JPH08130196A - シリサイド層の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、微細領域に、安定してかつ凝集を
起こすことなく均一な膜厚のシリサイド層の形成を図
る。 【構成】 シリコン基体11上にシリサイド化される金属
層14を形成する第１工程で、金属層14を形成する際にシ
リコン基体11と金属層14との間に、酸素および窒素のう
ちの少なくとも一方を含む層として、例えば酸素を含む
層15を設け、第２工程で、シリコン基体11のシリコンと
金属層14の金属とを反応させてシリサイド層16を形成す
る。上記酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含む
層の形成方法の一例としては、不純物導入技術として、
例えばイオン注入法によってシリコン基体11と金属層14
との界面近傍に酸素および窒素のうちの少なくとも一方
を導入する方法がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に採用され
るシリサイド層の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】素子の微細化にともない、トランジスタ
の拡散層の長さはますます狭くなっている（シャロー
化）。ゲート配線幅が縮小化しているので拡散層の深さ
を浅く形成しないと、ショートチャネル効果が増大し
て、ソース・ドレイン耐圧が劣化する。例えば、ゲート
配線幅が０．２５μｍでは拡散層の深さは０．０８μｍ
以下にしなければならない。拡散層のシャロー化にとも
ない、ソース・ドレインのシート抵抗は増大する。その
結果、素子の応答速度が遅くなる問題が発生する。ゲー
ト遅延時間をτpdとすると、動作周波数ｆが１／τpdに
関係することから、動作周波数の向上が望めなくなる。
これは、マイクロプロセッサ、特に高速動作を要求され
るＭＰＵでは不利になる。その対策として、ソース・ド
レイン上にのみ選択的に低抵抗のチタンシリサイド（Ｔ
ｉＳｉ₂ ）を形成するサリサイド（ＳＡＬＩＣＩＤＥ）
が注目されている。

【０００３】ここで従来のＭＯＳＬＳＩのサリサイドプ
ロセス例を、図７の製造工程図によって説明する。図７
の（１）に示すように、シリコン基板１１１上に素子分
離領域１１２、ゲート絶縁膜１１３、ゲート配線１１
４、サイドウォール１１５，ソース・ドレイン領域１１
６，１１７を形成したＭＯＳトランジスタ１１８を構成
する。その後、フッ酸（ＨＦ）処理によってソース・ド
レイン領域１１６，１１７上の自然酸化膜（図示省略）
を除去する。続いてＭＯＳトランジスタ１１８を覆う状
態にチタン膜１２１を成膜する。

【０００４】次いで熱処理を行って、ソース・ドレイン
領域１１６，１１７のシリコン（Ｓｉ）とチタン膜１２
１のチタン（Ｔｉ）とを反応させて、図７の（２）に示
すように、低抵抗のチタンシリサイド（以下ＴｉＳｉ₂
と記す）層１２２，１２３を形成する。その際に、ゲー
ト配線１１４のシリコンとチタン膜１２１とが反応を起
こして、ゲート配線１１４上にもＴｉＳｉ₂ 層１２４が
形成される。

【０００５】続いて図７の（３）に示すように、上記処
理を行ったシリコン基板１１１をアンモニア過水に浸漬
して、未反応なチタン膜１２１（２点鎖線で示す部分）
を選択的にエッチングして除去する。その後アニーリン
グを行って、上記ＴｉＳｉ₂層１２２，１２３，１２４
を活性化する。

【０００６】上記プロセスによって形成したＭＯＳトラ
ンジスタ１１８では、ソース・ドレイン領域１１６，１
１７の抵抗がＴｉＳｉ₂ 層１２２，１２３を形成しない
ものよりも１桁程度低くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記サ
リサイドプロセスでは、素子の微細化にともなって狭く
なったソース・ドレイン領域にＴｉＳｉ₂ 層を形成させ
ようとすると、ＴｉＳｉ ₂ が凝集し、拡散層（例えばソ
ース・ドレイン領域）上の全面にＴｉＳｉ₂ 層を形成す
ることができなくなる。そのため、シート抵抗の低減が
できなくなる。また拡散層（例えばソース・ドレイン領
域）のシャロー化にともないＴｉＳｉ₂ 層の薄膜化が必
要になる。しかし、ＴｉＳｉ₂ 層を薄膜化すると凝集し
易くなるため、ＴｉＳｉ₂ 層による狭い部分での拡散層
のシート抵抗の低減ができなくなる。

