JP3569133B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【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係り、特にゲート、ソースおよびドレイン表面を自己整合的にシリサイド化することにより、低抵抗化を図るMOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造方法の一つとして知られる従来のサリサイドプロセスでは、特開平2−45923号公報に開示された方法がある。この従来の半導体装置の製造方法について、図3(a)〜図3(d)の工程順に示した縦断面図を参照して説明する。
【0003】
図3(a)に示すようにP型シリコン基板301にNウェル302を既知の方法により形成する。次いで、P型シリコン基板301の表面にフィールド絶縁膜としてフィールド酸化膜303を選択酸化法により形成する。このフィールド酸化膜303に囲まれた活性領域に、順次シリコン酸化膜などのゲート絶縁膜304と多結晶シリコンを成長し、多結晶シリコンにリンを既知の手法によりドープして多結晶シリコンの電気抵抗の低減を図る。次いで、既知の手法であるフォトリソグラフィー法とドライエッチング法により、多結晶シリコンをパターンニングしてゲート電極305を形成する。
【0004】
次に、フォトリソグラフィー法とイオン注入法により、図3(a)に示すように低濃度のN型不純物拡散層313と低濃度のP型不純物拡散層314を形成する。次いで、ゲート電極305の側面にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜から構成されるサイドウォール306を既知の化学気相成長(CVD)技術とエッチング技術を用いて形成する。
【0005】
次に、図3(b)に示すようにフォトリソグラフィー法とイオン注入法により、N型不純物拡散層307とP型不純物拡散層308を形成する。かくして、LDD構造としてN型ソース・ドレイン領域307、P型ソース・ドレイン領域308が形成される。次いで、ゲート電極である多結晶シリコンの表面と半導体基板表面の自然酸化膜を除去し、例えばチタン膜309をスパッタ堆積する。
【0006】
次に、図3(c)に示すように窒素雰囲気中で700℃以下の急速熱処理(以下、RTA)することにより、シリコンと接触するチタン膜309のみをシリサイド化し、C49型構造のチタンシリサイド層310を形成する。また、この際、フィールド酸化膜303およびサイドウォール306と接触するチタン膜309と半導体基板上のチタン膜の一部は窒化されて窒化チタン膜311となる。
【0007】
次に、図3(d)に示すようにアンモニア水および過酸化水素水等の混合液などにより、選択的にウエットエッチングし、未反応チタンと窒化チタン膜311のみを除去する。次いで、前述のRTAよりも高温(800℃以上)のRTAを行い、前記のC49型構造のチタンシリサイド層310よりも電気抵抗率の低いC54型構造のチタンシリサイド層312を形成する。
【0008】
以上に示したサリサイドプロセスを用いることにより、多結晶シリコン305、N型およびP型不純物拡散層307、308の表面部分が自己整合的にシリサイド化されるために低抵抗化され、デバイスの高速化が図れる。このサリサイドプロセスは、必要とする領域に限って、選択的にシリサイド化できる利点がある。
【0009】
ところで、従来のマグネトロンスパッタ装置10は、一般的には、図8に示すように、スパッタ・チャンバ12内に、ウェハーWを載置させるウェハーホルダ14と、ウェハーWに離間して対面する位置にターゲットTを保持するカソードマグネット16とを備えている。
従来のマグネトロンスパッタ装置10を使って、例えばポリシリコンゲート電極上にCoをスパッタして、Coシリサイド電極を形成する際、ゲート酸化膜に絶縁不良が生じたチップが、ウェハー上に発生すること、特にウェハー周辺部に発生することが多く、製品歩留りを向上させる上で、問題になっていた。
【0010】
ここで、従来のマグネトロンスパッタ装置10を使って、以下のスパッタ条件でゲート電極のポリシリコン上にCoをスパッタしてCo膜を成膜し、次いでRTAを施してCoシリサイド化を行っ後、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の良否をウェハーのチップ毎に試験した結果を示す。
本試験では、従来のマグネトロンスパッタ装置10を使って、図9に示すように、シリコン基板20上に形成されたゲート電極のポリシリコン膜22上にCoをスパッタしてCo膜24を成膜し、次いでRTAを施してCoシリサイド層を形成する。図9は、スパッタリングによりCo膜24をゲート電極のポリシリコン膜22上に成膜した状態を示す。図9中、26はSiN等からなるサイドウォール、28はゲート酸化膜である。
スパッタリング条件
チャンバ圧力 :5〜15mTorr
ガス流量 :Ar/50〜100scc/m
スパッタパワー:1.5kW
しかし、従来のマグネトロンスパッタ装置10を使ったCoスパッタリングでは、図11に示すように、特にウェハーの周辺部のチップのゲート酸化膜に、絶縁不良が発生し、ゲート酸化膜の絶縁耐圧が所定値以上の良好なチップのウェハー全体のチップに対する百分率、いわゆる良品率は、図19に実験例1と実験例2の結果と合わせ示すように、46%程度であった。
図11では、ゲート酸化膜に重度の絶縁不良が発生しているチップは、黒色で、軽度の絶縁不良が発生しているチップは、灰色で彩色されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記の従来の半導体装置の製造方法では、ゲートポリシリコンを形成した後、ゲートポリシリコン上に高融点金属をスパッタ堆積すると、その際に、プラズマから発生する電荷によりゲート電極305がチャージアップし、ゲート耐圧が劣化するという問題があった。
【0012】
ゲート電極および拡散層上のみにシリサイドを形成する方法として、サリサイドプロセスが有効な方法であるが、高融点金属をスパッタする際の下地構造は、ゲート電極305の表面の自然酸化膜は除去されており、ゲート電極305は既に不純物がドープされてかつ、フローティングゲートとなっている。
【0013】
そのため、スパッタ時、特にスパッタ放電中あるいは待機時の放電からシャッターが開いてウェハーへスパッタ堆積が開始された瞬間にゲート電極部に電荷が発生し、その電荷がゲート絶縁膜304を流れて、ゲート耐圧が劣化するという問題が発生する。この現象は、ゲート絶縁膜304の膜厚が薄膜化や高集積化するにつれて顕著であり、微細化が進むにつれて深刻な問題となっている。
【0014】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、半導体基板上に選択的に形成される絶縁膜間に高融点金属シリサイド層を形成する半導体装置の製造方法において、スパッタ装置によるゲート耐圧の劣化が生じない条件で高融点金属をスパッタする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
また、本発明の他の目的は、高信頼性及び低抵抗化が可能なMOS型電界効果トランジスタを製造し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0016】
また、前述したように、従来のマグネトロンスパッタ装置を使って、Co、Ti、Ni、W等の高融点金属をポリシリコン膜上にスパッタしてシリサイド化を施す際に、ゲート酸化膜の絶縁性が低下するという問題があった。そこで、本発明の更なる目的は、ゲート電極に高融点金属シリサイド膜を形成する際、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化が生じないようにして、高融点金属をポリシリコン膜上にスパッタできる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の更なる目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子のポリシリコンゲート電極が形成されたシリコン基板の全面にマグネトロンスパッタ装置により高融点金属を堆積して高融点金属膜を形成後、熱処理して前記高融点金属膜との界面に高融点金属シリサイド層を形成する半導体装置の製造方法において、前記ゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm 2 以下となる条件で、前記高融点金属膜をマグネトロンスパッタ装置によりスパッタ堆積し、前記シリコン基板と前記ゲート電極との間に形成されるゲート絶縁膜のゲート耐圧が劣化しないようにしたことを特徴としている。
【0018】
ここで、上記のマグネトロンスパッタ装置は、プラズマ密度最大領域がシリコン基板の外側になるように、ターゲットの大きさを設定して高融点金属をスパッタ堆積する構成である。
【0019】
また、上記マグネトロンスパッタ装置は、シリコン基板側のホルダマグネットがシリコン基板を有するウェハー側面を覆う状態で高融点金属をスパッタ堆積する構成でもよく、またプラズマ密度最大の領域がシリコン基板を有するウェハーより上方になるように、ウェハー側のホルダマグネットの強度を設定して高融点金属をスパッタ堆積する構成でもよい。
【0020】
更に、上記のマグネットロンスパッタ装置は、ターゲットとシリコン基板を有するウェハーとの間の空間に、導電体のコリメート板を挿入した状態で高融点金属をスパッタ堆積する構成でもよい。なお、上記の高融点金属は、チタン、コバルトおよびニッケルのいずれか一の金属であることが望ましい。
【0021】
本発明では、ゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm2 以下になる条件で高融点金属のスパッタ堆積を行い、ゲート耐圧の劣化を生じさせないようにするものである。
【0022】
このことの作用について説明する。図4は自然酸化膜をフッ酸を用いてエッチングした後、チタンをスパッタ堆積し、次いで、熱処理を行わずにアンモニア水と過酸化水素水の混合液により、堆積したチタンをウエットエッチングしたウェハーのゲート耐圧の良品率を示す。比較として、スパッタを行わずに測定したものも示してある。
【0023】
チタンをスパッタし、すぐにウェットエッチングした場合はゲートの初期耐圧不良が起こっており、スパッタ中にゲート耐圧が大幅に劣化するため、その場合のゲート良品率は図4にIで示すように、チタンをスパッタしない場合のゲート良品率IIに比べて良品率が低い。
【0024】
図5はスパッタ堆積する際、コリメート板をウェハーとターゲット間に挿入した場合のゲート耐圧良品率を、コリメート板を挿入しないでスパッタ堆積した場合のゲート耐圧良品率と、スパッタ堆積しない場合のゲート耐圧良品率とを対比して示す。この場合も図4と同様にスパッタ後熱処理を行わずにウェットエッチングし測定している。
【0025】
スパッタ堆積する際、コリメート板をウェハーとターゲット間に挿入した場合のゲート耐圧良品率は図5にIVで示す如く、スパッタ堆積しない場合のゲート耐圧良品率Vと同様100%であり、同図にIIIで示すようにチタンをスパッタし、すぐにウェットエッチングした場合のゲート耐圧良品率に比べて、スパッタによるゲート耐圧の劣化が起こっておらず、良好なゲート耐圧が得られていることがわかる。
【0026】
