JP3334692B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3334692B2
JP3334692B2 JP28360899A JP28360899A JP3334692B2 JP 3334692 B2 JP3334692 B2 JP 3334692B2 JP 28360899 A JP28360899 A JP 28360899A JP 28360899 A JP28360899 A JP 28360899A JP 3334692 B2 JP3334692 B2 JP 3334692B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に半導体装置の不純物濃度が高いゲート電
極及び拡散層上においても自己整合的にシリサイド膜を
形成するサリサイド技術を使用して電極を形成する半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a self-aligned silicide film on a gate electrode and a diffusion layer having a high impurity concentration in a semiconductor device by using a salicide technique. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device to be formed.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のゲート電極及び拡散層上に
自己整合的にシリサイド膜を形成するシリサイド技術
(自己整合シリサイド、Self Align Silicide、サリサ
イド)においては、ゲート電極及び拡散層上に、膜厚が
均一で、かつ低く安定した電気抵抗を有するシリサイド
膜を形成することが重要である。このため、シリサイド
膜の比抵抗が低く、p型及びn型の両シリコン(Si)
に対して適切なショットキー障壁高さを有するコバルト
(Co)を使用したサリサイド技術が採用されている。
2. Description of the Related Art In a silicide technique (self-aligned silicide, Self Align Silicide, salicide) for forming a silicide film in a self-alignment manner on a gate electrode and a diffusion layer of a semiconductor device, a film thickness is formed on the gate electrode and the diffusion layer. It is important to form a silicide film which is uniform and has a low and stable electric resistance. Therefore, the specific resistance of the silicide film is low, and both p-type and n-type silicon (Si)
A salicide technique using cobalt (Co) having an appropriate Schottky barrier height is adopted.

【0003】しかしながら、半導体装置の微細化にとも
なってゲート電極及び拡散層表面の不純物濃度が高くな
り、かつパターン寸法も微細化しているため、抵抗が低
いダイシリサイドに相転移する温度が高くなり、シリサ
イド化熱処理時におけるCoの酸化による高抵抗化、p
−n接合リーク特性の劣化及びシリサイド膜の凝集等の
問題が生じてゲート電極及び拡散層上に自己整合的にシ
リサイド膜を形成することが難しくなってきた。
However, with the miniaturization of semiconductor devices, the impurity concentration on the surface of the gate electrode and the diffusion layer has been increased, and the pattern size has also been miniaturized. High resistance by oxidation of Co during silicidation heat treatment, p
Problems such as deterioration of the -n junction leak characteristic and aggregation of the silicide film have occurred, and it has become difficult to form the silicide film on the gate electrode and the diffusion layer in a self-aligned manner.

【0004】そこで、K. Goto et al, Technical Diges
t of IEEE International ElectronDevice Meeting 199
5 (IEDM95), p449 (1995)には、Co上に表面を保護す
る金属膜を堆積し、ゲート電極及び拡散層上に自己整合
的にシリサイド膜を選択的に形成する方法が開示されて
いる(従来例1)。図5は、従来例1に記載の半導体装
置の製造方法をその工程順に示す断面図である。
Accordingly, K. Goto et al, Technical Diges
t of IEEE International Electron Device Meeting 199
5 (IEDM95), p449 (1995) discloses a method of depositing a metal film for protecting the surface on Co and selectively forming a silicide film in a self-aligned manner on the gate electrode and the diffusion layer. (Conventional example 1). FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device described in Conventional Example 1 in the order of steps.

【0005】図5(a)に示すように、シリコン基板1
01上の所定の領域に、MOSFET(Metal Oxide Se
miconductor Field Effect:金属−酸化膜−半導体電界
効果型トランジスタ)110を形成する。MOSFET
110は、先ず、シリコン基板101の表面に溝埋め込
み構造のシリコン酸化膜からなる素子分離領域102を
形成する。次に、素子分離領域102により区画された
素子領域の半導体基板101上にゲート酸化膜103を
介してゲートシリコン膜104を形成する。そして、リ
ソグラフィ技術及びエッチング技術によりゲート電極を
パターン形成する。その後、シリコン酸化膜を堆積し、
ゲート電極が露出するまで異方性エッチングしてサイド
ウォール105を形成し、このサイドウォール106及
びゲートシリコン膜104をマスクに不純物イオンを注
入し、ソース・ドレイン領域である拡散層106を形成
する。このように、MOSFET110は、既知の材料
及び方法を使用して形成されたものである。そして、こ
のMOSFET110のゲートシリコン膜104及び拡
散層106上にダイシリサイドを形成する。
[0005] As shown in FIG.
01, a MOSFET (Metal Oxide Se
A conductor field effect (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 110 is formed. MOSFET
At 110, first, an element isolation region 102 made of a silicon oxide film having a trench filling structure is formed on the surface of a silicon substrate 101. Next, a gate silicon film 104 is formed on the semiconductor substrate 101 in the element region partitioned by the element isolation region 102 with a gate oxide film 103 interposed therebetween. Then, a gate electrode is patterned by a lithography technique and an etching technique. After that, a silicon oxide film is deposited,
A sidewall 105 is formed by anisotropic etching until the gate electrode is exposed, and impurity ions are implanted using the sidewall 106 and the gate silicon film 104 as a mask to form a diffusion layer 106 as a source / drain region. Thus, MOSFET 110 is formed using known materials and methods. Then, a disilicide is formed on the gate silicon film 104 and the diffusion layer 106 of the MOSFET 110.

【0006】先ず、図5(b)に示すように、MOSF
ET110上に第1Co膜107aをスパッタ法により
膜厚が10nmとなるように形成する。続いて、この第
1Co膜107aの上に窒化チタン(TiN)膜109
をスパッタ法により膜厚が30nmとなるように形成す
る。このTiN膜109はCoのシリサイド化熱処理時
の酸化を防止することを目的として形成される。
[0006] First, as shown in FIG.
A first Co film 107a is formed on the ET110 by a sputtering method so as to have a thickness of 10 nm. Subsequently, a titanium nitride (TiN) film 109 is formed on the first Co film 107a.
Is formed by sputtering to have a thickness of 30 nm. This TiN film 109 is formed for the purpose of preventing oxidation during the heat treatment for silicidation of Co.

【0007】次に、図5(c)に示すように、ランプ急
速加熱法(rapid thermal anneal(RTA))により、
窒素雰囲気中においてシリコン基板101を熱処理温度
が550℃、処理時間が30秒の第1の熱処理を施すこ
とにより、ゲートシリコン膜104及び拡散層106の
表面部と第1Co膜107aとを反応させ、CoとSi
との反応層であるCoxSiy膜108a(x≧y)をゲ
ートシリコン膜104上及び拡散層106上に自己整合
的に形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (c), a rapid thermal anneal (RTA)
By subjecting the silicon substrate 101 to a first heat treatment at a heat treatment temperature of 550 ° C. and a treatment time of 30 seconds in a nitrogen atmosphere, the surface portions of the gate silicon film 104 and the diffusion layer 106 react with the first Co film 107a, Co and Si
Forming a self-aligned manner on Co x Si y film 108a (x ≧ y) of the gate silicon layer 104 and on the diffusion layer 106 is a reaction layer with.

