JP4909503B2 - Method for manufacturing refractory metal silicide film, method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、高融点金属シリサイド膜の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a refractory metal silicide film and a method for manufacturing a semiconductor device.
現在の半導体デバイスは、130nm〜90nmのテクノロジーノードの製品が量産段階に入っている。半導体デバイスは微細化するに従ってその性能が向上するというスケーリング則に沿って製造されてきた。しかし、さらなる微細化に伴い寄生抵抗が大きくなり、スケーリング則に沿わず性能が上がらなくなっている。そこで、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を同時にシリサイド化してこれらの電極を低抵抗化するサリサイドプロセスが必須な技術になっている。 In the current semiconductor devices, products of technology nodes of 130 nm to 90 nm are in the mass production stage. Semiconductor devices have been manufactured according to a scaling rule that their performance improves with miniaturization. However, with further miniaturization, the parasitic resistance increases, and the performance cannot be improved without following the scaling law. Therefore, a salicide process in which the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are simultaneously silicided to reduce the resistance of these electrodes has become an essential technique.
そのサリサイド技術としては、TiSi2、CoSi2、NiSiなどが用いられている。この中においても、130nm〜90nmのテクノロジーノードの製品では、一般的に、CoSi2が使用されている。 As the salicide technology, TiSi 2 , CoSi 2 , NiSi, or the like is used. Among these, CoSi 2 is generally used in products of technology nodes of 130 nm to 90 nm.
従来のCoSi2のサリサイド技術としては、特許文献1が開示されているので、図3〜図5を用いて説明する。コバルトは熱処理によりシリサイド化反応させる際、酸素が混入すると凝集して高抵抗化してしまう。したがって、特許文献1のように予め窒化チタン膜にて酸素の混入を防止する方法が現在では一般的な手法となっている。
As a conventional salicide technique of CoSi 2 ,
まず、図3(a)に示すように、周知の素子分離形成技術を用いて、シリコン基板51上の所定の位置にLOCOSシリコン酸化膜52を形成する。次に、熱酸化法により5nmのゲート酸化膜53を形成し、さらにその上にLPCVD法により150nmの多結晶シリコン膜54を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a LOCOS
次に、図3(b)に示すように、多結晶シリコン膜54中に砒素イオンをイオン注入した後に、周知のリソグラフィー技術及びエッチング技術を使って多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極55を形成する。次に、ゲート電極55をマスクにして、例えば、砒素イオン70をイオン注入して浅い不純物拡散層56を形成する。そのイオン注入のドーズ量は、例えば、3×1014atm/cm2であり、注入エネルギーは10keVとする。
Next, as shown in FIG. 3B, after implanting arsenic ions into the
次に、図3(c)に示すように、LPCVD法により100nmのシリコン酸化膜を形成した後に、ゲート電極55の表面が露出するまでシリコン酸化膜を異方性エッチングすることによりゲート電極55の側壁にゲート電極側壁絶縁膜57を形成する。次に、周知のイオン注入技術により砒素イオン71をイオン注入して深い不純物拡散層58を形成する。そのイオン注入は、例えば、ドーズ量が2×1015atm/cm2、エネルギーが40keVの条件で実行される。
Next, as shown in FIG. 3C, after a 100 nm silicon oxide film is formed by LPCVD, the silicon oxide film is anisotropically etched until the surface of the
次に、図3(d)に示すように、1000℃で10秒間のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を施すことにより、ゲート電極55内の砒素を内部に拡散させるとともに、浅い拡散層56と深い拡散層58の砒素を活性化して、ソース電極59及びドレイン電極60が形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, RTA (Rapid Thermal Annealing) processing is performed at 1000 ° C. for 10 seconds, thereby diffusing arsenic in the
次に、図3(e)に示すように、ゲルマニウムイオン80を注入することによりソース電極59、ドレイン電極60及びゲート電極55の表面を非結晶化させて非晶質層61を形成する。このときのイオン注入条件は、注入量が8×1013atm/cm2以上に、注入エネルギーは、ソース/ドレイン電極の深い拡散層の深さより浅く非晶質層61が形成され、しかもシリサイド化反応の第1の熱処理時にコバルト膜と反応して非晶質層61が消失しない程度に深く、さらにシリサイド化反応の第2の熱処理時に非晶質層61が消失する大きさに設定する。具体的には、形成しようとしているシリサイド膜の膜厚によるが、ソース/ドレイン電極の深い拡散層深さを100nmの場合は、ゲルマニウムの注入エネルギーは20〜40keV程度の範囲内にある。次に、約2%のバッファードフッ酸により、ゲート電極55、ソース電極59及びドレイン電極60上のシリコン酸化膜(自然酸化膜)を除去する。
Next, as shown in FIG. 3E,