【０００８】ここでＴｉＳｉ₂ 層の凝集機構を簡単に説
明する。凝集が起きる原因として、ＴｉＳｉ₂ 層が生成
される再の結晶変化があげられる。ＴｉＳｉ₂ には一般
にＣ４９結晶構造およびＣ５４結晶構造の２種類が存在
する。このうち低抵抗で安定したＣ５４結晶構造が低抵
抗で安定したシリサイドを生成すると考えられている。
Ｃ５４結晶構造のシリサイドを形成している状態で、例
えば９００℃の熱処理を加えるとＣ５４結晶が９００℃
の温度で粒界拡散をともなう再結晶化が促進される。そ
の結果としてＣ４９結晶に変化する。この影響でＣ４９
になる再結晶時に結晶の収縮が起こり凝集を起こす。

【０００９】また耐熱性を有する大結晶粒径のＴｉＳｉ
₂ 層を形成する方法として、IEDM Tech. Digest(USA),
(1990) H.Sumi et.al. ｐ249-252 、およびJournal of
Electrochemical Society(USA),VOL.141 [5](1994) G.
E.Georgious et al. p.1351-1356に示されている、いわ
ゆるＳＩＴＯＸ（silicidation through oxide）プロセ
スが提案されている。このプロセスによれば、１１００
℃までの耐熱性が確保できる。しかしながら、このプロ
セスでは、シリコン層とチタン層との界面に酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂ ）層を形成して、ＴｉＳｉ₂ 結晶成長を制
御させる方法であるが、シリサイド化のための熱処理温
度がばらついた場合には、形成したＴｉＳｉ₂ 界面部に
ＳｉＯ₂ 層が部分的に残留する問題が残る。そのため、
このプロセスによって形成したトランジスタの特性は不
安定なものになる。

【００１０】本発明は、シリサイド化の際に凝集を起こ
すことなく、およびシリサイド化温度のばらつきに対し
て影響を受けることなく狭い部分にシリサイド層を均一
に形成するシリサイド層の製造方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたシリサイド層の製造方法である。
すなわち、シリコン基体上にシリサイド化される金属層
を形成する第１工程では、シリコン基体上に金属層を形
成する際にシリコン基体と金属層との間に酸素および窒
素のうちの少なくとも一方を含む層を設ける。そして第
２工程では、このシリコン基体のシリコンと上記金属層
の金属とを反応させてシリサイド層を形成する。

【００１２】上記酸素および窒素のうちの少なくとも一
方を含む層は、シリコン基体上に金属層を形成した後、
不純物導入技術として、例えばイオン注入法，プラズマ
ドーピング法またはレーザドーピング法によってシリコ
ン基体と金属層との界面近傍に酸素および窒素のうちの
少なくとも一方を導入して形成される。または上記金属
層を形成する前に、上記のような不純物導入技術によっ
て上記シリコン基体に酸素および窒素のうちの少なくと
も一方を導入して形成される。あるいは上記金属層を形
成する前に、金属酸化物層，金属酸窒化物層および金属
窒化物層のうちの少なくとの一層からなる層で形成され
る。または、上記金属層と同一の層でかつ金属酸化物
層，金属酸窒化物層および金属窒化物層のうちの少なく
とも一層で形成される。

【００１３】

【作用】上記シリサイド層の製造方法では、シリサイド
化を行う前に、少なくともシリコン基体と金属層との界
面近傍、または金属層に、酸素および窒素のうちの少な
くとも一方が含まれる。そのため、シリサイド化反応時
にはシリコン基体から金属層にシリサイド層を形成する
ことができるシリコンが適度に供給されるので、そのシ
リコンと金属層の金属とがシリサイド化反応を起こす。
そしてシリコン基体のシリコン結晶の影響を受けること
なく、シリサイドの結晶成長が進行する。その結果、粒
径が数十μｍの結晶粒を有するシリサイド結晶が形成さ
れる。このように、シリサイド結晶が大結晶粒になるた
め、その後の熱処理では粒界拡散が進行しにくくなる。
そのため、シリサイド化反応によって生成されるシリサ
イド層はシリコン基体の表面で凝集を起こさない。した
がって、シリサイド層はシリコン基体の表面にほぼ均一
に形成される。

【００１４】もし、酸素および窒素のうちの少なくとも
一方が含まれる層が存在しない場合には、シリサイド層
の下地がシリコン結晶であるため、シリサイドの結晶成
長がシリコン結晶のダングリングボンドの影響によって
最も成長し易いＣ５４結晶成長が阻害される。上記のよ
うに、シリコン基体と金属層との界面近傍または金属層
に存在する酸素または窒素は、シリサイド化反応の時間
に応じて、金属層または生成されるシリサイド層中を通
り抜けて還元する。そしてシリコン基体上に大きな粒径
の結晶粒を有するシリサイド層が形成される。このよう
なシリコン層は、粒界拡散が抑制されるので、熱処理を
行っても凝集は起きない。また狭い領域でも結晶粒界の
発生が抑制されるのでほとんどが単結晶シリサイドにな
る。そのため、シリサイド層は凝集を起こさない。

