JP3426170B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
造方法に関する。特に、金属シリサイドを形成するプロ
セスを含む半導体装置の製造方法に関する。
ては、半導体装置を構成するトランジスタのゲート電
極、活性領域或いは配線等を低抵抗化することを目的と
して、これらの一部に金属シリサイド層を形成する方法
が行われている。
して、サリサイド(SALICIDE:Self−Al
igned Silicide)法が知られている。サ
リサイド法では、先ず金属シリサイド層を形成するべき
下地の全面にコバルト膜等の金属膜を成膜し、しかる
後、複数回の熱処理を行う。通常、最初の熱処理では、
金属膜からの拡散により比抵抗の大きい金属シリサイド
層が所定の領域に形成され、その後の熱処理では、この
金属シリサイド層の比抵抗が低減される。これにより、
下地中の所定の部分にのみ、自己整合的に金属シリサイ
ド層を形成することができる。
(特開平10−45416号)に開示されている。
ルトシリサイド層の形成プロセスを概略的に示した断面
(ただし切り口のみを示す。)図である。以下、図9を
参照して従来のコバルトシリサイド層の形成方法につき
説明する。
1に、例えば、活性領域103aおよび103bと、ゲ
ート電極105と、ゲート電極105の側壁に設けられ
たサイドウォールスペーサ107と、各活性領域103
aおよび103bを分離する素子間分離領域109とを
形成する(以下、これらを単に下地111と略称するこ
とがある。)。
111上に、スパッタリング等を用いてコバルト膜11
3を形成する。
熱処理を行う。この第1の熱処理では、例えば、コバル
ト膜113を形成した下地111をランプアニールによ
り比較的低温(450℃〜550℃)で加熱することに
より、シリサイド化反応を生じさせる。このとき、下地
111の一部(例えば、図示例では活性領域103aお
よび103bの表面部分、ゲート電極105の上側部
分)に、コバルトシリサイド層115a、115bおよ
び115cがそれぞれ形成される。
層115a、115bおよび115cは、コバルトおよ
びシリコンの組成比がほぼ同じであるCoSiか若しく
はコバルトの組成比が高いCo2Siの相であるため、
その比抵抗は大きい。
トエッチング等によって、半導体下地表面に残存するコ
バルト膜113を除去する。
させるために、第2の熱処理を行う。この第2の熱処理
では、コバルトシリサイド層115a、115bおよび
115cをランプアニールにより比較的高温(650℃
〜900℃)で加熱することにより、コバルトシリサイ
ド層の相をCoSi相またはCo2Si相からCoSi2
相に転移させる。
層が低抵抗のCoSi2となるため、下地に含まれるゲ
ート電極、活性領域および配線等の抵抗を低下すること
ができる。
ようなコバルトシリサイド層の形成方法では、コバルト
シリサイド層115a,115bおよび115cの形成
後に行う比較的高温の第2の熱処理の際に、コバルトシ
リサイド層115a、115bおよび115c中に局所
的なCoSi2の結晶粒の成長が生じる。
の形成方法では、低抵抗化のための第2の熱処理を行う
と、金属シリサイド層中のある部分には大きい結晶粒が
成長してしまう。その結果、コバルトシリサイド層の平
坦性は著しく損なわれる。
図10(A)には、第2の熱処理を行った後のコバルト
シリサイド層の形状を模式的に示す。図10(B)に
は、図10(A)に示す第2の熱処理後のコバルトシリ
サイド層上に、層間絶縁膜およびコンタクトホールを形
成したときの様子を示す。以下、図10を参照して、従
来のコバルトシリサイド層の形成方法の問題点につき説
明する。
を行うことにより結晶粒が大きく成長した結果、下地1
11中のコバルトシリサイド層119aおよび119c
の平坦性は損なわれる。すなわち、コバルトシリサイド
層119aおよび119cの表面や、コバルトシリサイ
ド層119aおよび活性領域103aの界面が、それぞ
れ平面状に形成されず、凹凸状になっている。よって、
図示例のように、コバルトシリサイド層119aの表面
が局所的に凹んでいる窪み121や、コバルトシリサイ
ド層119cが部分的に欠けている欠損123や、コバ
ルトシリサイド層119a中の結晶粒が粗大化し該結晶
粒が活性領域103aを貫通して基板101に達してい
る粗大粒界125が形成される。図10(A)に示すよ
うに、この粗大粒界125の部分では、コンタクトおよ
び基板間にリーク電流が発生してしまう。
コバルトシリサイド層119aおよび119c形成済み
の下地上には、層間絶縁膜127を形成し、この層間絶
縁膜127を貫通するようにコンタクトホール129を
形成する。
性領域103aの窪み121の部分にコンタクトホール
129が形成されると、コンタクトホール形成時のエッ
チングにより基板がオーバエッチングされる。したがっ
て、窪み121の部分にはコンタクトおよび基板間にリ
ーク電流が発生してしまう。
に形成したコバルトシリサイド層の平坦性が損なわれた
場合、例えば、図10(B)に示すようなコバルトシリ
サイド層の欠損が生じた場合には、コンタクト抵抗の増
加などのコンタクト不良が生じ易くなる。
のではなく、一般的な金属シリサイドを形成するための
金属、例えば、白金やチタンの場合にも現れる。
が損なわれると、リーク電流の発生やコンタクト抵抗の
増加という不都合が生じてしまう。したがって、従来の
半導体装置の製造方法では、良好な特性が実現できなか
った。
コン薄膜を有するSOI(Silicon on In