次に、図4(f)に示すように、8〜20nmのコバルト膜62及び30nm程度の窒化チタン膜63を物理的スパッタ法により形成する。このときのコバルト膜62の膜厚はゲルマニウムイオン注入80のエネルギーを大きくするほど厚く形成する。窒化チタン膜63は、シリサイド化反応の際に酸素がシリサイド膜に混入して凹凸が生じたり高抵抗化することを防止するために形成される。
Next, as shown in FIG. 4F, a cobalt film 62 of 8 to 20 nm and a titanium nitride film 63 of about 30 nm are formed by physical sputtering. The film thickness of the cobalt film 62 at this time is increased as the energy of the
次に、シリサイド化反応のための第1の熱処理を行う。図4(g)に示すように、窒素又はアルゴン雰囲気中で、400〜450℃の温度で30秒のRTA処理を施す。この熱処理によりゲート電極55、ソース電極59及びドレイン電極60の表面にCo2Si又はCoSiからなるコバルトシリサイド膜64が形成される。
Next, a first heat treatment for silicidation reaction is performed. As shown in FIG. 4G, RTA treatment is performed for 30 seconds at a temperature of 400 to 450 ° C. in a nitrogen or argon atmosphere. By this heat treatment, a cobalt silicide film 64 made of Co 2 Si or CoSi is formed on the surfaces of the
次に、図4(h)に示すように、過酸化水素水とアンモニア水の混合液に浸けることにより窒化チタン膜63を除去し、続けて硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸けることによりコバルト膜62を除去する。このとき、コバルトシリサイド膜64はこれらの溶液によって除去されずにそのまま残る。次に、シリサイド化反応の第2の熱処理として、窒素又はアルゴン雰囲気中で600℃〜900℃のRTA処理を施す。この熱処理によりコバルトシリサイド膜64はCo2Si又はCoSiからCoSi2に変わって低抵抗化する。 Next, as shown in FIG. 4 (h), the titanium nitride film 63 is removed by immersing in a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia, and subsequently immersed in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. The cobalt film 62 is removed. At this time, the cobalt silicide film 64 remains without being removed by these solutions. Next, as a second heat treatment for the silicidation reaction, an RTA treatment at 600 ° C. to 900 ° C. is performed in a nitrogen or argon atmosphere. By this heat treatment, the cobalt silicide film 64 is changed from Co 2 Si or CoSi to CoSi 2 to reduce the resistance.
次に、図4(i)に示すように、周知の技術を用いて、層間絶縁膜65とメタル配線66を形成することにより半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 4I, a semiconductor device is completed by forming an interlayer insulating film 65 and a metal wiring 66 using a known technique.
以上のように、コバルトをシリサイド化する際の酸素の混入を窒化チタン膜63により防止して、低抵抗なコバルトシリサイド膜が得られていた。
しかし、上記の方法を用いてコバルトシリサイド膜を形成すると、ある割合でコバルトシリサイド膜が適切に形成されないものがあった。そのため、この方法を用いて半導体装置を製造する場合、その製造の歩留まりを向上させることが困難であった。 However, when the cobalt silicide film is formed by using the above method, there is a case where the cobalt silicide film is not properly formed at a certain ratio. Therefore, when manufacturing a semiconductor device using this method, it is difficult to improve the manufacturing yield.
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、高融点金属シリサイド膜を適切に形成することができる高融点金属シリサイド膜の製造方法を提供するものである。 This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and provides the manufacturing method of the refractory metal silicide film which can form a refractory metal silicide film appropriately.
第1の発明の高融点金属シリサイド膜の製造方法は、シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程と、
形成された高融点金属膜の表面のみを非晶質化する工程と、
非晶質化された高融点金属膜表面上に窒化チタン膜を形成する工程と、
得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a refractory metal silicide film, the step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon,
A step of amorphizing only the surface of the formed refractory metal film,
Forming a titanium nitride film on the amorphous refractory metal film surface ;
A step of forming a refractory metal silicide film by reacting the refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate is provided.