この場合には、コリメート板がウェハーとターゲット間に挿入されているためにウェハーに到達するはずの電荷がコリメート板に流れて、ゲート電極のチャージアップが抑制されており、ゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm2 以下になるようなスパッタ堆積ができるためである。
【0027】
通常コリメートスパッタは、コンタクトホールの底部にチタンを異方性良く堆積し、スパッタ膜のカバレッジを改善するためのものである。しかし、この場合においては、既成のコリメート板を用いて行わなくてもよく、電気的にアースされている例えば網状の板をウェハーとターゲットの間に挿入されていればよく、コリメートスパッタを用いて得られた結果と同様の結果が得られる。
【0028】
このように、サリサイド構造を有したフローティングゲート電極上に高融点金属をスパッタ堆積する場合には、ウェハーへ到達する電荷量を制御する方法として、プラズマから不要な電荷を発生しないようにするか、発生した電荷をウェハーに到達しないようにするかが考えられる。そのため、上述の2種類あるいはそれらを組み合わせることでゲート耐圧特性を向上させることができる。
【0029】
本発明者は、上述した本発明の目的を達成できるスパッタ装置を実現するために、研究の末に、ゲート酸化膜の絶縁不良が発生する原因は、ターゲット近傍の荷電粒子が、ウェハー表面に到達し、ゲート電極のポリシリコン膜及びゲート酸化膜を貫通してシリコン基板に貫入することにあると見い出した。即ち、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化が生じる原因は、プラズマ近傍(ウェハー側)に存在する高荷電粒子密度領域から荷電粒子が飛来してウェハーに衝突する衝突確率が増大するからであると推測した。
ターゲットのエロージェン測定から明らかなように、プラズマ密度の高い領域は、ターゲットの直径方向について、中央部よりも周辺部に集中している。そして、プラズマ密度の高い領域は、ターゲットからウェハーに向かう方向に見て、ターゲットの極く近傍に存在するが、荷電粒子密度の高い領域は、むしろプラズマ領域のウェハー側に存在していると考えられる。
そこで、荷電粒子が、ウェハー上に飛来し、衝突するのを防止するために、ターゲットに近い位置であって、しかもプラズマ領域から僅かにウェハー側に離れた位置にコリメート板を配置して、荷電粒子をコリメート板により捕捉することを着想し、更には、ターゲットとコリメート板との位置関係を研究して、本発明を完成するに到った。
【0030】
上述した本発明の更なる目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係るスパッタ装置は、ターゲットホルダに保持されたターゲットと、ターゲットに対面させるようにして、ターゲット金属を堆積させるウェハーを保持するウェハーホルダとを備え、ターゲット金属をウェハー上にスパッタリングするスパッタ装置において、ターゲットホルダと、ウェハーホルダとの間に、ターゲットからウェハーに向けて貫通した多数個の貫通孔を有する導電体からなるコリメート板を接地した状態でターゲット表面との間隔が24mm以上39 mm以下となる位置に介在させることを特徴としている。
【0031】
後述の実験例1及び2の結果から判るように、コリメート板の介在効果は、コリメート板のターゲットに対する位置によって大幅に異なり、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化防止に関し、コリメート板のターゲットに対する位置には、臨界的な意義がある。そこで、本発明の好適な実施態様では、コリメート板が、ターゲットホルダに対して第1の間隔D1以下で第2の間隔D2 以上の範囲の間隔で配置されていて、更に好適には、スパッタ装置は、コリメート板を前記範囲の間隔内に位置決めし、保持する位置調整手段を備えている。第1の間隔D1及び第2の間隔D2は、スパッタ装置の構造により、またスパッタリング条件により、それぞれ、異なるものの、実用的には、後述する理由から、第1の間隔D1が39 mmであり、第2の間隔D2 が24mmである。
【0032】
また、コリメート板の表面積に対する全貫通孔の開口面積の総和の比率、開口率は高い方がよく、また、コリメート板の貫通孔の形状及び寸法に制約はないものの、好適には、コリメート板は、貫通孔のアスペクト比が0.7以上1.3以下の網状板である。
【0033】
本発明は、グロー放電によりスパッタリングを行うスパッタ装置である限り、スパッタ装置の種類、形式に制約はなく適用でき、例えば、直流スパッタ装置、高周波(RF)スパッタ装置及びマグネトロンスパッタ装置に適用できる。
【0034】
コリメート板がターゲットとウェハーとの間に介在する場合、ゲート絶縁膜の初期耐圧劣化の程度は、コリメート板とターゲットホルダとの距離、コリメート板のアスペクト比及びスパッタレートに依存すると考えられる。
【0035】
コリメート板が介在しない場合、高荷電粒子領域から飛来する荷電粒子が直接的にウェハーに衝突する確率は、ウェハー周辺部ほど高く、従ってウェハ周辺部のゲート絶縁膜の初期耐圧劣化の程度がウェハー中央部に比べて激しい。
例えばマグネトロンスパッタ装置の場合、マグネトロンスパッタ装置毎にカソードマグネットの形状、寸法が異なり、その結果、ターゲット直径方向のプラズマ密度分布、ひいては荷電粒子の分布が異なるため、劣化パターン(マップ)は、各装置に固有なパターンとなるものの、一般的な傾向として、ウェハー周辺部ほど劣化が激しい。
また、コリメート板が介在しない場合、ウェハ中央部でも、コリメート板を介在させた場合に比べて、ゲート・ソース/ドレイン間のリーク電流の増大などが計測されており、スパッタ時にゲート酸化膜にダメージが与えられていることは明らかである。
【0036】
コリメート板とターゲットホルダとの距離(T/C間距離)は、この高荷電粒子密度域から直接飛来する荷電粒子を捕捉する確率が高くなるように決定されるべき因子であって、前述したように、コリメート板の介在効果は、コリメート板のターゲットに対する位置によって大幅に異なり、コリメート板のターゲットに対する位置には臨界的な意義がある。例えば、T/C間距離が50mm以上であると、コリメート板の介在効果は大幅に低下する。
T/C間距離を短くして、荷電粒子のコリメート板に対する入射角度を大きくすれば、荷電粒子のコリメータ板での捕捉確率を高めることができるので、荷電粒子の飛来、衝突によるゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化を効果的に防止できる。しかし、逆に、T/C間距離が短すぎると、高密度プラズマ存在領域にコリメート板が接触するために、コリメート板がスパッタリングされて削られる恐れがあり、非常に危険であるから、その見地からT/C間距離には許容最短距離(例えば24mm)が設定される。
【0037】
また、コリメート板のアスペクト比を大きくすることは、前述の高荷電粒子密度域からの荷電粒子を捕捉する確率が高くなるので、ゲート酸化膜の初期絶縁耐圧の劣化防止に有効である。しかし、アスペクト比が大きすぎると、スパッタ金属が捕捉されるので、スパッタレートが低下する。
【0038】
【発明の実施の形態】
次に本発明の各実施の形態について、図面と共に説明する。
本発明に係る半導体装置の製造方法の第1の実施形態
図1は本発明になる半導体装置の製造方法の第1の実施の形態の各工程の素子断面図を示す。まず、図1(a)に示すようにP型シリコン基板101にNウェル102を既知の方法により形成する。次いで、P型シリコン基板101の表面にフィールド絶縁膜としてフィールド酸化膜103を選択酸化法により形成する。このフィールド酸化膜103に囲まれた活性領域に、順次シリコン酸化膜などのゲート絶縁膜104と多結晶シリコンを成長し、多結晶シリコンにリンを既知の手法によりドープして多結晶シリコンの電気抵抗の低減を図る。
【0039】
次いで、既知の手法であるフォトリソグラフィー法とドライエッチング法により、多結晶シリコンをパターンニングして図1(a)に示すようにゲート電極105を形成する。次に、フォトリソグラフィー法とイオン注入法により、低濃度のN型不純物拡散層113と低濃度のP型不純物拡散層114を形成する。次いで、ゲート電極105の側面にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜から構成されるサイドウォール106を既知のCVD技術とエッチング技術を用いて形成する。
【0040】
次に、図1(b)に示すように、フォトリソグラフィー法とイオン注入法により、N型不純物拡散層のソース・ドレイン領域107とP型不純物拡散層のソース・ドレイン領域108を形成する。かくして、LDD構造としてN型ソース・ドレイン領域107、P型ソース・ドレイン領域108が形成される。
【0041】
次いで、ゲート電極105である多結晶シリコンの表面と半導体基板表面の自然酸化膜を除去し、例えばゲート電極105に到達する電荷量Qが5C/cm2 以下になるような条件とするマグネトロンスパッタ装置を使用して、高融点金属であるチタンをスパッタ堆積してチタン膜109を形成する。この際、使用するマグネトロンスパッタ装置には、ウェハーとターゲット間にコリメート板のような例えば網状の導電体を挿入してスパッタを行う。
【0042】
図6は本発明方法の第1の実施の形態で使用するマグネトロンスパッタ装置の一例の構成図を示す。図6(a)に示すマグネトロンスパッタ装置は、チャンバ61内にウェハーホルダ62上にウェハー63が載置され、これに離間対向する位置にカソードマグネット64とターゲット65が配置され、ウェハー63とターゲット65との間の空間位置にコリメート板66が配置されている。
【0043】
通常用いるコリメート板は、スパッタ粒子の異方性を高めるものであり、網のアスペクト比が1程度のものであるが、このスパッタ装置で用いるコリメート板66は、図6(b)に上面図を示すように、網状の導電体からなる構成である。なお、このコリメート板66は、単に導電性のある板をウェハーとターゲット間に挿入すればよく、コリメート板66のアスペクト比および寸法、形状は任意であり、また、ウェハー63の全面を覆っている必要もなく、プラズマ強度分布が高いあるいは電荷が発生しやすい領域だけをカバーしていればよい。
【0044】
さらに、また、このコリメート板66の形状はスパッタ装置によって寸法、形状を調整すればいいものである。なお、このコリメート板66の網状の導電体は、設地電位として用いてもよいが、プラズマ状態に対応して、電位を与えることによりさらに効果が上がる。また、第1の実施の形態では、チタン膜を109を堆積した例を示しているが、コバルト、ニッケル等の他の高融点金属を堆積するようにしても同様の効果が得られることは勿論である。
【0045】
次に図1(c)に示すように、窒化雰囲気中で700℃以下の急速熱処理(RTA)することにより、多結晶シリコンであるゲート電極105の表面およびソース・ドレイン領域107および108と接触するチタン膜109の界面のみにC49型構造のチタンシリサイド層110を形成する。また、この際、フィールド酸化膜103およびサイドウォール106と接触するチタン膜109と半導体基板上のチタン膜109の一部は窒化されて窒化チタン膜111となる。
【0046】
次に図1(d)に示すように、アンモニア水および過酸化水素水等の混合液などにより、選択的にウェットエッチングし、未反応チタンと窒化チタン膜111のみを除去する。次いで、前述のRTAよりも高温(800℃以上)のRTAを行い、前記のC49型構造のチタンシリサイド層110よりも電気抵抗率の低いC54型構造のチタンシリサイド112を形成する。
