JP2015185583A - Method for manufacturing fuse element, method for manufacturing semiconductor device and method for producing titanium silicide film - Google Patents
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Description
本発明は、フューズ素子の製造方法及び半導体装置の製造方法、チタンシリサイド膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a fuse element manufacturing method, a semiconductor device manufacturing method, and a titanium silicide film manufacturing method.
従来から、ソース及びドレインやゲート電極などの低抵抗化を目的として、金属シリサイドを形成することが行われている。例えば、特許文献1には、ソース拡散層、ドレイン拡散層及びゲート電極上にチタン(Ti)膜を堆積し、次に、このチタン膜とソース拡散層、ドレイン拡散層及びゲート電極をそれぞれ反応させてチタンシリサイド膜(C49相)を形成し、その後、C49相をC54相に相転移させてチタンシリサイド膜(C54相)を形成することが記載されている。チタンシリサイド膜はC49相よりもC54相の方が低抵抗である。
Conventionally, metal silicide is formed for the purpose of reducing the resistance of the source, drain, and gate electrode. For example, in
ところで、アナログ回路を備える半導体装置は、その抵抗値や容量値を調整するためにトリミング回路が形成されている場合が多い。また、DRAMなどの記憶回路を備える半導体装置では、不良セルを予備のセルに置き換えるための冗長回路が形成されている場合が多い。半導体装置の製造途中や製造後の検査工程で、トリミング回路や冗長回路に含まれるフューズ(Fuse)素子を選択的に切断することによって、アナログ特性を所望値に合わせ込んだり、歩留まりの低下を抑制したりすることができる。 By the way, a semiconductor device including an analog circuit often has a trimming circuit formed in order to adjust its resistance value and capacitance value. In many cases, a semiconductor device including a memory circuit such as a DRAM is provided with a redundant circuit for replacing a defective cell with a spare cell. By selectively cutting fuse elements included in the trimming circuit and redundant circuit during the manufacturing process of semiconductor devices and in the post-manufacturing process, analog characteristics are adjusted to desired values and yield reduction is suppressed. You can do it.
また、上記のフューズ素子には、例えばポリシリサイドが用いられる。シリサイドとは、金属とシリコンとの化合物のことである。ポリシリサイドを用いたフューズ素子は電流を流すことによって溶断するが、ポリシリサイドが高抵抗の場合は電流が流れにくく、その溶断が難しくなる。従って、ポリシリサイドを用いたフューズ素子では、シリサイドの高抵抗化を抑制する必要があった。 For example, polysilicide is used for the fuse element. Silicide is a compound of metal and silicon. A fuse element using polysilicide is blown by passing a current. However, when the polysilicide has a high resistance, current does not flow easily, and the fusing is difficult. Therefore, in the fuse element using polysilicide, it is necessary to suppress the increase in resistance of the silicide.
しかしながら、半導体装置の微細化に伴ってフューズ素子の微細化も進展しつつある。シリサイドを微細化すると、シリサイドの抵抗値のばらつきが大きくなるという課題があった。
図16は、本発明者が行った実験結果であり、チタンシリサイド膜のシート抵抗と長さ(L)との関係を示す図である。図16の横軸はシート抵抗(Ω/□)であり、縦軸はシート抵抗の累積度数(%)を示す。この実験に用いたチタンシリサイド膜の平面視による形状(以下、平面形状)は矩形であり、その長さ(L)は0.7μm、4.2μm及び200μmの3種類である。また、各チタンシリサイドの幅(W)は何れも0.35μmである。
However, with the miniaturization of semiconductor devices, miniaturization of fuse elements is also progressing. When the silicide is miniaturized, there is a problem that the variation in the resistance value of the silicide increases.
FIG. 16 is a result of an experiment conducted by the present inventor and is a diagram showing a relationship between the sheet resistance and the length (L) of the titanium silicide film. In FIG. 16, the horizontal axis represents the sheet resistance (Ω / □), and the vertical axis represents the cumulative frequency (%) of the sheet resistance. The shape of the titanium silicide film used in this experiment in plan view (hereinafter referred to as planar shape) is a rectangle, and the length (L) is three types of 0.7 μm, 4.2 μm, and 200 μm. Each titanium silicide has a width (W) of 0.35 μm.
図16に示すように、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは、L=200μm、4.2μm、0.7μmの順で大きくなることが確認された。特に、L=0.7μm(微小パターン)のチタンシリサイド膜は、シート抵抗のばらつきが大きく、アウトライヤーの発生(即ち、標準値から外れること)が確認された。
微小パターンのチタンシリサイド膜でアウトライヤーが発生する理由(メカニズム)は明らかではないが、本発明者は以下のように考えている。
As shown in FIG. 16, it was confirmed that the variation in sheet resistance of the titanium silicide film increases in the order of L = 200 μm, 4.2 μm, and 0.7 μm. In particular, the titanium silicide film of L = 0.7 μm (micropattern) has a large variation in sheet resistance, and the occurrence of outliers (ie, deviating from the standard value) was confirmed.
Although the reason (mechanism) that the outlier is generated in the finely patterned titanium silicide film is not clear, the present inventor thinks as follows.
図17は、本発明者が考えるアウトライヤーの発生メカニズムを示す模式図である。例えば、チタンシリサイド膜(C54相)は、シリコン上にチタン膜を形成する工程と、第1の熱処理により、チタンシリサイド膜(C49相)を形成する工程と、第2の熱処理により、チタンシリサイド膜をC49相からC54相に相転移させる工程とを経て形成される。 FIG. 17 is a schematic diagram showing an outlier generation mechanism considered by the present inventors. For example, the titanium silicide film (C54 phase) is formed by a step of forming a titanium film on silicon, a step of forming a titanium silicide film (C49 phase) by a first heat treatment, and a second heat treatment. Through a phase transition from C49 phase to C54 phase.
C49相からC54相に相転移させる工程では、第2の熱処理を開始すると、C49相中にC54相の核が発生する。そして、第2の熱処理の処理時間が経過するにつれて、C54相の核の周りのC49相が、C54相へ転移する。
ここで、図17(a)に示すように、大きいパターン(W:小、L:大)のチタンシリサイド膜300は面積が大きいため、C54相の核320が存在する。これに対して、図17(b)に示すように、微小パターン(W:小、L:小)のチタンシリサイド膜310は、C54相の核320が存在するパターンと存在しないパターンとに分かれ、核320が存在するパターンでは相転移が生じ、核が存在しないパターンでは相転移は生じない。このような理由から、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは微小パターンになるほど大きくなる、と本発明者は考えている。
In the phase transition process from the C49 phase to the C54 phase, when the second heat treatment is started, nuclei of the C54 phase are generated in the C49 phase. Then, as the processing time of the second heat treatment elapses, the C49 phase around the C54 phase nucleus transitions to the C54 phase.