【0008】続いて、図5(d)に示すように、TiN
膜109及びMOSFET110上に残っている未反応
の第1Co膜をウェットエッチング法により順次除去し
た後、ランプ急速加熱法により、窒素雰囲気中で熱処理
温度が750乃至900℃、処理時間が30秒の第2の
熱処理を施して、ゲートシリコン膜104及び拡散層1
06表面上のCoxSiy膜108aを熱的及び組成的に
安定で、低抵抗のコバルト・ダイシリサイド(CoSi
2)膜108bに相転移させる。このように、熱処理時
のCo酸化防止膜としてTiN膜109を第1Co膜1
07a上に形成した後、シリサイド膜を形成することに
より、Co膜の酸化の防止を図っている。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, TiN
After the unreacted first Co film remaining on the film 109 and the MOSFET 110 is sequentially removed by a wet etching method, a heat treatment temperature of 750 to 900 ° C. and a treatment time of 30 seconds in a nitrogen atmosphere are performed by a ramp rapid heating method. 2 is performed to form the gate silicon film 104 and the diffusion layer 1.
The Co x Si y film 108a on the surface of the No. 06 surface is thermally and compositionally stable, and has a low resistance cobalt disilicide (CoSi
2 ) A phase transition is made to the film 108b. As described above, the TiN film 109 is used as the first Co film 1 as the Co oxidation prevention film during the heat treatment.
After formation on the layer 07a, a silicide film is formed to prevent oxidation of the Co film.

【0009】また、半導体装置上にCo膜又はTi膜を
堆積し、熱処理温度及び雰囲気を規制して、半導体装置
上に低抵抗の高融点金属シリサイドを形成する技術が開
示されている(特開平8−264482号公報、特許2
785810号公報等:従来例2)。特開平8−264
482号公報に記載の技術によれば、半導体装置上にC
o膜及びその上層のTiN膜を成膜した後、第1の熱処
理により選択的にコバルトシリサイド膜を形成し、その
後、CoSi膜を低抵抗化するための第2の熱処理に加
え、更に第2の熱処理より高い温度の第3の熱処理を行
う。第2の熱処理だけでは高融点金属シリサイド膜直下
のpn接合における逆方向リーク特性がばらついていた
が、第3の熱処理によりこの逆方向リーク特性が改善さ
れる。
Further, a technique has been disclosed in which a Co film or a Ti film is deposited on a semiconductor device, and a heat treatment temperature and an atmosphere are regulated to form a low-resistance high-melting-point metal silicide on the semiconductor device (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9-26139). JP-A-8-264482, Patent 2
785810, etc .: Conventional example 2). JP-A-8-264
According to the technology described in Japanese Patent Publication No.
After forming an O film and a TiN film thereon, a cobalt silicide film is selectively formed by a first heat treatment, and then a second heat treatment for lowering the resistance of the CoSi film is performed. A third heat treatment at a temperature higher than that of the heat treatment is performed. The reverse heat leakage characteristic at the pn junction immediately below the refractory metal silicide film varies only by the second heat treatment, but the third heat treatment improves the reverse leakage characteristic.

【0010】一方、K.Inoue et al,Technical Digital
of IEEE International Electron Device Meeting 1995
(IEDM95), pp445 (1995)には、CoとSiとの間の反応
性を高くすることにより、熱処理時のCoの酸化を防止
し、シート抵抗の低減を可能とする技術が開示されてい
る(従来例3)。図6は従来例3に記載の半導体装置の
製造方法をその工程順に示す断面図である。
On the other hand, K. Inoue et al, Technical Digital
of IEEE International Electron Device Meeting 1995
(IEDM95), pp445 (1995) discloses a technique for preventing the oxidation of Co during heat treatment and reducing the sheet resistance by increasing the reactivity between Co and Si. (Conventional example 3). FIG. 6 is a sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device described in Conventional Example 3 in the order of steps.

【0011】先ず、図6(a)に示すように、シリコン
基板101上の所定の領域に、既知の材料及び方法に
て、素子分離領域102、ゲート酸化膜103、ゲート
シリコン膜104、サイドウォール105及び拡散層1
06より構成されるMOSトランジスタ120を形成す
る。
First, as shown in FIG. 6A, in a predetermined region on a silicon substrate 101, an element isolation region 102, a gate oxide film 103, a gate silicon film 104, a side wall are formed by a known material and method. 105 and diffusion layer 1
The MOS transistor 120 composed of the MOS transistor 06 is formed.

【0012】そして、図6(b)に示すプロセス・シー
ケンスにより、図6(c)に示すように、シリコン基板
を加熱しながら膜厚が10nmの第1Co膜107aを
スパッタ法により形成し、続いて真空状態を保ったま
ま、シリコン基板に熱処理を施して、Coとシリコンと
の反応によりCoxSiy膜108a(x≧y)を形成す
る。即ち、経過時間t1までMOSトランジスタ120
の基板を昇温し、経過時間t1乃至t2の間スパッタす
ることにより第1Co膜107aを堆積し、その後、経
過時間t3まで基板を加熱する。
Then, according to the process sequence shown in FIG. 6B, as shown in FIG. 6C, a first Co film 107a having a thickness of 10 nm is formed by sputtering while heating the silicon substrate. While maintaining a vacuum state, the silicon substrate is subjected to a heat treatment to form a Co x Si y film 108a (x ≧ y) by a reaction between Co and silicon. That is, the MOS transistor 120 until the elapsed time t1
The first Co film 107a is deposited by elevating the temperature of the substrate and performing sputtering for the elapsed time t1 to t2, and thereafter, the substrate is heated until the elapsed time t3.