【００１５】

【実施例】本発明の第１実施例を図１の製造工程図によ
って説明する。図１の（１）に示すように、シリコン基
体１１上には酸化シリコンからなる絶縁膜１２が形成さ
れ、この絶縁膜１２にはシリコン基体１１を露出する開
口部１３が設けられている。

【００１６】まず第１工程では、上記処理を行ったシリ
コン基体１１をフッ酸（ＨＦ）で洗浄して、シリコン基
体１１の露出面に形成されている自然酸化膜（図示省
略）を除去する。その直後にシリサイド化される金属層
１４を開口部１３のシリコン基体１１の表面とともに絶
縁膜１２の表面に形成する。金属層１４の形成方法に
は、スパッタリング，蒸着法，ＣＶＤ法等の成膜技術を
用いる。ここでは、例えばスパッタリングによって行っ
た。その成膜条件の一例を説明する。スパッタリングガ
スには流量が１００ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）を用
い、成膜雰囲気の圧力を０．４７Ｐａ、パワーを１ｋ
Ｗ、成膜温度を１５０℃に設定した。このような条件で
スパッタリングを行い、膜厚が３０ｎｍのチタン（Ｔ
ｉ）からなる金属層１４を得た。

【００１７】次いで図１の（２）に示すように、不純物
の導入技術として、例えばイオン注入法によって、上記
シリコン基体１１と上記金属層１４との界面の近傍に酸
素および窒素のうちの少なくとも一方を導入する。ここ
では、絶縁膜１２をマスクにして、例えば酸素３１を導
入する。このイオン注入条件の一例を説明する。ソース
には二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を用い、打ち込みエネルギー
を３５ｋｅＶ、ドーズ量を２Ｐ（Peta）個／ｃｍ² に設
定して行った。その結果、シリコン基体１１と金属層１
４との界面近傍に上記酸素３１を導入した部分からなる
酸素を含む層１５が形成される。

【００１８】上記イオン注入では、酸素３１を導入した
が、例えば窒素を導入してもよい。その場合にイオン注
入条件の一例を説明する。ソースには窒素（Ｎ₂ ）を用
い、打ち込みエネルギーを３５ｋｅＶ、ドーズ量を１Ｐ
（Peta）個／ｃｍ² に設定する。または全面にシリコン
をイオン注入した後、上記のように酸素または窒素をイ
オン注入してもよい。その場合のシリコンのイオン注入
条件の一例を説明する。ソースにはモノシラン（ＳｉＨ
₄ ）を用い、打ち込みエネルギーを３５ｋｅＶ、ドーズ
量を１Ｐ（Peta）個／ｃｍ² に設定する。また酸素また
は窒素のイオン注入条件は、上記説明したのと同様であ
る。

【００１９】次いで図１の（３）に示す第２工程を行
う。この工程では、６２５℃でＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing ）を行う。このアニーリングによって上記シ
リコン基体１１のシリコン（Ｓｉ）と上記金属層１４の
金属〔チタン（Ｔｉ）〕とを反応させる。そしてシリコ
ン基体１１と金属層１４との界面近傍に反応領域１７
（２点鎖線で囲む領域）が形成されていく。

【００２０】その後図１の（４）に示すように、未反応
な金属膜１４（２点鎖線で示す部分）を除去する。その
除去方法の一例として、例えばアンモニアと過水と水と
の混合液に上記処理を行ったシリコン基体１１を浸漬す
ることで、未反応な金属膜１４をエッチングによって除
去する。続いて８２５℃のＲＴＡを行う。上記のように
して、開口部１３のシリコン基体１１の表面にのみシリ
サイド層１６が形成される。

【００２１】上記第１実施例のシリサイド層の製造方法
では、シリサイド化を行う前にシリコン基体１１と金属
層１４との界面近傍に、酸素を含む層１５を形成すた
め、シリサイド化反応時にはシリコン基体１１から金属
層１４にシリサイドを形成することができるシリコンが
適度に供給される。そして、シリコン基体１１のシリコ
ンと金属層１４の金属とが緩やかにシリサイド化反応を
起こす。そのため、シリコン基体１１のシリコン結晶の
影響を受けることなくシリサイド結晶は成長する。一方
酸素を含む層１５の酸素は、シリサイド化反応の時間に
応じて、金属層１４または生成されるシリサイド中を通
り抜けて還元される。その結果、シリコン基体１１上に
大きな粒径（例えば数十μｍ）の結晶粒を有するシリサ
イドが形成される。このように生成されるシリサイド
は、粒界拡散が抑制されるので、熱処理を行っても凝集
を起こさない。また狭い部分でのシリサイド化反応で
は、結晶粒界の発生が抑制されるので、ほとんどが単結
晶シリサイドになる。そのため、シリサイド層は凝集を
起こさない。したがって、上記のようなシリサイド層１
６がシリコン基体１１の表面にほぼ均一に形成される。
さらに結晶粒径が大きいので、上記シリサイド層の耐熱
性は向上する。