Here, as shown in FIG. 17A, since the
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、微小パターンの場合でもチタンシリサイド膜の抵抗値のばらつきを低減できるようにしたフューズ素子の製造熱処理方法及び半導体装置の製造方法、チタンシリサイド膜の製造方法の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and a method of manufacturing a heat treatment of a fuse element and a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing variation in the resistance value of the titanium silicide film even in the case of a minute pattern. Another object is to provide a method for manufacturing a titanium silicide film.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るフューズ素子の製造方法は、ノンドープのフューズ用シリコン膜上にチタン膜を形成する工程と、チタン膜とフューズ用シリコン膜とに第1の熱処理を施して、フューズ用シリコン膜上にC49相のチタンシリサイド膜を形成する工程と、チタンシリサイド膜に第2の熱処理を施して、チタンシリサイド膜をC49相からC54相に相転移させる工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a fuse element according to an aspect of the present invention includes a step of forming a titanium film on a non-doped fuse silicon film, and a first process for forming a titanium film and a fuse silicon film. Performing a heat treatment to form a C49 phase titanium silicide film on the fuse silicon film; and performing a second heat treatment on the titanium silicide film to cause the titanium silicide film to transition from the C49 phase to the C54 phase; It is characterized by having.
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記のフューズ素子の製造方法を実行する工程、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るチタンシリサイド膜の製造方法は、ノンドープのシリコン膜上にチタン膜を形成する工程と、チタン膜とシリコン膜とに第1の熱処理を施して、シリコン膜上にC49相のチタンシリサイド膜を形成する工程と、チタンシリサイド膜に第2の熱処理を施して、チタンシリサイド膜をC49相からC54相に相転移させる工程と、を有することを特徴とする。
The manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the process of performing said manufacturing method of a fuse element, It is characterized by the above-mentioned.
A method for manufacturing a titanium silicide film according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a titanium film over a non-doped silicon film, a first heat treatment on the titanium film and the silicon film, and a C49 phase on the silicon film. And a step of subjecting the titanium silicide film to a second heat treatment to cause the titanium silicide film to transition from the C49 phase to the C54 phase.
本発明の別の態様に係るフューズ素子の製造方法は、ノンドープのフューズ用シリコン膜上にチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜と前記フューズ用シリコン膜とに第1の熱処理を施して、前記フューズ用シリコン膜上にチタンシリサイド膜を形成する工程と、前記チタンシリサイド膜に、前記第1の熱処理よりも高い温度で第2の熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする。 A method of manufacturing a fuse element according to another aspect of the present invention includes a step of forming a titanium film on a non-doped fuse silicon film, and performing a first heat treatment on the titanium film and the fuse silicon film, Forming a titanium silicide film on the fuse silicon film; and subjecting the titanium silicide film to a second heat treatment at a temperature higher than that of the first heat treatment.
以下、本発明に係る各実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<第1実施形態>
(構造)
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例を示す断面図である。まず始めに、半導体装置100の構造について説明する。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
<First Embodiment>
(Construction)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. First, the structure of the
図1に示すように、この半導体装置100は、シリコン(Si)基板1と、シリコン基板1のトランジスタ領域に形成されたMOSトランジスタ10と、シリコン基板1のフューズ領域に形成されたフューズ素子50とを備える。図1では、MOSトランジスタ10及びフューズ素子50をそれぞれ1個ずつ記載しているが、例えば、MOSトランジスタ10及びフューズ素子50はそれぞれが複数個ずつ形成されている。また、半導体装置100は、シリコン基板1に形成された素子分離層3と、シリコン基板1上に形成されてMOSトランジスタ10及びフューズ素子50を覆う層間絶縁膜81と、シリコン基板1上に形成されて層間絶縁膜81を厚さ方向に貫くコンタクト電極83、84と、層間絶縁膜81上に形成された配線層93、94と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
素子分離層3によって、シリコン基板1のトランジスタ領域とフューズ領域との間が電気的に分離されている。また、フューズ領域では、シリコン基板1とフューズ素子50との間にも素子分離層3が形成されており、フューズ素子50とシリコン基板1との間が素子分離層3により絶縁されている。また、コンタクト電極83によってMOSトランジスタ10と配線層93との間が電気的に接続されている。同様に、コンタクト電極84によってフューズ素子50と配線層94との間が電気的に接続されている。
The
MOSトランジスタ10は、シリコン基板1上に形成されたゲート絶縁膜11と、ゲート絶縁膜11上に形成されたゲート電極13と、ゲート電極13の両側下に形成されたLDD構造のソース層15及びドレイン層16と、ゲート電極13の側面に形成されたサイドウォール17と、ゲート電極13上、ソース層15上及びドレイン層16上にそれぞれ形成されたチタンシリサイド(TiSi2)膜22と、を有する。
The
フューズ素子50は、素子分離層3上に形成されたフューズポリシリコン膜51と、フューズポリシリコン膜51上に形成されたチタンシリサイド(TiSi2)膜62と、フューズ素子50の側面に形成されたサイドウォール53と、を有する。フューズポリシリコン膜51は、ノンドープのポリシリコン膜からなり、フューズ素子の形状にパターニングされている。また、フューズポリシリコン膜51上に形成されたチタンシリサイド膜62の結晶構造、及び、前述のトランジスタ領域に形成されたチタンシリサイド膜22の結晶構造は、それぞれ低抵抗のC54相(面心斜方晶)である。C54相は、高抵抗なC49相(底心斜方晶)が形成され、その後、このC49相が熱処理により相転移したものである。
The
(製造方法)