【0047】
このようにして製造されたMOS型電界効果トランジスタは、スパッタによるゲート耐圧の劣化が起こっておらず、良好なゲート耐圧が得られている。コリメート板66がウェハー63とターゲット65間に挿入されているために、ウェハー63に到達するはずの電荷がコリメート板66に流れて、ゲート電極105のチャージアップが抑制されいるためである。
【0048】
このようにサリサイド構造を有したフローティングゲート電極上に高融点金属をスパッタ堆積する場合には、ウェハーへ到達する電荷量を制御する方法として、発生した電荷をウェハーに到達しないようにすることでゲート耐圧特性を向上させることができる。
本発明に係る半導体装置の製造方法の第2の実施形態
図2(a)に示すようにP型シリコン基板201にNウェル202を既知の方法により形成する。次いで、P型シリコン基板201の表面にフィールド絶縁膜としてフィールド酸化膜203を選択酸化法により形成する。このフィールド酸化膜203に囲まれた活性領域に、順次シリコン酸化膜などのゲート絶縁膜204と多結晶シリコンを成長し、多結晶シリコンにリンを既知の手法によりドープして多結晶シリコンの電気抵抗の低減を図る。次いで、既知の手法であるフォトリソグラフィー法とドライエッチング法により、多結晶シリコンをパターンニングし図2(a)に示すように、ゲート電極205を形成する。
【0049】
次に、フォトリソグラフィー法とイオン注入法により、低濃度のN型不純物拡散層213と低濃度のP型不純物拡散層214を形成する。次いで、ゲート電極205の側面にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜から構成されるサイドウォール206を既知のCVD技術とエッチング技術を用いて形成する。
【0050】
次に、図2(b)に示すようにフォトリソグラフィー法とイオン注入法により、N型不純物拡散層のソース・ドレイン領域207とP型不純物拡散層のソース・ドレイン領域208を形成する。次いで、ゲート電極205である多結晶シリコンの表面と半導体基板表面の自然酸化膜を除去し、例えばゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm2 以下になるような条件とするマグネトロンスパッタ装置を用いて、高融点金属であるチタンをスパッタ堆積してチタン膜209を形成する。
【0051】
このときに使用するマグネトロンスパッタ装置の構成を図7(b)、(d)または(e)に示す。従来のスパッタ装置として、図7(a)に示す如く、チャンバ71内にウェハーホルダ72上にウェハー73が載置され、ウェハー73に離間対向する位置にターゲット74が配置された、ホルダーマグネットがない構造のスパッタ装置が知られているが、このものは発明者らの詳細な実験結果により、プラズマ75のプラズマ密度が最大の領域が最もゲート初期耐圧劣化が見られた。
【0052】
これに対して、図7(b)に示すマグネトロンスパッタ装置は、ホルダーマグネットがない構造のマグネトロンスパッタ装置において、プラズマ77のプラズマ密度最大の領域が基板(ウェハー)外側になるように、大きさを設定したターゲット76を用いた構造のマグネトロンスパッタ装置であり、上記のチタン膜209をスパッタ堆積した場合には、プラズマ77から発生した電荷がウェハー73に到達しないようにできるため、良好な電気特性が得られた。
【0053】
また、図7(a)及び(b)に示したマグネトロンスパッタ装置は、プラズマ75、77がウェハー73に直接接触している構造であるが、従来のマグネトロンスパッタ装置には図7(c)に示すように、プラズマ80がウェハー73に接しない状態でホルダマグネット79が装着されている構造のマグネトロンスパッタ装置も知られている。すなわち、この従来のマグネトロンスパッタ装置では、チャンバ71内にウェハーホルダ72上にホルダマグネット79を介してウェハー73が載置されており、ターゲット74からのプラズマ80はウェハー73には接しない。
【0054】
しかし、この従来のマグネトロンスパッタ装置でも、プラズマから発生した電荷(Ar+あるいは電子)がウェハー73に到達することにより、同様にゲート初期耐圧不良が生じ、発明者の詳細な実験結果より、ウェハー73周辺部にゲート初期耐圧の劣化箇所が見られた。
【0055】
そこで、このホルダーマグネットがある構造のマグネトロンスパッタ装置として、この実施の形態では、図7(d)または図7(e)に示した構造のマグネトロンスパッタ装置を使用してチタン膜209をゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm2 以下になるような条件でスパッタ堆積する。図7(d)に示すマグネトロンスパッタ装置は、プラズマを安定化させるために取り付けられているホルダマグネット81を、ウェハー73の側面を覆う形状とした点に特徴があり、これにより、プラズマ82から発生した電荷を、ホルダマグネット81の磁場によりトラップすることにより、ゲート初期耐圧不良を抑制することができる。
【0056】
また、図7(e)に示すマグネトロンスパッタ装置は、プラズマを安定化させるために取り付けられているホルダマグネット83の磁界強度を、プラズマ84のプラズマ最大領域がウェハー83より上部にあるように設定した点に特徴があり、これにより、プラズマ84から発生した電荷を、ホルダマグネット83の磁場によりトラップすることにより、ゲート初期耐圧不良を抑制することができる。
【0057】
図7(d)あるいは図7(e)に示した構造のマグネトロンスパッタ装置の場合には、ホルダマグネット81、83から発生した磁場により電荷がトラップされたことで、周辺部にも劣化箇所は見られず良好な電気特性が得られた。実際には、マグネトロンスパッタ装置の構造によってゲート初期耐圧の劣化の程度が変化するため、上述のプラズマ最大領域を変更する方法とウェハー側のホルダマグネットにより発生する磁場によってトラップする方法の組み合わせで最適化する場合も考えられる。
【0058】
この第2の実施の形態では、チタンを堆積した例を示しているが、コバルト、ニッケル等の他の高融点金属を堆積するようにしても同様の効果が得られることは勿論である。
【0059】
再び図2に戻って説明するに、次に図2(c)に示すように窒素雰囲気中で700℃以下の急速熱処理(RTA)をすることにより、多結晶シリコンであるゲート電極205の表面およびソース・ドレイン領域107および108と接触するチタン膜109の界面のみにC49型構造のチタンシリサイド210を形成する。また、この際、図2(c)に示すように、フィールド酸化膜203およびサイドウォール206と接触するチタン膜209と半導体基板上のチタン膜209の一部は窒化されて窒化チタン膜211となる。
【0060】
次に、図2(d)に示すように、アンモニア水および過酸化水素水等の混合液などにより、選択的にウェットエッチングし、未反応チタンと窒化チタン膜211のみを除去する。次いで、前述のRTAよりも高温(800℃以上)のRTAを行い、前記のC49型構造のチタンシリサイド210よりも電気抵抗率の低いC54型構造のチタンシリサイド212を形成する。
【0061】
この実施の形態では、マグネトロンスパッタ装置構成を図7(b),(d)または(e)のような構造にすることで、プラズマから発生する電荷がウェハーに到達せず、ゲート初期耐圧劣化が抑えられる。更に、第1の実施の形態で用いるマグネトロンスパッタ装置では導電体の網状のコリメート板を挿入しているため、スパッタされた膜が導電体の網状のコリメート板に堆積されることによりウェハー上へのスパッタレートの低下やパーティクル等の問題のため、コリメート板の交換の必要があるのに対し、この第2の実施の形態で用いるマグネトロンスパッタ装置では、導電体の網状のコリメート板を挿入していないため、コリメート板の交換の必要がなくなり、装置を安定に維持し易いという利点もある。
【0062】
なお、以上の第1および第2の実施の形態では、ゲート及び拡散層上に同時にシリサイドを形成する方法について示したが、ポリサイドゲート(WSix/Poly−Si)、ポリタメルゲート(W/WNx/Poly−Si)あるいは、メタルゲート(W/SiO2)構造等のフローティングゲート上に高融点金属をスパッタして拡散層上にシリサイドを形成する場合についても、本発明を適用できることは勿論である。
【0063】
本発明に係るスパッタ装置の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係るスパッタ装置をマグネトロンスパッタ装置に適用した実施形態の一例であって、図10(a)は本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置の構成を示す模式的断面図、図10(b)はコリメート板の平面図、図10(c)はコリメート板の側面図である。図10中、図8と同じ部品、部位には同じ符号を付している。
本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置30は、図10に示すように、基本的には、前述の図6に示したマグネトロンスパッタ装置と同じ構成を備えており、スパッタ・チャンバ12内に、ウェハーWを載置させるウェハーホルダ14と、ウェハーWに対して離間、対面する位置にターゲットTを保持するカソードマグネット16と、ウェハーホルダ14とカソードマグネット16との間に設けられた網板状のコリメート板32とを備えている。
【0064】
コリメート板32は、スパッタ粒子の異方性を高めると共に荷電粒子を捕捉するために設けられており、図10(b)に示すように、正六角形を連続させた網形状の、導電体からなる網状板として構成され、接地されている。コリメート板32の正六角形の網目又は孔は、ターゲットTからウェハーWに向かって貫通し、網目又は孔のアスペクト比は1である。即ち、コリメート板の厚さt(図10(c)参照)と網目又は孔の径D(網目又は孔の最大径、図10(b)参照)とは同じ長さである。
また、コリメート板32は、位置調整機構34により、コリメート板32の面からカソードマグネット16のターゲット保持面までの距離(T/C間距離、図10(a)では、L1 で表示)が変更され、その位置に保持されるようになっている。位置調整機構34は、既知の機構であって、油圧シリンダ、エアシリンダ等の駆動装置によりコリメート板32を上下に自在に昇降させる。
なお、コリメート板32の広さは、コリメート板32がウェハーWの全面を覆っている必要もなく、プラズマ強度分布が高い、あるいは荷電粒子が発生しやすい領域だけをカバーしておればよい。
【0065】
実験例1
アネルバ(株)製のモデル番号I−1060にコリメート板を装着した、本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置30と同じ構成の実験装置を使って、スパッタリング実験を行った。以下に、実験装置の仕様を簡単に示す。
ターゲット
厚さ :3mm
直径 :12インチ
ウェハーホルダ
ウェハー寸法:6インチ径又は8インチ径
チャック方式:クランプチャック
コリメート板
孔径D :23mm
厚さt :23mm
孔の形状 :正六角形の連続形状
アスペクト比:1
材質 :ステンレス鋼
【0066】