sulator)構造の半導体装置である場合には、シ
リコン薄膜が非常に薄いため、コンタクトホール形成時
のオーバエッチングによりシリコン薄膜が貫通され易く
なる。したがって、コンタクト不良が生じやすい。ま
た、シリコン薄膜のみならずシリコン層下の絶縁層を貫
通してしまうとリーク電流が発生してしまい、その結
果、半導体装置の特性を大きく劣化させる。
ド層の形成方法を用いて製造した半導体装置では、複数
回の熱処理により金属シリサイド層の平坦性が損なわれ
てしまう。よって、リーク電流の発生やコンタクト不良
等の問題が生じる。
うときに金属シリサイド層の平坦性が損なわれるのを抑
制でき、その結果、リーク電流の発生やコンタクト抵抗
の増加を抑制できる半導体装置の製造方法が望まれてい
た。
項1に係る半導体装置の製造方法は、シリコンを含む半
導体下地上にシリサイド層形成用の金属膜を形成する第
1工程と、金属膜を形成した半導体下地に第1の熱処理
を行うことにより、この半導体下地に金属シリサイド層
を形成する第2工程と、金属膜のうち残存した金属膜を
除去する第3工程と、金属シリサイド層上に絶縁膜を形
成する第4工程と、絶縁膜を形成した金属シリサイド層
を低抵抗化するために、この金属シリサイド層に第2の
熱処理を行う第5工程とを有し、第2工程および第5工
程間に、金属シリサイド層と半導体下地中のシリコンと
の界面にイオンを注入することにより、界面をアモルフ
ァス化するイオン注入工程を有する。
より形成された金属シリサイド層に絶縁膜を設けたのち
第2の熱処理を行っている。すなわち、第2の熱処理を
行う前の平坦な金属シリサイド層上に絶縁膜を形成した
のち、第2の熱処理を行っている。このように、金属シ
リサイド層上に沿って絶縁膜を形成した状態で第2の熱
処理を行うと、金属シリサイド層中において、この絶縁
膜の延在面と垂直な方向への金属シリサイドの結晶粒の
成長を抑制することができる。よって、逆に、金属シリ
サイドの結晶粒はこの絶縁膜の延在面と平行な方向に成
長し易くなる。したがって、金属シリサイド層の平坦性
を損なうことなく、第2の熱処理を行うことができる。
その結果、リーク電流の発生やコンタクト抵抗の増加を
抑制することができる。また、金属シリサイド層の平坦
性を損なわないので、金属シリサイド層のシート抵抗の
バラツキを低減することができる。後述する請求項3及
び4に係る半導体装置の製造方法によっても、これらの
効果を得ることが出来る。
法によれば、金属シリサイド層をアモルファス化した状
態で、第2の熱処理を行っているため、更に、金属シリ
サイドの結晶粒の粗大化を抑制することができる。
置の製造方法は、シリコンを含む半導体下地上にシリサ
イド層形成用の金属膜を形成する第1工程と、金属膜を
形成した半導体下地に第1の熱処理を行うことにより、
この半導体下地に金属シリサイド層を形成する第2工程
と、金属膜のうち残存した膜を除去する第3工程と、金
属シリサイド層上に導電膜を形成する第4工程と、導電
膜を形成した金属シリサイド層を低抵抗化するために、
この金属シリサイド層に第2の熱処理を行う第5工程
と、第5工程ののち、導電膜を除去する第6工程とを有
し、第2工程および第5工程間に、金属シリサイド層と
半導体下地中のシリコンとの界面にイオンを注入するこ
とにより、界面をアモルファス化するイオン注入工程を
有する。
より形成された金属シリサイド層に導電膜を設けたのち
第2の熱処理を行っている。すなわち、第2の熱処理を
行う前の平坦な金属シリサイド層上に導電膜を形成した
のち、第2の熱処理を行っている。このように、金属シ
リサイド層上に沿って導電膜を形成した状態で第2の熱
処理を行うと、金属シリサイド層中において、この導電
膜の延在面と垂直な方向への金属シリサイドの結晶粒の
成長を抑制することができる。よって、逆に、金属シリ
サイドの結晶粒はこの導電膜の延在面と平行な方向に成
長し易くなる。したがって、金属シリサイド層の平坦性
を損なうことなく、第2の熱処理を行うことができる。
その結果、リーク電流の発生やコンタクト抵抗の増加を
抑制することができる。また、金属シリサイド層の平坦
性を損なわないので、金属シリサイド層のシート抵抗の
バラツキを低減することができる。さらに、金属シリサ
イド層をアモルファス化した状態で、第2の熱処理を行
っているため、金属シリサイドの結晶粒の粗大化を抑制
することができる。
電膜を形成している。この導電膜は、第6工程で除去す
る必要がある。一般に導電膜は化学的なエッチングによ
り除去できるため、この第6工程においては、金属シリ
サイド層中にイオン等によるダメージを発生させるドラ
イエッチングではなく、ウェットエッチングを用いて導
電膜を除去することができる。よって、この第6工程で
は、容易に導電膜を除去することができる。
造方法は、シリコンを含む半導体下地上にシリサイド層
形成用の金属膜を形成する第1工程と、金属膜を形成し
た半導体下地に第1の熱処理を行うことにより、半導体
下地に金属シリサイド層を形成する第2工程と、金属膜
のうち残存した金属膜を除去する第3工程と、金属シリ
サイド層上に絶縁膜を形成する第4工程と、絶縁膜を形
成した金属シリサイド層を低抵抗化するために、金属シ
リサイド層に第2の熱処理を行う第5工程とを有し、絶
縁膜を第1の絶縁膜とし、および、第5工程ののち、第
1の絶縁膜上に、層間絶縁膜のエッチング時にエッチン
グストッパ膜として機能する第2の絶縁膜を形成するA
工程と、第2の絶縁膜上に、層間絶縁膜を形成するB工
程と、層間絶縁膜をエッチングすることにより、層間絶