次に、図1に示した半導体装置100の製造方法について説明する。
図2(a)〜図5(c)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図2(a)に示すように、まず始めに、シリコン基板1を用意する。次に、例えばLOCOS(local oxidation of silicon)法により、シリコン基板1に素子分離層3を形成する。なお、素子分離層3の形成方法はLOCOS法に限定されるものではない。素子分離層3はSTI(shallow trench isolation)法で形成してもよい。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the
FIG. 2A to FIG. 5C are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps. As shown in FIG. 2A, first, a
次に、シリコン基板1上にゲート絶縁膜11を形成する。ゲート絶縁膜11の形成方法は、例えばシリコン基板の熱酸化である。そして、ゲート絶縁膜11を覆うようにシリコン基板1上にノンドープポリシリコン膜を形成する。ノンドープポリシリコン膜の形成方法は、例えばLPCVD(low pressure chemical vapor deposition)法である。ノンドープポリシリコン膜の膜厚は、例えば3500Å程度である。なお、ノンドープポリシリコン膜とは、N型不純物(即ち、ドナー)やP型不純物(即ち、アクセプタ)がドープされていない真性シリコン膜のことである。ノンドープポリシリコン膜における不純物の濃度は、1×1016atom/cm3以下である。
Next, a
次に、このノンドープポリシリコン膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングによってパターニングする。これにより、図2(b)に示すように、ゲート電極13を形成すると同時に、フューズポリシリコン膜51を形成する。
次に、図2(c)に示すように、フォトリソグラフィによって、フューズ領域を覆い、トランジスタ領域を開口する形状のレジストパターン101をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターン101をマスクにN型不純物(又は、P型不純物)をシリコン基板1にイオン注入する。これにより、ゲート電極13と、ゲート電極13の両側下のシリコン基板1とにN型不純物(又は、P型不純物)をそれぞれ低濃度に導入する。なお、フューズポリシリコン膜51の上面及び側面はレジストパターン101で覆われているので、フューズポリシリコン膜51には不純物は導入されず、ノンドープの状態が維持される。このイオン注入後、レジストパターン101を除去する。
Next, this non-doped polysilicon film is patterned by photolithography and dry etching. As a result, as shown in FIG. 2B, the
Next, as shown in FIG. 2C, a resist
次に、シリコン基板1上にCVD法等によってシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜をエッチバックする。これにより、図3(a)に示すように、ゲート電極13の側面にサイドウォール17を形成すると同時に、フューズポリシリコン膜51の側面にサイドウォール53を形成する。
次に、フューズ領域を覆い、トランジスタ領域を開口する形状のレジストパターン103をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターン103をマスクにN型不純物(又は、P型不純物)をシリコン基板1にイオン注入する。これにより、ゲート電極13と、ゲート電極13からみてサイドウォール17よりも外側のシリコン基板1とにN型不純物(又は、P型不純物)を高濃度に導入する。なお、フューズポリシリコン膜51の上面及び側面はレジストパターン103で覆われているので、フューズポリシリコン膜51には不純物は導入されず、ノンドープの状態が維持される。その後、レジストパターン103を除去する。
Next, a silicon oxide film is formed on the
Next, a resist
次に、図3(b)に示すように、シリコン基板1上にサリサイドブロック(セルフアラインシリサイド・ブロック)膜105を形成する。例えば、サリサイドブロック膜105はシリコン酸化膜であり、その形成はCVD法で行う。サリサイドブロック膜105を形成した後、シリコン基板1に熱処理を施して、シリコン基板1等に既に導入された不純物を活性化させる。これにより、図3(b)に示すように、LDD構造のソース層15、ドレイン層16をそれぞれ形成する。なお、この不純物の活性化は、サリサイドブロック膜105の形成後ではなく、サリサイドブロック膜105の形成前に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a salicide block (self-aligned silicide block)
次に、フォトリソグラフィによってサリサイドブロック膜105をパターニングし、図3(c)に示すように、シリコン基板1上をサリサイドブロック膜105で選択的に覆う。ここでは、後述のサリサイド工程でシリサイドを形成しない領域にはサリサイドブロック膜105を残し、シリサイドを形成する領域からはサリサイドブロック膜105を除去する。
Next, the
次に、図4(a)に示すように、フューズポリシリコン膜51とその周辺の領域を開口し、それ以外の領域(トランジスタ領域を含む)を覆う形状のレジストパターン107をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターン107をマスクに、フューズポリシリコン膜51に希ガス元素をイオン注入する。これにより、フューズポリシリコン膜51のノンドープの状態を維持しつつ、フューズポリシリコン膜51の少なくとも上側部分をアモルファス化する。例えば、希ガス元素としてアルゴン(Ar)をフューズポリシリコン膜51にイオン注入する。Arの注入条件は、注入エネルギー(即ち、加速エネルギー)が30keV、ドーズ量が1×1014atom/cm2以上である。その後、図4(b)に示すように、シリコン基板1上からレジストパターン107を除去する。
Next, as shown in FIG. 4A, a resist
次に、図4(c)に示すように、シリコン基板1上にチタン(Ti)膜109を形成する。チタン膜109の厚さは例えば550Å程度であり、その形成方法はスパッタ法である。
次に、チタン膜109が形成されたシリコン基板1に第1の熱処理を施して、サリサイドブロック膜105下から露出しているシリコン(即ち、ゲート電極13、ソース層15、ドレイン層16及びノンドープのフューズポリシリコン膜51)とチタン膜109とを化学反応させる(サリサイド工程)。第1の熱処理の処理条件は、例えば窒素雰囲気中、600℃以上700℃以下、40秒以上80秒以下である。
Next, as shown in FIG. 4C, a titanium (Ti)
Next, the
これにより、図5(a)に示すように、トランジスタ領域のゲート電極13上と、ソース層15上及びドレイン層16上にそれぞれC49相のチタンシリサイド(C49−TiSi2)膜21を自己整合的に形成すると同時に、フューズ領域のフューズポリシリコン膜51上にC49相のチタンシリサイド(C49−TiSi2)膜61を自己整合的に形成する。
As a result, as shown in FIG. 5A, the C49-phase titanium silicide (C49-TiSi 2 )
即ち、トランジスタ領域では、シリコン(ゲート電極13、ソース層15及びドレイン層16)とチタン膜109とが反応して、シリコンとチタン膜109の境界に跨るようにC49相のチタンシリサイド層21が形成される。また、これと同時に、フューズ領域では、シリコン(フューズポリシリコン51)とチタン膜109とが反応して、シリコンとチタン膜109との境界に跨るようにC49相のチタンシリサイド層61が形成される。換言すると、トランジスタ領域ではシリコンの上側部分がC49相のチタンシリサイド層21となり、これと同時に、フューズ領域ではシリコンの上側部分がC49相のチタンシリサイド層61となる。
That is, in the transistor region, silicon (
その後、図5(b)に示すように、サリサイド工程で反応せずに残ったチタン膜(未反応チタン膜)をウエットエッチングして、除去する。このウエットエッチングには、例えばAPM洗浄液(NH4OH/H2O2/H2O)を用いる。
次に、未反応チタン膜を除去した後のシリコン基板1に第2の熱処理を施して、トランジスタ領域のチタンシリサイド膜21をC49相からC54相へ相転移させると同時に、フューズ領域のチタンシリサイド膜61をC49相からC54相へ相転移させる。第2の熱処理の処理条件は、例えば窒素雰囲気中、800℃以上900℃以下、40秒以上80秒以下である。なお、第2の熱処理の温度は、第1の熱処理の温度よりも高い。
After that, as shown in FIG. 5B, the titanium film remaining without reacting in the salicide process (unreacted titanium film) is removed by wet etching. For this wet etching, for example, an APM cleaning solution (NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) is used.