【００２２】上記第１実施例では酸素を導入するために
イオン注入法を用いたが、イオン注入法以外にも、プラ
ズマドーピング法またはレーザドーピング法によって、
酸素および窒素のうちの少なくとも一方を、シリコン基
体１１と金属層１４との界面近傍にドーピングすること
が可能である。

【００２３】次に第２実施例を図２の製造工程図によっ
て説明する。この図２では、上記図１で説明したのと同
様に構成部品には同一符号を付す。

【００２４】図２の（１）に示すように、シリコン基体
１１上には酸化シリコンからなる絶縁膜１２が形成さ
れ、この絶縁膜１２にはシリコン基体１１を露出する開
口部１３が設けられている。

【００２５】まず第１工程では、不純物の導入技術とし
て、例えばイオン注入法によって、上記シリコン基体１
１の表層に酸素および窒素のうちの少なくとも一方を導
入する。ここでは、絶縁膜１２をマスクにして、例えば
酸素３１を導入する。このイオン注入条件の一例を説明
する。ソースには二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を用い、打ち込
みエネルギーを３５ｋｅＶ、ドーズ量を２Ｐ（Peta）個
／ｃｍ² に設定して行った。その結果、シリコン基体１
１の表層に上記酸素を導入した部分からなる酸素を含む
層１５が形成される。

【００２６】上記イオン注入では、酸素を導入したが、
例えば窒素または窒素と酸素とを導入してもよい。その
場合にイオン注入条件の一例を説明する。ソースには窒
素（Ｎ₂ ）を用い、打ち込みエネルギーを３５ｋｅＶ、
ドーズ量を２Ｐ（Peta）個／ｃｍ² に設定する。または
シリコン基体１１にシリコン（Ｓｉ）をイオン注入した
後、上記のように酸素または窒素をイオン注入してもよ
い。その場合のシリコンのイオン注入条件の一例を説明
する。ソースにはモノシラン（ＳｉＨ₄ ）を用い、打ち
込みエネルギーを２０ｋｅＶ、ドーズ量を１Ｐ（Peta）
個／ｃｍ² に設定する。そして酸素および窒素のイオン
注入条件は、上記説明したのと同様である。また、酸素
および窒素のイオン注入では、ソースに酸化二窒素（Ｎ
₂ Ｏ）を用い、打ち込みエネルギーを３５ｋｅＶ、ドー
ズ量を４Ｐ（Peta）個／ｃｍ² に設定してもよい。

【００２７】続いて図２の（２）に示すように、上記処
理を行ったシリコン基体１１をフッ酸（ＨＦ）で洗浄し
て、シリコン基体１１の露出面に形成されている自然酸
化膜（図示省略）を除去する。その直後に開口部１３の
シリコン基体１１の表面とともに絶縁膜１２の表面にシ
リサイド化される金属層１４を形成する。金属層１４の
形成方法には、スパッタリング，蒸着法またはＣＶＤ法
等の成膜技術を用いる。ここでは、例えばスパッタリン
グによって行った。その成膜条件は上記第１実施例のチ
タンからなる金属層の成膜条件と同様である。上記条件
でスパッタリングを行い、膜厚が３０ｎｍのチタンから
なる金属層１４を得た。

【００２８】次いで図２の（３）に示す第２工程を行
う。この工程では、６２５℃でＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing ）を行う。このアニーリングによって上記シ
リコン基体１１のシリコン（Ｓｉ）と上記金属層１４の
金属〔チタン（Ｔｉ）〕とを反応させる。そしてシリコ
ン基体１１と金属層１４との界面近傍に反応領域１７
（２点鎖線で囲む領域）が形成されていく。

【００２９】そして図２の（４）に示すように、未反応
な金属膜１４（２点鎖線で示す部分）を除去する。その
除去方法の一例として、例えばアンモニアと過水と水と
の混合液に上記処理を行ったシリコン基体１１を浸漬す
ることで、未反応な金属膜１４をエッチングによって除
去する。その後さらに８２５℃のＲＴＡを行う。その結
果、開口部１３のシリコン基体１１の表面にのみシリサ
イド層１６が形成される。