上述の実験装置で、カソードマグネット16のターゲット保持面とウェハーWの表面との距離(T/S間距離、図10(a)では、L2 で表示)を103mmに調整し、かつカソードマグネット16のターゲット保持面とコリメート板32の対向面との距離L1 を34mmにに調整して、ウェハーホルダ14とカソードマグネット16との間に印加するスパッタ電力を1.0kW、1.5kW及び2.0kWに変えて、以下のスパッタリング条件でCoをスパッタし、膜厚100ÅのCo膜を図9に示すポリシリコン膜上に成膜した。
スパッタリング条件
ホルダ温度 :室温
チャンバ圧力:3〜8mTorr
次いで、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の良否をチップ毎に調べ、図12(a)〜(c)に示すように、ゲート酸化膜の重度絶縁不良のチップを黒色、及び軽度絶縁不良のチップを灰色に彩色した。
【0067】
実験例2
実験例1と同じ実験装置を使い、カソードマグネット16のターゲット保持面とウェハーWの表面との距離L2 を113mmに調整し、かつカソードマグネット16のターゲット保持面とコリメート板32の対向面との距離L1 を24mm、29mm、34mm、39mm、44mm及び56mmに変更し、かつ同じL1 でウェハーホルダ14とカソードマグネット16との間に印加するスパッタ電力を1.0kW、1.5kW及び2.0kWに変えて、計18回の相互に異なる条件でCoスパッタリングを行った。尚、その他の条件は、実験例1と同じスパッタリング条件と同じである。
次いで、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の良否をチップ毎に調べ、図13(a)〜(c)から図18(a)〜(c)に示すように、ゲート酸化膜の重度絶縁不良のチップを黒色、及び軽度絶縁不良のチップを灰色に彩色した。
【0068】
図19に示すように、スパッタ電力をパラメータとして、実験例1と2の実験結果を集計した。図19では、横軸にL1 、縦軸にゲート酸化膜の良品率(%)を取っている。
図19から判る通り、スパッタ電力の大小にかかわらず、L1 が39mm以下では、良品率がほぼ100%に達し、一方、L1 が44mm以上では、良品率は60%以下に急激に低下する。即ち、ゲート酸化膜の良品率、即ちコリメート板32の介在効果に関し、コリメート板32のターゲット、又はカソードマグネットに対する明確な臨界的位置が、39mmと44mmの間に存在することが判る。
図19の左端の棒グラフは、コリメート板を介在させないときの良品率の数値であって、L1 が56mmのときの良品率とほぼ同じである。
【0069】
実験例3
実験例1と同じ実験装置を使い、カソードマグネットに対するコリメート板の距離L1 を29mm、カソードマグネットとウェハーホルダとの距離L2 を68mmに設定して、以下のスパッタリング条件の下でスパッタ電力(kW)とゲート酸化膜の良品率との関係を調べ、その結果を図20に示した。また、比較のために、コリメート板を備えていないこと除いて実験装置と同じ構成のマグネトロンスパッタ装置を使って、スパッタリングを行い、その結果も合わせて図20に示した。
スパッタリング条件
チャンバ圧力 :8〜10mTorr
ガス流量 :80〜100scc/m
スパッタパワー:1.5kW
図20から判る通り、本発明で特定した距離関係でコリメート板を設けることにより、コリメート板を備えないマグネトロンスパッタ装置に比べて、本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置は、ゲート酸化膜の良品率のスパッタ電力依存性が極めて低い。
【0070】
実験例4
実験例1と同じ実験装置を使い、カソードマグネットに対するコリメート板の距離L1 を29mm、カソードマグネットとウェハーホルダとの距離L2 を68mmに設定して、以下のスパッタリング条件の下でスパッタレート(Å/sec )とゲート酸化膜の良品率の関係を調べ、その結果を図21に表示した。また、比較のために、コリメート板を備えていないこと除いて本実施形態例の同じ構成のマグネトロンスパッタ装置を使って、スパッタリングを行い、その結果も合わせて図21に表示した。
スパッタリング条件
チャンバ圧力 :8〜10mTorr
ガス流量 :80〜100scc/m
スパッタパワー:1.5kW
図21から判る通り、本発明で特定した距離関係でコリメート板を設けることにより、コリメート板を備えないマグネトロンスパッタ装置に比べて、本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置は、良品率のスパッタレート依存性が低い。
【0071】
ところで、スパッタレートを上げることにより、導電性の金属(もしくは金属珪化物)がウェハー表面を速やかに覆うため、荷電粒子はゲートの深さ方向よりもウェハの水平方向に進むようになり、ゲート酸化膜の初期耐圧劣化確率は低くなる。
従って、スパッタレートを上げることは、図21に示すように、ゲート酸化膜の初期絶縁耐圧の劣化防止に有効である。但し、スパッタレートが速過ぎると、ウェハーの面内膜厚分布差が増大し、更には高温スパッタ時のシリサイド化反応量の減少なども懸念されるために、高スパッタレートでのスパッタは、余り好ましくない。実験例3のスパッタパワーを2.6kWにすることで、スパッタレートを上げると、コリメート板をカソードマグネット16のカソード保持面に対する距離を50mmにした場合でも、良品率は98%であることが検証された。
なお、スパッタレートを上げてゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化防止を図ろうとしても、スパッタが始まった直後には荷電粒子のゲートへの飛来を遮断する導電性の金属膜が成膜されていないので、コリメート板を介在させた場合に比べて、ゲート酸化膜の初期耐圧劣化防止の効果が低い。
また、装置メーカの異なるエンジュラ(AMAT ENDURA )での結果で、46.5mmでも満足する結果が得られた。
【0072】
実験例5
実験例1及び実験例2で使用した本実施形態例のマグネトロンスパッタ装置を使い、カソードマグネットに対するコリメート板の距離L1 を34mm、カソードマグネットとウェハーホルダとの距離L2 を103mmに設定し、印加電圧を1.5kWに固定し、かつガス圧を5mTorr、8mmTorr、10mTorr、及び15mTorrに設定して、それぞれ、Coスパッタリングを行い、ゲート酸化膜の良品率のガス圧依存性を関係を調べた。
その結果、5mTorr、8mmTorr、10mTorr、及び15mTorrのガス圧で、ゲート酸化膜の良品率は、それぞれ、100%であって、コリメート板を設けたマグネトロンスパッタ装置では、ゲート酸化膜の良品率には、ガス圧依存性が無いことが判った。
【0073】
以上の実験例1から実験例5の結果から、本実施形態例のスパッタ装置は、カソードマグネット16のカソード保持面に対して距離24mm以上50mm以下の範囲にコリメート板32を配置させることにより、ゲート電極に高融点金属シリサイド膜を形成する際、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化が生じないようにして、高融点金属をポリシリコン膜上にスパッタできるスパッタ装置であることが実証されている。
また、本実施形態例のスパッタ装置は、ゲート酸化膜の良品率に関し、スパッタ電力依存性、スパッタレート依存性及びガス圧依存性が低く、スパッタリング条件を広い範囲で設定することができる。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板上に選択的に形成される絶縁膜間に高融点金属シリサイド層を形成する半導体装置の製造方法において、ゲート耐圧の劣化が生じない条件で高融点金属をスパッタ堆積するようにしたため、高融点金属シリサイド層を形成することにより低抵抗化を図るMOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)を、ゲート絶縁膜の薄膜化や高集積化により微細化した場合でも、より信頼性高く製造することができる。
【0075】
本発明に係るスパッタ装置によれば、ターゲットホルダと、ウェハーホルダとの間に、ターゲットからウェハーに向けて貫通した多数の貫通孔を有する導電体からなるコリメート板を接地した状態で介在させることにより、好適には、コリメート板をターゲットホルダーに対して第1の間隔D1 以下で第2の間隔D2 以上の範囲の間隔で配置することにより、ゲート電極に高融点金属シリサイド膜を形成する際、ゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化が生じないようにして、高融点金属をポリシリコン膜上にスパッタできるスパッタ装置を実現している。
また、本発明に係るスパッタ装置は、ゲート酸化膜の良品率に関し、スパッタ電力依存性、スパッタレート依存性及びガス圧依存性が低く、スパッタリング条件を広い範囲で設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の各工程での素子断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の各工程での素子断面図である。
【図3】従来方法の一例の各工程での素子断面図。
【図4】従来のスパッタ条件で行った場合のゲート耐圧の良品率等を示す図である。
【図5】コリメート板を挿入した場合のゲート耐圧特性の良品率等を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態で使用するスパッタ装置の構成図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態で使用する各例のスパッタ装置と従来のスパッタ装置の構成図である。
【図8】従来のスパッタ装置の構成を示す模式図である。
【図9】シリサイド化の説明図である。
【図10】図10(a)は実施形態例のスパッタ装置の構成を示す模式図、図10(b)はコリメート板の平面図、図10(c)はコリメート板の側面図である。
【図11】従来のスパッタ装置を使ってスパッタリングした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図12】図12(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図13】図13(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図14】図14(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図15】図15(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図16】図16(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図17】図17(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図18】図17(a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態例のスパッタ装置を使って、相互に異なる条件下でスパッタした際のゲート酸化膜劣化を示すウェハーマップである。
【図19】スパッタ電力をパラメータとして、実験例1と2の実験結果を集計したグラフである。
【図20】良品率のスパッタパワー依存性を示すグラフである。
【図21】良品率のスパッタレート依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
