JP4819566B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
シリコン基板と、
前記シリコン基板の素子形成面に設けられたNiSi層と、
を含み、
前記NiSi層が、
前記素子形成面に接して設けられ、窒素を実質的に含まない第一領域と、
前記第一領域の上部に接して設けられ、窒素を含む第二領域と、
からなり、
前記NiSi層全体の層厚が50nm以下であり、
前記NiSi層全体の層厚が5nm以上であり、
前記第二領域の厚さが1nm以上2nm以下であり、
前記NiSi層の表面から前記シリコン基板に向かう深さが2nmより大きい領域において、前記第一領域中の窒素濃度が1原子%以下であるとともに、
前記第二領域中の窒素濃度が2原子%以上である、半導体装置が提供される。
シリコン基板上にNiSi層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
NiSi層を形成する前記工程が、
前記シリコン基板の素子形成面にNi膜を形成する第一工程と、
前記Ni膜上に、金属窒化膜を形成する第二工程と、
前記金属窒化膜が設けられた前記シリコン基板を200℃以上350℃以下の第一温度で加熱処理し、前記Ni膜中のニッケルと前記シリコン基板中のシリコンとを反応させて、前記シリコン基板の前記素子形成面にNi2Si層を形成するとともに、前記Ni2Si層の表面から所定の深さまでの領域に窒素を導入する第三工程と、
前記第三工程の後、未反応の前記Ni膜を選択的に除去する第四工程と、
前記第四工程の後、前記シリコン基板を前記第一温度と異なる第二温度で加熱処理し、前記素子形成面に、窒素を実質的に含まない第一領域と、前記第一領域の上部に接するとともに窒化された第二領域と、からなる前記NiSi層を形成する第五工程と、
を含み、
前記第一工程において前記シリコン基板上に形成される前記Ni膜の膜厚が10nm以下であり、
NiSi層を形成する前記工程が、全体層厚5nm以上の前記NiSi層を形成する工程であり、
前記第五工程において、厚さ1nm以上2nm以下の前記第二領域を形成する、半導体装置の製造方法が提供される。
図1は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
シリコン基板101の素子形成面に、ゲート電極105を形成する工程、
ゲート電極105の側壁を覆う側壁絶縁膜(サイドウォール107)を形成する工程、
ゲート電極105の周囲のシリコン基板101に、ソース・ドレイン領域109を形成する工程、および
シリコン基板101のソース・ドレイン領域109上およびゲート電極105上に、それぞれ、NiSi層110およびNiSi層120を形成する工程、
を含む。
ステップ101:シリコン基板101の素子形成面にNi膜115を形成する(第一工程)、
ステップ102:Ni膜115の上部に接する金属窒化膜(TiN膜119)を形成する(第二工程)、
ステップ103:TiN膜119が設けられたシリコン基板101を200℃以上350℃以下の第一温度で加熱処理し、Ni膜115中のニッケルとシリコン基板101中のシリコンとを反応させて、シリコン基板101の素子形成面にNi2Si層130を形成するとともに、Ni2Si層130の表面から所定の深さまでの領域に窒素を導入する(第三工程)、
ステップ104:ステップ103の後、未反応のNi膜115を選択的に除去する(第四工程)、
ステップ105:ステップ104の後、シリコン基板101を第一温度と異なる第二温度で加熱処理し、素子形成面に、窒素を実質的に含まないNiSi領域111と、NiSi領域111の上部に接するとともに窒化された窒化領域117と、からなるNiSi層110を形成する(第五工程)。
また、シリコン基板101上に形成されるNi膜115の膜厚は、たとえば0.05nm以上、好ましくは5nm以上である。Ni膜115膜厚が10nm程度以下の領域では、Ni膜115の膜厚の減少に伴い比抵抗が非線形的に増加するが、Ni膜115の膜厚の下限を上記濃度以上とすることにより、抵抗増加の影響を実用上問題ない程度にさらに確実に抑制することができる。
また、TiN膜119の全体層厚は、たとえば10nm程度とする。
まず、図3(c)および図6(b)に示したように、Ni膜115およびTiN膜119が形成されたシリコン基板101の第一シンターを行う(ステップ103)。第一シンターにおいては、シリコン基板101を200℃以上350℃以下の第一温度で加熱処理する。
そこで、本実施形態では、第一シンターにおける加熱処理時間を1秒以上、好ましくは30秒以上とする。これにより、Ni膜115の膜厚が薄い場合にも、NiとSiとの反応をより一層確実に進行させて、形成したNi膜115ほぼすべてをシリサイド化することができる。
第一の実施形態においては、TiN膜119が、高窒素濃度TiN層123と低窒素濃度TiN層125の積層体である場合を例に説明した(図5(a))が、TiN膜119は以下の構成としてもよい。