【００３０】上記第２実施例のシリサイド層の製造方法
では、シリサイド化を行う前にシリコン基体１１の表層
に酸素を含む層１５を形成するため、金属層１４を形成
した後のシリサイド化反応時には、上記第１実施例と同
様の作用が得られる。そのため、シリコン基体１１上に
大きな粒径（例えば数十μｍ）の結晶粒を有するシリサ
イドが形成され、熱処理を行ってもシリサイドは凝集を
起こさない。また狭い領域に形成されても凝集を起こさ
ない。したがって、上記のようなシリサイド結晶からな
るシリサイド層１６がシリコン基体１１の表面にほぼ均
一に形成される。

【００３１】上記第１実施例では酸素を導入するために
イオン注入法を用いたが、イオン注入法以外にも、プラ
ズマドーピング法またはレーザドーピング法によって、
酸素および窒素のうちの少なくとも一方を、シリコン基
体１１の表面近傍にドーピングすることが可能である。

【００３２】次に第３実施例を図３の製造工程図によっ
て説明する。この図３では、上記図１で説明したのと同
様に構成部品には同一符号を付す。

【００３３】図３の（１）に示すように、シリコン基体
１１上には酸化シリコンからなる絶縁膜１２が形成さ
れ、この絶縁膜１２にはシリコン基体１１を露出する開
口部１３が設けられている。

【００３４】まず第１工程では、上記構造の処理を行っ
たシリコン基体１１をフッ酸（ＨＦ）で洗浄して、シリ
コン基体１１の露出面に形成されている自然酸化膜（図
示省略）を除去する。その直後にシリサイド化される酸
素および窒素のうちの少なくとも一方を含んだ層とし
て、ここでは窒素を含む層１８を開口部１３のシリコン
基体１１の表面とともに絶縁膜１２の表面に形成する。
窒素を含む層１８の形成方法には、スパッタリング，蒸
着法またはＣＶＤ法等の成膜技術を用いる。ここでは、
例えばスパッタリング法によって行った。その成膜条件
の一例を説明する。スパッタリングガスに流量が２２０
０ｓｃｃｍのアルゴン（Ａｒ）と流量が３００ｓｃｃｍ
の窒素（Ｎ₂ ）と流量が５００ｓｃｃｍの水素（Ｈ₂ ）
と流量が７５ｓｃｃｍの六フッ化タングステン（Ｗ
Ｆ₆ ）とを用いる。またパワーを５ｋＷ、成膜雰囲気の
圧力を１．４７Ｐａに設定した。このような条件でスパ
ッタリングを行い、膜厚が１０ｎｍの酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂ ）からなる窒素を含む層１８を得た。

【００３５】続いて図３の（２）に示すように、上記窒
素を含む層１８の表面に金属層１４を形成する。金属層
１４の形成方法には、スパッタリング，蒸着法またはＣ
ＶＤ法等の成膜技術を用いる。ここでは、例えばスパッ
タリングによって行った。その成膜条件は上記第１実施
例のチタンからなる金属層の成膜条件と同様である。上
記条件でスパッタリングを行い、膜厚が３０ｎｍのチタ
ンからなる金属層１４を得た。

【００３６】次いで図３の（３）に示す第２工程を行
う。この工程では、６２５℃でＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing ）を行う。このアニーリングによって上記シ
リコン基体１１のシリコン（Ｓｉ）と上記窒素を含む層
１８のチタン（Ｔｉ）および金属層１４のチタン（Ｔ
ｉ）とを反応させる。そして反応領域１９（２点鎖線で
囲む領域）が形成されていく。

【００３７】そして図３の（４）に示すように、未反応
な窒素を含む層１８（１点鎖線で示す部分）と金属膜１
４（２点鎖線で示す部分）とを除去する。その除去方法
の一例として、例えばアンモニアと過水と水との混合液
に上記処理を行ったシリコン基体１１を浸漬することに
よって行う。その後さらに８２５℃のＲＴＡを行う。そ
の結果、開口部１３のシリコン基体１１の表面にのみシ
リサイド層１６が形成される。

【００３８】上記第３実施例のシリサイド層の製造方法
では、シリサイド化を行う前にシリコン基体１１の表層
に酸素を含む層１５を形成するため、金属層１４を形成
した後のシリサイド化反応時には、上記第１実施例で説
明したのと同様の作用が得られる。そのため、シリコン
基体１１上に大きな粒径（例えば数十μｍ）の結晶粒を
有するシリサイドが形成される。そして熱処理を行って
もシリサイドは凝集を起こさない。また狭い領域に形成
されても凝集を起こさない。したがって、上記のような
シリサイド結晶からなるシリサイド層１６がシリコン基
体１１の表面にほぼ均一に形成される。