10 従来のスパッタ装置
12 スパッタ・チャンバ
14 ウェハーホルダ
16 カソードマグネット
20 シリコン基板
22 ポリシリコン膜
24 Co膜
26 サイドウォール
28 ゲート酸化膜
30 実施形態例のスパッタ装置
32 コリメート板
34 位置調整機構
61、71 チャンバ
62、72 ウェハーホルダ
63、73 ウェハー
65、74、76 ターゲット
66 コリメート板
75、77、80、82、84 プラズマ
79、81、83 ホルダマグネット
101、201 P型シリコン基板
102、202 Nウェル
103、203 フィールド酸化膜
104、204 ゲート絶縁膜
105、205 ゲート電極
106、206 サイドウォール
107、207 N型ソース・ドレイン領域
108、208 P型ソース・ドレイン領域
109、209 チタン膜
110、210 C49型構造のチタンシリサイド層
111、211 窒化チタン膜
112、212 C54型構造のチタンシリサイド層
113、213 N型不純物拡散層
114、214 P型不純物拡散層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a MOS field effect transistor (MOSFET) that lowers resistance by siliciding the surface of a gate, a source, and a drain in a self-aligned manner.It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
As a conventional salicide process known as one of the methods for manufacturing a semiconductor device, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-45923. This conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to longitudinal sectional views shown in the order of steps of FIGS. 3A to 3D.
[0003]
As shown in FIG. 3A, an
[0004]
Next, as shown in FIG. 3A, a low-concentration N-type
[0005]
Next, as shown in FIG. 3B, an N-type
[0006]
Next, as shown in FIG. 3C, by performing a rapid thermal treatment (hereinafter, RTA) at 700 ° C. or less in a nitrogen atmosphere, only the
[0007]
Next, as shown in FIG. 3D, wet etching is selectively performed with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water to remove only the unreacted titanium and the
[0008]
By using the salicide process described above, the surface portions of the
[0009]
By the way, the conventional
For example, when Co is sputtered on a polysilicon gate electrode using a conventional
[0010]
Here, using a conventional
In this test, a
Sputtering conditions
Chamber pressure: 5 to 15 mTorr
Gas flow rate: Ar / 50-100 scc / m
Sputter power: 1.5kW
However, in the case of Co sputtering using the conventional
In FIG. 11, a chip having a severe insulation defect in the gate oxide film is colored black, and a chip having a slight insulation failure is colored gray.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device, after a gate polysilicon is formed, a refractory metal is sputter-deposited on the gate polysilicon, and at that time, the
[0012]
As a method of forming silicide only on the gate electrode and the diffusion layer, a salicide process is an effective method. However, a spontaneous oxide film on the surface of the
[0013]
Therefore, at the time of sputtering, particularly when the shutter is opened from the discharge during sputter discharge or standby and the sputter deposition is started on the wafer, electric charges are generated in the gate electrode portion, and the electric charges flow through the
[0014]
The present invention has been made in view of the above points. In a method of manufacturing a semiconductor device in which a refractory metal silicide layer is formed between insulating films selectively formed on a semiconductor substrate, deterioration of a gate withstand voltage due to a sputtering device is reduced. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a refractory metal is sputtered under conditions that do not occur.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing a MOS field effect transistor capable of achieving high reliability and low resistance.
[0016]
Also, as described above, when a high melting point metal such as Co, Ti, Ni, or W is sputtered on a polysilicon film using a conventional magnetron sputtering apparatus, silicidation is performed. However, there was a problem that was reduced. Therefore, a further object of the present invention is to form a high-melting metal silicide film on a gate electrode so that a high-melting metal can be sputtered on a polysilicon film so as not to cause deterioration of the withstand voltage of a gate oxide film. Semiconductor deviceProduction methodIt is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the further object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a method of manufacturing a semiconductor device.PolysiliconA refractory metal is deposited on the entire surface of the silicon substrate on which the gate electrode is formed by a magnetron sputtering apparatus to form a refractory metal film, and then heat-treated to form a refractory metal silicide layer at the interface with the refractory metal film. In the method for manufacturing a semiconductor device,The charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm Two Under the following conditions, the refractory metal film was sputter-deposited by a magnetron sputtering apparatus so that the gate withstand voltage of a gate insulating film formed between the silicon substrate and the gate electrode was not deteriorated.It is characterized by:
[0018]
Here, the above-mentioned magnetron sputtering apparatus has a configuration in which the size of the target is set so that the high-melting-point metal is sputter-deposited such that the maximum plasma density region is outside the silicon substrate.
