、デバイスの微細化に伴い、サイドウォール6形成後のゲート構造G1とサイドウォール6形成後のゲート構造G2との間の距離Lと、ゲート構造G1,G2の高さHとのアスペクト比(=H/L)は、1以上となる。   Further, with the miniaturization of the device, the distance L between the gate structure G1 after the sidewall 6 is formed and the gate structure G2 after the sidewall 6 is formed (the distance L in the left-right direction in FIG. 3) is 80 nm or less. . As the device is miniaturized, the aspect ratio (the distance L between the gate structure G1 after the sidewall 6 is formed and the gate structure G2 after the sidewall 6 is formed and the height H of the gate structures G1 and G2) = H / L) is 1 or more.

なお、以下の説明では、工程断面図において、ゲート構造G1とゲート構造G2との間の半導体基板1上の領域を、第一の領域と称する。他方、工程断面図において、ゲート構造G1とゲート構造G2との間以外の領域(工程断面図では、素子分離絶縁膜2とゲート構造G1との間の半導体基板1上の領域および素子分離絶縁膜2とゲート構造G2との間の半導体基板1上の領域)を、第二の領域と称する。第二の領域は、平坦部と解することもできる。   In the following description, a region on the semiconductor substrate 1 between the gate structure G1 and the gate structure G2 is referred to as a first region in the process cross-sectional view. On the other hand, in the process sectional view, a region other than between the gate structure G1 and the gate structure G2 (in the process sectional view, the region on the semiconductor substrate 1 between the element isolation insulating film 2 and the gate structure G1 and the element isolation insulating film) (Region on the semiconductor substrate 1 between 2 and the gate structure G2) is referred to as a second region. The second region can also be understood as a flat portion.

換言すれば、第一の領域とは、ゲート構造G1,G2に挟まれた不純物拡散層5,7上の領域であり、後に形成されるコンタクトプラグCPの底面が接続する領域である。また、第二の領域とは、半導体基板1の素子形成側の主面上の領域であり、1のゲート構造と素子分離絶縁膜2との間の領域および図示しないが素子分離絶縁膜2で挟まれた領域である。   In other words, the first region is a region on the impurity diffusion layers 5 and 7 sandwiched between the gate structures G1 and G2, and is a region to which a bottom surface of a contact plug CP formed later is connected. The second region is a region on the main surface of the semiconductor substrate 1 on the element formation side, and is a region between one gate structure and the element isolation insulating film 2 and an element isolation insulating film 2 (not shown). It is a sandwiched area.

たとえば、第一の領域では、所定の膜の成膜時における当該所定の膜のカバレッジ率は、100%未満である。また、同じ成膜条件で所定の膜を成膜したとする。このとき、第一の領域に形成される所定の膜の膜厚は、第二の領域に形成される同じ所定の膜の膜厚よりも薄くなる。   For example, in the first region, the coverage rate of the predetermined film when the predetermined film is formed is less than 100%. Further, it is assumed that a predetermined film is formed under the same film formation conditions. At this time, the film thickness of the predetermined film formed in the first region is smaller than the film thickness of the same predetermined film formed in the second region.

次に、図3に示すように、ゲート構造G1,G2をマスクとして使用して、半導体基板1に対して、所定の導電型の不純物イオンを注入する。当該イオン注入により、図3に示すように、サイドウォール6を含むゲート構造G1,G2の両脇の半導体基板1の表面内には、比較的深い第二の不純物拡散層7が形成される。   Next, as shown in FIG. 3, impurity ions of a predetermined conductivity type are implanted into the semiconductor substrate 1 using the gate structures G1 and G2 as a mask. By the ion implantation, as shown in FIG. 3, a relatively deep second impurity diffusion layer 7 is formed in the surface of the semiconductor substrate 1 on both sides of the gate structures G1 and G2 including the sidewalls 6.

次に、図3に示す構造体を有する半導体基板1の表面に対して、フッ酸やフッ素を含むガスによるドライエッチングを施す。これにより、当該半導体基板1の表面に形成された自然酸化膜を除去することができる。   Next, dry etching using a gas containing hydrofluoric acid or fluorine is performed on the surface of the semiconductor substrate 1 having the structure shown in FIG. Thereby, the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 1 can be removed.

次に、スパッタ法により、ゲート構造G1,G2を覆うように、半導体基板1の上面(第一の領域および第二の領域)に金属膜8を成膜(形成)する(図4)。さらに、同じくスパッタ法により、当該金属膜8上に保護膜として金属窒化膜9を成膜(形成)する(図4)。   Next, a metal film 8 is formed (formed) on the upper surface (first region and second region) of the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate structures G1 and G2 by sputtering (FIG. 4). Further, a metal nitride film 9 is formed (formed) as a protective film on the metal film 8 by the same sputtering method (FIG. 4).

ここで、上記のように、ゲート構造G1,G2間の距離Lが小さい(換言すれば、上記アスペクト比が1以上である)ことに起因して、第一の領域に形成される金属膜8の膜厚は、第二の領域に形成される金属膜8の膜厚よりも薄くなる。そこで、金属膜8の成膜の際には、当該第一の領域に形成される金属膜8の膜厚が、所望の膜厚d1以上となるように、第一の領域および第二の領域の半導体基板1上に金属膜8を形成する。   Here, as described above, the metal film 8 formed in the first region due to the small distance L between the gate structures G1 and G2 (in other words, the aspect ratio is 1 or more). Is thinner than the thickness of the metal film 8 formed in the second region. Therefore, when the metal film 8 is formed, the first region and the second region are set so that the film thickness of the metal film 8 formed in the first region is not less than the desired film thickness d1. A metal film 8 is formed on the semiconductor substrate 1.

