JPH11195620A - Manufacture of semiconductor device and sputtering device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device and sputtering device

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JPH11195620A
JPH11195620A JP10248351A JP24835198A JPH11195620A JP H11195620 A JPH11195620 A JP H11195620A JP 10248351 A JP10248351 A JP 10248351A JP 24835198 A JP24835198 A JP 24835198A JP H11195620 A JPH11195620 A JP H11195620A
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sputter
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Nobuaki Hamanaka
信秋 濱中
Akira Inoue
顕 井上
Hitoshi Abiko
仁 安彦
Minoru Higuchi
実 樋口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sputter a high-melting point metal on the condition that the deterioration of the breakdown strength of a gate due to a sputtering device is not generated, in a method of manufacturing a semiconductor device, which is formed with a high-melting point metal silicide layer. SOLUTION: A semiconductor device is manufactured into a structure, wherein a high-melting point metal is deposited on the whole surface of a silicon substrate formed with a gate electrode of a semiconductor element to form a high-melting point metal film and thereafter, when a heat treatment is performed on the surface of the substrate and a high-melting point metal silicide layer is formed on the interface between the surface of the substrate and the high-melting point metal film, the high-melting point metal film is sputtered and deposited by a magnetron sputtering unit on the condition that the amount Q of a charge to reach the gate electrode is less than 5 C/cm<2> . Moreover, a sputtering device 30 is constituted into a structure, wherein a collimater plate 32, which has a multitude of through holes penetrated from a target toward a wafer and consists of a conductor, is made to interpose between a target holder 16 and a wafer holder 14 in a state that the plate 32 is grounded.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、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。また、本発明は、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スパッタ装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a MOS field effect transistor (MOSFET) for reducing the resistance by silicidizing the surface of a gate, a source and a drain in a self-aligned manner. And a method for producing the same. Further, the present invention relates to a sputtering apparatus capable of sputtering a high-melting-point metal on a polysilicon film while preventing the deterioration of the withstand voltage of a gate oxide film when a high-melting-point metal silicide film is formed on a gate electrode. is there.

【0002】[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2−459
23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。
2. Description of the Related Art A conventional salicide process known as one of the methods for manufacturing a semiconductor device is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2-459.
There is a method disclosed in Japanese Patent Publication No. This conventional method of 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】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。
As shown in FIG. 3A, an N well 302 is formed on a P-type silicon substrate 301 by a known method.
Next, a field oxide film 303 is formed on the surface of the P-type silicon substrate 301 as a field insulating film by a selective oxidation method. In the active region surrounded by the field oxide film 303, a gate insulating film 304 such as a silicon oxide film is sequentially formed.
Then, polycrystalline silicon is grown, and phosphorus is doped into the polycrystalline silicon by a known method to reduce the electric resistance of the polycrystalline silicon. Next, the gate electrode 305 is formed by patterning the polycrystalline silicon by a known method such as photolithography and dry etching.

【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。
Next, as shown in FIG. 3A, a low concentration N-type impurity diffusion layer 313 and a low concentration P-type impurity diffusion layer 314 are formed by photolithography and ion implantation. Next, a sidewall 306 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 305 by using a known chemical vapor deposition (CVD) technique and an etching technique.

【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30
7、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。
Next, as shown in FIG. 3B, an N-type impurity diffusion layer 307 and a P-type impurity diffusion layer 308 are formed by photolithography and ion implantation. Thus, as the LDD structure, the N-type source / drain regions 30 are formed.
7. P-type source / drain regions 308 are formed. Next, the surface of the polycrystalline silicon as the gate electrode and the natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate are removed, and for example, a titanium film 309 is removed.
Is sputter deposited.

【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31
0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。
Next, as shown in FIG. 3 (c), a rapid heat treatment (hereinafter, RTA) at 700 ° C. or lower is performed in a nitrogen atmosphere to silicide only the titanium film 309 in contact with silicon, thereby forming a C49 type structure. Titanium silicide layer 31
0 is formed. At this time, the field oxide film 303
Film 309 in contact with side wall 306
Then, part of the titanium film on the semiconductor substrate is nitrided to form a titanium nitride film 311.

【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3
11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C
54型構造のチタンシリサイド層312を形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (d), wet etching is performed selectively using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution, etc.
Remove only 11 Next, RTA at a higher temperature (800 ° C. or higher) than the above-mentioned RTA is performed, and C having a lower electrical resistivity than the above-mentioned titanium silicide layer 310 having the C49 type structure is formed.
A 54-type titanium silicide layer 312 is formed.

【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。
By using the salicide process described above, since the surface portions of the polycrystalline silicon 305 and the N-type and P-type impurity diffusion layers 307 and 308 are silicified in a self-aligned manner, the resistance is reduced. Can be speeded up. This salicide process has an advantage that silicidation can be selectively performed only in a necessary region.

【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。
Meanwhile, a conventional magnetron sputtering apparatus 10 generally has a sputtering system as shown in FIG.
The chamber 12 includes a wafer holder 14 on which a wafer W is placed, and a cathode magnet 16 for holding a target T at a position facing the wafer W at a distance. Using a conventional magnetron sputtering apparatus 10,
For example, when a Co silicide electrode is formed by sputtering Co on a polysilicon gate electrode, a chip in which insulation failure has occurred in the gate oxide film often occurs on the wafer, particularly in the peripheral portion of the wafer. However, there has been a problem in improving the product yield.