第2の発明の高融点金属シリサイド膜の製造方法は、シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程と、
形成された高融点金属膜表面上に非晶質の窒化チタン膜を1層のみ形成する工程と、
得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a refractory metal silicide film, the step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon,
Forming a single layer of an amorphous titanium nitride film on the surface of the formed refractory metal film;
A step of forming a refractory metal silicide film by reacting the refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate is provided.
以下、本発明がなされた背景について説明する。
本発明の発明者は、上記従来技術でコバルトシリサイド膜を形成すると、8インチシリコンウエハの数カ所にシリサイド膜が形成されない箇所、いわゆるクラックがあることを見出した。これは、以下の実験で明らかになった。
Hereinafter, the background of the present invention will be described.
The inventor of the present invention has found that when a cobalt silicide film is formed by the above-described prior art, there are portions where a silicide film is not formed, that is, so-called cracks, in several places of an 8-inch silicon wafer. This became clear in the following experiment.
まず、パターンの存在しないシリコンウエハ全面に従来例に従ってコバルトシリサイド膜を形成した。この後、欠陥検査機(テンコール社製)を用いてウエハ表面を検査した。 その結果、8インチウエハ内に数点のシリサイド膜が形成されていない箇所があった。この現象を明らかにするために、本発明の発明者は、コバルト膜62と窒化チタン膜63をスパッタした直後のウエハを欠陥検査機で測定した。すると、窒化チタン膜63が欠如している箇所があった。その位置を把握した上で、シリサイド化反応させてコバルトシリサイド膜64を形成した後に同様の測定を行うと、同じ位置のコバルトシリサイド膜64が欠如していた。 First, a cobalt silicide film was formed on the entire surface of a silicon wafer having no pattern according to a conventional example. Thereafter, the wafer surface was inspected using a defect inspection machine (manufactured by Tencor). As a result, some silicide films were not formed in the 8-inch wafer. In order to clarify this phenomenon, the inventors of the present invention measured the wafer immediately after sputtering the cobalt film 62 and the titanium nitride film 63 with a defect inspection machine. Then, there was a portion where the titanium nitride film 63 was missing. When the same measurement was performed after the position was grasped and the silicidation reaction was performed to form the cobalt silicide film 64, the cobalt silicide film 64 at the same position was missing.
図5を用いてこの現象を説明する。この図は、従来例において、ドレイン電極60上にコバルトシリサイド膜64を形成するときの拡大図であり、図5(a)が図4(f)に対応し、図5(b)が図4(h)に対応する。物理スパッタ法により形成するコバルト膜62及び窒化チタン膜63は多結晶である。したがって、コバルト膜62上にスパッタされる窒化チタン膜63は、コバルト膜62表面に対して、ある結晶核密度を持って成長する。また、窒化チタン膜63は下地のコバルト膜62の結晶方位に影響を受けて成長する。ここで、図5(a)に示したように、窒化チタン膜63に欠如した箇所90が発生してしまう。この部分は酸素をブロックすることができず、酸素の混入によりシリサイド化反応が阻害されるので、図5(b)に示すように、シリサイド膜64が領域91で欠如してしまう。
This phenomenon will be described with reference to FIG. This figure is an enlarged view when the cobalt silicide film 64 is formed on the
このコバルトシリサイド膜64が形成されない領域91が例えばゲート電極に当たると、ゲート電極のシリサイド膜が断線して高抵抗となり電気信号が高速に伝搬しなくなり半導体デバイスの素子スピードの劣化をもたらす。 If the region 91 in which the cobalt silicide film 64 is not formed hits, for example, the gate electrode, the silicide film of the gate electrode is disconnected, the resistance becomes high, the electric signal does not propagate at high speed, and the device speed of the semiconductor device is deteriorated.
本発明の発明者は、このような現象を見出し、この知見に基づき、コバルト膜62又は窒化チタン膜63の少なくとも一方を非晶質にすれば、上記問題を解決することができることを見出した。さらに、この考えは、コバルト膜のみならず、高融点金属膜一般についても妥当することを見出し、本発明の完成に到った。 The inventors of the present invention have found such a phenomenon, and based on this finding, have found that the above problem can be solved if at least one of the cobalt film 62 and the titanium nitride film 63 is made amorphous. Furthermore, this idea has been found to be valid not only for cobalt films but also for refractory metal films in general, and the present invention has been completed.