なお、本実施の形態では、半導体基板1上に2つのゲート構造G1,G2が形成される場合について説明している。これと異なり、たとえば半導体基板1上に3つ以上の複数のゲート構造が形成される場合には、上記第一の領域とは、ゲート構造間の各領域のうち、不純物拡散層上にコンタクトプラグ(コンタクトホール)を備えたゲート構造間の距離が最小値となる領域を指す。なお、ゲート構造間の距離の最小値は、ある程度のばらつきを持つことは言うまでも無い。しかし、ゲート構造形成等に用いる装置の仕様により、取り得る最小値は概ね決定され得る。   In the present embodiment, the case where two gate structures G1 and G2 are formed on the semiconductor substrate 1 is described. Unlike this, for example, when three or more gate structures are formed on the semiconductor substrate 1, the first region is a contact plug on the impurity diffusion layer in each region between the gate structures. A region where the distance between gate structures provided with (contact holes) is a minimum value. Needless to say, the minimum value of the distance between the gate structures varies to some extent. However, the minimum value that can be taken can be roughly determined depending on the specifications of the device used for forming the gate structure.

上記所望の膜厚d1は、第一の領域の半導体基板1の表面内に後に形成されるシリサイド膜11の膜厚が、第一の領域の半導体基板1の表面内に形成される不純物拡散層5,7の接合面に達しないように、決定される。また、形成されるシリサイド膜11の膜厚は、配線層等の形成時の熱処理により凝集が起こらないように見積もられる(シリサイド膜11の膜厚=20〜30nm)。以上のことから、形成されるシリサイド膜11と不純物拡散層5,7の界面との間の距離が、デバイス動作時に接合破壊が起こらない程度の最小距離となるように、所望の膜厚d1は決定される。   The desired film thickness d1 is such that the silicide film 11 formed later in the surface of the semiconductor substrate 1 in the first region has an impurity diffusion layer formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the first region. It is determined so as not to reach the joint surfaces of 5 and 7. The film thickness of the silicide film 11 to be formed is estimated so that aggregation does not occur due to the heat treatment at the time of forming the wiring layer or the like (film thickness of the silicide film 11 = 20 to 30 nm). From the above, the desired film thickness d1 is set so that the distance between the formed silicide film 11 and the interface between the impurity diffusion layers 5 and 7 is a minimum distance that does not cause junction breakdown during device operation. It is determined.

たとえば、上記観点から決定される金属膜8の所望の膜厚d1が10nmであるとする。さらに、ゲート構造G1,G2間でのスパッタ法による金属膜8のカバレッジ率が70%であるとする。これらの場合には、半導体基板1上の平坦部領域である第二の領域の金属膜8の膜厚が、上記所望の膜厚d1と第一の領域のカバレッジ率(70%)の逆数との乗算結果(=10nm/0.7≒14.3nm)となるよう成膜条件で、金属膜8を形成する。   For example, it is assumed that the desired film thickness d1 of the metal film 8 determined from the above viewpoint is 10 nm. Furthermore, it is assumed that the coverage rate of the metal film 8 by the sputtering method between the gate structures G1 and G2 is 70%. In these cases, the thickness of the metal film 8 in the second region, which is a flat region on the semiconductor substrate 1, is the reciprocal of the desired film thickness d1 and the coverage rate (70%) of the first region. The metal film 8 is formed under the film formation conditions so that the multiplication result (= 10 nm / 0.7≈14.3 nm) is obtained.

なお、上記所定の膜厚d1は、第一の領域で形成される金属膜8の最低限必要な膜厚であり、当該第一の領域で形成される金属膜8は、当該所定の膜厚d1以上であれば良い。換言すれば、第二の領域で形成される金属膜8は、(d1/第一の領域のカバレッジ率)以上であれば良い。   The predetermined film thickness d1 is a minimum required film thickness of the metal film 8 formed in the first region, and the metal film 8 formed in the first region is the predetermined film thickness. It may be d1 or more. In other words, the metal film 8 formed in the second region may be (d1 / coverage rate of the first region) or more.

また、第一の領域における金属膜8のカバレッジ率は、第一の領域におけるゲート構造間の距離に応じて、一義的に決定される。たとえば、第一の領域における金属膜8のカバレッジ率と第一の領域におけるゲート構造間の距離とは、図5に示す関係が成立する。ここで、図5の横軸がゲート構造間距離(nm)であり、縦軸が金属膜8のカバレッジ率(%)である。なお、第一の領域における金属膜8のカバレッジ率と第一の領域におけるゲート構造間の距離との関係は、金属膜8の成膜装置の仕様および金属膜8の種類に応じて、変化する。したがって、当該関係は、実験や経験則に従い決定される。   The coverage rate of the metal film 8 in the first region is uniquely determined according to the distance between the gate structures in the first region. For example, the relationship shown in FIG. 5 is established between the coverage ratio of the metal film 8 in the first region and the distance between the gate structures in the first region. Here, the horizontal axis of FIG. 5 is the distance (nm) between the gate structures, and the vertical axis is the coverage rate (%) of the metal film 8. The relationship between the coverage ratio of the metal film 8 in the first region and the distance between the gate structures in the first region varies depending on the specifications of the film forming apparatus for the metal film 8 and the type of the metal film 8. . Therefore, the relationship is determined according to experiments and empirical rules.