【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2
0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。
Here, using a conventional magnetron sputtering apparatus 10, Co is sputtered on polysilicon of the gate electrode under the following sputtering conditions to form a Co film, and then RTA is performed to form Co silicide. After that, the result of testing the quality of the withstand voltage of the gate oxide film for each chip of the wafer is shown. In this test, a conventional magnetron sputtering apparatus 10 was used, as shown in FIG.
Co is sputtered on the polysilicon film 22 of the gate electrode formed on the gate electrode 0 to form a Co film 24, and then RTA
To form a Co silicide layer. FIG. 9 shows a state in which a Co film 24 is formed on the polysilicon film 22 of the gate electrode by sputtering. In FIG. 9, 26 is SiN
And 28 are gate oxide films. Sputtering conditions Chamber pressure: 5 to 15 mTorr Gas flow rate: Ar / 50 to 100 scc / m Sputter power: 1.5 kW However, in the Co sputtering using the conventional magnetron sputtering apparatus 10, as shown in FIG. Insufficient insulation occurs in the gate oxide film of the part of the chip, and the percentage of the good chips having a withstand voltage of the gate oxide film equal to or higher than a predetermined value with respect to the chip of the whole wafer, the so-called non-defective rate, is shown in FIG. As shown together with the result of Example 2, it was about 46%. 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】[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。
However, in the above-mentioned conventional method for manufacturing a semiconductor device, after a gate polysilicon is formed, a refractory metal is sputter-deposited on the gate polysilicon. There is a problem that the gate electrode 305 is charged up by the generated charges, and the gate breakdown voltage is deteriorated.

【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。
A salicide process is an effective method for forming silicide only on the gate electrode and the diffusion layer. However, the underlying structure when sputtering a high melting point metal is such that the natural oxide film on the surface of the gate electrode 305 is The gate electrode 305 has been removed, and has already been doped with impurities, and has become a floating gate.

【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。
Therefore, at the moment when the shutter is opened from the discharge during the sputter discharge or during the standby and the sputter deposition is started on the wafer, an electric charge is generated in the gate electrode portion, and the electric charge flows through the gate insulating film 304. hand,
There is a problem that the gate breakdown voltage is deteriorated. This phenomenon becomes more conspicuous as the thickness of the gate insulating film 304 becomes thinner and more highly integrated, and becomes a serious problem as miniaturization progresses.

【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。
The present invention has been made in view of the above points,
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, a method of sputtering a high-melting-point metal under conditions that do not cause deterioration in gate breakdown voltage due to a sputtering device. It is intended to provide a manufacturing method.

【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。
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】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スパッタ装置を
提供することである。
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 to form a silicide, a gate oxide film is formed. However, there is a problem that the insulation properties of the metal are deteriorated. Therefore, a further object of the present invention is to form a high-melting-point metal silicide film on a gate electrode so that a high-melting-point metal can be sputtered on a polysilicon film by preventing deterioration of the withstand voltage of the gate oxide film. It is to provide a device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため半導体素子のゲート電極が形成されたシリ
コン基板の全面に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、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、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するようにしたものである。
According to the present invention, a refractory metal is deposited on the entire surface of a silicon substrate on which a gate electrode of a semiconductor device is formed to form a refractory metal film. And forming a refractory metal silicide layer at the interface with the refractory metal film, the refractory metal film is magnetron-treated under the condition that the electric charge Q reaching the gate electrode is 5 C / cm 2 or less. The sputter deposition is performed by a sputtering apparatus.

【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。
Here, the above magnetron sputtering apparatus has a configuration in which the size of the target is set such that the high-melting-point metal is sputter-deposited such that the maximum plasma density region is outside the silicon substrate.

【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。
Further, the above magnetron sputtering apparatus comprises:
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 the region having the maximum plasma density is located above the wafer having the silicon substrate, A configuration in which the strength of the holder magnet is set and the high melting point metal is deposited by sputtering may be used.

【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。
Further, the above-mentioned magnetron sputtering apparatus may have a structure in which a high-melting-point metal is sputter-deposited in a space between a target and a wafer having a silicon substrate with a conductive collimating plate inserted. It is desirable that the high melting point metal is any one of titanium, cobalt and nickel.

【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。
In the present invention, a high melting point metal is sputter deposited under the condition that the charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm 2 or less, so that the gate withstand voltage does not deteriorate.

【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。
The operation of this will be described. FIG. 4 shows a wafer obtained by etching a natural oxide film using hydrofluoric acid, sputter-depositing titanium, 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】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。
In the case where titanium is sputtered and wet-etched immediately, the initial withstand voltage of the gate is poor, and the gate withstand voltage is significantly deteriorated during the sputtering. The yield rate of the gate in this case is indicated by I in FIG. Thus, the non-defective rate is lower than the non-defective rate II when the titanium is not sputtered.

【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。
FIG. 5 shows the percentage of good gate breakdown voltage when a collimating plate is inserted between a wafer and a target during sputter deposition, the percentage of good gate withstand voltage when sputtering deposition is performed without inserting a collimating plate, and the case where sputter deposition is not performed. And the gate breakdown voltage non-defective rate is shown in comparison. Also in this case, FIG.
In the same manner as in the above, wet etching is performed without performing heat treatment after sputtering, and measurement is performed.