Next, the
これにより、図5(c)に示すように、トランジスタ領域のチタンシリサイド(C49−TiSi2)膜21は、C54相のチタンシリサイド(C54−TiSi2)膜22に変化する。また、これと同時に、フューズ領域のチタンシリサイド(C49−TiSi2)膜61も、C54相のチタンシリサイド(C54−TiSi2)膜62に変化する。ここで、フューズ領域のチタンシリサイド膜61は、ノンドープで、しかも、少なくとも上側部分がアモルファス化されたポリシリコン膜からなる。これにより、トランジスタ領域のチタンシリサイド膜21と比べて、フューズ領域のチタンシリサイド膜61はC49相からC54相へ相転移が促進される。その後、図1に示した層間絶縁膜81、コンタクト電極83、84、配線層93、94を順次形成して、図1に示した半導体装置100が完成する。
As a result, as shown in FIG. 5C, the titanium silicide (C49-TiSi 2 )
なお、本実施形態では、C49相のチタンシリサイド膜21、61を形成した後で、又は、C54相のチタンシリサイド膜22、62を形成した後で、サリサイドブロック膜105をシリコン基板1上から除去してもよい。または、サリサイドブロック膜105をシリコン基板1上にそのまま残しておいてもよい。図5(c)及び図1では、層間絶縁膜81を形成する前にサリサイドブロック膜105をシリコン基板1上から除去した場合を示している。
In this embodiment, the
また、図1に示した配線層94を形成した後で、複数個のフューズ素子50の中から任意のフューズ素子50を選択する。そして、選択されたフューズ素子50に電流を流して溶断する。これにより、半導体装置100の電気的特性を所望の値に合わせ込むことができる。或いは、半導体装置100に不良回路、不良セル等が存在する場合は、これらを冗長回路、冗長セルに置換することができる。
この第1実施形態では、フューズポリシリコン膜51が本発明の「フューズ用シリコン膜」に対応している。また、Arが本発明の「希ガス元素」に対応している。さらに、レジストパターン101、103が本発明の「保護膜」に対応している。
In addition, after the
In the first embodiment, the
(第1実施形態の効果)
本発明の第1実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)上述したように、図4(c)の工程では、フューズポリシリコン膜51上にチタン膜109を形成する。そして、図5(a)の工程では、第1の熱処理により、フューズポリシリコン膜51とチタン膜109とを反応させて、C49相のチタンシリサイド膜を形成する。
(Effect of 1st Embodiment)
The first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) As described above, in the process of FIG. 4C, the
ここで、チタン膜109と反応するフューズポリシリコン膜51がノンドープであること、及び、少なくとも上側部分がアモルファス化されることにより、C54相への相転移が進み易いC49相のチタンシリサイド膜61が形成される。上記のノンドープとアモルファス化によりC54相への相転移が進み易くなる理由(メカニズム)は明らかではない。本発明者は、上記のノンドープとアモルファス化により、チタンシリサイド膜61はC54相の核が発生し易い(即ち、C54相の核密度が増加し易い)膜質に形成されるのではないか、と考えている。チタンシリサイド膜61に第2の熱処理を施すと、その膜中でC54相の核が多数発生し、熱処理の時間が経過するにつれてC54相の核の周りのC49相がC54相に相転移し、やがて膜全体がC54相に均一化される。これにより、低抵抗で、抵抗値のばらつきが小さいC54相のチタンシリサイド膜62を形成することができる。なお、本発明者は実験を行って、この低抵抗と抵抗値のばらつき低減の効果を確認した。実験結果は、後述の実施例で示す。
Here, the
(2)また、C49相からC54相へ効率よく相転移させることができるため、フューズポリシリコン膜51が微小パターン(例えば、平面形状が矩形で、長さ(L)が0.7μm、幅(W)が0.35μmなど)の場合でも、各微小パターンにC54相のチタンシリサイド膜62を形成することができる。これにより、フューズ素子を再現性高く溶断することができるので、半導体装置の歩留まり向上に寄与することができる。
(2) Since the phase transition from the C49 phase to the C54 phase can be efficiently performed, the
(3)また、図4(a)に示す工程では、フューズポリシリコン膜51を露出させた状態(即ち、スルー膜なしの状態)で、フューズポリシリコン膜51に希ガス元素をイオン注入し、フューズポリシリコン膜の少なくとも上側部分をアモルファス化している。後述の実施例で説明するように、スルー膜なしで希ガス元素をイオン注入することにより、フューズポリシリコン膜上に形成されるC54相のチタンシリサイド膜の抵抗値のばらつきを低減することが可能である。
(3) In the step shown in FIG. 4A, a rare gas element is ion-implanted into the
<第2実施形態>
上記の第1実施形態では、図4(a)に示したように、フューズポリシリコン膜51を露出させた状態(即ち、スルー膜なしの状態)で、フューズポリシリコン膜51にArをイオン注入する場合を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。フューズポリシリコン膜51の上面及び側面をスルー膜で覆った状態(即ち、スルー膜ありの状態)で、フューズポリシリコン膜51に希ガス元素をイオン注入してもよい。
Second Embodiment
In the first embodiment, as shown in FIG. 4A, Ar is ion-implanted into the
(製造方法)
図6(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
図6(a)において、サリサイドブロック膜105を形成する工程までは、第1実施形態と同じである。第2実施形態では、サリサイドブロック膜105を形成した後で、図6(b)に示すように、フューズポリシリコン膜51とその周辺の領域を開口し、それ以外の領域(トランジスタ領域を含む)を覆う形状のレジストパターン137をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターン137をマスクに、サリサイドブロック膜105を介してフューズポリシリコン膜51に希ガス元素をイオン注入する。つまり、サリサイドブロック膜105をスルー膜に用い、スルー膜ありの状態でフューズポリシリコン膜51に希ガス元素をイオン注入する。
(Production method)
6A to 6C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
In FIG. 6A, the process up to the step of forming the
例えば、希ガス元素としてArをイオン注入する場合、その注入条件は、注入エネルギーが85keV、ドーズ量が1×1014atom/cm2以上である。第2実施形態では、サリサイドブロック膜105を介してフューズポリシリコン膜51にArをイオン注入するため、第1実施形態と比べて、Arの注入エネルギーを高めに設定する。サリサイドブロック膜105の膜厚は、例えば500Åである。このような方法であっても、フューズポリシリコン膜51をノンドープの状態に維持しつつ、フューズポリシリコン膜51の少なくとも上側部分をアモルファス化することができる。その後、図6(c)に示すように、シリコン基板1上からレジストパターン137を除去する。
For example, when Ar is ion-implanted as a rare gas element, the implantation conditions are an implantation energy of 85 keV and a dose of 1 × 10 14 atoms / cm 2 or more. In the second embodiment, since Ar is ion-implanted into the
次に、図3(c)に示したように、サリサイドブロック膜105をパターニングする。
そして、これ以降の工程は、第1実施形態と同様である。即ち、図4(c)に示したように、チタン膜109を形成する。そして、第1の熱処理により、トランジスタ領域にC49相のチタンシリサイド膜21を自己整合的に形成すると同時に、フューズ領域にC49相のチタンシリサイド膜61を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the
The subsequent steps are the same as in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 4C, the
次に、未反応チタン膜を除去する。そして、第2の熱処理により、C49相のチタンシリサイド膜21、61をC54相に相転移させる。その後、図1に示した層間絶縁膜81、コンタクト電極83、84、配線層93、94を順次形成して、半導体装置100が完成する。
この第2実施形態では、サリサイドブロック膜105が本発明の「スルー膜」に対応している。その他の対応関係は第1実施形態と同じである。
Next, the unreacted titanium film is removed. Then, the C49 phase
In the second embodiment, the
(第2実施形態の効果)
本発明の第2実施形態は、第1実施形態の効果(1)(2)と同様の効果を奏する。
<変形例>
(1)上記の第1、第2実施形態では、フューズ用シリコン膜にイオン注入する希ガス元素としてArを例示した。しかしながら、本発明において、フューズ用シリコン膜にイオン注入する希ガス元素はArに限定されない。フューズ用シリコン膜にイオン注入する希ガス元素は、例えば、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などでもよい。この場合も、フューズ用シリコン膜をノンドープの状態に維持しつつ、フューズ用シリコン膜の少なくとも上側部分をアモルファス化することができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
The second embodiment of the present invention has the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment.