【0013】次に、図6(d)に示すように、ランプ急
速加熱法により、窒素雰囲気中においてシリコン基板1
01に第1の熱処理を施すことにより、ゲートシリコン
膜104及び拡散層106の表面部と第1Co膜107
aとの反応を更に促進させる。続いて、素子分離領域及
びサイドウォール上に残っている未反応の第1Co膜を
ウェットエッチング法により順次除去した後、ランプ急
速加熱法により、窒素雰囲気中で第2の熱処理を施し
て、ゲートシリコン膜104及び拡散層106の表面を
CoSi2膜108bに相転移させる。
Next, as shown in FIG. 6D, the silicon substrate 1 is heated in a nitrogen atmosphere by a lamp rapid heating method.
01 is subjected to the first heat treatment, so that the surface portions of the gate silicon film 104 and the diffusion layer 106 and the first Co film 107 are formed.
Further promote the reaction with a. Subsequently, after the unreacted first Co film remaining on the element isolation region and the sidewalls is sequentially removed by wet etching, a second heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere by a lamp rapid heating method to form a gate silicon. The surfaces of the film 104 and the diffusion layer 106 undergo a phase transition to the CoSi 2 film 108b.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1の技術では、Co膜の上層には、内部応力が高く、熱
膨張係数が小さいTiN膜を形成するため、CoとSi
とが反応する際の体積変化に起因する応力を緩和するこ
とができず、局所的に過剰な反応(スパイク)が発生し
て接合リーク特性を劣化させるという問題点がある。
However, according to the technique of the prior art 1, since a TiN film having a high internal stress and a small thermal expansion coefficient is formed on the upper layer of the Co film, Co and Si are formed.
However, there is a problem that the stress caused by the change in volume when reacting with the metal cannot be relaxed and an excessive reaction (spike) occurs locally to deteriorate the junction leak characteristic.

【0015】また、従来例2及び従来例3の技術では、
デバイスの微細化が更に進行し、空乏化を防ぐことを目
的として、ゲート及び拡散層表面の不純物濃度を更に高
くする必要が生じた場合、CoとSiとの反応性は更に
低下するため、熱処理時のCoの酸化が無視できないよ
うになる。そのため、高い表面不純物濃度が要求される
微細な半導体装置への適用に際して問題がある。即ち、
これらの方法も上述したように、Coの酸化による高抵
抗化、p−n接合リーク特性の劣化及びシリサイド膜の
凝集等の問題点を根本的に解決することができない。
[0015] Further, in the techniques of Conventional Examples 2 and 3,
If the miniaturization of the device further progresses and it becomes necessary to further increase the impurity concentration on the surface of the gate and the diffusion layer in order to prevent depletion, the reactivity between Co and Si further decreases. The oxidation of Co at the time cannot be ignored. Therefore, there is a problem in application to a fine semiconductor device requiring a high surface impurity concentration. That is,
As described above, these methods cannot fundamentally solve problems such as high resistance due to oxidation of Co, deterioration of pn junction leak characteristics, and aggregation of a silicide film.

【0016】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、低抵抗かつ安定した電気特性を有するシリ
サイド膜を、微細で不純物濃度が高いゲート電極及び拡
散層上においても、デバイス特性に劣化を生じることな
く、自己整合的に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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and is intended to provide a silicide film having a low resistance and stable electric characteristics even on a fine gate electrode and a diffusion layer having a high impurity concentration. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be formed in a self-aligned manner without causing deterioration.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本願発明に係る半導体装
置の製造方法は、シリコン基板上の素子領域の所定領域
にゲート絶縁膜、ゲート電極、前記ゲート電極側面のサ
イドウォール及びソース・ドレイン領域となる拡散層を
含むトランジスタを形成する工程と、前記拡散層及び前
記ゲート電極上に選択的にシリサイド膜を形成する工程
と、を有し、前記シリサイド膜形成工程は、前記シリコ
ン基板を加熱しながら第1金属膜を間欠的に堆積した
後、前記第1金属膜上に窒化チタン(TiN)又はタン
グステン(W)からなる第2金属膜を形成し、前記第1
金属膜の堆積温度よりも高温で熱処理することにより前
記拡散層及び前記ゲート電極上にシリサイド膜を形成す
ることを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate insulating film, a gate electrode, a sidewall on a side surface of the gate electrode and source / drain regions are formed in a predetermined region of an element region on a silicon substrate. Forming a transistor including a diffusion layer, and selectively forming a silicide film on the diffusion layer and the gate electrode, wherein the silicide film formation step includes heating the silicon substrate. After intermittently depositing the first metal film, titanium nitride (TiN) or tan is deposited on the first metal film.
Forming a second metal film made of gustene (W) ;
A heat treatment is performed at a temperature higher than the deposition temperature of the metal film to form a silicide film on the diffusion layer and the gate electrode.

【0020】本発明においては、拡散層及びゲート電極
上にシリサイド膜を形成するための第1金属膜を間欠的
に複数回に分けて形成するため、第1金属膜を成膜し終
わるときには第1金属膜と拡散層及びゲート電極との間
に中間反応層が選択的に形成されている。従って、第1
金属膜上面に酸化防止の膜として第2金属膜を形成した
後、シリコン基板を加熱しても、第2金属膜の下には中
間反応層が既に形成されているため、第1金属膜の体積
変化が殆どなく、第2金属膜内部に応力が発生しない。
従って、この内部応力の集中によって第1金属膜と拡散
層又はゲート電極との反応が不均一になり接合リーク特
性を劣化させることがなく、また、この第2金属膜によ
り、その下の第1金属膜及び中間反応層の酸化を防止す
ることができ、第1金属膜と拡散層及びゲート電極との
反応性を更に向上させることができる。
In the present invention, the first metal film for forming the silicide film on the diffusion layer and the gate electrode is formed intermittently in a plurality of times. (1) An intermediate reaction layer is selectively formed between the metal film, the diffusion layer, and the gate electrode. Therefore, the first
After the second metal film is formed on the upper surface of the metal film as an antioxidant film, even if the silicon substrate is heated, the intermediate reaction layer has already been formed under the second metal film. There is almost no change in volume, and no stress is generated inside the second metal film.
Therefore, the concentration of the internal stress does not cause a non-uniform reaction between the first metal film and the diffusion layer or the gate electrode, thereby deteriorating the junction leakage characteristic. The oxidation of the metal film and the intermediate reaction layer can be prevented, and the reactivity of the first metal film with the diffusion layer and the gate electrode can be further improved.

【0021】また、前記熱処理は、前記第1金属膜の堆
積温度よりも高い温度で第1の熱処理をする工程と、こ
の第1の熱処理における未反応の前記第1金属膜を除去
する工程と、第1熱処理の温度より高い温度で第2の熱
処理をする工程とを有し、これにより前記拡散層及び前
記ゲート電極上にダイシリサイド膜を形成してもよい。
The heat treatment includes a step of performing a first heat treatment at a temperature higher than a deposition temperature of the first metal film, and a step of removing the unreacted first metal film in the first heat treatment. And performing a second heat treatment at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment, whereby a disilicide film may be formed on the diffusion layer and the gate electrode.

【0022】更に、前記第1金属膜は、チタン(T
i)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる
群より選択された1種の金属とすることができる。
Further, the first metal film is made of titanium (T
i), one kind of metal selected from the group consisting of cobalt (Co) and nickel (Ni).