【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。
In sputter deposition, the non-defective gate breakdown voltage ratio when the collimating plate is inserted between the wafer and the target is 100%, as shown by IV in FIG. As shown by III in the figure, the gate breakdown voltage is not degraded due to sputtering, and a good gate breakdown voltage is obtained, as compared with the gate breakdown voltage non-defective rate when titanium is sputtered and immediately wet etched. I understand.

【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。
In this case, since the collimating plate is inserted between the wafer and the target, the charges that would reach the wafer flow into the collimating plate, and the charge-up of the gate electrode is suppressed, and This is because sputter deposition can be performed so that the amount of charge Q that reaches the target is 5 C / cm 2 or less.

【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。
Usually, 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】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。
As described above, when the refractory metal is sputter-deposited on the floating gate electrode having the salicide structure, a method of controlling the amount of charge reaching the wafer is to prevent unnecessary charge from being generated from the plasma. Or prevent the generated charge from reaching the wafer. Therefore, the gate breakdown voltage characteristics can be improved by combining the above two types or a combination thereof.

【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。
In order to realize a sputtering apparatus capable of achieving the above-described object of the present invention, the present inventor has found that, after research, the cause of insulation failure of a gate oxide film is that charged particles near a target are caused by wafers. It has been found that it reaches the surface, penetrates the polysilicon film and the gate oxide film of the gate electrode, and penetrates the silicon substrate. That is, it is speculated that the cause of the deterioration of the withstand voltage of the gate oxide film is caused by an increase in the collision probability of charged particles flying from the high charged particle density region existing near the plasma (on the wafer side) and colliding with the wafer. did. As is apparent from the erosion measurement of the target, the region where the plasma density is high 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 the particles by a collimating plate, and further studying the positional relationship between the target and the collimating plate, the present invention was completed.

【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
接地した状態で介在させることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned further object of the present invention, based on the above findings, a sputtering apparatus according to the present invention comprises a target held by a target holder and a target facing the target. A wafer holder for holding a wafer on which metal is to be deposited,
In a sputtering device that sputters a target metal onto a wafer, 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. It is characterized by having

【0031】また、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50mmであり、第2の間隔D2 が24mm
である。
Further, as can be seen from the results of Experimental Examples 1 and 2 described later, the effect of the interposition of the collimating plate greatly differs depending on the position of the collimating plate with respect to the target. Has a critical significance with respect to its position relative to the target. Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, the collimator plate, be arranged at intervals of a first distance D 1 second interval D 2 or more ranges in the following with respect to the target holder, more preferably, The sputtering apparatus includes position adjusting means for positioning and holding the collimating plate within the above-mentioned range.
The first distance D 1 and the second distance D 2 are different depending on the structure of the sputtering apparatus and the sputtering conditions, but practically, the first distance D 1 is 50 mm for the reason described later. Yes, the second distance D 2 is 24 mm
It is.

【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。
It is preferable that the ratio of the sum of the opening areas of all the through holes to the surface area of the collimating plate, that is, the opening ratio be higher.
Further, although there is no limitation on the shape and size of the through hole of the collimating plate, the collimating plate is preferably a mesh plate having an aspect ratio of the through hole of 0.7 or more and 1.3 or less.

【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。
The present invention can be applied to any type and type of sputtering apparatus without limitation as long as the sputtering apparatus performs sputtering by glow discharge. For example, the present invention can be applied to a DC sputtering apparatus, a high frequency (RF) sputtering apparatus and a magnetron sputtering apparatus. it can.

【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。
When the collimating plate is interposed between the target and the wafer, the degree of the initial withstand voltage deterioration of the gate insulating film is considered to depend on the distance between the collimating plate and the target holder, the aspect ratio of the collimating plate, and the sputtering rate. .

【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。
When the collimating plate is not interposed, the probability that charged particles flying from the high charged particle region directly collide with the wafer is higher in the peripheral portion of the wafer, and therefore, the degree of deterioration of the initial breakdown voltage of the gate insulating film in the peripheral portion of the wafer is high. Is more intense than in the center of the wafer. For example, in the case of a magnetron sputtering apparatus, the shape and dimensions of the cathode magnet differ for each magnetron sputtering apparatus. 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. Also, when no collimating plate is interposed, an increase in leakage current between the gate, source, and drain was measured at the center of the wafer as compared with the case where the collimating plate was interposed, and the gate oxide film was damaged during sputtering. Is clearly given.

【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2
4mm)が設定される。
The distance between the collimating plate and the target holder (distance between T / C) is a factor that should be determined so that the probability of capturing charged particles directly flying from the high charged particle density region is high. As described above, the interposition effect of the collimating plate greatly differs depending 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, when the T / C distance is 50 mm or more, the effect of the collimating plate is significantly reduced. If the distance between T / C is shortened and the angle of incidence of the charged particles on the collimator plate is increased, the probability of the charged particles being captured by the collimator plate can be increased, so that the charged particles fly and collide with the gate oxide film. Deterioration of the withstand voltage can be effectively prevented. However, conversely, T / C
If the distance is too short, since the collimating plate comes into contact with the high-density plasma existing region, the collimating plate may be sputtered and shaved, which is extremely dangerous.
From this point of view, the T / C distance is the shortest allowable distance (for example, 2
4mm) is set.