縁膜の表面から第2の絶縁膜に達する第1コンタクトホ
ールを形成するC工程と、第2および第1の絶縁膜を順
次にエッチングすることにより、第1コンタクトホール
に連続しかつ第2の絶縁膜の表面から半導体下地にまで
達する第2コンタクトホールを形成するD工程とを更に
有する。
下のような効果が得られる。エッチ ングストッパ膜を設
けているので、オーバエッチングが発生しにくくなる。
したがって、コンタクトおよび基板間のリーク電流の発
生を更に抑制することができる。
造方法は、シリコンを含む半導体下地上にシリサイド層
形成用の金属膜を形成する第1工程と、金属膜を形成し
た半導体下地に第1の熱処理を行うことにより、半導体
下地に金属シリサイド層を形成する第2工程と、金属膜
のうち残存した金属膜を除去する第3工程と、金属シリ
サイド層上に絶縁膜を形成する第4工程と、絶縁膜を形
成した金属シリサイド層を低抵抗化するために、金属シ
リサイド層に第2の熱処理を行う第5工程とを有し、絶
縁膜を層間絶縁膜とし、および、第4および第5工程の
間に、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するE工程
を更に有する。
以下のような効果が得られる。第2の熱処理前に、層間
絶縁膜にコンタクトホールを形成している。そのため、
金属シリサイド層におけるオーバエッチングの発生を更
に抑制することができ、その結果、コンタクトおよび基
板間のリーク電流の発生を更に抑制することができる。
製造方法では、金属シリサイド層上に絶縁膜を形成して
いるため、この絶縁膜を必ずしも除去する必要はない。
例えば、この膜上に層間絶縁膜をそのまま形成すること
ができる。或いは、請求項4に係る半導体装置の製造方
法のように、この膜自体を層間絶縁膜の一部として利用
することもできる。
係る半導体装置の製造方法の実施の形態につき説明す
る。なお、この説明に用いる各図は、これら発明を理解
できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係
を概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において
同様な構成成分については、同一の番号を付して示し、
その重複する説明を省略することもある。なお、以下に
述べる使用装置や使用材料は、この発明の範囲内の一例
を示すに過ぎない。したがって、この発明は、これらの
条件に何ら限定されるものではない。
ついての実施の形態(以下、共通構成要素の実施の形態
ともいう。)を説明する。
形態の半導体装置の製造工程のうち、主要な工程におけ
る断面(ただし、切り口のみを示す。)の様子を模式的
に示す図である。なお、図を見易くするため、断面を示
す斜線の一部を省略して示してある。これらの図1およ
び図2を含め以下に説明する図面には、この発明の製造
方法をMOS型トランジスタに適用した例を示してある
が、もちろん、この発明の製造方法はこれにのみ適用さ
れるものではなく、周知の如く、様々な半導体装置に適
用することができる。
要素の実施の形態の半導体装置の製造方法につき説明す
る。
(A)に示す半導体下地11は、シリコン基板13と、
シリコン基板13に形成された活性領域15aおよび1
5bと、ゲート電極17と、ゲート電極の側壁に設けら
れたサイドウォールスペーサ19と、活性領域15aお
よび15bを図示しない隣接する領域から絶縁する素子
間分離領域21とを具える。
コンで形成する。このため、この半導体下地11の一部
(ゲート電極17並びに活性領域15aおよび15bの
上面部分)には、シリコンを含む露出面が形成されてい
る。
1(B)に示すように、この半導体下地11の上に、シ
リサイド形成用の金属膜としてのコバルト膜23を形成
する。このコバルト膜23が後述の第1の熱処理雰囲気
中の残留酸素により酸化されるのを抑制するため、例え
ば、図示例のように、このコバルト膜23上に酸化防止
膜25を形成しておくのが望ましい。
ば、チタン(Ti)膜や窒化チタン(TiN)膜を用い
ることができる。このチタン膜や窒化チタン膜を用いる
と、ウェットエッチングによりコバルト膜23と共に除
去することができる。
う。第2工程では、図1(C)に示すように、コバルト
膜23を形成した半導体下地11に第1の熱処理を行
う。この第1の熱処理は、従来構成と同じく比較的低温
で行う。例えば、400℃〜600℃の温度範囲でのア
ニールにより、図1(C)に示すように、半導体下地1
1の一部(ここでは、ゲート電極17並びに活性領域1
5aおよび15bの上面部分)には、コバルトおよびシ
リコンの組成比がほぼ同じであるCoSiか若しくはコ
バルトの組成比が高いCo2Siの相を有するコバルト
シリサイド層(CoXSi層27a、27bおよび27
c)が形成される(ただし、X≧1)。
う。第3工程では、図1(D)に示すように、コバルト
膜23のうち第1の熱処理後に残存するコバルト膜23
を、酸化防止膜25と共に除去する。これらを除去する
には、例えば、アンモニア過水等によるウェットエッチ
ングを用いる。
a、27bおよび27cは、第2の熱処理を行う前の状
態にあるため、その表面が充分に平坦である。従って、
CoXSi層27a、27bおよび27cと、シリコン
酸化膜29との界面も充分に平坦である。このように、
コバルト膜を除去済みの半導体下地11を、第3工程済
み半導体下地11aと称する。
う。第4工程では、図2(A)に示すように、CoXS