<Modification>
(1) In the first and second embodiments described above, Ar is exemplified as a rare gas element to be ion-implanted into the fuse silicon film. However, in the present invention, the rare gas element ion-implanted into the fuse silicon film is not limited to Ar. The rare gas element to be ion-implanted into the fuse silicon film may be, for example, neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe), or the like. Also in this case, at least the upper part of the fuse silicon film can be made amorphous while maintaining the fuse silicon film in a non-doped state.
(2)また、上記の第2実施形態では、イオン注入のスルー膜として、フューズポリシリコン膜105の上面及び側面をサリサイドブロック膜105で覆う場合を例示した。しかしながら、本発明において、スルー膜を介してフューズ用シリコン膜に希ガス元素をイオン注入する場合、スルー膜はフューズ用シリコン膜の少なくとも上面を覆っていればよい。即ち、スルー膜を介してフューズ用シリコン膜に希ガス元素をイオン注入する場合、フューズ用シリコン膜の側面はスルー膜から露出していてもよい。この場合も、フューズ用シリコン膜をノンドープの状態に維持しつつ、フューズ用シリコン膜の少なくとも上側部分をアモルファス化することができる。
(2) In the second embodiment, the case where the upper surface and the side surface of the
(3)なお、本発明では、第1、第2実施形態で示したように、フューズ用シリコン膜に希ガス元素をイオン注入する工程を実行することが好ましい。その理由は、フューズ用シリコン膜上に形成されるチタンシリサイド膜の抵抗値のばらつきを著しく低減できるからである。
但し、後述の実施例で示すように、Arのイオン注入工程を省いた場合でも、フューズシリコン膜がノンドープであれば、チタンシリサイド膜の抵抗値のばらつきをある程度は低減することができる。従って、フューズ用シリコン膜に希ガス元素をイオン注入する工程を省いてもよく、この工程を省いた態様も本発明の範囲に含まれる。
(3) In the present invention, as shown in the first and second embodiments, it is preferable to execute a step of ion-implanting a rare gas element into the fuse silicon film. This is because the variation in resistance value of the titanium silicide film formed on the fuse silicon film can be remarkably reduced.
However, as shown in the examples described later, even when the Ar ion implantation step is omitted, if the fuse silicon film is non-doped, variation in the resistance value of the titanium silicide film can be reduced to some extent. Therefore, the step of ion-implanting a rare gas element into the fuse silicon film may be omitted, and an aspect in which this step is omitted is also included in the scope of the present invention.
次に、本発明の実施例として、本発明者が行った実験とその結果について説明する。
(1)スルー膜なしの場合
まず、フューズポリシリコン膜に対してスルー膜なしでArをイオン注入した実験の結果について説明する。以下で説明する図7、図8、図10、図11はスルー膜なしでArをイオン注入した実験の結果であるが、これらは次の手順で得たものである。即ち、ノンドープのポリシリコン膜をパターニングしてフューズポリシリコン膜を形成した。次に、Arをイオン注入する場合は、複数のドーズ量条件でフューズポリシリコン膜に対するイオン注入を行った。そして、フューズポリシリコン膜上にチタン膜を形成した。次に、第1の熱処理を行い、続いて未反応のチタン膜を除去し、さらに第2の熱処理を行って、フューズポリシリコン膜上にチタンシリサイド膜を形成した。その後、形成した各チタンシリサイド膜のシート抵抗を測定した。以上の手順を経て、図7、図8、図10、図11を得た。
Next, as an example of the present invention, an experiment conducted by the present inventor and its result will be described.
(1) Case without Through Film First, the result of an experiment in which Ar is ion-implanted without a through film into the fuse polysilicon film will be described. FIG. 7, FIG. 8, FIG. 10, and FIG. 11 described below are the results of experiments in which Ar ions were implanted without a through film. These were obtained by the following procedure. That is, a non-doped polysilicon film was patterned to form a fuse polysilicon film. Next, when ion-implanting Ar, ion implantation was performed on the fuse polysilicon film under a plurality of dose conditions. Then, a titanium film was formed on the fuse polysilicon film. Next, a first heat treatment was performed, followed by removal of the unreacted titanium film, and further a second heat treatment to form a titanium silicide film on the fuse polysilicon film. Thereafter, the sheet resistance of each formed titanium silicide film was measured. Through the above procedure, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 10, and FIG. 11 were obtained.
図7は、ノンドープのフューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/0.7μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をArのドーズ量別に示す図である。図7において、横軸はシート抵抗[Ω/□]を示し、縦軸は累積度数[%]を示す。
図8は、ノンドープのフューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/4.2μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をArのドーズ量別に示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the cumulative frequency distribution of sheet resistance according to the dose amount of Ar for a titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 0.7 μm) formed on a non-doped fuse polysilicon film. In FIG. 7, the horizontal axis represents the sheet resistance [Ω / □], and the vertical axis represents the cumulative frequency [%].
FIG. 8 is a diagram showing the cumulative frequency distribution of sheet resistance according to the dose amount of Ar for a titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 4.2 μm) formed on a non-doped fuse polysilicon film.