したがって、経験則に従い、第一の領域における金属膜8のカバレッジ率と第一の領域におけるゲート構造間の距離との関係を示すデータを、予め用意する工程が必要となる。そして、第一の領域のカバレッジ率を、計測された第一の領域のゲート構造間の距離と当該データとから求める。その後、当該求められた第一の領域のカバレッジ率を用いて得られる成膜条件により、金属膜8を形成する。ここで、当該成膜条件とは、上述したように、第二の領域の金属膜8の膜厚が、上記所望の膜厚d1と求めた第一の領域のカバレッジ率の逆数との乗算結果(=d1/第一の領域のカバレッジ率)以上となるよう成膜条件である。   Therefore, according to an empirical rule, a step of preparing in advance data indicating the relationship between the coverage ratio of the metal film 8 in the first region and the distance between the gate structures in the first region is required. Then, the coverage ratio of the first region is obtained from the measured distance between the gate structures of the first region and the data. Thereafter, the metal film 8 is formed under the film forming conditions obtained using the obtained coverage ratio of the first region. Here, as described above, the film formation condition is the result of multiplying the film thickness of the metal film 8 in the second region by the desired film thickness d1 and the reciprocal of the obtained coverage ratio of the first region. The film forming conditions are such that (= d1 / coverage ratio of the first region) or more.

また、金属膜8は、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)の金属の他、これらの金属に、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Hf(ハフニウム)、V(バナジウム)、Ta(タンタル)、Ru(ルテニウム)、Yb(イッテルビウム)、Er(エルビウム)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)、Ti(チタン)の少なくとも1以上の金属を数%から数十%添加した合金であっても良い。   The metal film 8 is made of Co (cobalt), Ni (nickel) metal, Pd (palladium), Pt (platinum), Hf (hafnium), V (vanadium), and Ta (tantalum). , Ru (ruthenium), Yb (ytterbium), Er (erbium), Al (aluminum), W (tungsten), Ti (titanium) or an alloy to which several percent to several tens of percent of metal is added good.

なお、例えばフッ素を含むガスによるドライエッチングにより自然酸化膜除去後、半導体基板1を大気に晒すことなく、真空搬送後に金属膜8を形成すれば、その後のプロセスにおいて均質なシリサイド膜10,11,12を形成できる。また、金属膜8の形成後、同一スパッタ装置内で、半導体基板1を大気に晒すことなく、連続して金属窒化膜9を形成することが望ましい。   For example, if the metal film 8 is formed after the vacuum transfer without exposing the semiconductor substrate 1 to the atmosphere after the natural oxide film is removed by dry etching with a fluorine-containing gas, the silicide films 10, 11, 12 can be formed. In addition, it is desirable to continuously form the metal nitride film 9 after the formation of the metal film 8 without exposing the semiconductor substrate 1 to the atmosphere in the same sputtering apparatus.

その後、上記所望の膜厚d1分だけの金属膜8が半導体基板1を構成するシリコンと反応する程度の熱エネルギーを、当該半導体基板1に対して加える。これにより、図6に示すように、半導体基板1の表面内にシリサイド膜10,11が形成され、ゲート電極4の表面内にシリサイド膜12が形成される。ここで、第一の領域における半導体基板1の表面内には、シリサイド膜(第一のシリサイド膜)11が形成される。他方、第二の領域における半導体基板1の表面内には、シリサイド膜(第二のシリサイド膜)10が形成される。   Thereafter, thermal energy is applied to the semiconductor substrate 1 to such an extent that the metal film 8 corresponding to the desired film thickness d1 reacts with silicon constituting the semiconductor substrate 1. Thereby, as shown in FIG. 6, silicide films 10 and 11 are formed in the surface of the semiconductor substrate 1, and a silicide film 12 is formed in the surface of the gate electrode 4. Here, a silicide film (first silicide film) 11 is formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the first region. On the other hand, a silicide film (second silicide film) 10 is formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the second region.

なお、ゲート電極G1,G2間の第一の領域において金属膜8が、所望の膜厚で形成されていたとする。この場合、図6に示すように、当該シリサイド膜11の形成により、当該第一の領域における半導体基板1上の金属膜8の全てが、金属シリサイド化反応に用い尽くされる。   It is assumed that the metal film 8 is formed with a desired film thickness in the first region between the gate electrodes G1 and G2. In this case, as shown in FIG. 6, the formation of the silicide film 11 uses up all of the metal film 8 on the semiconductor substrate 1 in the first region for the metal silicidation reaction.

ここで、上記熱エネルギーを加える処理として、RTA(Rapid Thermal Anneal)処理を採用することができる。当該RTA処理を採用する場合には、所定の温度において、上記所望の膜厚d1分だけの金属膜8が半導体基板1を構成するシリコンと反応するだけの加熱時間の間、当該半導体基板1に対して加熱処理を施すこととなる。   Here, RTA (Rapid Thermal Anneal) processing can be adopted as the processing for applying the thermal energy. When the RTA process is adopted, the semiconductor substrate 1 is heated at a predetermined temperature for a heating time sufficient for the metal film 8 having the desired film thickness d1 to react with silicon constituting the semiconductor substrate 1. On the other hand, heat treatment is performed.

例えば、金属膜8がNi膜若しくはNi合金膜の場合、200〜400℃の温度の窒素雰囲気内で所定の加熱時間の間、熱処理を行う。例えば、280℃における、加熱時間と、シリコンと反応する金属膜8の膜厚との関係は、図7に示す関係を有する。図7の横軸は加熱時間(秒)であり、縦軸は金属膜8の反応膜厚(nm)である。280℃の窒素雰囲気内において所望の膜厚(例えば10nm)分だけの金属膜8を当該RTA処理によりシリコンと反応させる場合には、図7の関係より、加熱処理時間は80秒程度と設定すれば良い。   For example, when the metal film 8 is a Ni film or a Ni alloy film, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 200 to 400 ° C. for a predetermined heating time. For example, the relationship between the heating time at 280 ° C. and the thickness of the metal film 8 that reacts with silicon has the relationship shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 7 is the heating time (second), and the vertical axis is the reaction film thickness (nm) of the metal film 8. In the case where the metal film 8 having a desired film thickness (for example, 10 nm) is reacted with silicon by the RTA treatment in a nitrogen atmosphere at 280 ° C., the heat treatment time is set to about 80 seconds from the relationship of FIG. It ’s fine.