i層27a、27bおよび27c上に絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜29を形成する。このシリコン酸化膜29
は、半導体下地11のCoXSi層27a、27bおよ
び27cを覆いかつCoXSi層27a、27bおよび
27cの表面と接するように形成されている。なお、こ
の絶縁膜としては、後述の第2の熱処理時にコバルトシ
リサイド層と反応しない絶縁膜であれば用いることがで
きる。典型的には、シリコン酸化膜29の膜厚は200
Å程度とする。
う。すなわち、図2(B)に示すように、CoXSi層
27a、27bおよび27cをシリコン酸化膜29で覆
ったのち、第2の熱処理を行う。この第2の熱処理は、
従来構成と同じくCoXSi層27a、27bおよび2
7cの相をCoSi2の相に転移させることにより、コ
バルトシリサイド層を低抵抗化させるための熱処理であ
る。
例えば、700℃以上の温度(例えば、30秒程度)で
アニールを行うことにより、CoXSi層27a、27
bおよび27cを、それぞれ低抵抗なCoSi2層31
a、31bおよび31cに相転移させることができる。
XSi層27a、27bおよび27cをシリコン酸化膜
29で覆った状態で行われる。そのため、CoXSi層
27a、27bおよび27cと、シリコン酸化膜29と
の界面付近では、CoSi2の結晶粒は、この界面に沿
ってすなわちシリコン酸化膜29の延在面と平行な方向
に成長し易くなる。一方、CoXSi層27a、27b
および27cと、活性領域15aおよび15b並びにゲ
ート電極17との界面付近でも、CoSi2の結晶粒
は、基板表面側に存在するシリコン酸化膜29と平行な
方向に成長し易くなる。したがって、このCoSi2層
31a、31bおよび31cは、第2の熱処理後におい
ても、その平坦性が損なわれることがない。
膜29を除去してもよいが、後述の実施の形態のよう
に、このシリコン酸化膜29を層間絶縁膜等として利用
するのが好ましい。
半導体装置の製造方法によれば、従来構成とは異なり、
CoXSi層をシリコン酸化膜で覆った状態で、第2の
熱処理を行っている。したがって、以下のような効果が
得られる。
2の結晶粒は主として活性領域の延在方向に成長してい
くため、CoSi2の結晶粒は活性領域よりも深い位置
に達しにくくなる。したがって、課題の欄にて説明した
ような粗大粒界に起因する、基板および活性領域間のリ
ーク電流の発生を抑制することができる。
Si2層はシリコン酸化膜に覆われた半導体下地の表面
に沿って成長していくため、CoSi2層の表面を平坦
に維持することができる。したがって、課題の欄にて説
明したような活性領域のオーバエッチングに起因する、
コンタクトおよび基板間のリーク電流の発生を抑制する
ことができる。
生しにくいため、コンタクト抵抗の増加を抑制すること
ができる。
ることができるため、CoSi2層のシート抵抗のバラ
ツキを低減させることができる。
属シリサイドを形成するため、コバルトを用いている
が、コバルト以外にもチタンや白金を用いることができ
る。
の実施の形態(以下、部分構成要素の実施の形態ともい
う。)を説明する。
2の熱処理前に金属シリサイド層を絶縁膜で覆ったが、
この部分構成要素の実施の形態では、共通構成要素の実
施の形態とは異なり、絶縁性を有しない膜すなわち導電
性を有する導電膜を用いる形態につき説明する。ただ
し、共通構成要素の実施の形態と重複する説明について
は省略することがある。
要素の実施の形態の半導体装置の製造工程のうち、主要
な工程における断面(ただし、切り口のみを示す。)の
様子を模式的に示す図である。なお、図を見易くするた
め、断面を示す斜線の一部を省略して示してある。
要素の実施の形態の半導体装置の製造方法につき説明す
る。ただし、部分構成要素の実施の形態の製造工程で
は、共通構成要素の実施の形態にて説明した第3工程ま
でを同様の工程として実施することができる。したがっ
て、以下では、第4工程以降につき説明する。
3工程に続いて、次の第4工程を行う。この第4工程で
は、図3(A)に示すように、第3工程済み半導体下地
11aのCoXSi層27a、27bおよび27c上に
導電膜としての窒化チタン膜33を形成する。この窒化
チタン膜33は、第3工程済み半導体下地11aのCo
XSi層27a、27bおよび27cを覆いかつCoXS
i層27a、27bおよび27cの表面と接するように
形成されている。なお、この導電膜としては、第2の熱
処理時にコバルトシリサイド層と反応しない導電膜であ
れば用いることができる。また、この窒化チタン膜33
を形成するには、周知のごとく、例えばチタン膜を形成
したのち窒素雰囲気で熱処理すればよい。この窒化チタ
ン膜33の厚さは、典型的には200Åである。
共通構成要素の実施の形態とは異なり、後述の第6工程
にて除去する必要がある。しかしながら、絶縁膜とは異
なり、導電膜を除去するには、ウェットエッチングを用
いることができる。よって、ドライエッチング等とは異
なり、半導体下地11に物理的な損傷を与えない。
う。この第5工程では、図3(B)に示すように、Co
XSi層27a、27bおよび27cを窒化チタン膜3
3で覆ったのち、第2の熱処理を行う。この第2の熱処
理は、従来構成と同じくCoXSi層27a、27bお
よび27cの相をCoSi2の相に転移させることによ
り、コバルトシリサイド層を低抵抗化させるための熱処
理である。
ば、例えば、700℃以上の温度(例えば、30秒程
度)でアニールを行うことにより、CoXSi層27
a、27bおよび27cを、それぞれ低抵抗なCoSi