【００３９】上記第３実施例では、窒素を含む層１８と
して窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成したが、この層は、
金属酸化物〔例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）〕または金
属酸窒化物〔例えば酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）〕で形成
することも可能である。またチタン以外の高融点金属の
金属酸化物，金属酸窒化物または金属窒化物で形成する
ことも可能である。

【００４０】次に第４実施例を図４の製造工程図によっ
て説明する。この図４では、上記図１で説明したのと同
様に構成部品には同一符号を付す。

【００４１】図４の（１）に示すように、シリコン基体
１１上には酸化シリコンからなる絶縁膜１２が形成さ
れ、この絶縁膜１２にはシリコン基体１１を露出する開
口部１３が設けられている。

【００４２】まず第１工程では、上記処理を行ったシリ
コン基体１１をフッ酸（ＨＦ）で洗浄して、シリコン基
体１１の露出面に形成されている自然酸化膜（図示省
略）を除去する。その直後にシリサイド化される酸素お
よび窒素のうちの少なくとも一方を含んだ層と金属層と
を同一の層で、金属酸化物層，金属酸窒化物層および金
属窒化物層のうちの少なくとも一層で形成する。ここで
は窒化チタン（ＴｉＮ）層２０をシリコン基体１１の表
面とともに絶縁膜１２の表面に形成する。ＴｉＮ層２０
の形成方法には、スパッタリング，蒸着法またはＣＶＤ
法等の成膜技術を用いる。ここでは、例えばスパッタリ
ング法によって行った。その成膜条件は上記第３実施例
で説明した窒化チタンの成膜条件と同様である。上記条
件でスパッタリングを行い、膜厚が３０ｎｍのＴｉＮ層
２０を得た。

【００４３】続いて図４の（２）にに示す第２工程を行
う。この工程では、６２５℃でＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing ）を行う。このアニーリングによって上記シ
リコン基体１１のシリコン（Ｓｉ）と上記ＴｉＮ層２０
のチタン（Ｔｉ）とを反応させる。そして反応領域２１
（２点鎖線で囲む領域）が形成されていく。

【００４４】そして図４の（３）に示すように、未反応
なＴｉＮ層２０（２点鎖線で示す部分）を除去する。そ
の除去方法の一例として、例えばアンモニアと過水と水
との混合液に上記処理を行ったシリコン基体１１を浸漬
する。その後さらに８２５℃のＲＴＡを行う。その結
果、開口部１３のシリコン基体１１の表面にのみシリサ
イド層１６が形成される。

【００４５】上記第４実施例のシリサイド層の製造方法
では、シリサイド化を行う前にシリコン基体１１の表層
にＴｉＮ層２０を形成するため、シリサイド化反応時に
は、上記第１実施例で説明したのと同様の作用が得られ
る。そのため、シリコン基体１１上に大きな粒径（例え
ば数十μｍ）の結晶粒を有するシリサイドが形成され
る。そして熱処理を行ってもシリサイドは凝集を起こさ
ない。また狭い領域に形成されても凝集を起こさない。
したがって、上記のようなシリサイド結晶からなるシリ
サイド層１６がシリコン基体１１の表面にほぼ均一に形
成される。

【００４６】上記第４実施例では、ＴｉＮ層２０を形成
したが、この層は、金属酸化物〔例えば酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂ ）〕または金属酸窒化物〔例えば酸窒化チタン
（ＴｉＯＮ）〕で形成することも可能である。またチタ
ン以外の高融点金属の金属酸化物，金属酸窒化物または
金属窒化物で形成することも可能である。

【００４７】上記プロセスはＭＯＳトランジスタのサリ
サイド（ＳＡＬＩＣＩＤＥ）プロセスに適用することが
可能である。次にそのプロセス例を図５の製造工程図に
よって説明する。図では上記図１で説明したのと同様の
構成部品には同一の符号を付す。

【００４８】図５の（１）に示すように、シリコン基体
１１には、素子分離領域５１，５２が形成されている。
また素子分離領域５１，５２間のシリコン基体１１の一
部分上にはゲート絶縁膜５３を介して多結晶シリコンか
らなるゲート電極５４が設けられている。このゲート電
極５４の側壁にはサイドウォール５５，５６が形成され
ている。さらにゲート電極５４の両側におけるシリコン
基体１１の上層には、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain
）構造のソース・ドレイン領域５７，５８が形成され
ている。

【００４９】上記構成のＭＯＳトランジスタ５０を形成
したシリコン基体１１を、フッ酸（ＨＦ）洗浄によっ
て、シリコン基体１１の表面に形成されている自然酸化
膜（図示省略）を除去する。その後、スパッタリングに
よって、全面にチタン膜からなる金属層１４を３０ｎｍ
の膜厚に成膜する。上記スパッタリング条件は第１実施
例で説明したのと同様である。