本実施例では、第一の実施形態に記載の方法を用いて、半導体装置100(図1)を製造した。サイドウォール107の材料は、SiO2膜とした。また、NiSi層110およびNiSi層120の形成は、以下の条件で行った。
Ni膜115:常温スパッタ、膜厚8nm
TiN膜119:常温スパッタ、膜厚10nm
高窒素濃度TiN層123:Ar:N2=10:90、12kW、10秒
低窒素濃度TiN層125:Ar:N2=50:50、2kW、30秒
第一シンター温度:300℃、60秒
未反応Ni膜115除去エッチング:SPM、140℃、2分
第二シンター温度:450℃、30秒
実施例において、TiN膜119を形成する際に、TiN膜119全体を高窒素濃度TiN層123とした。高窒素濃度TiN層123のスパッタ条件は、Ar:N2=20:80、2kW、30秒程度とした。また、それ以外は実施例の条件を用いて、半導体装置を作製した。
101 シリコン基板
102 MOSFET
103 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
107 サイドウォール
108 エクステンション領域
109 ソース・ドレイン領域
110 NiSi層
111 NiSi領域
113 NiSi領域
115 Ni膜
117 窒化領域
119 TiN膜
120 NiSi層
121 Ni2Si領域
123 高窒素濃度TiN層
125 低窒素濃度TiN層
127 窒化領域
130 Ni2Si層
135 SiN膜
137 SiO2膜
139 接続プラグ
141 ビアホール
201 シリコン基板
215 Ni膜
219 TiN膜
221 Ni2Si層
231 Ni31Si12層
233 SiOx層
Claims (6)
- シリコン基板と、
前記シリコン基板の素子形成面に設けられたNiSi層と、
を含み、
前記NiSi層が、
前記素子形成面に接して設けられ、窒素を実質的に含まない第一領域と、
前記第一領域の上部に接して設けられ、窒素を含む第二領域と、
からなり、
前記NiSi層全体の層厚が50nm以下であり、
前記NiSi層全体の層厚が5nm以上であり、
前記第二領域の厚さが1nm以上2nm以下であり、
前記NiSi層の表面から前記シリコン基板に向かう深さが2nmより大きい領域において、前記第一領域中の窒素濃度が1原子%以下であるとともに、
前記第二領域中の窒素濃度が2原子%以上である半導体装置。 - シリコン基板上にNiSi層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
NiSi層を形成する前記工程が、
前記シリコン基板の素子形成面にNi膜を形成する第一工程と、
前記Ni膜上に、金属窒化膜を形成する第二工程と、
前記金属窒化膜が設けられた前記シリコン基板を200℃以上350℃以下の第一温度で加熱処理し、前記Ni膜中のニッケルと前記シリコン基板中のシリコンとを反応させて、前記シリコン基板の前記素子形成面にNi2Si層を形成するとともに、前記Ni2Si層の表面から所定の深さまでの領域に窒素を導入する第三工程と、
前記第三工程の後、未反応の前記Ni膜を選択的に除去する第四工程と、
前記第四工程の後、前記シリコン基板を前記第一温度と異なる第二温度で加熱処理し、前記素子形成面に、窒素を実質的に含まない第一領域と、前記第一領域の上部に接するとともに窒化された第二領域と、からなる前記NiSi層を形成する第五工程と、
を含み、
前記第一工程において前記シリコン基板上に形成される前記Ni膜の膜厚が10nm以下であり、
NiSi層を形成する前記工程が、全体層厚5nm以上の前記NiSi層を形成する工程であり、
前記第五工程において、厚さ1nm以上2nm以下の前記第二領域を形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
NiSi層を形成する前記工程が、全体層厚50nm以下の前記NiSi層を形成する工程である半導体装置の製造方法。 - 請求項2または3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第三工程が、前記第一温度で前記シリコン基板を1秒以上300秒以下加熱処理する工程である半導体装置の製造方法。 - 請求項2乃至4いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二工程において、前記Ni膜上に、前記金属窒化膜として、窒素濃度が80原子%以上の高窒素濃度領域と、窒素濃度が60原子%以下の低窒素濃度領域とを下からこの順に形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二工程において、前記Ni膜の上部に接して厚さ0.05nm以上3nm以下の高窒素濃度領域を形成する半導体装置の製造方法。
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