[0019]
Further, the magnetron sputtering apparatus may have a configuration in which a high melting point metal is sputter-deposited with the holder magnet on the silicon substrate side covering the side surface of the wafer having the silicon substrate, and a region where the plasma density is maximum is above the wafer having the silicon substrate. In such a case, the strength of the holder magnet on the wafer side is set, and a high melting point metal is sputter-deposited.
[0020]
Further, the above-mentioned magnetron sputtering apparatus may have a configuration in which a high-melting-point metal is sputter-deposited in a space between a target and a wafer having a silicon substrate while a collimator plate of a conductor is inserted. The high melting point metal is desirably one of titanium, cobalt and nickel.
[0021]
In the present invention, the charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm.2The high-melting-point metal is sputter-deposited under the following conditions to prevent the gate breakdown voltage from deteriorating.
[0022]
The operation of this will be described. FIG. 4 shows a wafer obtained by etching a native oxide film using hydrofluoric acid, depositing titanium by sputtering, and then wet-etching the deposited titanium with a mixed solution of aqueous ammonia and hydrogen peroxide without performing heat treatment. The non-defective rate of gate breakdown voltage is shown. As a comparison, a result measured without performing sputtering is also shown.
[0023]
If titanium is sputtered and wet-etched immediately, the initial withstand voltage of the gate is poor, and the gate withstand voltage is significantly degraded during the sputtering. The non-defective rate is lower than the non-defective rate II in the case where titanium is not sputtered.
[0024]
FIG. 5 shows the good gate breakdown voltage ratio when a collimating plate is inserted between the wafer and the target during sputter deposition, the good gate breakdown voltage ratio when sputtering is deposited without inserting a collimating plate, and the gate breakdown voltage when no sputter deposition is performed. The non-defective rate is shown in comparison. In this case as well, measurement is performed by wet etching without performing heat treatment after sputtering as in FIG.
[0025]
In sputter deposition, the non-defective gate breakdown voltage rate when the collimating plate is inserted between the wafer and the target is 100%, as shown by IV in FIG. As shown by III, the gate breakdown voltage is not deteriorated by sputtering, and a good gate breakdown voltage is obtained, as compared with the good gate breakdown voltage product ratio when titanium is sputtered and immediately wet-etched.
[0026]
In this case, the charge that should reach the wafer because the collimating plate is inserted between the wafer and the target flows to the collimating plate, and the charge-up of the gate electrode is suppressed. Quantity Q is 5C / cm2This is because the following sputter deposition can be performed.
[0027]
Normally, the collimated sputtering is for improving the coverage of the sputtered film by depositing titanium at the bottom of the contact hole with good anisotropy. However, in this case, it is not necessary to use an existing collimating plate, and an electrically grounded plate such as a mesh plate may be inserted between the wafer and the target. A result similar to the obtained result is obtained.
[0028]
As described above, when a high-melting-point metal is sputter-deposited on a floating gate electrode having a salicide structure, a method of controlling the amount of charge reaching the wafer is to prevent unnecessary charge from being generated from the plasma, It is conceivable to prevent the generated charges from reaching the wafer. Therefore, the gate breakdown voltage characteristics can be improved by combining the above two types or a combination thereof.
[0029]
In order to realize a sputtering apparatus that can achieve the above-described object of the present invention, the present inventor has found that the cause of insulation failure of the gate oxide film is that charged particles near the target reach the wafer surface. However, it has been found that the material penetrates the silicon substrate through the polysilicon film and the gate oxide film of the gate electrode. That is, it is speculated that the cause of the deterioration of the withstand voltage of the gate oxide film is due to an increase in the collision probability that charged particles fly from the high charged particle density region existing near the plasma (on the wafer side) and collide with the wafer. did.
As is clear from the erosion measurement of the target, the region having a high plasma density is more concentrated in the peripheral direction than in the center in the diameter direction of the target. The region with high plasma density is located very close to the target when viewed from the target toward the wafer, but the region with high charged particle density is considered to be located on the wafer side of the plasma region. Can be
Therefore, in order to prevent charged particles from flying on the wafer and colliding, a collimator plate is placed at a position close to the target and slightly away from the plasma area to the wafer side. With the idea of capturing particles with a collimating plate, and further studied the positional relationship between the target and the collimating plate, the present invention has been completed.
[0030]
In order to achieve the further object of the present invention described above, based on the above findings, the sputtering apparatus according to the present invention deposits a target metal so as to face the target held by the target holder and the target. A wafer holder that holds a wafer to be sputtered, and a sputtering apparatus that sputters a target metal on the wafer.In the sputtering apparatus, between the target holder and the wafer holder, a conductive material having a large number of through holes penetrating from the target toward the wafer The distance from the target surface is 24 mm or more with the body collimating plate grounded39 mmLess thanWhenIt is characterized by being interposed at a certain position.
[0031]
See belowAs can be seen from the results of Experimental Examples 1 and 2, the effect of the interposition of the collimating plate greatly differs depending on the position of the collimating plate with respect to the target. There is a critical significance. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, the collimating plate is provided with the first distance D with respect to the target holder.1In the following, the second interval D2 Arranged at the intervals in the above range, more preferably, the sputtering apparatus includes position adjusting means for positioning and holding the collimator plate within the interval in the range. First interval D1And the second interval D2Is different depending on the structure of the sputtering apparatus and the sputtering conditions, but is practically the first distance D for the reason described later.1But39 mmAnd the second interval D2 Is 24 mm.
[0032]
In addition, the ratio of the sum of the opening areas of all the through holes to the surface area of the collimating plate, the opening ratio is preferably higher, and the shape and dimensions of the through holes of the collimating plate are not limited. And a net-like plate having an aspect ratio of the through hole of 0.7 or more and 1.3 or less.
[0033]
The present invention can be applied to a sputtering device that performs sputtering by glow discharge without any limitation on the type and type of the sputtering device, and can be applied to, for example, a DC sputtering device, a high frequency (RF) sputtering device, and a magnetron sputtering device.
[0034]
When the collimating plate is interposed between the target and the wafer, it is considered that the degree of the initial breakdown voltage degradation of the gate insulating film depends on the distance between the collimating plate and the target holder, the aspect ratio of the collimating plate, and the sputtering rate.
[0035]
In the absence of a collimating plate, the probability that charged particles coming from the highly charged particle region directly collide with the wafer is higher at the wafer periphery, and therefore the degree of initial withstand voltage degradation of the gate insulating film at the wafer periphery is lower at the wafer center. Intense compared to the department.
For example, in the case of a magnetron sputtering apparatus, the shape and dimensions of the cathode magnet differ for each magnetron sputtering apparatus, and as a result, the plasma density distribution in the target diameter direction and, consequently, the distribution of charged particles are different. However, as a general tendency, the deterioration is more severe in the peripheral portion of the wafer.
In addition, when no collimating plate is interposed, an increase in leakage current between the gate, source and drain is measured at the center of the wafer as compared with the case where the collimating plate is interposed, and the gate oxide film is damaged during sputtering. Is clearly given.
[0036]
The distance between the collimator plate and the target holder (distance between T / C) is a factor to be determined so as to increase the probability of capturing charged particles directly flying from the high charged particle density region, and as described above. In addition, the interposition effect of the collimating plate greatly depends on the position of the collimating plate with respect to the target, and the position of the collimating plate with respect to the target has a critical significance. For example, if the T / C distance is 50 mm or more, the effect of the interposition of the collimating plate is significantly reduced.
If the T / C distance is shortened and the angle of incidence of the charged particles on the collimator plate is increased, the probability of capturing the charged particles on the collimator plate can be increased. Deterioration of the withstand voltage can be effectively prevented. However, conversely, if the T / C distance is too short, the collimating plate comes into contact with the high-density plasma existing region, and the collimating plate may be sputtered and cut off, which is extremely dangerous. , The allowable minimum distance (for example, 24 mm) is set as the distance between T / C.