【0023】更にまた、前記第1金属膜は、スパッタ法
又は化学的気相成長法のいずれかの方法により形成する
ことができる。
Further, the first metal film can be formed by any one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体装置の製造方法について、添付の図面を参照して具体
的に説明する。図1及び図2は本発明の第1の実施例に
係る半導体装置の製造方法をその工程順に示す断面図で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【0026】図1(a)に示すように、シリコン基板1
の表面に素子分離領域2が形成され、複数の素子領域が
形成されている。この素子領域には、ソース・ドレイン
領域となる拡散層6が選択的に形成され、この拡散層6
に囲まれた領域上にゲート酸化膜3及びその上層のゲー
ト電極となるゲートシリコン膜4が形成されており、そ
のゲート酸化膜3及びゲートシリコン膜4の側面にサイ
ドウォール5が形成されてMOSトランジスタ10が構
成されている。
As shown in FIG. 1A, a silicon substrate 1
The element isolation region 2 is formed on the surface of the substrate, and a plurality of element regions are formed. In this element region, a diffusion layer 6 serving as a source / drain region is selectively formed.
A gate oxide film 3 and a gate silicon film 4 serving as a gate electrode thereabove are formed on the region surrounded by. The side wall 5 is formed on the side surface of the gate oxide film 3 and the gate silicon film 4 to form a MOS. The transistor 10 is configured.

【0027】このようなMOSトランジスタ10の製造
方法としては、先ず、シリコン基板1の表面に溝埋め込
み構造のシリコン酸化膜からなる素子分離領域2をその
厚さが例えば300乃至400nm、幅が例えば200
乃至500nm程度になるように形成する。なお、素子
分離領域2はLOCOS(Local Oxidation of Silico
n;選択酸化)法を使用して形成してもよい。次に、素
子分離領域2により区画された素子領域の半導体基板1
上に膜厚が例えば3nm程度のゲート酸化膜3を介して
膜厚が例えば100乃至250nmのシリコン膜を形成
する。そして、リソグラフィ技術及びエッチング技術に
より幅が例えば100乃至250nm程度、膜厚が例え
ば100乃至150nm程度のゲート電極であるゲート
シリコン膜4をパターン形成する。その後、厚さが例え
ば80乃至100nm程度のシリコン酸化膜を堆積し、
ゲートシリコン膜4が露出するまで異方性エッチングし
てサイドウォール5を形成する。そして、ゲートシリコ
ン膜4及びサイドウォール5をマスクとして不純物イオ
ンを注入し、ソース・ドレイン領域となる拡散層6を形
成する。このように、MOSトランジスタ10は、既知
の材料及び方法を使用して形成されたものである。
As a method for manufacturing such a MOS transistor 10, first, an element isolation region 2 made of a silicon oxide film having a trench filling structure is formed on the surface of a silicon substrate 1 by a thickness of, for example, 300 to 400 nm and a width of, for example, 200.
To about 500 nm. Note that the element isolation region 2 is a LOCOS (Local Oxidation of Silico).
n; selective oxidation). Next, the semiconductor substrate 1 in the element region partitioned by the element isolation region 2
A silicon film having a thickness of, for example, 100 to 250 nm is formed thereon via a gate oxide film 3 having a thickness of, for example, about 3 nm. Then, a gate silicon film 4 as a gate electrode having a width of, for example, about 100 to 250 nm and a film thickness of, for example, about 100 to 150 nm is formed by lithography and etching. Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 80 to 100 nm is deposited,
The sidewall 5 is formed by anisotropic etching until the gate silicon film 4 is exposed. Then, impurity ions are implanted by using the gate silicon film 4 and the sidewalls 5 as a mask to form a diffusion layer 6 serving as a source / drain region. As described above, the MOS transistor 10 is formed using known materials and methods.

【0028】次に、このMOSトランジスタ10のゲー
トシリコン膜4及び拡散層6に選択的にシリサイド膜を
形成するため、シリコン基板1に間欠的にCo膜を堆積
する。なお、シリサイド膜を形成するための金属として
は、Ti又はNiを使用してもよい。間欠的にCo膜を
堆積するためには、図1(b)に示すプロセス・シーケ
ンスにより、スパッタ装置に間欠的に電圧を印加する。
図1(b)において、横軸は経過時間、縦軸はスパッタ
ーパワーを示す。先ず、スパッタ装置内における経過時
間t0までに基板を加熱昇温し、例えば200乃至40
0℃の温度に保持した状態のシリコン基板1上に、経過
時間t0乃至t1の間に膜厚が例えば5nmの第1Co
膜7aを堆積し、経過時間t1乃至t2の間スパッタを
休止した後、経過時間t2乃至t3の間に膜厚が例えば
5nmの第2Co膜7bを堆積し、スパッタプロセスを
終了する。なお、経過時間t1乃至t2のスパッタを休
止する時間は、例えば5乃至60秒程度である。
Next, in order to selectively form a silicide film on the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 of the MOS transistor 10, a Co film is intermittently deposited on the silicon substrate 1. Note that Ti or Ni may be used as a metal for forming the silicide film. In order to intermittently deposit a Co film, a voltage is intermittently applied to the sputtering apparatus according to the process sequence shown in FIG.
In FIG. 1B, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents sputter power. First, the substrate is heated and heated by an elapsed time t0 in the sputtering apparatus, for example, 200 to 40.
On the silicon substrate 1 held at a temperature of 0 ° C., a first Co having a thickness of, for example, 5 nm is formed during the elapsed time t0 to t1.
After the film 7a is deposited and the sputtering is stopped for the elapsed time t1 to t2, the second Co film 7b having a thickness of, for example, 5 nm is deposited for the elapsed time t2 to t3, and the sputtering process is terminated. The time for stopping the sputtering during the elapsed time t1 to t2 is, for example, about 5 to 60 seconds.

【0029】第1Co膜7aの堆積が終了した経過時間
t1においては、堆積した第1Co膜のCoとゲートシ
リコン膜4及び拡散層6のSiとは殆ど反応していない
が、スパッタ休止後の経過時間t2においては、Coと
Siとの反応が進行し、図1(c)に示すように、ゲー
トシリコン膜4及び拡散層6上には選択的にCoとSi
との中間反応層であるCoxSiy膜(x≧y)8aが形
成される。
At the elapsed time t1 when the deposition of the first Co film 7a is completed, Co of the deposited first Co film and Si of the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 hardly react with each other. At time t2, the reaction between Co and Si proceeds, and as shown in FIG. 1C, Co and Si are selectively deposited on the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6.
Then, a Co x Si y film (x ≧ y) 8a, which is an intermediate reaction layer between them, is formed.

【0030】そして、第2Co膜の堆積が終了する経過
時間t3では、図2(a)に示すように、CoxSiy
(x≧y)8a上に第2Co膜7bが堆積されている。
Then, at the elapsed time t3 when the deposition of the second Co film is completed, as shown in FIG. 2A, the second Co film 7b is deposited on the Co x Si y film (x ≧ y) 8a. .