2層31a、31bおよび31cに相転移させることが
できる。
XSi層27a、27bおよび27cを窒化チタン膜3
3で覆った状態で行われる。そのため、CoXSi層2
7a、27bおよび27cと、窒化チタン膜33との界
面付近では、CoSi2の結晶粒は、この界面に沿って
すなわち窒化チタン膜33の延在面と平行な方向に成長
し易くなる。一方、CoXSi層27a、27bおよび
27cと、活性領域15aおよび15b並びにゲート電
極17との界面付近でも、CoSi2の結晶粒は、基板
表面側に存在する窒化チタン膜33と平行な方向に成長
し易くなる。したがって、このCoSi2層31a、3
1bおよび31cは、第2の熱処理後においても、その
平坦性が損なわれることがない。
した第5工程に続いて第6工程を行う。この第6工程で
は、第2の熱処理後の窒化チタン膜33を除去する。例
えば、H2SO4等を用いたウェットエッチングを利用す
れば、容易に、この窒化チタン膜33を選択的に除去す
ることができる。
半導体装置の製造方法によれば、従来構成とは異なり、
CoXSi層を窒化チタン膜で覆った状態で、第2の熱
処理を行っている。したがって、共通構成要素の実施の
形態と同じく、以下のような効果が得られる。
2の結晶粒は主として活性領域の延在方向に成長してい
くため、CoSi2の結晶粒は活性領域よりも深い位置
に達しにくくなる。したがって、課題の欄にて説明した
ような粗大粒界に起因する、基板および活性領域間のリ
ーク電流の発生を抑制することができる。
Si2層は窒化チタン膜に覆われた半導体下地の表面に
沿って成長していくため、CoSi2層の表面を平坦に
維持することができる。したがって、課題の欄にて説明
したような活性領域のオーバエッチングに起因する、コ
ンタクトおよび基板間のリーク電流の発生を抑制するこ
とができる。
生しにくいため、コンタクト抵抗の増加を抑制すること
ができる。
ることができるため、CoSi2層のシート抵抗のバラ
ツキを低減させることができる。
属シリサイドを形成するため、コバルトを用いている
が、コバルト以外にもチタンや白金を用いることができ
る。
施の形態として、金属シリサイド層と半導体下地中のシ
リコンとの界面をアモルファス化するイオン注入工程を
行う形態につき説明する。ただし、共通構成要素または
部分構成要素の実施の形態と重複する説明については省
略することがある。
と連続する図であり、第1の実施の形態の半導体装置の
製造工程のうちイオン注入工程における断面(ただし切
り口のみを示す。)の様子を模式的に示す図である。な
お、図を見易くするため、断面を示す斜線の一部を省略
して示してある。
して第1の実施の形態の半導体装置の製造方法につき説
明する。ただし、第1の実施の形態の製造工程では、共
通構成要素或いは部分構成要素の実施の形態にて説明し
た第3工程までを同様の工程として実施することができ
る。したがって、以下では、第4工程以降につき説明す
る。
素の実施の形態にて説明した第3工程に続いて、イオン
注入工程を行う。ただし、このイオン注入工程は、少な
くとも第2工程および第5工程間に行えばよいが、好ま
しくは、半導体下地が被覆されていない第3工程および
第4工程の間に行うのが良い。
は、第3工程済み半導体下地11a中のCoXSi層2
7a、27bおよび27cと、第3工程済み半導体下地
11a中のシリコン(第3工程済み半導体下地11a中
の未シリサイド化のシリコンを意味する。)との界面3
5にイオン(図中×印で示す。)を注入することによ
り、この界面35をアモルファス化する。また、図4に
示すように、このイオン注入は、第3工程済み半導体下
地11aの上方から行う。
り、CoXSi層27a、27bおよび27c中には、
イオンの飛程に沿って格子欠損等の物理的損傷を発生さ
せることができる。したがって、CoXSiの結晶粒が
小さくなり、その結果、このイオン注入工程後に行われ
る第2の熱処理の際にCoSi2の結晶粒の粗大化を抑
制することができる。
および27cは、第3工程済み半導体下地11aの表面
からの深さが互いに均一であるので、一律なイオン注入
深さ(例えば、イオン飛程分布のピークが界面近傍とな
る程度の深さ)でイオン注入すればよい。
イオン等の反応不活性なイオンを用いることができる
が、コスト等の点でアルゴンイオンが好ましい。
いは図3に示すように、共通構成要素或いは部分構成要
素の実施の形態にて説明した第4工程および第5工程を
順次に行う。
置の製造方法によれば、共通構成要素或いは部分構成要
素の実施の形態にて説明した効果に加え、次のような効
果が得られる。
よび27cをアモルファス化した状態で、第2の熱処理
を行っているため、共通構成要素或いは部分構成要素の
実施の形態に比べて、更に、CoSi2の結晶粒の粗大
化を抑制することができる。
の形態として、絶縁膜を除去するのではなく、この絶縁
膜上にエッチングストッパ膜を形成することにより、コ
ンタクトホールを二回に分けて形成する形態につき説明
する。ただし、共通構成要素の実施の形態と重複する説
明については省略することがある。
く図6と共に、第2の実施の形態の半導体装置の製造工
程のうち、主要な工程における断面(ただし、切り口の
みを示す。)の様子を模式的に示す図である。なお、図
を見易くするため、断面を示す斜線の一部を省略して示
してある。
2の実施の形態の半導体装置の製造方法につき説明す
る。ただし、第2の実施の形態の製造工程では、共通構
成要素の実施の形態にて説明した第3工程までを同様の
工程として実施することができる。したがって、以下で
は、第4工程以降につき説明する。