【００５０】次いで図５の（２）に示すように、例えば
イオン注入法によって、上記ソース・ドレイン領域５
７，５８および上記ゲート電極５４と上記金属層１４と
の界面近傍に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方
を導入する。ここでは、例えば酸素を導入する。このイ
オン注入条件は上記第１実施例で説明したのと同様であ
る。その結果、ソース・ドレイン領域５７，５８および
ゲート電極５４と金属層１４との界面近傍に上記酸素を
導入した部分からなる酸素を含む層６１，６２，６３が
形成される。上記イオン注入では、酸素を導入したが、
例えば窒素を導入してもよい。または全面にシリコンを
イオン注入した後、上記のように酸素または窒素をイオ
ン注入してもよい。上記各場合のイオン注入条件は上記
第１実施例で説明したのと同様である。もしくは、酸素
と窒素との混合物を注入してもよい。

【００５１】次いで図５の（３）に示す第２工程を行
う。この工程では、６２５℃でＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing ）を行う。このアニーリングによって上記ソ
ース・ドレイン領域５７，５８およびゲート電極５４の
シリコン（Ｓｉ）と上記金属層１４の金属〔チタン（Ｔ
ｉ）〕とを反応させる。そしてソース・ドレイン５７，
５８およびゲート電極５４と金属層１４との界面近傍に
反応領域６４，６５，６６（２点鎖線で囲む領域）が形
成されていく。

【００５２】そして図５の（４）に示すように、未反応
な金属膜１４（２点鎖線で示す部分）を除去する。その
除去方法は上記第１実施例で説明したのと同様の方法で
ある。その後さらに８２５℃のＲＴＡを行う。その結
果、ソース・ドレイン領域５７，５８およびゲート電極
５４の各表面にのみシリサイド層６７，６８，６９が形
成される。

【００５３】その後、図示はしないが、層間絶縁膜の成
膜、コンタクトホールの形成、プラグと配線層の形成を
行う。続いて８００℃で活性化熱処理を行う。

【００５４】上記サリサイドプロセスは、ＭＯＳトラン
ジスタを形成してから行ったが、ＭＯＳとの形成中にサ
リサイドプロセスを行う方法を図６の製造工程図によっ
て説明する。図では上記図１および図５で説明したのと
同様の構成部品には同一の符号を付す。

【００５５】図６の（１）に示すように、シリコン基体
１１には、素子分離領域５１，５２が形成されている。
また素子分離領域５１，５２間のシリコン基体１１の一
部分上にはゲート絶縁膜５３を介して多結晶シリコンか
らなるゲート電極５４が設けられている。このゲート電
極５４の側壁にはサイドウォール５５，５６が形成され
ている。さらにゲート電極５４の両側におけるシリコン
基体１１の上層には、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain
）拡散層７１，７２が形成されている。

【００５６】上記のようにゲート電極５４等を形成した
シリコン基体１１を、フッ酸（ＨＦ）洗浄によって、シ
リコン基体１１の表面に形成されている自然酸化膜（図
示省略）を除去する。その後、スパッタリングによっ
て、全面にチタン膜からなる金属層１４を３０ｎｍの膜
厚に成膜する。上記スパッタリング条件は第１実施例で
説明したのと同様である。

【００５７】次いで図６の（２）に示すように、例えば
イオン注入法によって、上記ソース・ドレイン領域５
７，５８を形成する。さらにソース・ドレイン領域５
７，５８および上記ゲート電極５４と上記金属層１４と
の界面近傍に、酸素および窒素のうちの少なくとも一方
を導入する。ここでは、例えば酸素を導入する。このイ
オン注入条件は上記第１実施例で説明したのと同様であ
る。その結果、ソース・ドレイン領域５７，５８および
ゲート電極５４と金属層１４との界面近傍に上記酸素を
導入した部分からなる酸素を含む層６１，６２，６３が
形成される。上記イオン注入では、酸素を導入したが、
例えば窒素を導入してもよい。または全面にシリコンを
イオン注入した後、上記のように酸素または窒素をイオ
ン注入してもよい。もしくは、酸素と窒素との混合物を
注入してもよい。上記各場合のイオン注入条件は上記第
１実施例で説明したのと同様である。

【００５８】その後上記図５の（３），（４）で説明し
たと同様の工程を行って、図６の（３）に示すように、
ソース・ドレイン領域５７，５８およびゲート電極５４
の各表面にのみシリサイド層６７，６８，６９を形成す
る。その後、図示はしないが、層間絶縁膜の成膜、コン
タクトホールの形成、プラグと配線層の形成を行う。続
いて８００℃で活性化熱処理を行う。