第1の発明によれば、高融点金属膜表面は非晶質化している。このため、窒化チタン膜の結晶核密度が大きくなる。また、下地の高融点金属膜の結晶方位に影響を受けずに上記窒化チタン膜を形成できる。したがって、窒化チタン膜が欠如することを抑制することができるので、酸素を確実にブロックして、高融点金属シリサイド膜の欠如を抑制して一様性高く形成することができる。 According to the first invention, the surface of the refractory metal film is amorphized. For this reason, the crystal nucleus density of the titanium nitride film is increased. Further, the titanium nitride film can be formed without being affected by the crystal orientation of the underlying refractory metal film. Accordingly, since it is possible to suppress the lack of the titanium nitride film, it is possible to reliably block oxygen and to suppress the lack of the refractory metal silicide film and to form the film with high uniformity.
また、第2の発明によれば、高融点金属膜表面に非晶質の窒化チタン膜を形成しているため、この非晶質の窒化チタン膜は下地の高融点金属膜の結晶方位の影響を受けずに形成できる。したがって、窒化チタン膜が欠如することを抑制して均一な膜を形成できるので、酸素を確実にブロックして、高融点金属シリサイド膜の欠如を抑制して一様性高く形成することができる。 According to the second invention, since the amorphous titanium nitride film is formed on the surface of the refractory metal film, the amorphous titanium nitride film is influenced by the crystal orientation of the underlying refractory metal film. Can be formed without receiving. Therefore, since it is possible to form a uniform film while suppressing the absence of the titanium nitride film, it is possible to reliably block oxygen and to suppress the absence of the refractory metal silicide film and to form the film with high uniformity.
また、これらの方法を用いると、半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。 In addition, when these methods are used, a semiconductor device can be manufactured with a high yield.
1.第1の実施形態
本発明の第1の実施形態に係る高融点金属シリサイド膜の製造方法は、シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程と、形成された高融点金属膜の表面を非晶質化する工程と、非晶質化された高融点金属膜上に窒化チタン膜を形成する工程と、得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える。
1. First Embodiment A method for producing a refractory metal silicide film according to a first embodiment of the present invention includes a step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon, and a step of forming the formed refractory metal film. The step of amorphizing the surface, the step of forming a titanium nitride film on the amorphized refractory metal film, and the resulting substrate are heat-treated to react the refractory metal with the silicon of the substrate. And forming a refractory metal silicide film.
1−1.シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程
「シリコンを含む半導体」には、純粋なシリコンのみでなく、高融点金属とシリサイドを形成するシリコン合金(例えば、SiGe又はSiC)などが含まれる。「高融点金属」には、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属が含まれる。高融点金属は、例えば、コバルト又はニッケルなどからなる。高融点金属膜は、例えばスパッタ法で形成することができ、この場合、高融点金属は、通常、多結晶になっている。
1-1. Step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon “Semiconductor containing silicon” includes not only pure silicon but also a silicon alloy (for example, SiGe or SiC) that forms silicide with a refractory metal. included. The “refractory metal” includes a metal that reacts with silicon to form silicide. The refractory metal is made of, for example, cobalt or nickel. The refractory metal film can be formed, for example, by sputtering, and in this case, the refractory metal is usually polycrystalline.
また、高融点金属膜は、好ましくは、半導体基板表面の少なくとも一部を非晶質化した後に形成される。この場合、高融点金属シリサイドのスパイクが形成されるのを防止することができる。半導体基板表面の非晶質化は、例えば、ゲルマニウムイオン、シリコンイオン、アルゴンイオン又は砒素イオンを半導体基板表面にイオン注入することによって、行うことができる。 The refractory metal film is preferably formed after at least part of the surface of the semiconductor substrate is made amorphous. In this case, spikes of refractory metal silicide can be prevented from being formed. Amorphization of the semiconductor substrate surface can be performed, for example, by ion implantation of germanium ions, silicon ions, argon ions, or arsenic ions into the semiconductor substrate surface.