なお、加熱時間と金属膜8の反応膜厚との関係は、熱処理装置の仕様、金属膜8の種類および加熱温度に応じて、変化する。したがって、実験や経験則に従い、所定の加熱時間における加熱時間と金属膜8の反応膜厚との関係を示すデータを、予め用意する工程が必要なる。そして、所定の温度の加熱時間を、金属膜8の所望の膜厚と当該データとから求める。その後、シリサイド膜10〜12の形成のために、当該求められた加熱時間、所定の温度を金属膜8が形成された半導体基板1に対して与える。   The relationship between the heating time and the reaction film thickness of the metal film 8 varies depending on the specifications of the heat treatment apparatus, the type of the metal film 8, and the heating temperature. Therefore, in accordance with experiments and empirical rules, a step of preparing in advance data indicating the relationship between the heating time in a predetermined heating time and the reaction film thickness of the metal film 8 is required. And the heating time of predetermined temperature is calculated | required from the desired film thickness of the metal film 8, and the said data. Thereafter, for the formation of the silicide films 10 to 12, the determined heating time and a predetermined temperature are given to the semiconductor substrate 1 on which the metal film 8 is formed.

なお、同じシリサイド化処理を半導体基板1全体に対して実施している。したがって、第一の領域に形成されるシリサイド膜(第一のシリサイド膜)11の膜厚と、第二の領域に形成されるシリサイド膜(第二のシリサイド膜)10の膜厚とは同一となる。また、当該シリサイド膜10,11の膜厚は、シリサイド化処理前に見積もれた膜厚であり、金属膜8の上記所望の膜厚決定の際に用いられる値である。   The same silicidation process is performed on the entire semiconductor substrate 1. Therefore, the film thickness of the silicide film (first silicide film) 11 formed in the first region is the same as the film thickness of the silicide film (second silicide film) 10 formed in the second region. Become. The film thicknesses of the silicide films 10 and 11 are estimated before the silicidation process, and are values used for determining the desired film thickness of the metal film 8.

また、図6では、金属膜8を所望の膜厚丁度形成した場合における、シリサイド化処理を実施した後を示している。上述のように、シリサイド化処理により、図6では、第一の領域の半導体基板1上には金属膜8は残存しない。これは、所望の膜厚分だけの金属膜8をシリコンと反応させるシリサイド化処理を実施したためである。なお、第二の領域に形成される金属膜8の膜厚は、第一の領域に形成される金属膜8の膜厚より厚い。したがって、第一の領域に形成される所望の膜厚の金属膜8を丁度シリサイド化反応に用い尽くしたときには、図6に示すように、第二の領域には未反応の金属膜8が一部残存することになる。   FIG. 6 shows the state after the silicidation process is performed in the case where the metal film 8 is formed to have a desired film thickness. As described above, the metal film 8 does not remain on the semiconductor substrate 1 in the first region in FIG. 6 due to the silicidation process. This is because a silicidation process is performed in which the metal film 8 having a desired thickness is reacted with silicon. Note that the thickness of the metal film 8 formed in the second region is larger than the thickness of the metal film 8 formed in the first region. Therefore, when the metal film 8 having a desired film thickness formed in the first region is used up for the silicidation reaction, as shown in FIG. 6, there is one unreacted metal film 8 in the second region. Part will remain.

上記と異なり、第一の領域において、所望の膜厚より厚い金属膜8を形成したとする。この場合には、所望の膜厚分だけの金属膜8をシリコンと反応させるシリサイド化処理を実施することにより、第二の領域だけでなく第一の領域においても、未反応の金属膜8が一部残存することとなる(図8参照)。   Unlike the above, it is assumed that the metal film 8 thicker than the desired film thickness is formed in the first region. In this case, by performing a silicidation process in which the metal film 8 having a desired thickness is reacted with silicon, the unreacted metal film 8 is formed not only in the second region but also in the first region. Some will remain (see FIG. 8).

さて、シリサイド膜10〜12形成後、硫酸と過酸化水素水との混合液を用いて、未反応の金属膜8および金属窒化膜9を除去する。図9に示すように、当該除去処理後においても、半導体基板1の表面内にはシリサイド膜10,11が残存し、ゲート電極4の表面内にはシリサイド膜12が残存する。   Now, after the silicide films 10 to 12 are formed, the unreacted metal film 8 and metal nitride film 9 are removed using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. As shown in FIG. 9, the silicide films 10 and 11 remain in the surface of the semiconductor substrate 1 and the silicide film 12 remains in the surface of the gate electrode 4 even after the removal process.

その後、半導体基板1に対して、さらに2度目のRTA処理を次の例示する条件で施しても良い。温度400〜600℃で、加熱時間10〜60秒間。金属膜8がNi膜やその合金の場合、上述した1回目の熱処理で形成されるシリサイド膜10,11は、金属膜8の組成の多い、たとえばNi2Si膜として形成される。当該Ni2Si膜は、抵抗値が比較的高い。したがって、当該2回目の熱処理により、Ni2Si膜を比較的低抵抗なNiSi膜に変換する。 Thereafter, a second RTA process may be performed on the semiconductor substrate 1 under the following conditions. The temperature is 400 to 600 ° C., and the heating time is 10 to 60 seconds. When the metal film 8 is a Ni film or an alloy thereof, the silicide films 10 and 11 formed by the first heat treatment described above are formed as a metal film 8 having a large composition, for example, a Ni 2 Si film. The Ni 2 Si film has a relatively high resistance value. Therefore, the Ni 2 Si film is converted into a relatively low resistance NiSi film by the second heat treatment.