【0031】このように、Co膜を間欠的に堆積して半
導体基板1上に膜厚が薄いCo膜を複数回に分けて形成
することにより、CoとSiとの反応が、従来のように
Co膜を1回で成膜するよりも促進され、表面不純物濃
度が高く微細なパターンにおいても耐酸化性が高いCo
−Si中間反応層を形成することができる。
As described above, by intermittently depositing a Co film and forming a thin Co film on the semiconductor substrate 1 in a plurality of times, the reaction between Co and Si is reduced as in the prior art. Co is promoted rather than forming a Co film at one time, and has high surface impurity concentration and high oxidation resistance even in a fine pattern.
A -Si intermediate reaction layer can be formed.

【0032】これは、Co−Siの反応初期過程ではC
oが拡散種となるが、堆積するCo膜の膜厚が薄いほ
ど、そのCo膜中の空孔濃度及び格子欠陥の密度が高く
なり、これらがCoの拡散のパスとなって両者の反応が
起こりやすくなるからである。
This is because in the initial stage of the reaction of Co—Si, C
Although o becomes a diffusion species, the thinner the film thickness of the Co film to be deposited, the higher the vacancy concentration and the density of lattice defects in the Co film. This is because it easily occurs.

【0033】その後、図2(b)に示すように、ランプ
急速加熱法により、窒素雰囲気中においてシリコン基板
1に第1Co膜7a及び第2Co膜7bをスパッタ成膜
したときの基板温度よりも高い温度である第1の熱処理
を施すことにより、ゲートシリコン膜4及び拡散層6の
表面とCoとの反応を更に促進させる。続いて、第1の
熱処理における未反応の第2Co膜7b及び第1Co膜
7aをウェットエッチング法により順次除去する。その
後、ランプ急速加熱法により、窒素雰囲気中において第
1の熱処理よりも高い温度である第2の熱処理を施し、
ゲートシリコン膜4及び拡散層6上に形成されているC
xSiy膜をCoSi2膜8bに相転移させる。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the substrate temperature is higher than the substrate temperature when the first Co film 7a and the second Co film 7b are formed on the silicon substrate 1 by sputtering in a nitrogen atmosphere by a rapid lamp heating method. By performing the first heat treatment at the temperature, the reaction between the surface of the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 and Co is further promoted. Subsequently, the unreacted second Co film 7b and first Co film 7a in the first heat treatment are sequentially removed by a wet etching method. Thereafter, a second heat treatment at a higher temperature than the first heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere by a lamp rapid heating method,
C formed on the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6
The o x Si y film is phase transition CoSi 2 film 8b.

【0034】また、本実施例において、上述の製造方法
ではCo−Si間の反応が起こりにくく、熱処理時の酸
化によって低いシート抵抗が得にくい場合等に、第2C
o膜7b上に、TiN又はWからなる酸化防止膜を設け
た後、第1の熱処理を行うことができる。
In the present embodiment, when the reaction between Co-Si hardly occurs in the above-mentioned manufacturing method and a low sheet resistance is hardly obtained by oxidation during heat treatment, the second C
After providing an oxidation preventing film made of TiN or W on the o film 7b, a first heat treatment can be performed.

【0035】従来例1の技術等では、Co上にTiN膜
を形成するとCo−Si反応時の体積変化に起因する応
力を緩和できず、局所過剰反応が起こるという問題点が
あったが、本実施例では第1の熱処理をする前の段階に
おいて、Co−Si中間反応層が形成されているため、
その上層に例えばTiN膜を形成して熱処理しても、T
iN膜下層のCo膜は既にSiと中間反応層を形成して
いるため、CoとSiとの反応が進行してもその体積変
化が少ない。そのため、応力の影響を受けにくく、局所
過剰反応は起こらない。
In the technique of Conventional Example 1, if a TiN film is formed on Co, the stress caused by the volume change during the Co-Si reaction cannot be relaxed, and there is a problem that a local excessive reaction occurs. In the embodiment, since the Co—Si intermediate reaction layer is formed before the first heat treatment,
Even if, for example, a TiN film is formed thereon and heat-treated,
Since the Co film below the iN film has already formed an intermediate reaction layer with Si, its volume change is small even when the reaction between Co and Si proceeds. Therefore, it is hardly affected by the stress, and local overreaction does not occur.

【0036】このように、第1の実施例においては、ス
パッタ装置の電圧を間欠的に印加することにより、トラ
ンジスタ10に選択的にシリサイド膜を形成するための
Co膜を複数回に分けて堆積し、1度に堆積する膜厚を
薄くしてCo膜中の空孔濃度及び格子欠陥の密度を高く
することにより、CoとSiとの反応を起こりやすくし
て、耐酸化性が高いCo−Si中間反応層を選択的に拡
散層及びゲート電極上に形成することができる。従っ
て、シリサイド反応が起こりにくく、高い表面不純物濃
度を有する微細なゲート電極及び拡散層上においても、
シリサイド化熱処理時のCoの酸化を防止でき、低抵抗
で、CoとSiとが均一に反応したシリサイド膜を自己
整合的に形成することができるため、優れた電気特性を
有する半導体装置を製造することができる。
As described above, in the first embodiment, by intermittently applying the voltage of the sputtering apparatus, the Co film for selectively forming the silicide film on the transistor 10 is deposited a plurality of times. By reducing the film thickness deposited at a time to increase the vacancy concentration and the density of lattice defects in the Co film, the reaction between Co and Si is likely to occur, and Co— has high oxidation resistance. The Si intermediate reaction layer can be selectively formed on the diffusion layer and the gate electrode. Therefore, the silicide reaction is unlikely to occur, and even on a fine gate electrode and a diffusion layer having a high surface impurity concentration,
Since oxidation of Co during silicidation heat treatment can be prevented, and a low-resistance silicide film in which Co and Si have uniformly reacted can be formed in a self-aligned manner, a semiconductor device having excellent electric characteristics can be manufactured. be able to.

【0037】また、第2Co膜7bの上に酸化防止のた
めのTiN膜等を形成すれば、Co膜の酸化が更に起こ
りにくくなるため、シリサイド反応が更に起こりにくい
場合においても、選択的にゲートシリコン膜4及び拡散
層6上に安定して低抵抗のシリサイド膜を形成すること
ができる。
If a TiN film or the like for preventing oxidation is formed on the second Co film 7b, the oxidation of the Co film is more difficult to occur, so that even when the silicide reaction is harder to occur, the gate is selectively formed. A low-resistance silicide film can be stably formed on the silicon film 4 and the diffusion layer 6.