1−2.形成された高融点金属膜の表面を非晶質化する工程
上記工程で形成された高融点金属膜の表面を非晶質化する。非晶質化は、例えば、アルゴンイオンの照射により行うことができる。アルゴンは一般的に量産設備で使用されているスパッタ装置には具備されているため、従来の設備を用いて本処理を行うことができる。したがって、新たな設備投資が不要となり生産コストを抑制することができる。また、
コバルト膜表面を非晶質化するためのイオン照射はアルゴンに限らず、窒素、キセノン、砒素、シリコン、ゲルマニウムなどでも構わない。
1-2. Step of amorphizing the surface of the formed refractory metal film The surface of the refractory metal film formed in the above step is amorphized. Amorphization can be performed, for example, by irradiation with argon ions. Since argon is generally provided in a sputtering apparatus used in mass production facilities, this processing can be performed using conventional facilities. Therefore, no new capital investment is required and production costs can be suppressed. Also,
Ion irradiation for making the cobalt film surface amorphous is not limited to argon, and may be nitrogen, xenon, arsenic, silicon, germanium, or the like.
1−3.非晶質化された高融点金属膜上に窒化チタン膜を形成する工程
上記工程で非晶質化された高融点金属膜上に窒化チタン膜を形成する。窒化チタン膜は、スパッタ法又はCVD法などで形成することができる。この窒化チタン膜は、多結晶であっても、非晶質であってもよい。いずれの場合であっても、窒化チタン膜を欠陥領域なく一様に形成することができ、大気中の酸素が高融点金属膜に混入するのを防止することができる。
1-3. Step of forming a titanium nitride film on the refractory metal film made amorphous A titanium nitride film is formed on the refractory metal film made amorphous in the above step. The titanium nitride film can be formed by sputtering or CVD. This titanium nitride film may be polycrystalline or amorphous. In either case, the titanium nitride film can be formed uniformly without a defect region, and oxygen in the atmosphere can be prevented from entering the refractory metal film.
また、窒化チタン膜は、好ましくは、チタン膜を介して高融点金属膜上に形成される。チタン膜は酸素を還元する効果があるので、仮に窒化チタン膜を酸素がすり抜けても高融点金属シリサイド膜に酸素が混入するのを抑制することができる。 Further, the titanium nitride film is preferably formed on the refractory metal film via the titanium film. Since the titanium film has an effect of reducing oxygen, even if oxygen passes through the titanium nitride film, it can be suppressed that oxygen is mixed into the refractory metal silicide film.
1−4.得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程
得られた基板を熱処理することにより、高融点金属膜と基板のシリコンとを反応させて、高融点金属シリサイド膜を形成する。基板の熱処理は、好ましくは、第1の熱処理により、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、未反応の高融点金属膜と窒化チタン膜を除去する工程と、第2の熱処理により高融点金属シリサイド膜を低抵抗化する工程により行われる。このように二段階に分けて熱処理を行うことにより、確実に低抵抗な高融点金属シリサイド膜を形成することができる。第1の熱処理は、好ましくは、400〜450℃で行われ、第2の熱処理は、好ましくは、600〜900℃で行われる。
1-4. A process of forming a refractory metal silicide film by reacting a refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate. By heat-treating the obtained substrate, the refractory metal film and silicon of the substrate are A refractory metal silicide film is formed by reaction. Preferably, the substrate heat treatment is a step of reacting the refractory metal with silicon of the substrate to form a refractory metal silicide film by the first heat treatment, and removing the unreacted refractory metal film and the titanium nitride film. This is performed by a step and a step of reducing the resistance of the refractory metal silicide film by the second heat treatment. By performing the heat treatment in two stages as described above, a refractory metal silicide film having a low resistance can be surely formed. The first heat treatment is preferably performed at 400 to 450 ° C., and the second heat treatment is preferably performed at 600 to 900 ° C.
2.第2の実施形態
本発明の第2の実施形態に係る高融点金属シリサイド膜の製造方法は、シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程と、形成された高融点金属膜上に非晶質の窒化チタン膜を形成する工程と、得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える。
2. Second Embodiment A method of manufacturing a refractory metal silicide film according to a second embodiment of the present invention includes a step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon, and the formed refractory metal film. A step of forming an amorphous titanium nitride film and a step of forming a refractory metal silicide film by reacting the refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate.