に示すように、第3工程済み半導体下地11aのCoX
Si層27a、27bおよび27c上に、第1の絶縁膜
としてのシリコン酸化膜37を形成する。このシリコン
酸化膜37は、第3工程済み半導体下地11aのCoX
Si層27a、27bおよび27cを覆いかつCoXS
i層27a、27bおよび27cの表面と接するように
形成されている。なお、この第1の絶縁膜としては、後
述の第2の熱処理時にコバルトシリサイド層と反応しな
い絶縁膜であれば用いることができる。典型的には、こ
のシリコン酸化膜37の膜厚は200Å程度とする。
の第5工程では、図5(B)に示すように、CoXSi
層27a、27bおよび27cを第1の絶縁膜としての
シリコン酸化膜37で覆ったのち、共通構成要素の実施
の形態と同様に、第2の熱処理を行う。
程では、図5(C)に示すように、第1の絶縁膜として
のシリコン酸化膜37上に、第2の絶縁膜としてのシリ
コン窒化膜39を形成する。なお、この第2の絶縁膜と
は、後述する層間絶縁膜のエッチング時にエッチングス
トッパ膜として機能する膜であればよい。第2の絶縁膜
としてのシリコン窒化膜39の膜厚は、例えば、200
Åとする。
シリコン窒化膜39を形成しているので、第4工程およ
び第5工程間にシリコン窒化膜39を形成する場合とは
異なり、第2の熱処理の際に、シリコン窒化膜39の大
きい熱応力により素子特性が悪化するのを抑制できる。
ン窒化膜39の熱応力を緩和する緩衝層としての機能を
果たすため、シリコン窒化膜39を半導体下地に直接形
成する場合に比べて、素子特性の劣化が少ない。
工程では、図5(D)に示すように、第2の絶縁膜とし
てのシリコン窒化膜39上に、層間絶縁膜41を形成す
る。この層間絶縁膜41は、例えばPSG等のシリコン
酸化物を含む材料で形成される。
工程では、図6(A)に示すように、層間絶縁膜41を
エッチングすることにより、層間絶縁膜41の表面から
シリコン窒化膜39に達する第1コンタクトホール43
を形成する。
工程では、図6(B)に示すように、第2の絶縁膜とし
てのシリコン窒化膜39および第1の絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜37を順次にエッチングすることにより、
第1コンタクトホール43に連続しかつシリコン窒化膜
39の表面から第3工程済み半導体下地11aにまで達
する第2コンタクトホール45を形成する。
される。このような層間絶縁膜では、場所間の膜厚の違
いが大きいため、一度のエッチングによって基板面に達
するコンタクトホールを形成する場合には、膜厚の薄い
部分でオーバエッチングが発生することがある。しかし
ながら、ここでは、先ず、シリコン窒化膜39をエッチ
ングストッパ膜として層間絶縁膜41のみをエッチング
することにより第1コンタクトホール43を形成し、そ
の後、シリコン窒化膜39およびシリコン酸化膜37を
エッチングすることにより第2コンタクトホール45を
形成している。したがって、C工程の際には、層間絶縁
膜41の局所的な膜厚の違いによらず、自己整合的に、
この層間絶縁膜41のみをシリコン窒化膜39の表面ま
でエッチングすることができる。また、シリコン窒化膜
39およびシリコン酸化膜37は、比較的膜厚が薄くか
つ局所的な膜厚の違いが少ない。そのため、D工程の際
には、シリコン窒化膜39およびシリコン酸化膜37の
エッチング量を、エッチングを行う時間量で制御するこ
とができる。
置の製造方法によれば、共通構成要素の実施の形態にて
説明した効果に加え、次のような効果が得られる。
シリコン窒化膜39を設けているので、共通構成要素の
実施の形態に比べて、活性領域15aおよび15bやゲ
ート電極17にオーバエッチングが発生しにくくなる。
したがって、コンタクトおよび基板間のリーク電流の発
生を更に抑制することができる。
の形態として、共通構成要素の実施の形態の絶縁膜を除
去することなくこれを層間絶縁膜として利用し、第2の
熱処理前に、この層間絶縁膜にコンタクトホールを形成
する形態につき説明する。ただし、共通構成要素の実施
の形態と重複する説明については省略することがある。
施の形態の半導体装置の製造工程のうち、主要な工程に
おける断面(ただし、切り口のみを示す。)の様子を模
式的に示す図である。なお、図を見易くするため、断面
を示す斜線の一部を省略して示してある。
施の形態の半導体装置の製造方法につき説明する。ただ
し、第3の実施の形態の製造工程では、共通構成要素の
実施の形態にて説明した第3工程までを同様の工程とし
て実施することができる。したがって、以下では、第4
工程以降につき説明する。
に示すように、第3工程済み半導体下地11aのCoX
Si層27a、27bおよび27c上に、層間絶縁膜4
7を形成する。この層間絶縁膜47は、第3工程済み半
導体下地11aのCoXSi層27a、27bおよび2
7cを覆いかつCoXSi層27a、27bおよび27
cの表面と接するように形成されている。なお、この層
間絶縁膜としては、後述の第2の熱処理時にコバルトシ
リサイド層と反応しない絶縁膜であれば用いることがで
きる。この層間絶縁膜47は、例えばPSG等のシリコ
ン酸化物を含む材料で形成される。一般的に、この層間
絶縁膜47の膜厚は数千Åである。
E工程では、図7(B)に示すように、層間絶縁膜47
にコンタクトホール49を形成する。
間、すなわち、第2の熱処理前に行われる。よって、第
2の熱処理後のCoSi2層ではなく、第2の熱処理前
のCoXSi層27a、27bおよび27cに達するコ