次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、図9に示す半導体基板1上に、シリコン酸化膜から成る層間絶縁膜15を形成する(図10参照)。層間絶縁膜15の膜厚は、たとえば500〜1000nmである。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、層間絶縁膜15の上面を研磨平坦化する(図10参照)。   Next, an interlayer insulating film 15 made of a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 9 by CVD (Chemical Vapor Deposition) (see FIG. 10). The film thickness of the interlayer insulating film 15 is, for example, 500 to 1000 nm. Thereafter, the upper surface of the interlayer insulating film 15 is polished and flattened by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method (see FIG. 10).

次に、リソグラフィーとエッチングの組み合わせにより、層間絶縁膜15に対して貫通孔となるコンタクトホールを形成する。そして、当該コンタクトホールに対して、CVD法やPVD(Physical Vapor Deposition)法を実施する。これにより、TiとTiNとの積層膜から成るバリアメタル16を形成する。その後、CVD法により、当該バリアメタル16上にW(タングステン)膜17を形成する。その後、バリアメタル16およびW膜17に対して、CMP法を施す。これにより、図10に示すように、コンタクトホール内に、バリアメタル16とW膜17から成るコンタクトプラグCPが形成される。   Next, a contact hole serving as a through hole is formed in the interlayer insulating film 15 by a combination of lithography and etching. Then, a CVD method or a PVD (Physical Vapor Deposition) method is performed on the contact hole. Thereby, the barrier metal 16 composed of a laminated film of Ti and TiN is formed. Thereafter, a W (tungsten) film 17 is formed on the barrier metal 16 by a CVD method. Thereafter, the CMP method is performed on the barrier metal 16 and the W film 17. As a result, as shown in FIG. 10, a contact plug CP composed of the barrier metal 16 and the W film 17 is formed in the contact hole.

ここで、第一の領域の半導体基板1の表面内に形成されたシリサイド膜11と電気的に接続したコンタクトプラグCPの他、第二の領域の半導体基板1の表面内に形成されたシリサイド膜10と電気的に接続したコンタクトプラグCPも形成される。   Here, in addition to the contact plug CP electrically connected to the silicide film 11 formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the first region, the silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the second region. A contact plug CP electrically connected to the terminal 10 is also formed.

その後、配線層等を形成することにより、トランジスタを備える半導体装置が完成する。   After that, a semiconductor device including a transistor is completed by forming a wiring layer or the like.

次に、従来の半導体装置の製造方法の問題点を説明した上で、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の効果について述べる。   Next, after describing the problems of the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described.

ゲート構造G1,G2間の距離が微細化すると、上記の通り、第一の領域に形成される金属膜8の膜厚は、第二の領域に形成される金属膜8よりも薄くなる。当該状況で、シリサイド化のための熱処理において、第一の領域に形成される金属膜8の全てと半導体基板1を構成するシリコンと反応させる熱エネルギー以上の熱処理を行ったとする。この場合には、図11に示すように、第一の領域に形成されるシリサイド膜11の膜厚は、第二の領域に形成されるシリサイド膜10の膜厚よりも薄くなる。   When the distance between the gate structures G1 and G2 is reduced, as described above, the thickness of the metal film 8 formed in the first region is thinner than that of the metal film 8 formed in the second region. In this situation, it is assumed that in the heat treatment for silicidation, a heat treatment that is equal to or higher than the thermal energy for reacting all of the metal film 8 formed in the first region with silicon constituting the semiconductor substrate 1 is performed. In this case, as shown in FIG. 11, the thickness of the silicide film 11 formed in the first region is thinner than the thickness of the silicide film 10 formed in the second region.

このように、第一の領域に形成されるシリサイド膜11の膜厚が薄いと、層間絶縁膜や配線層を形成する際の熱処理により、シリサイド膜11が凝集する可能性も高くなる。そして、シリサイド膜11が凝集してしまうと、層間絶縁膜15におけるコンタクトホール開口時に、シリサイド膜11の厚さ以上の深さまで半導体基板1がエッチングされる。当該状況において、バリアメタル16を形成する。すると、図12に示すように、半導体基板1内部に、スパイク状のバリアメタル16sが形成される。半導体基板1における当該スパイク状のバリアメタル16sの形成は、半導体接合の破壊の要因となる。   Thus, when the thickness of the silicide film 11 formed in the first region is thin, the possibility that the silicide film 11 is aggregated by heat treatment when forming the interlayer insulating film and the wiring layer is increased. If the silicide film 11 is aggregated, the semiconductor substrate 1 is etched to a depth equal to or greater than the thickness of the silicide film 11 when the contact hole is opened in the interlayer insulating film 15. In this situation, the barrier metal 16 is formed. Then, as shown in FIG. 12, spike-like barrier metal 16 s is formed inside the semiconductor substrate 1. The formation of the spike-like barrier metal 16s in the semiconductor substrate 1 causes the destruction of the semiconductor junction.

そこで、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第一の領域の半導体基板1上において、所望の膜厚以上の金属膜8を形成する。そして、シリサイド膜10〜12の形成のために、所望の膜厚分だけの金属膜8と半導体基板1を構成するシリコンとを反応させるだけの熱エネルギーを加える。   Therefore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a metal film 8 having a desired thickness or more is formed on the semiconductor substrate 1 in the first region. In order to form the silicide films 10 to 12, heat energy is applied so as to cause the metal film 8 having a desired film thickness to react with silicon constituting the semiconductor substrate 1.