第1の実施形態についての説明は、その趣旨に反しない限り、本実施形態についても当てはまり、その逆も成り立つ。 The description of the first embodiment also applies to the present embodiment, and vice versa, unless it is contrary to its spirit.
2−1.シリコンを含む半導体基板上に高融点金属膜を形成する工程
この工程は、第1の実施形態と同様であり、説明を省略する。
2-1. Step of forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon This step is the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted.
2−2.形成された高融点金属膜上に非晶質の窒化チタン膜を形成する工程
非晶質の窒化チタン膜は、高融点金属膜表面を非晶質化した後に、非晶質化された高融点金属膜上に形成してもよい。非晶質の窒化チタン膜は、好ましくは、CVD法で形成される。非晶質の窒化チタン膜は、下地の高融点金属膜の結晶方位の影響を受けずに形成できる。従って、下地の高融点金属膜が多結晶であっても非晶質であっても、均一な窒化チタン膜を形成することができ、酸素を確実にブロックして、高融点金属シリサイド膜の欠如を抑制して一様性高く形成することができる。
2-2. A process of forming an amorphous titanium nitride film on the formed refractory metal film The amorphous titanium nitride film is formed after the surface of the refractory metal film is amorphized and then amorphized. You may form on a metal film. The amorphous titanium nitride film is preferably formed by a CVD method. The amorphous titanium nitride film can be formed without being affected by the crystal orientation of the underlying refractory metal film. Therefore, a uniform titanium nitride film can be formed regardless of whether the underlying refractory metal film is polycrystalline or amorphous, and oxygen can be reliably blocked, and the lack of a refractory metal silicide film. And can be formed with high uniformity.
2−3.得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程
この工程は、第1の実施形態と同様であり、説明を省略する。
2-3. A process of forming a refractory metal silicide film by reacting the refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate. This process is the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted.
以下、この発明の高融点金属シリサイド膜の形成方法を、図示の実施例により詳細に説明する。 Hereinafter, a method for forming a refractory metal silicide film according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
高融点金属としてコバルト膜を用いて説明するが、これに限るものではなく、ニッケルやその他の高融点金属にも本発明は適応可能である。
また、NチャネルMOSトランジスタについて説明するが、不純物のタイプを逆にすれば容易にPチャネルMOSトランジスタが形成できる。
Although a description will be given using a cobalt film as the refractory metal, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to nickel and other refractory metals.
Although an N channel MOS transistor will be described, a P channel MOS transistor can be easily formed by reversing the impurity type.
図1(a)〜(e)を用いて、実施例1の高融点金属シリサイド膜の形成手順を説明する。 A procedure for forming the refractory metal silicide film of Example 1 will be described with reference to FIGS.
まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1中の所定の領域にSTI(Shallow Trench Isolation)技術により素子分離領域としてシリコン酸化膜2を形成する。次に、図3(a)〜(e)と同様の工程を行い、図1(a)に示す構造を得る。図1(a)の構造では、基板1上に2〜7nmのゲート酸化膜3、150nm〜250nmの多結晶シリコン膜からなるゲート電極4を形成されており、ゲート電極4の側壁にはゲート電極側壁絶縁膜5が形成されている。また、ゲート電極4に隣接して、浅い拡散層と深い拡散層とからなるソース電極6及びドレイン電極7が形成されている。また、ゲート電極4、ソース電極6及びドレイン電極7の表面にはゲルマニウムイオン注入による非晶質層8が形成されている。この非晶質層8の厚さは、後工程のシリサイド化反応の第1の熱処理時にコバルト膜と反応して非晶質層8が消失しない程度に厚く、さらにシリサイド化反応の第2の熱処理時に非晶質層8が消失する厚さに設定する。