【0038】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。本実施例は第1の実施例と同様、シリサイド化す
る金属膜にCoを使用し、第1の実施例よりも更に表面
不純物濃度が高く、微細なパターン上に低抵抗のシリサ
イド膜を形成することができる方法である。また、本実
施例においても、シリサイドを形成する金属としてTi
又はNを使用してもよい。図3及び図4は本実施の半導
体装置の製造方法をその工程順に示す断面図である。な
お、図3及び図4に示す第2の実施例において、図1及
び図2に示す第1の実施例と同一の構成要素には同一の
符号を付してその詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as in the first embodiment, Co is used for the metal film to be silicided, and the surface impurity concentration is higher than in the first embodiment, and a low-resistance silicide film is formed on a fine pattern. That is the way you can. Also in this embodiment, Ti is used as a metal for forming silicide.
Alternatively, N may be used. 3 and 4 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment in the order of steps. In the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0039】先ず、図3(a)に示すように、シリコン
基板1に第1の実施例と同様のMOSトランジスタ10
を形成する。つまり、既知の材料及び方法にてシリコン
基板1の所定領域に、複数の素子分離領域2、ゲート酸
化膜3、ゲートシリコン膜4、ソース・ドレイン領域で
ある拡散層6並びにゲート酸化膜及びゲートシリコン膜
4の側面のサイドウォール5より構成されるMOSトラ
ンジスタ10を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a MOS transistor 10 similar to that of the first embodiment is formed on a silicon substrate 1.
To form That is, a plurality of device isolation regions 2, a gate oxide film 3, a gate silicon film 4, a diffusion layer 6 serving as a source / drain region, and a gate oxide film and a gate silicon film are formed in a predetermined region of the silicon substrate 1 by a known material and method. A MOS transistor 10 including the side wall 5 on the side surface of the film 4 is formed.

【0040】その後、このMOSトランジスタ10のゲ
ートシリコン膜4及び拡散層6上に選択的にダイシリサ
イド膜を形成するために、シリコン基板1上にCo膜を
間欠的に堆積する。間欠的にCo膜を堆積するために
は、図3(b)に示すプロセス・シーケンスにより、ス
パッタ装置に間欠的に電圧を印加する。図3(b)にお
いて、横軸は経過時間、縦軸はスパッターパワーを示
す。これにより例えば200乃至500℃に加熱保持し
たシリコン基板1上に、間欠的にCo膜を堆積すること
ができる。先ず、スパッタリング装置内における経過時
間t0までにMOSトランジスタ10の基板を加熱昇温
し、経過時間t0乃至t1の間に膜厚が例えば4nmの
第1Co膜を堆積し、経過時間t1乃至t2の間にスパ
ッタを休止した後、経過時間t2乃至t3の間に膜厚が
例えば3nmの第2Co膜7bを堆積し、経過時間t3
乃至t4の間に再びスパッタを休止した後、経過時間t
4乃至t5の間に膜厚が例えば3nmの第3Co膜7c
を堆積し、続いて経過時間t5乃至t6の間、真空状態
を保持したままシリコン基板の温度を例えば200乃至
500の温度に保持する。なお、スパッタを休止する経
過時間t1乃至t2及び経過時間t3乃至t4並びにC
o膜成膜後に基板を加熱する経過時間t5乃至t6は、
例えば5乃至30秒間程度である。
Thereafter, in order to selectively form a disilicide film on the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 of the MOS transistor 10, a Co film is intermittently deposited on the silicon substrate 1. In order to intermittently deposit a Co film, a voltage is intermittently applied to the sputtering apparatus according to the process sequence shown in FIG. In FIG. 3B, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the sputter power. Thus, a Co film can be intermittently deposited on the silicon substrate 1 heated and maintained at, for example, 200 to 500 ° C. First, the substrate of the MOS transistor 10 is heated and heated by the elapsed time t0 in the sputtering apparatus, a first Co film having a thickness of, for example, 4 nm is deposited during the elapsed time t0 to t1, and the first Co film is deposited during the elapsed time t1 to t2. After the sputtering is stopped, a second Co film 7b having a thickness of, for example, 3 nm is deposited between the elapsed times t2 and t3, and the elapsed time t3
After the sputtering is stopped again during the period from t4 to t4, the elapsed time t
The third Co film 7c having a thickness of, for example, 3 nm between 4 and t5.
Then, the temperature of the silicon substrate is maintained at, for example, a temperature of 200 to 500 while the vacuum state is maintained for an elapsed time t5 to t6. The elapsed times t1 to t2, the elapsed times t3 to t4, and C
The elapsed time t5 to t6 for heating the substrate after the film formation is
For example, about 5 to 30 seconds.

【0041】第1Co膜形成後の経過時間t1において
は、CoとSiとは殆ど反応していないが、一回目のス
パッタ休止後の経過時間t2ではCoとSiとの反応が
進行し、図3(c)に示すように、ゲートシリコン膜4
及び拡散層6上には両者の中間反応層であるCoxSiy
膜(x≧y)8aが選択的に形成される。
In the elapsed time t1 after the formation of the first Co film, Co and Si hardly reacted with each other. However, in the elapsed time t2 after the first stop of the sputtering, the reaction between Co and Si progressed. As shown in (c), the gate silicon film 4
And Co x Si y, which is an intermediate reaction layer between them, on the diffusion layer 6.
The film (x ≧ y) 8a is selectively formed.

【0042】そして、第2Co膜形成後の経過時間t3
では、図4(a)に示すように、CoxSiy膜(x≧
y)8a上に第2Co膜7bが存在する構造となる。
Then, the elapsed time t3 after the formation of the second Co film is
Then, as shown in FIG. 4A, the Co x Si y film (x ≧
y) The structure is such that the second Co film 7b exists on 8a.

【0043】更に、図4(b)に示すように、2回目の
スパッタ休止後の経過時間t4ではCo−Si反応が進
行し、ゲートシリコン膜4及び拡散層6上のCoxSiy
膜(x≧y)8aの膜厚が増加して、CoxSiy膜(x
≧y)8dとなる。そして、第3Co膜形成後の経過時
間t5では、膜厚が増加したCoxSiy膜(x≧y)8
d上に第3Co膜7cが存在する構造となる。更に、ス
パッタプロセスが終了する経過時間t6では、t5乃至
t6の間の加熱により、Co−Si反応が更に進行して
CoxSiy膜(x≧y)8dの膜厚が更に増加し、膜中
のSiの比率も高くなる。
Further, as shown in FIG. 4 (b), at the elapsed time t4 after the suspension of the second sputtering, the Co-Si reaction proceeds, and the Co x Si y on the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 is formed.
The thickness of the film (x ≧ y) 8a increases, and the Co x Si y film (x
≧ y) 8d. Then, at the elapsed time t5 after the formation of the third Co film, the Co x Si y film (x ≧ y) 8 having the increased thickness is used.
The structure has the third Co film 7c on d. Further, at the elapsed time t6 at which the sputtering process ends, the Co-Si reaction further progresses due to heating during the period from t5 to t6, and the film thickness of the Co x Si y film (x ≧ y) 8d further increases, and The ratio of Si in the inside also increases.