【００５９】上記図５または図６によって説明したと同
様にして、上記第２〜第４実施例も、ＭＯＳトランジス
タのサリサイド（ＳＡＬＩＣＩＤＥ）プロセスに適用す
ることができる。

【００６０】上記図５および図６によって説明したサリ
サイドプロセスによれば、トランジスタの設計ルールが
縮小しても、シリサイド層が凝集を起こさないので、狭
い領域に薄膜のシリサイド層を安定して形成することが
できる。その結果、ソース・ドレイン抵抗の低減が可能
になるので、ＬＳＩの応答速度の向上が図れる。また従
来のプロセス技術によって製造することができるので、
新規装置を導入するような生産設備のコスト増がない。
さらにシリサイド層の耐熱性が向上する。

【００６１】また、上記各実施例では、ＴｉＳｉ₂ の形
成を例にして説明したが、本発明のシリサイド層の製造
方法は、チタンシリサイド以外、コバルト（Ｃｏ），ニ
ッケル（Ｎｉ），タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍ
ｏ），白金（Ｐｔ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウ
ム（Ｈｆ），ルテニウム（Ｒｕ），銅（Ｃｕ），金（Ａ
ｕ）等のシリサイドにも適用できる。またシリサイドを
形成する際に成膜する金属層１４は、Ｔｉ層，Ｃｏ層，
Ｎｉ層，Ｗ層，Ｍｏ層，Ｐｔ層，Ｚｒ層，Ｈｆ層，Ｒｕ
層，Ｃｕ層，Ａｕ層のうちの少なくとも２層からなる積
層膜であってもよい。またはＴｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｕのうちの少な
くとも２種類からなる合金層であってもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
シリコン基体と金属層との界面近傍、または金属層に、
酸素および窒素のうちの少なくとも一方が含まれている
ので、シリサイド化反応時にはシリコン基体から金属層
にシリコンを適度に供給することができる。そのため、
シリコン基体の結晶の影響を受けることなく、シリサイ
ドの結晶成長が緩やかに進行するので、結晶粒径が大き
いシリサイド層を形成することができる。したがって、
シリサイド層は、粒界拡散が抑制されるので、熱処理を
行っても凝集を起こさない。また狭い領域にシリサイド
層を形成しても、ほとんどが単結晶シリサイドになるの
で結晶粒界の発生を抑制でき、凝集を起こさない。よっ
て、均一な膜厚で耐熱性に優れたシリサイド層を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の製造工程図である。

【図２】本発明の第２実施例の製造工程図である。

【図３】本発明の第３実施例の製造工程図である。

【図４】本発明の第４実施例の製造工程図である。

【図５】サリサイドプロセスへの適用例の製造工程図で
ある。

【図６】サリサイドプロセスへの適用例の製造工程図で
ある。

【図７】従来例の製造工程図である。

【符号の説明】

１１ シリコン基体 １４ 金属層 １５ 酸素を含む層 １６ シリサイド層 １８ 窒素を含む層 ２０ 窒化チタン層 ３１ 酸素

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基体上にシリサイド化される金
   属層を形成する第１工程と、該シリコン基体のシリコン
   と該金属層の金属とを反応させてシリサイド層を形成す
   る第２工程とからなるシリサイド層の製造方法におい
   て、 前記第１工程で、前記シリコン基体上に前記金属層を形
   成する際に、該シリコン基体と該金属層との間に酸素お
   よび窒素のうちの少なくとも一方を含む層を設けること
   を特徴とするシリサイド層の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシリサイド層の製造方法
   において、 前記酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含む層
   は、前記シリコン基体上に前記金属層を形成した後、不
   純物導入技術によって前記シリコン基体と前記金属層と
   の界面近傍に酸素および窒素のうちの少なくとも一方を
   導入して形成することを特徴とするシリサイド層の製造
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシリサイド層の製造方法
   において、 前記酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含む層
   は、前記金属層を形成する前に、不純物導入技術によっ
   て前記シリコン基体に酸素および窒素のうちの少なくと
   も一方を導入して形成されることを特徴とするシリサイ
   ド層の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のシリサイド層の製造方法
   において、 前記酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含む層
   は、前記金属層を形成する前に、金属酸化物層，金属酸
   窒化物層および金属窒化物層のうちの少なくとも一層か
   らなる層で形成されることを特徴とするシリサイド層の
   製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載のシリサイド層の製造方法
   において、 前記酸素および窒素のうちの少なくとも一方を含む層
   は、前記金属層と同一層でかつ金属酸化物層，金属酸窒
   化物層および金属窒化物層のうちの少なくとも一層で形
   成することを特徴とするシリサイド層の製造方法。