図7及び図8に示すように、ノンドープのフューズポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arをイオン注入しない場合(即ち、Arなし)と比べて、シート抵抗のばらつきが小さくなることを確認した。また、図7と図8とを比較してわかるように、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは、長さ(L)に依存しないことを確認した。
図9(a)及び(b)は、リンイオン(P+)をドープしたフューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/4.2μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をArのドーズ量別に示す図である。図9(b)は図9(a)の枠線で囲む結果を拡大して示す図である。図9(a)及び(b)において、横軸はシート抵抗[Ω/□]を示し、縦軸は累積度数[%]を示す。図9(a)及び(b)は、次の手順で得たものである。
As shown in FIGS. 7 and 8, when Ar is ion-implanted into the non-doped fuse polysilicon film, the variation in sheet resistance is smaller than when Ar is not ion-implanted (that is, without Ar). confirmed. Further, as can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. 8, it was confirmed that the variation in the sheet resistance of the titanium silicide film does not depend on the length (L).
FIGS. 9A and 9B show the cumulative frequency of sheet resistance of a titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 4.2 μm) formed on a fuse polysilicon film doped with phosphorus ions (P +). It is a figure which shows distribution according to the dose amount of Ar. FIG. 9B is an enlarged view showing the result surrounded by the frame line in FIG. 9A and 9B, the horizontal axis indicates the sheet resistance [Ω / □], and the vertical axis indicates the cumulative frequency [%]. FIGS. 9A and 9B are obtained by the following procedure.
即ち、不純物であるP+をドープしたポリシリコン膜を幅(W)0.35μm、長さ(L)4.2μmにパターニングしてフューズポリシリコン膜を形成した。次に、Arをイオン注入する場合は、複数のドーズ量条件でフューズポリシリコン膜に対するイオン注入を行い、続いて、チタン膜を形成し、これに第1、第2の熱処理を順次施してチタンシリサイド膜を形成した。Arをイオン注入しない場合(即ち、Arなし)は、P+をドープし、かつArを注入していないフューズポリシリコン膜上にチタン膜を形成し、これに第1、第2の熱処理を順次施してチタンシリサイド膜を形成した。そして、これら各チタンシリサイド膜のシート抵抗を測定することによって、図9(a)及び(b)を得た。 That is, a polysilicon film doped with an impurity P + was patterned to a width (W) of 0.35 μm and a length (L) of 4.2 μm to form a fuse polysilicon film. Next, when Ar is ion-implanted, ion implantation is performed on the fuse polysilicon film under a plurality of dose conditions. Subsequently, a titanium film is formed, and first and second heat treatments are sequentially applied to the titanium film. A silicide film was formed. When Ar is not ion-implanted (that is, without Ar), a titanium film is formed on a fuse polysilicon film doped with P + and not implanted with Ar, and first and second heat treatments are sequentially applied thereto. Thus, a titanium silicide film was formed. 9A and 9B were obtained by measuring the sheet resistance of each titanium silicide film.
図9(a)及び(b)に示すように、P+をドープしたフューズポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arを注入しない場合と比べて、シート抵抗のばらつきが大きくなることを確認した。特に、Arのドーズ量が5×1014(5E+14)以上の場合は、シート抵抗のばらつきが大きく、アウトライヤーの発生を確認した。
図10は、フューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/3.5μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をP+ドープの有無別に、及び、Arのドーズ量別に示す図である。
As shown in FIGS. 9A and 9B, it is confirmed that when Ar is ion-implanted into the fuse polysilicon film doped with P +, the variation in sheet resistance is larger than when Ar is not implanted. did. In particular, when the dose amount of Ar was 5 × 10 14 (5E + 14) or more, the variation in sheet resistance was large, and the occurrence of outliers was confirmed.
FIG. 10 shows the cumulative frequency distribution of the sheet resistance of the titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 3.5 μm) formed on the fuse polysilicon film according to the presence or absence of P + doping and the dose of Ar. It is a figure shown separately.
図10に示すように、P+をドープし且つArをイオン注入しない場合(即ち、P+あり、Arなし)は、P+をドープせず且つArをイオン注入しない場合(即ち、P+なし、Arなし)と比べて、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきが大きく、アウトライヤーの発生を確認した。また、この「P+なし、Arなし」は、P+をドープせず且つArをイオン注入する場合(即ち、P+なし、Arあり)と比べて、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは大きいものの、アウトライヤーの発生はないことを確認した。以上から、フューズポリシリコン膜について、ノンドープであることが、チタンシリサイド膜の抵抗値のばらつきを低減する上で極めて重要であることを確認した。 As shown in FIG. 10, when P + is doped and Ar is not ion-implanted (ie, P + is present and Ar is not present), P + is not doped and Ar is not ion-implanted (ie, P + is absent and Ar is not present). Compared with, the sheet resistance variation of the titanium silicide film was large, and the occurrence of outliers was confirmed. In addition, this “no P +, no Ar” is more out of the sheet resistance variation of the titanium silicide film than the case where P + is not doped and Ar is ion-implanted (that is, no P +, Ar is present). It was confirmed that there were no liers. From the above, it has been confirmed that non-doping of the fuse polysilicon film is extremely important in reducing variation in the resistance value of the titanium silicide film.
また、スルー膜なしでノンドープのフューズポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arの注入エネルギーが30keVで、Arのドーズ量が3×1014〜7×1014atom/cm2の範囲内であれば、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきを小さくすることができることを確認した。
図11は、フューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/3.5μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をP+ドープの有無別に、及び、Arの注入エネルギー別に示す図である。なお、図11における「P+あり、Arなし」「P+なし、Arなし」の2つのデータは、図10と同一のデータである。これら2つのデータは、図11に示す他のデータとの比較のために、図11にも記載した。
Further, when Ar is ion-implanted into the non-doped fuse polysilicon film without the through film, the Ar implantation energy is 30 keV and the Ar dose is in the range of 3 × 10 14 to 7 × 10 14 atoms / cm 2 . Then, it was confirmed that variation in sheet resistance of the titanium silicide film can be reduced.
FIG. 11 shows the cumulative frequency distribution of the sheet resistance of the titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 3.5 μm) formed on the fuse polysilicon film according to the presence or absence of P + doping, and the Ar implantation energy. It is a figure shown separately. The two data “P + present, no Ar” and “P + absent, Ar absent” in FIG. 11 are the same data as in FIG. These two data are also shown in FIG. 11 for comparison with the other data shown in FIG.
図11に示すように、スルー膜なしでノンドープのフューズポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arのドーズ量が5×1014atom/cm2で、Arの注入エネルギーが20〜40keVの範囲内であれば、チタンシリサイド膜のシート抵抗にアウトライヤーが発生しないことを確認した。 As shown in FIG. 11, when Ar is ion-implanted into a non-doped fuse polysilicon film without a through film, the Ar dose is 5 × 10 14 atoms / cm 2 and the Ar implantation energy is 20 to 40 keV. If it was within the range, it was confirmed that no outlier was generated in the sheet resistance of the titanium silicide film.