【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。
Further, 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 therefore 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】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First Embodiment of a Method for Manufacturing a Semiconductor Device According to the Present Invention FIG. 1 is a sectional view of an element in each step of a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. First, FIG.
As shown in FIG.
Is formed by a known method. Next, a field oxide film 103 is formed as a field insulating film on the surface of the P-type silicon substrate 101 by a selective oxidation method. In the active region surrounded by the field oxide film 103, a gate insulating film 104 such as a silicon oxide film and polycrystalline silicon are sequentially grown, and phosphorus is doped into the polycrystalline silicon by a known method to thereby reduce the electrical resistance of the polycrystalline silicon. To reduce

【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。
Next, the gate electrode 105 is formed by patterning the polycrystalline silicon by photolithography and dry etching, which are known methods, as shown in FIG. Next, a low concentration N-type impurity diffusion layer 113 is formed by photolithography and ion implantation.
And a low concentration P-type impurity diffusion layer 114 is formed. Next, a sidewall 106 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 105 by using a known CVD technique and an etching technique.

【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、L
DD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。
Next, as shown in FIG. 1B, the source / drain region 107 of the N-type impurity diffusion layer and the source / drain region 108 of the P-type impurity diffusion layer are formed by photolithography and ion implantation. I do. Thus, L
N-type source / drain regions 107 and P-type source / drain regions 108 are formed as a DD structure.

【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/c
2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。
Next, the surface of the polycrystalline silicon which is the gate electrode 105 and the natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate are removed,
For example, the charge amount Q reaching the gate electrode 105 is 5 C / c.
A titanium film 109 is formed by sputtering titanium, which is a refractory metal, by using a magnetron sputtering apparatus having a condition of not more than m 2 . At this time, in the magnetron sputtering apparatus used, for example, a net-like conductor such as a collimator plate is inserted between the wafer and the target to perform sputtering.

【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。
FIG. 6 is a block diagram showing 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 wafer holder 62 in a chamber 61, and a cathode magnet 64 and a target 65 are arranged at positions opposed to and separated from the wafer 63. A collimating plate 66 is arranged at a spatial position between them.

【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6
6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。
A commonly used collimating plate enhances the anisotropy of sputtered particles and has an aspect ratio of a net of about 1. The collimating plate 66 used in this sputtering apparatus is shown in FIG. As shown in the top view, the structure is made of a net-like conductor. The collimating plate 6
In the method 6, the conductive plate may be simply inserted between the wafer and the target. The aspect ratio, size and shape of the collimating plate 66 are arbitrary, and the collimating plate 66 does not need to cover the entire surface of the wafer 63. It is only necessary to cover only the region where the intensity distribution is high or the charge is easily generated.

【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。
Further, the shape and shape of the collimating plate 66 may be adjusted by a sputtering device. The reticulated conductor of the collimating plate 66 may be used as a ground potential, but the effect is further enhanced by applying a potential corresponding to the plasma state. Further, in the first embodiment, the example in which the titanium film 109 is deposited is shown. However, the same effect can be obtained by depositing another refractory metal such as cobalt or nickel. It is.

【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。
Next, as shown in FIG. 1C, the surface of the gate electrode 105 made of polycrystalline silicon and the source / drain regions 107 and 108 are subjected to rapid thermal processing (RTA) at 700 ° C. or less in a nitriding atmosphere. A titanium silicide layer 110 having a C49 type structure is formed only at the interface of the titanium film 109 that comes into contact with the titanium film 109. At this time, the titanium film 109 in contact with the field oxide film 103 and the sidewall 106 and a part of the titanium film 109 on the semiconductor substrate are nitrided to form a titanium nitride film 111.

【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1
11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C
54型構造のチタンシリサイド112を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), the unreacted titanium and the titanium nitride film 1 are selectively wet-etched with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution or the like.
Remove only 11 Next, RTA at a higher temperature (800 ° C. or higher) than the above-mentioned RTA is performed, and C having a lower electric resistivity than the above-mentioned titanium silicide layer 110 having the C49 type structure is formed.
A titanium silicide 112 having a 54-type structure is formed.

【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。
The MOS field-effect transistor manufactured in this manner does not cause deterioration of the gate breakdown voltage due to sputtering, and has a good gate breakdown voltage. This is because, since the collimating plate 66 is inserted between the wafer 63 and the target 65, charges that should reach the wafer 63 flow to the collimating plate 66, and the charge-up of the gate electrode 105 is suppressed.

【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。
When a refractory metal is sputter-deposited on a floating gate electrode having a salicide structure as described above, a method of controlling the amount of charge reaching the wafer is to prevent generated charge from reaching the wafer. This can improve the gate breakdown voltage characteristics. Second Embodiment of Method for Manufacturing Semiconductor Device According to the Present Invention As shown in FIG. 2A, an N well 202 is formed on a P-type silicon substrate 201 by a known method. Next, a field oxide film 203 is formed as a field insulating film on the surface of the P-type silicon substrate 201 by a selective oxidation method. In the active region surrounded by the field oxide film 203, a gate insulating film 204 such as a silicon oxide film and polycrystalline silicon are sequentially grown, and phosphorus is doped into the polycrystalline silicon by a known method to form an electric resistance of the polycrystalline silicon. To reduce
Next, the polycrystalline silicon is patterned by a known method such as photolithography and dry etching to form a gate electrode 205 as shown in FIG.