ンタクトホールを形成すればよい。CoXSi層27
a、27bおよび27cは第2の熱処理後のCoSi2
層に比べて平坦であるため、窪みや粗大粒界或いは欠損
は実質的に存在せず、その結果、コバルトシリサイド層
におけるオーバエッチングの発生を抑制することができ
る。
工程では、図7(C)に示すように、CoXSi層27
a、27bおよび27cを層間絶縁膜47で覆い、この
層間絶縁膜47にコンタクトホール49を形成したの
ち、共通構成要素の実施の形態と同様に、第2の熱処理
を行う。
置の製造方法によれば、共通構成要素の実施の形態にて
説明した効果に加え、次のような効果が得られる。
i2よりも平坦なCoXSi層27a、27bおよび27
cであるとき、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し
ている。そのため、共通構成要素の実施の形態に比べ
て、コバルトシリサイド層におけるオーバエッチングの
発生を更に抑制することができ、その結果、コンタクト
および基板間のリーク電流の発生を更に抑制することが
できる。
として、前述のE工程および第5工程間にコンタクトホ
ールにバリアメタルを形成し、このバリアメタルのアニ
ールと第2の熱処理とを同一の工程で行う形態につき説
明する。ただし、第3の実施の形態と重複する説明につ
いては省略することがある。
施の形態の半導体装置の製造工程のうち、主要な工程に
おける断面(ただし、切り口のみを示す。)の様子を模
式的に示す図である。なお、図を見易くするため、断面
を示す斜線の一部を省略して示してある。
施の形態の半導体装置の製造方法につき説明する。ただ
し、第4の実施の形態の製造工程では、共通構成要素の
実施の形態にて説明した第3工程までを同様の工程とし
て実施することができる。したがって、以下では、第4
工程以降につき説明する。
に示すように、第3工程済み半導体下地11aのCoX
Si層27a、27bおよび27c上に、層間絶縁膜4
7を形成する。この第4工程は、図7(A)に示す第3
の実施の形態の第4工程と同様に実施できる。
E工程では、図8(B)に示すように、層間絶縁膜47
にコンタクトホール49を形成する。このE工程は、図
7(B)に示す第3の実施の形態のE工程と同様に実施
できる。
てF工程を行う。このF工程では、図8(C)に示すよ
うに、コンタクトホール49にバリアメタル前駆層51
を形成する。このF工程は、E工程および第5工程の間
に行う。なお、このバリアメタル前駆層51とは、窒素
或いは酸素雰囲気中にて熱処理することにより、高いバ
リア性を有するバリアメタル層53となる層である。こ
のバリアメタル層53は、コンタクトホール49に形成
するコンタクトメタルと、コバルトシリサイド層(Co
XSi層27a、27bおよび27c)等との間の反応
を抑制する膜である。
(W)とする場合には、バリアメタル層53として窒化
チタン(TiN)膜を用いるのが好ましい。したがっ
て、このF工程では、バリアメタル前駆層51としての
チタン(Ti)膜を形成する。
この第4の実施の形態の製造方法では、バリア性を向上
させるための熱処理を、第2の熱処理と同時に行う点に
特徴がある。すなわち、この第5工程では、図8(D)
に示すように、バリア性を向上させるための熱処理と、
第2の熱処理とを兼ねた一回の熱処理を行う。これによ
り、バリアメタル前駆層51をバリアメタル層53にす
ると共に、CoXSi層27a、27bおよび27cを
CoSi2層31a、31bおよび31cとすることが
できる。
上で約30秒間に渡り行うが、このような条件の下で
は、バリアメタル前駆層51としてのチタン膜を、バリ
アメタル層53としての窒化チタン膜とすることができ
る。
置の製造方法によれば、第3の実施の形態にて説明した
効果に加え、次のような効果が得られる。
処理と、第2の熱処理とを同時に兼ねて行っているた
め、必要な熱処理の回数を低減させることができる。こ
のように、熱処理の回数を低減させているので、第3の
実施の形態に比べて、更にコバルトシリサイド層の平坦
性の低下を抑制することができる。
は、SOI構造を有する半導体装置にも適用することが
できる。周知の如く、SOI構造の半導体装置によれ
ば、バルク半導体に比べて、接合容量の低下、素子間分
離耐圧の向上を図ることができる。一般的に言うと、S
OI構造の半導体装置では、活性領域等が形成されるシ
リコン薄膜が非常に薄いため、コンタクトホール形成時
のオーバエッチングによりこのシリコン薄膜が貫通され
易い。しかしながら、以上の実施の形態のようにすれ
ば、同様にオーバーエッチングの発生を抑制することが
できる。このように、SOI構造の半導体装置では活性
領域が非常に薄いため、この発明を適用することによっ
て素子特性の劣化を著しく抑制することができる。
発明によれば、第1の熱処理により形成された金属シリ
サイド層に絶縁膜を設けたのち第2の熱処理を行ってい
る。よって、金属シリサイドの結晶粒をこの絶縁膜の延
在面と平行な方向に成長し易くさせることができる。し
たがって、金属シリサイド層の平坦性を損なうことな
く、第2の熱処理を行うことができる。その結果、リー
ク電流の発生やコンタクト抵抗の増加を抑制することが
できる。また、金属シリサイド層の平坦性を損なわない
ので、金属シリサイド層のシート抵抗のバラツキを低減
することができる。
に絶縁膜を形成しているため、この絶縁膜を必ずしも除
去する必要はない。例えば、この膜上に層間絶縁膜をそ
のまま形成することができるし、或いは、この膜自体を
層間絶縁膜の一部として利用することもできる。