(2)スルー膜ありの場合
次に、フューズポリシリコン膜に対してスルー膜ありでArをイオン注入した実験の結果について説明する。なお、以下に示す図12、図13は、次の手順で得たものである。
即ち、ノンドープのポリシリコン膜をパターニングしてフューズポリシリコン膜を形成した。次に、フューズポリシリコン膜上にスルー膜(SiO2膜、500Å)を形成した。そして、Arをイオン注入する場合は、複数のドーズ量条件でフューズポリシリコン膜に対するイオン注入を行った。その後、スルー膜を除去し、フューズポリシリコン膜上にチタン膜を形成した。次に、第1の熱処理を行い、続いて未反応のチタン膜を除去し、さらに第2の熱処理を行って、フューズポリシリコン膜上にチタンシリサイド膜を形成した。その後、形成した各チタンシリサイド膜のシート抵抗を測定した。以上の手順を経て、図12、図13に示すデータを得た。
(2) Case with Through Film Next, the result of an experiment in which Ar is ion-implanted with a through film into the fuse polysilicon film will be described. Note that FIGS. 12 and 13 shown below are obtained by the following procedure.
That is, a non-doped polysilicon film was patterned to form a fuse polysilicon film. Next, a through film (SiO 2 film, 500 mm) was formed on the fuse polysilicon film. When Ar was ion-implanted, ion implantation was performed on the fuse polysilicon film under a plurality of dose conditions. Thereafter, the through film was removed, and a titanium film was formed on the fuse polysilicon film. Next, a first heat treatment was performed, followed by removal of the unreacted titanium film, and further a second heat treatment to form a titanium silicide film on the fuse polysilicon film. Thereafter, the sheet resistance of each formed titanium silicide film was measured. Through the above procedure, data shown in FIGS. 12 and 13 was obtained.
図12は、フューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/3.5μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をP+ドープの有無別に、及び、Arのドーズ量別に示す図である。
図12に示すように、スルー膜ありの場合も、図10に示したスルー膜なしの場合と同様の結果を得た。即ち、「P+あり、Arなし」は、「P+なし、Arなし」と比べて、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきが大きく、アウトライヤーの発生を確認した。また、この「P+なし、Arなし」は、「P+なし、Arあり」と比べて、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは大きいものの、アウトライヤーの発生はないことを確認した。また、スルー膜ありでノンドープのポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arの注入エネルギーが85keVで、Arのドーズ量が6×1014〜1×1015atom/cm2の範囲内であれば、チタンシリサイド膜のシート抵抗にアウトライヤーが発生しないことを確認した。
FIG. 12 shows the cumulative frequency distribution of the sheet resistance of the titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 3.5 μm) formed on the fuse polysilicon film according to the presence or absence of P + doping and the dose of Ar. It is a figure shown separately.
As shown in FIG. 12, the results with the through film were the same as those without the through film shown in FIG. That is, “P +, no Ar” had a larger variation in the sheet resistance of the titanium silicide film than “P + no, Ar”, confirming the occurrence of outliers. In addition, it was confirmed that “no P +, no Ar” was larger in variation in sheet resistance of the titanium silicide film than “no P +, Ar”, but no outlier was generated. When Ar is ion-implanted into a non-doped polysilicon film with a through film, the Ar implantation energy is 85 keV and the Ar dose is in the range of 6 × 10 14 to 1 × 10 15 atoms / cm 2. If so, it was confirmed that no outlier was generated in the sheet resistance of the titanium silicide film.
図13は、フューズポリシリコン膜上に形成したチタンシリサイド膜(W/L=0.35μm/3.5μm)について、そのシート抵抗の累積度数分布をP+ドープの有無別に、及び、Arの注入エネルギー別に示す図である。スルー膜ありの場合も、図11に示したスルー膜なしの場合と同様の結果を得た。
即ち、図13に示すように、スルー膜ありでノンドープのフューズポリシリコン膜にArをイオン注入する場合は、Arのドーズ量が8×1014atom/cm2で、Arの注入エネルギーが75〜95keVの範囲内であれば、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきを小さくすることができることを確認した。
FIG. 13 shows the cumulative frequency distribution of the sheet resistance of the titanium silicide film (W / L = 0.35 μm / 3.5 μm) formed on the fuse polysilicon film according to the presence or absence of P + doping and the Ar implantation energy. It is a figure shown separately. In the case with the through film, the same result as in the case without the through film shown in FIG. 11 was obtained.
That is, as shown in FIG. 13, when Ar is ion-implanted into a non-doped fuse polysilicon film with a through film, the Ar dose is 8 × 10 14 atoms / cm 2 and the Ar implantation energy is 75 to It was confirmed that the variation in sheet resistance of the titanium silicide film can be reduced within the range of 95 keV.
(3)スルー膜なし/ありの比較
図14は、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきと、Arの注入エネルギーとの関係を示す図である。図14の横軸はArの注入エネルギーを示し、縦軸はチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつき(標準偏差/平均値)を示す。図14に示すように、スルー膜なしの場合のチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは、注入エネルギーが20〜35keVの範囲内では、注入エネルギーに依存しないことを確認した。同様に、スルー膜ありの場合のチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきについても、注入エネルギーが80〜95keVの範囲内では、注入エネルギーに依存しないことを確認した。さらに、スルー膜なしの場合の方が、スルー膜ありの場合よりも、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきが小さいことを確認した。
(3) Comparison with / without Through Film FIG. 14 is a diagram showing the relationship between variation in sheet resistance of the titanium silicide film and Ar implantation energy. The horizontal axis of FIG. 14 shows the Ar implantation energy, and the vertical axis shows the variation (standard deviation / average value) of the sheet resistance of the titanium silicide film. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the variation in sheet resistance of the titanium silicide film without the through film does not depend on the implantation energy within the range of 20 to 35 keV. Similarly, it was confirmed that the variation in sheet resistance of the titanium silicide film with the through film was not dependent on the implantation energy within the range of 80 to 95 keV. Furthermore, it was confirmed that the sheet resistance variation of the titanium silicide film was smaller in the case without the through film than in the case with the through film.