【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CV
D技術とエッチング技術を用いて形成する。
Next, a low concentration N-type impurity diffusion layer 213 and a low concentration P-type impurity diffusion layer 214 are formed by photolithography and ion implantation. Next, a side wall 206 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 205 by a known CV.
It is formed using a D technique and an etching technique.

【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。
Next, as shown in FIG. 2B, a source / drain region 207 of an N-type impurity diffusion layer and a source / drain region 208 of a P-type impurity diffusion layer are formed by photolithography and ion implantation. . Next, a magnetron sputtering apparatus is used in which the surface of the polycrystalline silicon which is the gate electrode 205 and the natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate are removed and, for example, the charge amount Q reaching the gate electrode becomes 5 C / cm 2 or less. A titanium film 209 is formed by sputtering titanium as a high melting point metal.

【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。
FIG. 7B, FIG. 7D or FIG. 7E shows the configuration of the magnetron sputtering apparatus used at this time.
As a conventional sputtering apparatus, as shown in FIG. 7A, a wafer 73 is placed on a wafer holder 72 in a chamber 71, and a target 74 is arranged at a position facing and away from the wafer 73, and there is no holder magnet. Although a sputtering apparatus having a structure is known, according to the detailed experimental results of the present inventors, in the region where the plasma density of the plasma 75 is the highest, the gate initial breakdown voltage deterioration was most observed.

【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20
9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。
On the other hand, in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7B, in a magnetron sputtering apparatus having no holder magnet, the region where the plasma density of the plasma 77 is maximum is outside the substrate (wafer). This is a magnetron sputtering apparatus having a structure using a target 76 whose size is set, and the titanium film 20
In the case of depositing 9 by sputtering, electric charges generated from the plasma 77 can be prevented from reaching the wafer 73, so that good electric characteristics were obtained.

【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。
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 wafer 73, whereas the conventional magnetron sputtering apparatus has the structure shown in FIG. As shown in c), a magnetron sputtering apparatus having a structure in which a holder magnet 79 is mounted in a state where the plasma 80 does not contact the wafer 73 is also known. That is, in this conventional magnetron sputtering apparatus, the wafer 73 is placed on the wafer holder 72 via the holder magnet 79 in the chamber 71, and the plasma 80 from the target 74 does not contact the wafer 73.

【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。
However, even in this conventional magnetron sputtering apparatus, the charge (Ar + or electron) generated from the plasma reaches the wafer 73, which also causes a gate initial breakdown voltage defect. In the peripheral portion of the wafer 73, a deteriorated portion of the gate initial withstand voltage was observed.

【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。
In this embodiment, the titanium film 209 is formed by using a magnetron sputtering apparatus having a structure shown in FIG. 7D or FIG. 7E as a magnetron sputtering apparatus having a structure having the holder magnet. Sputter deposition is performed under such a condition that the charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm 2 or less. The magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7D is characterized in that the holder magnet 81 attached for stabilizing the plasma is shaped so as to cover the side surface of the wafer 73, thereby generating the plasma 82. By trapping the generated charges by the magnetic field of the holder magnet 81, the gate initial withstand voltage failure can be suppressed.

【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。
In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 7E, the magnetic field strength of the holder magnet 83 attached for stabilizing the plasma is adjusted so that the plasma maximum region of the plasma 84 is located above the wafer 83. Is characterized in that the charge generated from the plasma 84 is trapped by the magnetic field of the holder magnet 83, whereby the gate initial breakdown voltage defect can be suppressed.

【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。
In the case of the magnetron sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 7D or FIG. 7E, the electric charges are trapped by the magnetic field generated from the holder magnets 81 and 83, so that the peripheral parts also deteriorate. Good electrical characteristics were obtained without any spots. Actually, the degree of deterioration of the initial withstand voltage of the gate changes depending on the structure of the magnetron sputtering apparatus. Therefore, optimization is made by combining the above-mentioned method of changing the maximum plasma area and the method of trapping by the magnetic field generated by the holder magnet on the wafer side. It is also conceivable.

【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。
Although the second embodiment shows an example in which titanium is deposited, the same effect can be obtained by depositing another refractory metal such as cobalt or nickel. is there.

【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。
Returning to FIG. 2 again, FIG.
As shown in (c), a rapid thermal treatment (RTA) at 700 ° C. or lower is performed in a nitrogen atmosphere to form a titanium film 109 which is in contact with the surface of the gate electrode 205 and the source / drain regions 107 and 108 which are polycrystalline silicon. A titanium silicide 210 having a C49 type structure is formed only at the interface. At this time, as shown in FIG. 2C, the titanium film 209 in contact with the field oxide film 203 and the sidewall 206 and a part of the titanium film 209 on the semiconductor substrate are nitrided to form a titanium nitride film 211. .

【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C
54型構造のチタンシリサイド212を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, wet etching is selectively performed using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution to remove only the unreacted titanium and the titanium nitride film 211. Next, RTA at a higher temperature (800 ° C. or higher) than the above-described RTA is performed, and C having a lower electric resistivity than the titanium silicide 210 having the C49 type structure is used.
A 54-type structure titanium silicide 212 is formed.