このとき、ゲルマニウムイオンに限らず、シリコンイオン、アルゴンイオン、砒素イオンなどを用いても良い。これらのイオンを用いる場合は、ゲルマニウムにより形成される非晶質層8と同じ厚さが得られるように注入エネルギーは設定される。ここで、ゲルマニウムイオンなどにより非晶質層8を形成することは、本発明の効果をもたらす必須要件ではないので、この工程が無くても本発明の実施は可能である。次に、約1%のバッファードフッ酸により、ゲート電極4、ソース電極6及びドレイン電極7の表面のシリコン酸化膜(自然酸化膜)を除去する。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、8〜30nmのコバルト膜9を物理スパッタ法によりウエハ全面に形成した後、スパッタ装置において、ウエハが載ったステージに200〜500VのDCバイアスを印加することによりコバルト膜9の表面にアルゴンイオン20を5〜60秒間ほど照射して、コバルト膜9の表面に1〜2nm程度の非晶質状のコバルト膜10を形成する。コバルト膜表面を非晶質化するためのイオン照射はアルゴンに限らず、窒素、キセノン、砒素、シリコン、ゲルマニウムなどでも構わない。その場合は非晶質層の膜厚が1nm〜2nm程度になるように注入エネルギーを調整する必要がある。
Next, as shown in FIG. 1B, after a
次に、図1(c)に示すように、物理スパッタ法により窒化チタン膜11を10〜30nm形成する。このとき、コバルト膜9の形成、アルゴンイオン20の照射と窒化チタン膜11の成膜は、大気に暴露することなく同一の装置内で行われることが好ましい。コバルト膜9表面や非晶質化されたコバルト膜10表面に大気中の水や酸素が吸着した状態でシリサイド化反応を行うと、酸素がコバルトシリサイド中に混入して高抵抗化してしまうからである。このように窒化チタン膜11は酸素をブロックするために形成する。なお、窒化チタン膜の代わりに、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜を形成しても良い。その場合、チタン膜は酸素を還元する効果があるので、仮に窒化チタン膜を酸素がすり抜けてもコバルトシリサイド膜に酸素が混入するのを抑制するので、さらに好ましい。
Next, as shown in FIG. 1C, a titanium nitride film 11 is formed to a thickness of 10 to 30 nm by physical sputtering. At this time, it is preferable that the formation of the
次に、図1(d)に示すように、従来例と同様の工程でコバルトシリサイド膜12を形成する。この工程を詳しく説明すると、まず、シリサイド化反応のための第1の熱処理として、窒素又はアルゴン雰囲気中で、400〜450℃の温度で30秒のRTA処理を施す。この熱処理によりゲート電極4、ソース電極6及びドレイン電極7の表面にCo2Si又はCoSiからなるコバルトシリサイド膜が形成される。次に、酸化水素水とアンモニア水の混合液に浸けることにより窒化チタン膜11を除去し、続けて硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸けることにより非晶質状のコバルト膜10及びコバルト膜9を除去する。このとき、コバルトシリサイド膜12はこれらの溶液によって除去されずにそのまま残る。次に、シリサイド化反応の第2の熱処理として、窒素又はアルゴン雰囲気中で600℃〜900℃のRTA処理を施す。この熱処理によりコバルトシリサイド膜12は、Co2Si又はCoSiからCoSi2に変わって低抵抗化する。
Next, as shown in FIG. 1D, a cobalt silicide film 12 is formed in the same process as in the conventional example. This process will be described in detail. First, as a first heat treatment for silicidation reaction, an RTA treatment is performed at a temperature of 400 to 450 ° C. for 30 seconds in a nitrogen or argon atmosphere. By this heat treatment, a cobalt silicide film made of Co 2 Si or CoSi is formed on the surfaces of the
次に、図1(e)に示すように、周知の技術を用いて、層間絶縁膜13とメタル配線14を形成することにより半導体装置が完成する。
Next, as shown in FIG. 1E, a semiconductor device is completed by forming an interlayer insulating film 13 and a
本実施例の高融点金属シリサイド膜の形成方法によると、コバルト膜9表面に非晶質状のコバルト膜10を形成している。このため、窒化チタン膜11の結晶核密度が大きくなる。また、下地のコバルト膜9の結晶方位に影響を受けない。したがって、窒化チタン膜11が欠如することがないので、酸素を確実にブロックして、コバルトシリサイド膜12の欠如を抑制して一様性高く形成することができる。
According to the method for forming a refractory metal silicide film of this embodiment, an amorphous cobalt film 10 is formed on the surface of the
また、アルゴンを用いてコバルト膜9表面を非晶質化している。アルゴンは一般的に量産設備で使用されているスパッタ装置には具備されているため、従来の設備を用いて本処理を行うことができる。したがって、新たな設備投資が不要となり生産コストを抑制することができる。
Further, the surface of the
図2(a)〜(d)を用いて、実施例2の高融点金属シリサイド膜の形成手順を説明する。 The procedure for forming the refractory metal silicide film of Example 2 will be described with reference to FIGS.