[0037]
Increasing the aspect ratio of the collimating plate increases the probability of capturing charged particles from the high charged particle density region described above, and is effective in preventing the initial dielectric breakdown voltage of the gate oxide film from deteriorating. However, if the aspect ratio is too large, the sputtered metal is captured, and the sputter rate is reduced.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment of Semiconductor Device Manufacturing Method According to the Present Invention
FIG. 1 is a sectional view of an element in each step of a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, an N well 102 is formed on a P-
[0039]
Next, the
[0040]
Next, as shown in FIG. 1B, a source /
[0041]
Next, the surface of the polycrystalline silicon which is the
[0042]
FIG. 6 shows a configuration diagram of an example of a magnetron sputtering apparatus used in the first embodiment of the method of the present invention. In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 6A, a wafer 63 is placed on a
[0043]
A commonly used collimating plate enhances the anisotropy of sputtered particles and has an aspect ratio of a net of about 1. The
[0044]
Further, the shape and shape of the
[0045]
Next, as shown in FIG. 1C, the surface of the
[0046]
Next, as shown in FIG. 1D, wet etching is selectively performed using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution to remove only the unreacted titanium and the
[0047]
In the MOS type field effect transistor manufactured in this manner, the gate withstand voltage is not deteriorated by sputtering, and a good gate withstand voltage is obtained. This is because, since the
[0048]
When a refractory metal is sputter-deposited on a floating gate electrode having a salicide structure as described above, as a method of controlling the amount of charge reaching the wafer, the generated charge is prevented from reaching the wafer. Withstand voltage characteristics can be improved.
Second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention
As shown in FIG. 2A, an N well 202 is formed on a P-
[0049]
Next, a low-concentration N-type
[0050]
Next, as shown in FIG. 2B, a source /
[0051]
The configuration of the magnetron sputtering apparatus used at this time is shown in FIG. 7 (b), (d) or (e). As a conventional sputtering apparatus, as shown in FIG. 7A, a
[0052]
On the other hand, the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7B has a size such that a region where the plasma density of the plasma 77 is maximum is outside the substrate (wafer) in a magnetron sputtering apparatus having no holder magnet. This is a magnetron sputtering apparatus having a structure using the set target 76. When the above-described
[0053]
Further, the magnetron sputtering apparatus shown in FIGS. 7A and 7B has a structure in which the plasmas 75 and 77 are in direct contact with the
[0054]
However, even in this conventional magnetron sputtering apparatus, the charge (Ar+Alternatively, the electron) arrives at the
[0055]
In this embodiment, a
[0056]
In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7E, the magnetic field strength of the holder magnet 83 attached for stabilizing the plasma is set such that the maximum plasma area of the plasma 84 is above the wafer 83. The feature is that the charge generated from the plasma 84 is trapped by the magnetic field of the holder magnet 83, so that the gate initial breakdown voltage defect can be suppressed.
[0057]
In the case of the magnetron sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 7D or FIG. 7E, since the electric charge is trapped by the magnetic field generated from the
[0058]
Although the second embodiment shows an example in which titanium is deposited, it is a matter of course that the same effect can be obtained by depositing another refractory metal such as cobalt or nickel.
[0059]
Returning to FIG. 2 again, as shown in FIG. 2 (c), the surface of the
[0060]
Next, as shown in FIG. 2D, wet etching is selectively performed using a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide to remove only the unreacted titanium and the
[0061]
In this embodiment, by making the configuration of the magnetron sputtering apparatus as shown in FIG. 7B, FIG. 7D or FIG. 7E, the charge generated from the plasma does not reach the wafer, and the gate initial withstand voltage degradation is reduced. Can be suppressed. Further, in the magnetron sputtering apparatus used in the first embodiment, since a conductive net-like collimating plate is inserted, the sputtered film is deposited on the conductive net-like collimating plate, so that the sputtered film is deposited on the wafer. The collimator plate needs to be replaced due to a problem such as a decrease in the sputter rate or particles. On the other hand, the magnetron sputtering device used in the second embodiment does not include a conductive net-like collimator plate. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to replace the collimating plate, and it is easy to maintain the apparatus stably.
[0062]
In the first and second embodiments, the method of forming silicide on the gate and the diffusion layer at the same time has been described. However, the polycide gate (WSix / Poly-Si), the polytamel gate (W / WNx) / Poly-Si) or metal gate (W / SiO)2The present invention can of course be applied to the case where a refractory metal is sputtered on a floating gate having a structure or the like to form silicide on a diffusion layer.
[0063]
Embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention
This embodiment is an example of an embodiment in which the sputtering apparatus according to the present invention is applied to a magnetron sputtering apparatus. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the magnetron sputtering apparatus according to the embodiment. FIG. 10B is a plan view of the collimator plate, and FIG. 10C is a side view of the collimator plate. 10, the same components and parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 10, the magnetron sputtering apparatus 30 of the present embodiment basically has the same configuration as the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 6 described above. , A cathode magnet 16 for holding a target T at a position facing away from and facing the wafer W, and a net-plate-like collimating plate provided between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16 32.
[0064]
The collimating plate 32 is provided to increase the anisotropy of the sputtered particles and to capture the charged particles, and as shown in FIG. 10B, is made of a net-shaped conductor in which regular hexagons are continuous. It is configured as a mesh plate and is grounded. The regular hexagonal mesh or hole of the collimating plate 32 penetrates from the target T toward the wafer W, and the mesh or hole has an aspect ratio of 1. That is, the thickness t of the collimating plate (see FIG. 10C) and the diameter D of the mesh or hole (the maximum diameter of the mesh or hole, see FIG. 10B) are the same length.
The collimator plate 32 is moved by a
The size of the collimator plate 32 does not need to cover the entire surface of the wafer W, and it is sufficient that the collimator plate 32 covers only a region where the plasma intensity distribution is high or charged particles are easily generated.
[0065]
Experimental example 1
A sputtering experiment was performed using an experimental apparatus having the same configuration as the magnetron sputtering apparatus 30 of the present embodiment, in which a collimator plate was attached to Model No. I-1060 manufactured by Anelva Co., Ltd. The specifications of the experimental device are briefly described below.
target
Thickness: 3mm
Diameter: 12 inches
Wafer holder
Wafer size: 6 inch diameter or 8 inch diameter
Chuck type: Clamp chuck
Collimating plate
Hole diameter D: 23 mm
Thickness t: 23 mm
Hole shape: Continuous hexagonal shape
Aspect ratio: 1
Material: stainless steel
[0066]
In the experimental apparatus described above, the distance between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the surface of the wafer W (distance between T / S; in FIG.2Is adjusted to 103 mm, and the distance L between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the opposing surface of the collimating plate 32 is adjusted.1Was adjusted to 34 mm, and the sputter power applied between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16 was changed to 1.0 kW, 1.5 kW and 2.0 kW, and Co was sputtered under the following sputtering conditions to form a film. A 100 ° thick Co film was formed on the polysilicon film shown in FIG.
Sputtering conditions
Holder temperature: Room temperature
Chamber pressure: 3 to 8 mTorr
Next, the quality of the withstand voltage of the gate oxide film is examined for each chip, and as shown in FIGS. 12A to 12C, the chip with a severe insulation failure of the gate oxide film is black, and the chip with a slight insulation failure is gray. It was painted.
[0067]
Experimental example 2
Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the distance L between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the surface of the wafer W was determined.2Is adjusted to 113 mm, and the distance L between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the opposing surface of the collimating plate 32 is adjusted.1To 24 mm, 29 mm, 34 mm, 39 mm, 44 mm and 56 mm and the same L1The sputtering power applied between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16 was changed to 1.0 kW, 1.5 kW and 2.0 kW, and Co sputtering was performed a total of 18 times under different conditions. The other conditions were the same as the sputtering conditions used in Experimental Example 1.
Next, the quality of the withstand voltage of the gate oxide film is checked for each chip, and as shown in FIGS. 13 (a) to 13 (c) to FIGS. Black and slightly insulated chips were colored gray.
[0068]
As shown in FIG. 19, the experimental results of Experimental Examples 1 and 2 were totaled using the sputtering power as a parameter. In FIG. 19, L is plotted on the horizontal axis.1The vertical axis represents the yield rate (%) of the gate oxide film.
As can be seen from FIG. 19, regardless of the magnitude of the sputtering power, L1Is 39 mm or less, the non-defective rate reaches almost 100%.1Is 44 mm or more, the non-defective rate drops sharply to 60% or less. In other words, regarding the yield rate of the gate oxide film, that is, the effect of the interposition of the collimating plate 32, it is understood that a clear critical position of the collimating plate 32 with respect to the target or the cathode magnet exists between 39 mm and 44 mm.
The bar graph on the left end of FIG. 19 is a numerical value of the non-defective rate when no collimating plate is interposed,1Is almost the same as the non-defective product ratio when is 56 mm.
[0069]
Experimental example 3
Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the distance L between the collimator plate and the cathode magnet was measured.1Is 29 mm, and the distance L between the cathode magnet and the wafer holder is L2Was set to 68 mm, and the relationship between the sputtering power (kW) and the yield rate of the gate oxide film was examined under the following sputtering conditions. The results are shown in FIG. For comparison, sputtering was performed using a magnetron sputtering apparatus having the same configuration as the experimental apparatus except that the collimator plate was not provided, and the results are also shown in FIG.