【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。
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 state is reduced. Withstand voltage deterioration is 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 sputter rate or particles, but the magnetron sputtering device used in the second embodiment does not include a conductor mesh collimator plate. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to replace the collimating plate, and it is easy to stably maintain the apparatus.

【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/Pol
y-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。
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 / Pol
When silicide is formed on a diffusion layer by sputtering a refractory metal on a floating gate such as y-Si), poly-tamel gate (W / WNx / Poly-Si), or metal gate (W / SiO 2 ) It goes without saying that the present invention can also be applied to

【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。
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 showing the configuration of the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment, FIG. 10B is a plan view of a 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 is basically similar to the aforementioned FIG.
Has the same configuration as that of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, and includes a wafer holder 14 for mounting a wafer W in a sputtering chamber 12, and a cathode magnet for holding a target T at a position separated from and facing the wafer W. 16, a net-like collimating plate 32 provided between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16.
And

【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3
4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。
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, a conductive hexagonal continuous mesh is formed. It is configured as a mesh-like plate made of a body and is grounded. A regular hexagonal mesh or hole of the collimating plate 32 penetrates from the target T toward the wafer W,
The aspect ratio of the mesh or hole is 1. That is, the thickness t of the collimating plate (see FIG. 10C) and the diameter D of the mesh or hole.
(Maximum diameter of mesh or hole, see FIG. 10B). The collimating plate 32 is provided with the position adjusting mechanism 3.
4, the distance from the surface of the collimator plate 32 to the target holding surface of the cathode magnet 16 (T / C distance,
In FIG. 10 (a), indicated by L 1) is changed, and is held in that position. The position adjustment mechanism 34
This is a known mechanism, and the collimator plate 32 is freely moved up and down by a driving device such as a hydraulic cylinder or an air cylinder. 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】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
EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 A sputtering experiment was conducted using an experimental apparatus having the same configuration as the magnetron sputtering apparatus 30 of the present embodiment, in which a collimating 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: 3 mm Diameter: 12 inches Wafer holder Wafer dimensions: 6 inch diameter or 8 inch diameter Chuck method: Clamp chuck Collimator plate Hole diameter D: 23 mm Thickness t: 23 mm Hole shape: Regular hexagonal continuous shape Aspect ratio: 1 Material: stainless steel

【0066】上述の実験装置で、カソードマグネット1
6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103
mm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34
mm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。
In the above experimental apparatus, the cathode magnet 1
6, the distance between the target holding surface and the surface of the wafer W (T
/ S distance, in FIG. 10 (a), the displayed L 2) 103
mm, and the distance L 1 between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the opposing surface of the collimating plate 32 is set to 34.
mm, the sputtering power applied between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16 was set to 1.0 kW,
Co was sputtered under the following sputtering conditions while changing the power to 1.5 kW and 2.0 kW, and a Co film having a thickness of 100 ° 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 dielectric breakdown voltage of the gate oxide film was checked for each chip, and as shown in FIGS. The chips were colored black, and the chips with slightly poor insulation were colored gray.

【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1
6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L
1 を24mm、29mm、34mm、39mm、44mm及び56
mm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1
8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。
Experimental Example 2 Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the cathode magnet 1
Distance L 2 between the target holding surface 6 and the surface of the wafer W
Is adjusted to 113 mm, and the distance L between the target holding surface of the cathode magnet 16 and the opposing surface of the collimator plate 32 is adjusted.
1 for 24mm, 29mm, 34mm, 39mm, 44mm and 56
instead changed to mm, and a sputtering power to be applied between the wafer holder 14 and the cathode magnet 16 at the same L 1 1.0 kW, the 1.5kW and 2.0 kW, a total of 1
Co sputtering was performed eight times under mutually different conditions. Other conditions are the same as the sputtering conditions as 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. 13A to 13C to FIGS. Black and slightly insulated chips were colored gray.

【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。
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 1 is plotted on the horizontal axis, and the yield rate (%) of the gate oxide film is plotted on the vertical axis. As can be seen from Figure 19, regardless of the sputtering power, the L 1 is 39mm or less, the yield rate reaches almost 100%, whereas, by L 1 is more than 44mm, the
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 found 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 at the left end of FIG.
A numerical value of the yield rate when not interposed the collimator plate is approximately the same as the non-defective rate when L 1 is 56 mm.

【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(k
W)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。
Experimental Example 3 Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the distance L 1 between the collimator plate and the cathode magnet was set to 29 mm, and the distance L 2 between the cathode magnet and the wafer holder was set to 68 mm. Under sputtering power (k
The relationship between W) and the yield rate of the gate oxide film was examined, and the results are shown in FIG. Also, for comparison, sputtering was performed using a magnetron sputtering apparatus having the same configuration as the experimental apparatus except that no collimating plate was provided,
The results are also shown in FIG. Sputtering conditions Chamber pressure: 8 to 10 mTorr Gas flow rate: 80 to 100 scc / m Sputter power: 1.5 kW As can be seen from FIG. 20, magnetron sputtering without a collimating plate by providing a collimating plate with the distance relationship specified in the present invention. Compared with the apparatus, the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment has a very low dependency of the yield rate of the gate oxide film on the sputtering power.