図15は、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきと、Arのドーズ量との関係を示す図である。図15の横軸はArのドーズ量を示し、縦軸はチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつき(標準偏差/平均値)を示す。図15に示すように、スルー膜なしの場合のチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきは、Arのドーズ量が3.0×1014〜5.0×1014atom/cm2の範囲内では、ドーズ量に依存しないことを確認した。同様に、スルー膜ありの場合のチタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきについても、Arのドーズ量が6.0×1014〜1.0×1015atom/cm2の範囲内では、ドーズ量に依存しないことを確認した。
図14、図15から、スルー膜なしの場合の方が、スルー膜ありの場合よりも、チタンシリサイド膜のシート抵抗のばらつきが小さいことを確認した。
〔その他〕
本発明は、以上に記載した各実施形態や変形例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態や変形例に設計の変更等を加えてもよく、そのような変更等が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the variation in sheet resistance of the titanium silicide film and the dose of Ar. The horizontal axis of FIG. 15 indicates the dose amount of Ar, and the vertical axis indicates the variation in sheet resistance (standard deviation / average value) of the titanium silicide film. As shown in FIG. 15, the variation in the sheet resistance of the titanium silicide film without the through film is as follows when the dose amount of Ar is in the range of 3.0 × 10 14 to 5.0 × 10 14 atoms / cm 2 . It was confirmed that it did not depend on the dose. Similarly, regarding the variation in the sheet resistance of the titanium silicide film with the through film, the dose is reduced when the Ar dose is in the range of 6.0 × 10 14 to 1.0 × 10 15 atoms / cm 2. Confirmed that it does not depend.
From FIG. 14 and FIG. 15, it was confirmed that the sheet resistance variation of the titanium silicide film was smaller in the case without the through film than in the case with the through film.
[Others]
The present invention is not limited to the embodiments and modifications described above. Based on the knowledge of those skilled in the art, design changes or the like may be added to each embodiment or modification, and an aspect in which such changes or the like are added is also included in the scope of the present invention.
1 シリコン基板
3 素子分離層
10 MOSトランジスタ
11 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
15 ソース層
16 ドレイン層
17 サイドウォール
21 チタンシリサイド(C49−TiSi2)膜
22 チタンシリサイド(C54−TiSi2)膜
50 フューズ素子
51 ノンドープのフューズポリシリコン膜
53 サイドウォール
61 チタンシリサイド(C49−TiSi2)膜
62 チタンシリサイド(C54−TiSi2)膜
81 層間絶縁膜
83、84 コンタクト電極
93、94 配線層
100 半導体装置
101、103、107、137 レジストパターン
105 サリサイドブロック膜
109 チタン膜
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記チタン膜と前記フューズ用シリコン膜とに第1の熱処理を施して、前記フューズ用シリコン膜上にC49相のチタンシリサイド膜を形成する工程と、
前記チタンシリサイド膜に第2の熱処理を施して、前記チタンシリサイド膜を前記C49相からC54相に相転移させる工程と、を有するフューズ素子の製造方法。 Forming a titanium film on the non-doped fuse silicon film;
Subjecting the titanium film and the fuse silicon film to a first heat treatment to form a C49 phase titanium silicide film on the fuse silicon film;
Applying a second heat treatment to the titanium silicide film to cause the titanium silicide film to transition from the C49 phase to the C54 phase.
前記フューズ用シリコン膜に希ガス元素をイオン注入して、該フューズ用シリコン膜の少なくとも上側部分をアモルファス化する工程、をさらに有する請求項1に記載のフューズ素子の製造方法。 Between the step of forming the fuse silicon film and the step of forming the titanium silicide film,
The method for manufacturing a fuse element according to claim 1, further comprising a step of ion-implanting a rare gas element into the fuse silicon film to amorphize at least an upper portion of the fuse silicon film.
前記フューズ用シリコン膜の上面を露出させた状態で該フューズ用シリコン膜に前記希ガス元素をイオン注入する請求項2に記載のフューズ素子の製造方法。 In the step of ion-implanting the rare gas element into the fuse silicon film,
The method for manufacturing a fuse element according to claim 2, wherein the rare gas element is ion-implanted into the fuse silicon film with the upper surface of the fuse silicon film exposed.
前記フューズ用シリコン膜の少なくとも上面をスルー膜で覆った状態で該フューズ用シリコン膜に前記希ガス元素をイオン注入する請求項2に記載のフューズ素子の製造方法。 In the step of ion-implanting the rare gas element into the fuse silicon film,
3. The method of manufacturing a fuse element according to claim 2, wherein the noble gas element is ion-implanted into the fuse silicon film in a state where at least an upper surface of the fuse silicon film is covered with a through film.
前記第1の熱処理で前記フューズ用シリコン膜と反応しなかった未反応チタン膜を前記チタンシリサイド膜上から除去する工程、をさらに有する請求項1から請求項4の何れか一項に記載のフューズ素子の製造方法。 Between the step of applying the first heat treatment and the step of applying the second heat treatment,
5. The fuse according to claim 1, further comprising: removing an unreacted titanium film that has not reacted with the fuse silicon film in the first heat treatment from the titanium silicide film. Device manufacturing method.
前記希ガス元素としてアルゴンを用い、且つ該アルゴンの注入量を1×1014atom/cm2以上とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載のフューズ素子の製造方法。 In the step of ion-implanting the rare gas element into the fuse silicon film,
The method for manufacturing a fuse element according to any one of claims 1 to 5, wherein argon is used as the rare gas element, and an injection amount of the argon is set to 1 × 10 14 atoms / cm 2 or more.
前記不純物をイオン注入する工程では、前記フューズ用シリコン膜の上面及び側面を保護膜で覆った状態で前記不純物をイオン注入する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 A step of ion-implanting impurities toward the main surface side of the semiconductor substrate on which the fuse silicon film is formed between the start and end of the fuse manufacturing method,
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the step of ion-implanting the impurity, the impurity is ion-implanted in a state where an upper surface and a side surface of the silicon film for fuse are covered with a protective film.
前記チタン膜と前記シリコン膜とに第1の熱処理を施して、前記シリコン膜上にC49相のチタンシリサイド膜を形成する工程と、
前記チタンシリサイド膜に第2の熱処理を施して、前記チタンシリサイド膜を前記C49相からC54相に相転移させる工程と、を有するチタンシリサイド膜の製造方法。 Forming a titanium film on the non-doped silicon film;
Performing a first heat treatment on the titanium film and the silicon film to form a C49 phase titanium silicide film on the silicon film;
Applying a second heat treatment to the titanium silicide film to cause the titanium silicide film to transition from the C49 phase to the C54 phase.
前記チタン膜と前記フューズ用シリコン膜とに第1の熱処理を施して、前記フューズ用シリコン膜上にチタンシリサイド膜を形成する工程と、
前記チタンシリサイド膜に、前記第1の熱処理よりも高い温度で第2の熱処理を施す工程と、を有するフューズ素子の製造方法。 Forming a titanium film on the non-doped fuse silicon film;
Applying a first heat treatment to the titanium film and the fuse silicon film to form a titanium silicide film on the fuse silicon film;
Applying a second heat treatment to the titanium silicide film at a temperature higher than that of the first heat treatment.
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