Sputtering conditions
Chamber pressure: 8 to 10 mTorr
Gas flow rate: 80-100 scc / m
Sputter power: 1.5kW
As can be seen from FIG. 20, by providing the collimating plate with the distance relationship specified in the present invention, the magnetron sputtering device of the present embodiment has a lower gate oxide film yield than the magnetron sputtering device without the collimating plate. Extremely low sputter power dependence.
[0070]
Experimental example 4
Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the distance L between the collimator plate and the cathode magnet was measured.1Is 29 mm, and the distance L between the cathode magnet and the wafer holder is L2Was set to 68 mm, and the relationship between the sputter rate (Å / sec) and the yield rate of the gate oxide film was examined under the following sputtering conditions. The results are shown in FIG. For comparison, sputtering was performed using a magnetron sputtering apparatus having the same configuration of this embodiment except that no collimating plate was provided, and the results are also shown in FIG.
Sputtering conditions
Chamber pressure: 8 to 10 mTorr
Gas flow rate: 80-100 scc / m
Sputter power: 1.5kW
As can be seen from FIG. 21, by providing the collimating plate with the distance relationship specified in the present invention, the magnetron sputtering device of the present embodiment has a higher yield rate dependency on the sputtering rate than the magnetron sputtering device without the collimating plate. Is low.
[0071]
By increasing the sputter rate, the conductive metal (or metal silicide) quickly covers the wafer surface, so that the charged particles travel more in the horizontal direction of the wafer than in the depth direction of the gate, resulting in gate oxidation. The initial withstand voltage degradation probability of the film is reduced.
Therefore, increasing the sputtering rate is effective in preventing the initial withstand voltage of the gate oxide film from deteriorating as shown in FIG. However, if the sputter rate is too high, the difference in the in-plane film thickness distribution of the wafer increases, and there is a concern that the amount of silicidation reaction during high-temperature sputtering may decrease. Not preferred. When the sputter rate was increased by setting the sputter power of Experimental Example 3 to 2.6 kW, the non-defective rate was verified to be 98% even when the distance between the collimator plate and the cathode holding surface of the cathode magnet 16 was 50 mm. Was done.
In addition, even if an attempt is made to prevent the deterioration of the withstand voltage of the gate oxide film by increasing the sputter rate, immediately after the start of the sputtering, the conductive metal film that blocks the flying of the charged particles to the gate is not formed. Therefore, the effect of preventing the initial breakdown voltage of the gate oxide film from deteriorating is lower than when the collimating plate is interposed.
In addition, as for the results obtained with different end manufacturers (AMAT ENDURA), satisfactory results were obtained even at 46.5 mm.
[0072]
Experimental example 5
Using the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment used in Experimental Examples 1 and 2, the distance L between the collimator plate and the cathode magnet was L.1Is 34 mm, the distance L between the cathode magnet and the wafer holder2Is set to 103 mm, the applied voltage is fixed to 1.5 kW, and the gas pressure is set to 5 mTorr, 8 mmTorr, 10 mTorr, and 15 mTorr, and Co sputtering is performed, respectively, and the yield rate of the gate oxide film depends on the gas pressure. The relationship was examined for gender.
As a result, at a gas pressure of 5 mTorr, 8 mmTorr, 10 mTorr, and 15 mTorr, the non-defective rate of the gate oxide film is 100%, and the non-defective rate of the gate oxide film is reduced in the magnetron sputtering apparatus provided with the collimating plate. It was found that there was no gas pressure dependency.
[0073]
From the results of Experimental Examples 1 to 5 described above, the sputtering apparatus of the present embodiment provides a gate by disposing the collimator plate 32 within a range of 24 mm or more and 50 mm or less with respect to the cathode holding surface of the cathode magnet 16. It has been proved that the sputtering apparatus is capable of sputtering a high melting point metal on a polysilicon film while preventing the gate oxide film from deteriorating in forming a high melting point metal silicide film on an electrode.
In addition, the sputtering apparatus of this embodiment has a low sputter power dependency, a sputter rate dependency, and a gas pressure dependency with respect to the non-defective rate of the gate oxide film, and can set a wide range of sputtering conditions.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device in which a high-melting-point metal silicide layer is formed between insulating films selectively formed on a semiconductor substrate, under a condition where deterioration of a gate withstand voltage does not occur. The MOS field-effect transistor (MOSFET), which achieves low resistance by forming a high-melting metal silicide layer because a high-melting-point metal is deposited by sputtering, has been miniaturized by making the gate insulating film thinner and more highly integrated. Even in this case, it can be manufactured with higher reliability.
[0075]
According to the sputtering apparatus of the present invention, a collimator plate made of a conductor having a large number of through holes penetrating from the target toward the wafer is interposed between the target holder and the wafer holder in a grounded state. Preferably, the collimating plate is placed at a first distance D with respect to the target holder.1In the following, the second interval D2By forming the refractory metal silicide film on the gate electrode, the refractory metal can be sputtered on the polysilicon film by preventing the deterioration of the dielectric strength of the gate oxide film when the refractory metal silicide film is formed on the gate electrode. A sputter device has been realized.
Further, the sputtering apparatus according to the present invention has low sputter power dependency, sputter rate dependency, and gas pressure dependency with respect to the yield rate of the gate oxide film, and can set sputtering conditions in a wide range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an element in each step of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an element in each step of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of an element in each step of an example of a conventional method.
FIG. 4 is a diagram showing a non-defective product ratio of a gate withstand voltage when the sputtering is performed under the conventional sputtering conditions.
FIG. 5 is a diagram showing a non-defective product ratio and the like of a gate withstand voltage characteristic when a collimating plate is inserted.
FIG. 6 is a configuration diagram of a sputtering apparatus used in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a sputtering apparatus of each example used in the second embodiment of the present invention and a conventional sputtering apparatus.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional sputtering apparatus.
FIG. 9 is an explanatory diagram of silicidation.
FIG. 10A is a schematic diagram illustrating a configuration of a sputtering apparatus according to an embodiment, FIG. 10B is a plan view of a collimator plate, and FIG. 10C is a side view of the collimator plate.
FIG. 11 is a wafer map showing gate oxide film deterioration when sputtering is performed using a conventional sputtering apparatus.
FIGS. 12 (a) to 12 (c) are wafer maps showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under different conditions using the sputtering apparatus of the embodiment.
FIGS. 13A to 13C are wafer maps showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under different conditions using the sputtering apparatus of the embodiment.
FIGS. 14A to 14C are wafer maps each showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under mutually different conditions using the sputtering apparatus of the present embodiment.
FIGS. 15A to 15C are wafer maps each showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under mutually different conditions using the sputtering apparatus of the present embodiment.
FIGS. 16A to 16C are wafer maps each showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under different conditions using the sputtering apparatus of the embodiment.
FIGS. 17A to 17C are wafer maps showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under mutually different conditions using the sputtering apparatus of the embodiment.
FIGS. 18A to 18C are wafer maps showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under mutually different conditions using the sputtering apparatus of the present embodiment.
FIG. 19 is a graph summarizing the experimental results of Experimental Examples 1 and 2 using the sputtering power as a parameter.
FIG. 20 is a graph showing sputter power dependence of the yield rate.
FIG. 21 is a graph showing the sputter rate dependence of the yield rate.
[Explanation of symbols]
10 Conventional sputtering equipment
12 Sputter chamber
14 Wafer holder
16 Cathode magnet
20 Silicon substrate
22 polysilicon film
24 Co film
26 Sidewall
28 Gate oxide film
30 Sputtering apparatus of embodiment example
32 collimating plate
34 Position adjustment mechanism
61, 71 chambers
62, 72 Wafer holder
63, 73 wafer
65, 74, 76 targets
66 Collimating plate
75, 77, 80, 82, 84 Plasma
79, 81, 83 Holder magnet
101, 201 P-type silicon substrate
102, 202 N well
103, 203 Field oxide film
104, 204 Gate insulating film
105, 205 Gate electrode
106, 206 Side wall
107, 207 N-type source / drain regions
108, 208 P-type source / drain regions
109, 209 Titanium film
110, 210 C49 type titanium silicide layer
111, 211 titanium nitride film
112,212 Titanium silicide layer of C54 type structure
113, 213 N-type impurity diffusion layer
114, 214 P-type impurity diffusion layer
Claims (8)
前記ゲート電極に到達する電荷量Qが5C/cm2以下となる条件で、前記高融点金属膜をマグネトロンスパッタ装置によりスパッタ堆積し、前記シリコン基板と前記ゲート電極との間に形成されるゲート絶縁膜のゲート耐圧が劣化しないようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。A high melting point metal is deposited by a magnetron sputtering apparatus on the silicon substrate on which the polysilicon gate electrode of the semiconductor element is formed, and a high melting point metal film is formed. In a method of manufacturing a semiconductor device for forming a refractory metal silicide layer,
The refractory metal film is sputter-deposited by a magnetron sputtering apparatus under the condition that the charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm 2 or less, and a gate insulation formed between the silicon substrate and the gate electrode is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a gate withstand voltage of a film is not deteriorated .
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