このように、第一の領域の半導体基板1の表面内に形成されるシリサイド膜11の膜厚を考慮に入れた、金属膜8の成膜およびシリサイド化のための処理を行う。よって、たとえゲート構造G1,G2間の距離Lが小さくなったとしても、ゲート構造G1,G2間の半導体基板1上に適正な膜厚のシリサイド膜11を形成することができる。したがって、シリサイド膜11の凝集を防止することができる。このように、シリサイド膜11の凝縮を防止できるので、図12に示すようなスパイク状のバリアメタル16sが形成されることも無く、半導体接合破壊が発生することも防止できる。   As described above, the metal film 8 is formed and silicided in consideration of the film thickness of the silicide film 11 formed in the surface of the semiconductor substrate 1 in the first region. Therefore, even if the distance L between the gate structures G1 and G2 is reduced, the silicide film 11 having an appropriate thickness can be formed on the semiconductor substrate 1 between the gate structures G1 and G2. Therefore, aggregation of the silicide film 11 can be prevented. As described above, since the condensation of the silicide film 11 can be prevented, the spike-like barrier metal 16s as shown in FIG. 12 is not formed, and the semiconductor junction can be prevented from being broken.

なお、第二の領域の半導体基板1の表面内においても、必要以上に厚い膜厚のシリサイド膜10が形成されることを防止できる。したがって、当該第二の領域に形成においても、半導体接合の破壊が発生することも防止できる。ここで、上述したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を採用した場合、第一の領域に形成されるシリサイド膜(第一のシリサイド膜)11の膜厚と、第二の領域に形成されるシリサイド膜(第二のシリサイド膜)10の膜厚とは同一となる。   Even in the surface of the semiconductor substrate 1 in the second region, it is possible to prevent the silicide film 10 having a thickness greater than necessary from being formed. Therefore, even in the formation in the second region, it is possible to prevent the semiconductor junction from being broken. Here, as described above, when the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is employed, the film thickness of the silicide film (first silicide film) 11 formed in the first region, and the second The thickness of the silicide film (second silicide film) 10 formed in the region is the same.

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、ゲート構造G1,G2間の距離Lとゲート構造G1,G2の高さHとのアスペクト比(=H/L)が1以上となる半導体装置を作成する場合に有益である。具体的には、ゲート構造G1,G2間の距離Lが80nm以下のとき、ゲート構造G1,G2の高さHが100nm以上である構成の場合、Lが60nm以下のとき、Hが80nm以上である構成の場合、または、Lが50nm以下のとき、Hが60nm以上である構成の場合に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は特に有益である。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a semiconductor in which the aspect ratio (= H / L) between the distance L between the gate structures G1 and G2 and the height H of the gate structures G1 and G2 is 1 or more. Useful when creating devices. Specifically, when the distance L between the gate structures G1 and G2 is 80 nm or less and the height H of the gate structures G1 and G2 is 100 nm or more, when L is 60 nm or less, H is 80 nm or more. In the case of a certain configuration, or when L is 50 nm or less and H is 60 nm or more, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is particularly useful.

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、金属膜8の所望の膜厚は、第一の領域の半導体基板1に形成されるシリサイド膜11の膜厚が、第一の領域の半導体基板1の表面内に形成される不純物拡散層5,7の接合面に達しないように、決定される。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the desired thickness of the metal film 8 is that of the silicide film 11 formed on the semiconductor substrate 1 in the first region. It is determined so as not to reach the joint surface of the impurity diffusion layers 5 and 7 formed in the surface of the semiconductor substrate 1.

したがって、シリサイド膜11の形成により、半導体接合破壊が発生することを確実に防止できる。加えて、シリサイド膜11の凝集も避けることができるプロセス設計も容易となる。   Therefore, the formation of the silicide film 11 can surely prevent the semiconductor junction from being broken. In addition, process design that can avoid aggregation of the silicide film 11 is also facilitated.

なお、半導体基板1上に複数のゲート構造を形成されている場合には、第一の領域とは、不純物拡散層上にコンタクトプラグ(コンタクトホール)を備えたゲート構造間の距離が最小値となる領域である。そして、当該第一の領域に所望の膜厚以上となる金属膜8を形成する。そして、当該所望の膜厚分だけの金属膜8がシリサイド化反応を起すだけの熱エネルギーを、半導体基板1に与える。   In the case where a plurality of gate structures are formed on the semiconductor substrate 1, the distance between the gate structures having contact plugs (contact holes) on the impurity diffusion layer is the minimum value. It is an area. Then, a metal film 8 having a desired thickness or more is formed in the first region. Then, the semiconductor substrate 1 is provided with thermal energy sufficient to cause the silicidation reaction of the metal film 8 corresponding to the desired film thickness.

これにより、最もゲート構造間距離が短い微細領域においても、シリサイド膜11の凝集および半導体接合破壊を防止することができる。   Thereby, even in the fine region where the distance between the gate structures is the shortest, the aggregation of the silicide film 11 and the semiconductor junction breakdown can be prevented.

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第二の領域の金属膜8の膜厚が、所望の膜厚と第一の領域のカバレッジ率の逆数との乗算結果以上となるような成膜条件で、金属膜8の成膜を行う。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the thickness of the metal film 8 in the second region is equal to or greater than the multiplication result of the desired thickness and the reciprocal of the coverage rate in the first region. The metal film 8 is formed under various film forming conditions.

第二の領域に形成される金属膜8の膜厚設定はプロセス上容易である。したがって、上記成膜条件を採用することにより、第一の領域における金属膜8の膜厚が所望の膜厚未満と成ることを、確実に防止できる。   Setting the thickness of the metal film 8 formed in the second region is easy in the process. Therefore, by adopting the above film forming conditions, it is possible to reliably prevent the thickness of the metal film 8 in the first region from being less than the desired thickness.

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、図5,7に例示するデータを予め用意しておく。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, data illustrated in FIGS. 5 and 7 is prepared in advance.