【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。
Experimental Example 4 Using the same experimental apparatus as in Experimental Example 1, the distance L 1 between the collimator plate and the cathode magnet was set to 29 mm, and the distance L 2 between the cathode magnet and the wafer holder was set to 68 mm. The relationship between the sputter rate (Å / sec) and the yield rate of the gate oxide film was examined below, and 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 to 100 scc / m Sputter power: 1.5 kW As can be seen from FIG. 21, magnetron sputtering without a collimating plate is provided by providing a collimating plate with the distance relationship specified in the present invention. Compared with the apparatus, the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment has a low yield rate dependency on the sputtering rate.

【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。
By increasing the sputter rate, the conductive metal (or metal silicide) quickly covers the wafer surface, so that the charged particles travel in the horizontal direction of the wafer rather than in the depth direction of the gate. In addition, the initial withstand voltage deterioration probability of the gate oxide 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 sputtering rate is too high, the in-plane film thickness distribution difference 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 sputtering power of Experimental Example 3 to 2.6 kW, the non-defective rate was 98% even when the distance of the collimating plate to 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 for blocking 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. Also, the results from different endurances (AMAT ENDURA) of equipment manufacturers,
Satisfactory results were obtained even at 46.5 mm.

【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5mTor
r、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。
Experimental Example 5 Using the magnetron sputtering apparatus of this embodiment used in Experimental Examples 1 and 2, the distance L 1 of the collimating plate to the cathode magnet was set to 34 mm, and the distance L 2 between the cathode magnet and the wafer holder was determined. Set to 103mm,
The applied voltage is fixed at 1.5 kW and the gas pressure is 5 mTor
At r, 8 mmTorr, 10 mTorr, and 15 mTorr, Co sputtering was performed, and the gas pressure dependency of the yield rate of the gate oxide film was examined. as a result,
At a gas pressure of 5 mTorr, 8 mmTorr, 10 mTorr, and 15 mTorr, the yield rate of the gate oxide film is 100%, respectively.
Thus, in the magnetron sputtering apparatus provided with the collimating plate, it was found that the yield rate of the gate oxide film did not depend on the gas pressure.

【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1
6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。
From the results of Experimental Examples 1 to 5 above,
The sputtering apparatus according to the present embodiment includes a cathode magnet 1
By disposing the collimating plate 32 within a range of 24 mm or more and 50 mm or less with respect to the cathode holding surface of No. 6, when the high melting point metal silicide film is formed on the gate electrode, deterioration of the dielectric strength of the gate oxide film is prevented. Thus, it has been proved that the sputtering apparatus can sputter a high melting point metal on a polysilicon film. In addition, the sputtering apparatus of the present embodiment has low sputter power dependence, sputter rate dependence, and gas pressure dependence with respect to the yield rate of the gate oxide film, and can set a wide range of sputtering conditions.

【0074】[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。
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, a high-melting-point metal is sputter-deposited under conditions that do not cause deterioration in gate withstand voltage. Even if a MOS field effect transistor (MOSFET) for reducing the resistance by forming a melting point metal silicide layer is miniaturized by thinning the gate insulating film or increasing the degree of integration, it can be manufactured with higher reliability. .

【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。
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. by preferably, by placing the collimator plate at intervals of the second distance D 2 or more ranges in the first interval D 1 or less with respect to the target holder, a refractory metal silicide film on the gate electrode When forming, a sputtering apparatus capable of sputtering a high melting point metal on a polysilicon film without realizing deterioration of the dielectric strength of the gate oxide film is realized. Further, the sputtering apparatus according to the present invention has low sputter power dependence, sputter rate dependence, and gas pressure dependence with respect to the yield rate of the gate oxide film, and can set sputtering conditions in a wide range.

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

【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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an element in each step of a first embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a sectional view of an element in each step of a second embodiment of the present invention.

【図3】従来方法の一例の各工程での素子断面図。FIG. 3 is a sectional view of an element in each step of an example of a conventional method.

【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。
FIG. 4 is a diagram showing a non-defective product ratio and the like of a gate withstand voltage when sputtering is performed under conventional sputtering conditions.

【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。
FIG. 5 is a diagram showing a non-defective product ratio and the like of gate withstand voltage characteristics when a collimating plate is inserted.

【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。
FIG. 6 is a configuration diagram of a sputtering apparatus used in the first embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 7 is a configuration diagram of a sputtering apparatus of each example used in a second embodiment of the present invention and a conventional sputtering apparatus.

【図8】従来のスパッタ装置の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional sputtering apparatus.

【図9】シリサイド化の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of silicidation.

【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。
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.

【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。
FIG. 11 is a wafer map showing gate oxide film deterioration when sputtering is performed using a conventional sputtering apparatus.

【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。
FIGS. 12A to 12C are wafer maps showing gate oxide film deterioration when sputtering is performed under mutually different conditions using the sputtering apparatus of the present embodiment.

【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。
FIGS. 13A to 13C 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.

【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。
FIGS. 14A to 14C 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.

【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。
FIGS. 15A to 15C 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.

【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。
FIGS. 16A to 16C are wafer maps showing deterioration of a gate oxide film when sputtering is performed under different conditions using the sputtering apparatus of the embodiment.

【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。
FIGS. 17A to 17C 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.

【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。
FIGS. 17A to 17C 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.

【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。
FIG. 19 shows an experimental example 1 in which sputtering power is used as a parameter.
6 is a graph summarizing the experimental results of the first and second experiments.