理により形成された金属シリサイド層に導電膜を設けた
のち第2の熱処理を行っている。よって、金属シリサイ
ドの結晶粒をこの導電膜の延在面と平行な方向に成長し
易くさせることができる。したがって、金属シリサイド
層の平坦性を損なうことなく、第2の熱処理を行うこと
ができる。その結果、リーク電流の発生やコンタクト抵
抗の増加を抑制することができる。また、金属シリサイ
ド層の平坦性を損なわないので、金属シリサイド層のシ
ート抵抗のバラツキを低減することができる。
工程を示す断面(ただし、切り口のみを示す。以下、同
じ。)図(その1)である。
工程を示す断面図(その2)である。
形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
り、第1の実施の形態の半導体装置の製造工程のうち、
イオン注入工程を示す断面図である。
導体装置の製造工程を示す断面図(その1)である。
導体装置の製造工程を示す断面図(その2)である。
導体装置の製造工程を示す断面図である。
導体装置の製造工程を示す断面図である。
断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 シリコンを含む半導体下地上にシリサイ
ド層形成用の金属膜を形成する第1工程と、 前記金属膜を形成した前記半導体下地に第1の熱処理を
行うことにより、該半導体下地に金属シリサイド層を形
成する第2工程と、 前記金属膜のうち残存した金属膜を除去する第3工程
と、 前記金属シリサイド層上に絶縁膜を形成する第4工程
と、 前記絶縁膜を形成した前記金属シリサイド層を低抵抗化
するために、該金属シリサイド層に第2の熱処理を行う
第5工程とを有し、 前記第2工程および第5工程間に、前記金属シリサイド
層と前記半導体下地中のシリコンとの界面にイオンを注
入することにより、当該界面をアモルファス化するイオ
ン注入工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項2】 シリコンを含む半導体下地上にシリサイ
ド層形成用の金属膜を形成する第1工程と、 前記金属膜を形成した前記半導体下地に第1の熱処理を
行うことにより、該半導体下地に金属シリサイド層を形
成する第2工程と、 前記金属膜のうち残存した膜を除去する第3工程と、 前記金属シリサイド層上に導電膜を形成する第4工程
と、 前記導電膜を形成した前記金属シリサイド層を低抵抗化
するために、該金属シリサイド層に第2の熱処理を行う
第5工程と、 前記第5工程ののち、前記導電膜を除去する第6工程と
を有し、 前記第2工程および第5工程間に、前記金属シリサイド
層と前記半導体下地中のシリコンとの界面にイオンを注
入することにより、当該界面をアモルファス化するイオ
ン注入工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項3】 シリコンを含む半導体下地上にシリサイ
ド層形成用の金属膜を形成する第1工程と、 前記金属膜を形成した前記半導体下地に第1の熱処理を
行うことにより、該半導体下地に金属シリサイド層を形
成する第2工程と、 前記金属膜のうち残存した金属膜を除去する第3工程
と、 前記金属シリサイド層上に絶縁膜を形成する第4工程
と、 前記絶縁膜を形成した前記金属シリサイド層を低抵抗化
するために、該金属シリサイド層に第2の熱処理を行う
第5工程とを有し、 前記絶縁膜を第1の絶縁膜とし、および、 前記第5工程ののち、前記第1の絶縁膜上に、層間絶縁
膜のエッチング時にエッチングストッパ膜として機能す
る第2の絶縁膜を形成するA工程と、 前記第2の絶縁膜上に、当該層間絶縁膜を形成するB工
程と、 前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、該層間絶
縁膜の表面から前記第2の絶縁膜に達する第1コンタク
トホールを形成するC工程と、 前記第2および第1の絶縁膜を順次にエッチングするこ
とにより、前記第1コンタクトホールに連続しかつ前記
第2の絶縁膜の表面から前記半導体下地にまで達する第
2コンタクトホールを形成するD工程とを更に有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 シリコンを含む半導体下地上にシリサイ
ド層形成用の金属膜を形成する第1工程と、 前記金属膜を形成した前記半導体下地に第1の熱処理を
行うことにより、該半導体下地に金属シリサイド層を形
成する第2工程と、 前記金属膜のうち残存した金属膜を除去する第3工程
と、 前記金属シリサイド層上に絶縁膜を形成する第4工程
と、 前記絶縁膜を形成した前記金属シリサイド層を低抵抗化
するために、該金属シリサイド層に第2の熱処理を行う
第5工程とを有し、 前記絶縁膜を層間絶縁膜とし、および、 前記第4および第5工程の間に、該層間絶縁膜にコンタ
クトホールを形成するE工程を更に有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置の製造方法
において、 前記E工程および前記第5工程の間に、前記コンタクト
ホールに、バリアメタル前駆層を形成するF工程を更に
有し、および、前記バリアメタル前駆層のバリア性を向
上させるための熱処理を、前記第2の熱処理と同時に行
うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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