これにより、当該データを用いて、第一の領域の前記カバレッジ率およびシリサイド化のための加熱時間を、より簡単に求めることができる。つまり、金属膜8の成膜およびシリサイド化処理がより正確にかつ簡単に実施できる。   Thereby, the coverage rate of the first region and the heating time for silicidation can be obtained more easily using the data. That is, the metal film 8 can be formed and silicided more accurately and easily.

なお、シリサイド化処理のための熱エネルギーを付与する処理として、RTAなどの加熱処理を採用する。これにより、所定の温度において所望の膜厚分だけの金属膜8がシリコンと反応するだけの熱処理を、加熱時間で調整できる。当該加熱時間でのプロセス制御は非常に容易であるので、より正確にかつ容易に、凝集および接合破壊が起こらないシリサイド膜11を作成できる。   Note that a heat treatment such as RTA is employed as a treatment for applying thermal energy for the silicidation treatment. As a result, the heat treatment for allowing the metal film 8 corresponding to the desired film thickness to react with silicon at a predetermined temperature can be adjusted by the heating time. Since the process control during the heating time is very easy, the silicide film 11 in which aggregation and junction breakdown do not occur can be created more accurately and easily.

なお、本願発明は、シリサイド膜を半導体基板に形成するLSI全般に適用することができる。また、半導体基板1としてシリコンの場合だけでなく、シリコンにゲルマニウムを含有させた場合、シリコンに炭素を含有させた場合にも、本願発明は適用できる。   The present invention can be applied to all LSIs that form a silicide film on a semiconductor substrate. The present invention can be applied not only when silicon is used as the semiconductor substrate 1, but also when germanium is contained in silicon or carbon is contained in silicon.

本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 金属膜のカバレッジ率と第一の領域におけるゲート構造間の距離との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the coverage rate of a metal film, and the distance between the gate structures in a 1st area | region. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 加熱時間と金属膜の反応膜厚との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between a heating time and the reaction film thickness of a metal film. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の製造方法が必要とされる理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason for which the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention is required. 本発明に係る半導体装置の製造方法が必要とされる理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason for which the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention is required.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板、2 素子分離絶縁膜、3 ゲート絶縁膜、4 ゲート電極、5,7 不純物拡散層、8 金属膜、9 金属窒化膜、10,11,12 シリサイド膜、15 層間絶縁膜、16 バリアメタル膜、17 W膜、CP コンタクトプラグ、G1,G2 ゲート構造、L ゲート構造間距離、H ゲート構造の高さ。   1 semiconductor substrate, 2 element isolation insulating film, 3 gate insulating film, 4 gate electrode, 5, 7 impurity diffusion layer, 8 metal film, 9 metal nitride film, 10, 11, 12 silicide film, 15 interlayer insulating film, 16 barrier Metal film, 17 W film, CP contact plug, G1, G2 gate structure, L gate structure distance, H gate structure height.

Claims (15)