【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。
FIG. 20 is a graph showing the sputter power dependence of the yield rate.

【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。
FIG. 21 is a graph showing the sputter rate dependence of the yield rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Conventional sputtering apparatus 12 Sputter chamber 14 Wafer holder 16 Cathode magnet 20 Silicon substrate 22 Polysilicon film 24 Co film 26 Side wall 28 Gate oxide film 30 Sputter apparatus of embodiment 32 Collimating plate 34 Position adjusting mechanism 61, 71 Chamber 62, 72 Wafer holder 63, 73 Wafer 65, 74, 76 Target 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 region 108, 208 P-type source / drain region 1 9 and 209 titanium film 110, 210 C49-type titanium silicide layer 111 and 211 of titanium silicide layers 113, 213 N-type impurity diffusion layers 114 and 214 P-type impurity diffusion layer of the titanium nitride film 112, 212 C54 type structure of structure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 21/336 (72)発明者 樋口 実 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 29/78 21/336 (72) Inventor Minoru Higuchi 7-1, Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo Inside NEC Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子のゲート電極が形成されたシ
リコン基板の全面に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/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することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
A refractory metal is deposited on the entire surface of a silicon substrate on which a gate electrode of a semiconductor device is formed to form a refractory metal film, and then heat-treated to form a refractory metal silicide at an interface with the refractory metal film. In a method of manufacturing a semiconductor device for forming a layer, the semiconductor is characterized in that the refractory metal film is sputter-deposited by a magnetron sputtering apparatus under a condition that a charge amount Q reaching the gate electrode is 5 C / cm 2 or less. Device manufacturing method.
【請求項2】 前記マグネトロンスパッタ装置は、プラ
ズマ密度最大領域が前記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前記高融点金属膜を
スパッタ堆積する構成であることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置の製造方法。
2. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein a target size is set such that a maximum plasma density region is outside the silicon substrate, and the refractory metal film is sputter-deposited. Claim 1
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項3】 前記マグネトロンスパッタ装置は、前記
シリコン基板側のホルダマグネットが該シリコン基板を
有するウェハー側面を覆う状態で前記高融点金属をスパ
ッタ堆積する構成であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。
3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the refractory metal is sputter-deposited with the holder magnet on the silicon substrate side covering a side surface of a wafer having the silicon substrate. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 前記マグネトロンスパッタ装置は、プラ
ズマ密度最大の領域が前記シリコン基板を有するウェハ
ーより上方になるように、該ウェハー側のホルダマグネ
ットの強度を設定して前記高融点金属をスパッタ堆積す
る構成であることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置の製造方法。
4. The magnetron sputtering apparatus sets the strength of a holder magnet on the wafer side so that a region having a maximum plasma density is above a wafer having the silicon substrate, and sputter-deposits the refractory metal. 2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device has a configuration.
【請求項5】 前記マグネトロンスパッタ装置は、ター
ゲットと前記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前記高融
点金属をスパッタ堆積する構成であることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
5. The magnetron sputtering apparatus is characterized in that the high-melting-point metal is sputter-deposited in a space between a target and a wafer having the silicon substrate, with a conductor collimating plate being inserted. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記コリメート板は、上面の形状が網状
であることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製
造方法。
6. The method according to claim 5, wherein an upper surface of the collimating plate has a net shape.
【請求項7】前記高融点金属は、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を特徴とする
請求項1乃至6のうちいずれか一項記載の半導体装置の
製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said high melting point metal is any one of titanium, cobalt and nickel.
【請求項8】 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介在
させることを特徴とするスパッタ装置。
8. A sputtering apparatus comprising: a target held by a target holder; and a wafer holder holding a wafer on which a target metal is deposited so as to face the target, wherein the target metal is sputtered on the wafer. A sputtering apparatus characterized in that a collimating plate made of a conductor having a large number of through-holes penetrating from a target to a wafer is interposed between a holder and a wafer holder in a grounded state.
【請求項9】 コリメート板が、ターゲットホルダーに
対して第1の間隔D 1 以下で第2の間隔D2 以上の範囲
の間隔で配置されていることを特徴とする請求項8に記
載のスパッタ装置。
9. A collimating plate is attached to a target holder.
The first interval D 1The second interval D belowTwoAbove range
9. An arrangement according to claim 8, wherein
On-board sputtering equipment.
【請求項10】 第1の間隔D1 が50mmであり、第2
の間隔D2 が24mmであることを特徴とする請求項10
に記載のスパッタ装置。
10. The first distance D 1 is 50 mm and the second distance D 1 is 50 mm.
The distance D2 between the two is 24 mm.
2. The sputtering apparatus according to 1.
【請求項11】 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ことを特
徴とする請求項9又は10に記載のスパッタ装置。
11. The sputtering apparatus according to claim 9, further comprising a position adjusting means for positioning and holding the collimating plate within the range of the range.
【請求項12】 コリメート板は、貫通孔のアスペクト
比が0.7以上で1.3以下の網状板であることを特徴
とする請求項8から11のうちのいずれか1項に記載の
スパッタ装置。
12. The sputter according to claim 8, wherein the collimating plate is a net-like plate having an aspect ratio of a through hole of 0.7 or more and 1.3 or less. apparatus.
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