【0044】その後、第1の実施例と同様の方法にて、
ランプ急速加熱法により、窒素雰囲気中においてシリコ
ン基板1に第1Co膜7a、第2Co膜7b及び第3C
o膜7cをスパッタ成膜したときの基板温度よりも高い
温度で第1の熱処理を施すことにより、ゲートシリコン
膜4及び拡散層6の表面とCoとの反応を更に促進させ
る。続いて、この第1の熱処理における未反応の第3C
o膜7c、第2Co膜7b及び第1Co膜7aをウェッ
トエッチング法により順次除去する。その後、図4
(c)に示すように、ランプ急速加熱法により、窒素雰
囲気中において第1の熱処理よりも高い温度で第2の熱
処理を施し、ゲートシリコン膜4及び拡散層6表面に形
成されているCoxSiy膜の中間反応層をCoSi2
8bに相転移させる。なお、CoとSiとのシリサイド
としては、形成温度が350乃至500℃で、斜方晶系
の結晶構造がPbCl2であるCo2Si、形成温度が4
25乃至500℃で、立方晶系の結晶構造がB20のC
oSi及び形成温度が550℃で、立方晶系の結晶構造
がClのCoSi2等のシリサイド相があり、第2の熱
処理によりCo2Si及びCoSi等からなる中間反応
層のCoxSiy膜がCoSi2へ相転移する。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment,
The first Co film 7a, the second Co film 7b, and the third C film 3 are formed on the silicon substrate 1 in a nitrogen atmosphere by a lamp rapid heating method.
By performing the first heat treatment at a temperature higher than the substrate temperature when the o film 7c is formed by sputtering, the reaction between the surfaces of the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 and Co is further promoted. Subsequently, unreacted 3C in the first heat treatment
The o film 7c, the second Co film 7b, and the first Co film 7a are sequentially removed by a wet etching method. Then, FIG.
As shown in (c), a second heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature higher than the first heat treatment by a lamp rapid heating method, and Co x formed on the surfaces of the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 is formed. The phase transition of the intermediate reaction layer of the Si y film is performed to the CoSi 2 film 8b. As the silicide of Co and Si, at formation temperatures of 350 to 500 ° C., the crystal structure of the orthorhombic system is PbCl 2 Co 2 Si, making temperature 4
At 25 to 500 ° C, the cubic crystal structure is B20 C
There is a silicide phase such as CoSi 2 having oSi and a formation temperature of 550 ° C. and a cubic crystal structure of Cl, and the second heat treatment forms a Co x Si y film of an intermediate reaction layer made of Co 2 Si, CoSi, and the like. Phase transition to CoSi 2 .

【0045】このように、スパッタ装置に間欠的に電圧
を印加することにより、Co膜を複数回に分けて形成す
るため、1回で堆積するCo膜の膜厚を薄くすることが
できるので、従来のように一括して10nmのCo膜を
堆積する方法よりも、CoとSiとの反応が促進され、
表面不純物濃度が高く微細なパターンにおいても耐酸化
性が高いCo−Si中間反応層を拡散層及びゲート電極
上に選択的に形成することができる。これは、上述した
ようにCo−Siの反応初期過程ではCoが拡散種とな
るが、Co膜を薄くしてCo膜中の空孔濃度及び格子欠
陥の密度を高くすると、これらがCo−Siの拡散のパ
スとなってCo−Si間の反応が起こりやすいためであ
る。そして、このCo膜中の空孔濃度及び格子欠陥濃度
は、堆積するCo膜厚が薄いほど高くなり、更に第3C
o膜成膜後、続いて真空状態を保持したまま、t5乃至
t6の間熱処理をすることにより、ゲートシリコン膜4
及び拡散層6表面とCoとの反応は第1の実施例よりも
更に促進される。
As described above, by intermittently applying a voltage to the sputtering apparatus, the Co film is formed in a plurality of times, and the thickness of the Co film deposited at one time can be reduced. The reaction between Co and Si is promoted as compared with the conventional method of depositing a 10 nm Co film all at once,
A Co-Si intermediate reaction layer having high oxidation resistance even in a fine pattern having a high surface impurity concentration can be selectively formed on the diffusion layer and the gate electrode. This is because, as described above, Co becomes a diffusion species in the initial stage of the reaction of Co-Si. However, when the Co film is made thinner to increase the vacancy concentration and the density of lattice defects in the Co film, these become Co-Si. This is because a reaction between Co and Si is likely to occur as a diffusion path of the metal. The vacancy concentration and lattice defect concentration in the Co film become higher as the deposited Co film becomes thinner.
After the film formation, the gate silicon film 4 is subjected to a heat treatment from t5 to t6 while maintaining the vacuum state.
The reaction between Co and the surface of the diffusion layer 6 is further promoted as compared with the first embodiment.

【0046】従って、本実施例のようにシリサイド膜を
自己整合的に形成するため、間欠的にスパッタ装置に電
圧を印加して膜厚が薄い膜を複数回に分けて堆積して所
定厚のCo膜を形成し、続いて真空状態を保持したまま
装置内で加熱する方法により、第1の実施例よりも更に
高い不純物濃度を有する微細なパターンにおいても、ゲ
ート電極及び拡散層上のCoとSiとを極めて均一に反
応させ、低抵抗のシリサイド膜を選択的に形成できるた
め、優れた電気特性を有する半導体装置を製造すること
ができる。
Therefore, in order to form the silicide film in a self-aligned manner as in the present embodiment, a voltage is intermittently applied to the sputtering apparatus to deposit a thin film in a plurality of times to form a film having a predetermined thickness. By a method of forming a Co film and subsequently heating the inside of the apparatus while maintaining a vacuum state, even in a fine pattern having a higher impurity concentration than in the first embodiment, the Co on the gate electrode and the diffusion layer can be removed. Since Si and Si can react very uniformly and a low-resistance silicide film can be selectively formed, a semiconductor device having excellent electric characteristics can be manufactured.

【0047】また、本実施例においても、Co膜上に酸
化防止のための膜としてTiN膜又はW膜を形成しても
よい。例えばこの酸化防止の膜としてTiN膜を形成す
るときには、既にCo膜はゲートシリコン膜4及び拡散
層6と反応して中間反応層であるCoxSiy膜を形成し
ているため、Si−Co反応に伴う体積変化に起因する
応力を緩和することができる。従って、Co膜よりも内
部応力が高く熱膨張係数が小さいTiN膜等をCo膜上
層に形成して熱処理を行っても、局所的に過剰な反応が
発生することなく、接合リーク特性を保ったまま低抵抗
で均一性が高いシリサイド膜の形成が可能となる。
Also in this embodiment, a TiN film or a W film may be formed on the Co film as a film for preventing oxidation. For example, when a TiN film is formed as the oxidation preventing film, the Co-Si film has already reacted with the gate silicon film 4 and the diffusion layer 6 to form a Co x Si y film as an intermediate reaction layer. The stress caused by the volume change accompanying the reaction can be reduced. Accordingly, even when a TiN film or the like having a higher internal stress and a smaller thermal expansion coefficient than the Co film is formed on the Co film and heat treatment is performed, the junction leak characteristics are maintained without locally causing excessive reaction. It is possible to form a silicide film with low resistance and high uniformity as it is.