(A)シリコン半導体基板上に、ゲート電極を構成要素として含むゲート構造を、少なくとも2つ形成する工程と、
(B)前記ゲート構造間の前記半導体基板上の領域である第一の領域に形成される金属膜の膜厚が、所望の膜厚以上となるように、前記第一の領域を含む前記半導体基板上に、前記金属膜を形成する工程と、
(C)前記工程(B)の後に、前記所望の膜厚分の前記金属膜が前記半導体基板を構成するシリコンと反応する程度の熱エネルギーを、前記半導体基板に対して加えることにより、前記半導体基板の表面内にシリサイド膜を形成する工程と、を備えている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming at least two gate structures including a gate electrode as a component on a silicon semiconductor substrate;
(B) The semiconductor including the first region so that a film thickness of a metal film formed in a first region which is a region on the semiconductor substrate between the gate structures is equal to or greater than a desired film thickness. Forming the metal film on a substrate;
(C) After the step (B), the semiconductor film is added with thermal energy to such an extent that the metal film having a desired thickness reacts with silicon constituting the semiconductor substrate. And a step of forming a silicide film in the surface of the substrate.
前記所望の膜厚は、
前記第一の領域の前記半導体基板の表面内に形成される前記シリサイド膜の膜厚が、前記第一の領域の前記半導体基板の表面内に形成される不純物拡散層の接合面に達しないように決定される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The desired film thickness is
The thickness of the silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate in the first region does not reach the junction surface of the impurity diffusion layer formed in the surface of the semiconductor substrate in the first region. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記工程(A)は、
前記半導体基板上に、複数のゲート構造を形成する工程であり、
前記第一の領域とは、
不純物拡散層上にコンタクトホールを備えた前記ゲート構造間の距離が最小値となる領域である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step (A)
A step of forming a plurality of gate structures on the semiconductor substrate;
The first region is
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the distance between the gate structures provided with contact holes on the impurity diffusion layer is a minimum value.
前記工程(B)は、
前記半導体基板上の前記第一の領域とは異なる第二の領域の前記金属膜の膜厚が、前記所望の膜厚と前記第一の領域のカバレッジ率の逆数との乗算結果以上となるよう成膜条件で、前記金属膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The step (B)
The film thickness of the metal film in the second region different from the first region on the semiconductor substrate is equal to or greater than the result of multiplying the desired film thickness and the reciprocal of the coverage rate of the first region. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the metal film is formed under film forming conditions.
(D)前記第一の領域における前記ゲート構造間の距離と、前記第一の領域における前記金属膜の前記カバレッジ率との関係を示すデータを予め用意する工程と、
(E)前記第一の領域における前記カバレッジ率を、前記第一の領域の前記ゲート構造間の距離と前記データとから求める工程とをさらに備えており、
前記工程(B)は、
前記工程(E)の結果から求められた前記第一の領域における前記カバレッジ率を用いて得られる前記成膜条件により、前記金属膜を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
(D) preparing in advance data indicating a relationship between a distance between the gate structures in the first region and the coverage rate of the metal film in the first region;
(E) further comprising the step of obtaining the coverage rate in the first region from the distance between the gate structures in the first region and the data;
The step (B)
The step of forming the metal film according to the film formation conditions obtained using the coverage rate in the first region obtained from the result of the step (E).
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
前記工程(C)は、
所定の温度において、前記所望の膜厚分の前記金属膜が前記半導体基板を構成するシリコンと反応するだけの加熱時間の間、前記半導体基板に対して加熱処理を施す工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step (C)
It is a step of performing heat treatment on the semiconductor substrate for a heating time sufficient for the metal film of the desired thickness to react with silicon constituting the semiconductor substrate at a predetermined temperature. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
(F)前記所定の温度における、シリコンと反応する前記金属膜の膜厚と前記加熱時間との関係を示すデータを予め用意する工程と、
(G)前記加熱時間を、前記金属膜の前記所望の膜厚と前記データとから求める工程とをさらに備えており、
前記工程(C)は、
前記工程(G)の結果から求められた前記加熱時間、前記所定の温度を前記半導体基板に対して与える工程である、
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。
(F) preparing in advance data indicating a relationship between the heating time and the thickness of the metal film that reacts with silicon at the predetermined temperature;
(G) further comprising the step of obtaining the heating time from the desired film thickness of the metal film and the data,
The step (C)
The heating time determined from the result of the step (G), the step of giving the predetermined temperature to the semiconductor substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
前記工程(A)は、
前記ゲート構造間の距離と前記ゲート構造の高さとのアスペクト比が1以上となる、前記ゲート構造を形成する工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step (A)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate structure is formed so that an aspect ratio between a distance between the gate structures and a height of the gate structure is 1 or more.
前記工程(A)は、
前記ゲート構造間の距離が80nm以下である
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
The step (A)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a distance between the gate structures is 80 nm or less.
前記工程(B)は、
Niを含む前記金属膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step (B)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film containing Ni is a step of forming the metal film.
前記工程(B)は、
Pd、Pt、Hf、V、Ta、Ru、Yb、Er、Al、W、Tiの少なくとも1が、さらに含まれた前記金属膜を形成する工程である
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
The step (B)
11. The step of forming the metal film further including at least one of Pd, Pt, Hf, V, Ta, Ru, Yb, Er, Al, W, and Ti. A method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成される、ゲート電極を構成要素として含む少なくとも2つのゲート構造と、
前記ゲート構造間の前記半導体基板の表面内に形成される第一のシリサイド膜と、
前記ゲート構造間以外の前記半導体基板の表面内に形成される第二のシリサイド膜とを、備えており、
前記ゲート構造間の距離と前記ゲート構造の高さとのアスペクト比は、
1以上であり、
前記第一のシリサイド膜の膜厚と、前記第二のシリサイド膜の膜厚とは、
同じである、
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
At least two gate structures formed on the semiconductor substrate and including a gate electrode as a component;
A first silicide film formed in a surface of the semiconductor substrate between the gate structures;
A second silicide film formed in the surface of the semiconductor substrate other than between the gate structures,
The aspect ratio between the distance between the gate structures and the height of the gate structure is:
1 or more,
The film thickness of the first silicide film and the film thickness of the second silicide film are:
The same,
A semiconductor device.
前記ゲート構造間の距離は、
80nm以下である、
ことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
The distance between the gate structures is
80 nm or less,
The semiconductor device according to claim 12.
前記第一のシリサイド膜および前記第二のシリサイド膜には、
少なくともNiが含まれている、
ことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
In the first silicide film and the second silicide film,
Contains at least Ni,
The semiconductor device according to claim 12.
前記第一のシリサイド膜および前記第二のシリサイド膜には、
Pd、Pt、Hf、V、Ta、Ru、Yb、Er、Al、W、Tiの少なくとも1が、さらに含まれている、
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
In the first silicide film and the second silicide film,
At least one of Pd, Pt, Hf, V, Ta, Ru, Yb, Er, Al, W, Ti is further included,
The semiconductor device according to claim 14.
JP2008150829A 2008-06-09 2008-06-09 Semiconductor device and method of manufacturing the same Pending JP2009295931A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008150829A JP2009295931A (en) 2008-06-09 2008-06-09 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008150829A JP2009295931A (en) 2008-06-09 2008-06-09 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009295931A true JP2009295931A (en) 2009-12-17

Family

ID=41543825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008150829A Pending JP2009295931A (en) 2008-06-09 2008-06-09 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009295931A (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012729A (en) * 1996-06-27 1998-01-16 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
JP2004146696A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2004228351A (en) * 2003-01-23 2004-08-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2005150267A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2006339327A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012729A (en) * 1996-06-27 1998-01-16 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
JP2004146696A (en) * 2002-10-25 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2004228351A (en) * 2003-01-23 2004-08-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2005150267A (en) * 2003-11-13 2005-06-09 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2006339327A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5211503B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2007081249A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2009027002A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2008098504A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR20070080819A (en) Semiconductor device and method of manufacture thereof
JPH1174219A (en) Manufacture of semiconductor device and the semiconductor device
US7371646B2 (en) Manufacture of insulated gate type field effect transistor
JP4819566B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8044470B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US7936016B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008034413A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
US20060228885A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US8642477B2 (en) Method for clearing native oxide
US20080020568A1 (en) Semiconductor device having a silicide layer and method of fabricating the same
JP4437298B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2009043938A (en) Semiconductor apparatus and manufacturing method therefor
JP2007234667A (en) Process for fabricating semiconductor device
US10134869B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2009295931A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4221429B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5119696B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20090051037A1 (en) Semiconductor device and method of manufacture thereof
JP2011243920A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US7595264B2 (en) Fabrication method of semiconductor device
JP2007294497A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100524

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130319

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130709