【0048】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、特許請求の範囲に基づく技術的範囲内において、種
々変形することが可能であることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified within the technical scope based on the claims.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半導
体装置の製造方法によれば、シリサイド化する金属膜を
高温に保持されたシリコン基板上に間欠的に複数回に分
けて形成するため、1回に形成する金属膜の膜厚を薄く
することができる。従って、形成した金属膜中の空孔濃
度及び格子間欠陥の濃度が高くなり、これらがゲート電
極及び拡散層のSiと金属膜との拡散のパスとなるた
め、表面不純物が高く微細なパターンを有してシリサイ
ド反応が起こりにくい半導体装置においても、両者の反
応を起こりやすくし、金属膜を間欠的に形成し終わると
きには、ゲート電極及び拡散層と金属膜との間に金属膜
とSiとからなる耐酸化性が高い中間反応層が形成され
る。そして、この中間反応層を熱処理により更に反応さ
せれば、シリサイド化熱処理時の金属膜の酸化を抑制し
つつ金属膜とSiとの反応を促進し、金属膜とSiとが
均一に反応した低抵抗のシリサイド膜を拡散層及びゲー
ト電極上に選択的に形成することができる。
As described above in detail, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a metal film to be silicided is intermittently formed on a silicon substrate held at a high temperature in a plurality of times. Therefore, the thickness of the metal film formed at one time can be reduced. Therefore, the vacancy concentration and the concentration of interstitial defects in the formed metal film are increased, and these become diffusion paths between Si of the gate electrode and the diffusion layer and the metal film. Even in a semiconductor device having a silicide reaction that is unlikely to occur, the reaction between the two is likely to occur, and when the metal film is intermittently formed, the metal film and the Si are interposed between the gate electrode and the diffusion layer and the metal film. An intermediate reaction layer having high oxidation resistance is formed. If the intermediate reaction layer is further reacted by heat treatment, the reaction between the metal film and Si is promoted while suppressing the oxidation of the metal film during the silicidation heat treatment, so that the metal film and Si react uniformly. A resistance silicide film can be selectively formed on the diffusion layer and the gate electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)乃至(c)は、本発明の第1の実施例に
係る半導体装置の製造方法をその工程順に示す断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】(a)及び(b)は、同じく、本発明の第1の
実施例に係る半導体装置の製造方法をその工程順に示す
図であって、図1(a)乃至(c)に示す工程の次の工
程をその工程順に示す断面図である。
FIGS. 2A and 2B are views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps, and FIGS. It is sectional drawing which shows the process following the shown process in the order of the process.

【図3】(a)乃至(c)は、本発明の第2の実施例に
係る半導体装置の製造方法をその工程順に示す断面図で
ある。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】(a)乃至(c)は、同じく、本発明の第2の
実施例に係る半導体装置の製造方法をその工程順に示す
図であって、図3(a)乃至(c)に示す工程の次の工
程をその工程順に示す断面図である。
FIGS. 4A to 4C are views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps, and FIGS. It is sectional drawing which shows the process following the shown process in the order of the process.

【図5】従来例1の半導体装置の製造方法をその工程順
に示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of Conventional Example 1 in the order of steps.

【図6】従来例3の半導体装置の製造方法をその工程順
に示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device of Conventional Example 3 in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101;シリコン基板 2、102;素子分離領域 3、103;ゲート酸化膜 4、104;ゲートシリコン膜 5、105;サイドウォール 6、106;拡散層 7a、107a;第1Co膜 7b、107b;第2Co膜 7c;第3Co膜 8a、108a、108d;CoxSiy(x≧y)膜 8b、108b;CoSi2膜 9、109;TiN膜1, 101; silicon substrate 2, 102; element isolation region 3, 103; gate oxide film 4, 104; gate silicon film 5, 105; sidewall 6, 106; diffusion layer 7a, 107a; first Co film 7b, 107b; Second Co film 7c; Third Co film 8a, 108a, 108d; CoxSiy (x ≧ y) film 8b, 108b; CoSi 2 film 9, 109; TiN film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 301 H01L 29/78 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 301 H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上の素子領域の所定領域に
ゲート絶縁膜、ゲート電極、前記ゲート電極側面のサイ
ドウォール及びソース・ドレイン領域となる拡散層を含
むトランジスタを形成する工程と、前記拡散層及び前記
ゲート電極上に選択的にシリサイド膜を形成する工程
と、を有し、前記シリサイド膜形成工程は、前記シリコ
ン基板を加熱しながら第1金属膜を間欠的に堆積した
後、前記第1金属膜上に窒化チタン(TiN)又はタン
グステン(W)からなる第2金属膜を形成し、前記第1
金属膜の堆積温度よりも高温で熱処理することにより前
記拡散層及び前記ゲート電極上にシリサイド膜を形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a transistor including a gate insulating film, a gate electrode, a sidewall on a side surface of the gate electrode, and a diffusion layer serving as a source / drain region in a predetermined region of an element region on a silicon substrate; And selectively forming a silicide film on the gate electrode, wherein the silicide film forming step comprises: intermittently depositing a first metal film while heating the silicon substrate; Titanium nitride (TiN) or tan on metal film
Forming a second metal film made of gustene (W) ;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a silicide film on the diffusion layer and the gate electrode by performing a heat treatment at a temperature higher than a deposition temperature of a metal film.
【請求項2】 前記熱処理は、前記第1金属膜の堆積温
度よりも高い温度で第1の熱処理をする工程と、この第
1の熱処理における未反応の前記第1金属膜を除去する
工程と、第1熱処理の温度より高い温度で第2の熱処理
をする工程とを有し、前記拡散層及び前記ゲート電極上
にダイシリサイド膜を形成することを特徴とする請求項
に記載の半導体装置の製造方法。
2. The heat treatment includes a step of performing a first heat treatment at a temperature higher than a deposition temperature of the first metal film, and a step of removing the unreacted first metal film in the first heat treatment. Performing a second heat treatment at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment, and forming a disilicide film on the diffusion layer and the gate electrode.
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1 .
【請求項3】 前記第1金属膜は、チタン(Ti)、コ
バルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選
択された1種の金属よりなることを特徴とする請求項
又は2に記載の半導体装置の製造方法。
Wherein said first metal film, a titanium (Ti), claim 1, wherein the cobalt (Co) and to consist of one kind of metal selected from the group consisting of nickel (Ni)
Or a method for manufacturing a semiconductor device according to item 2 .
【請求項4】 前記第1金属膜は、スパッタ法又は化学
的気相成長法のいずれかの方法により形成されることを
特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方
法。
Wherein said first metal film, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed by any method sputtering or chemical vapor deposition.
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