まず、実施例1と同様の方法を用いて、図2(a)に示す構造(図1(a)と同じ構造である。)を得る。 First, the structure shown in FIG. 2A (the same structure as FIG. 1A) is obtained using the same method as in the first embodiment.
次に、図2(b)に示すように、8nm〜30nmのコバルト膜9を物理スパッタ法によりウエハ全面に形成した後、CVD法により非晶質状の窒化チタン膜11aを10nm〜30nm形成する。この窒化チタン膜11aは、四塩化チタン(TiCl4)ガスとアンモニア(NH3)ガスを用いて、250℃〜500℃の温度で形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after a
このとき、コバルト膜9の形成と窒化チタン膜11aは、大気に暴露することなく同一の装置内で行われることが好ましい。同一装置内で処理できない場合は、同一スパッタ装置内にてコバルト膜上にチタン膜又はチタン膜と窒化チタン膜の積層膜を形成して酸素からブロックする処置を施した後に、CVD装置にて窒化チタン膜を形成する。チタン膜と窒化チタン膜の積層膜を用いるのは、実施例1で説明したように、還元性を有するチタン膜により酸素をブロックする効果があるからである。
At this time, the formation of the
また、このとき、実施例1と同様に、アルゴンイオンなどを照射しコバルト膜9表面を非晶質化しても良い。その場合、窒化チタン膜11aの結晶核の形成密度がより大きくなるので、制御性良くウエハ全域に渡って均一な窒化チタン膜11aを形成することができる。
At this time, similarly to the first embodiment, the surface of the
次に、図2(c)に示すように、従来例や実施例1と同様の工程でコバルトシリサイド膜12を形成する。この工程を詳しく説明すると、まず、シリサイド化反応のための第1の熱処理として、窒素又はアルゴン雰囲気中で、400〜450℃の温度で30秒のRTA処理を施す。この熱処理によりゲート電極4、ソース電極6及びドレイン電極7の表面にCo2Si又はCoSiからなるコバルトシリサイド膜が形成される。次に、酸化水素水とアンモニア水の混合液に浸けることにより窒化チタン膜11aを除去し、続けて硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸けることによりコバルト膜9を除去する。このとき、コバルトシリサイド膜はこれらの溶液によって除去されずにそのまま残る。次に、シリサイド化反応の第2の熱処理として、窒素又はアルゴン雰囲気中で600℃〜900℃のRTA処理を施す。この熱処理によりコバルトシリサイド膜はCo2Si又はCoSiからCoSi2に変わって低抵抗化する。
Next, as shown in FIG. 2C, a cobalt silicide film 12 is formed by the same process as in the conventional example or the first embodiment. This process will be described in detail. First, as a first heat treatment for silicidation reaction, an RTA treatment is performed at a temperature of 400 to 450 ° C. for 30 seconds in a nitrogen or argon atmosphere. By this heat treatment, a cobalt silicide film made of Co 2 Si or CoSi is formed on the surfaces of the
次に、図2(d)に示すように、周知の技術を用いて、層間絶縁膜13とメタル配線14を形成することにより半導体装置が完成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a semiconductor device is completed by forming an interlayer insulating film 13 and a
本実施例の高融点金属シリサイド膜の形成方法によると、コバルト膜9表面に非晶質状の窒化チタン膜11aを形成しているため、この非晶質窒化チタン膜11aは下地のコバルト膜9の結晶方位の影響を受けずに形成できる。したがって、窒化チタン膜11aが全域に渡って欠如することなく均一な膜を形成できるので、酸素を確実にブロックして、コバルトシリサイド膜12の欠如を抑制して一様性高く形成することができる。
According to the method of forming the refractory metal silicide film of this embodiment, since the amorphous titanium nitride film 11a is formed on the surface of the
1:基板 2:素子分離領域 3:ゲート絶縁膜 4:ゲート電極 5:側壁絶縁膜 6:ソース電極 7:ドレイン電極 8:非晶質層 9:コバルト膜 10:非晶質のコバルト膜 11:窒化チタン膜 11a:非晶質の窒化チタン膜 12:コバルトシリサイド膜 13:層間絶縁膜 14:メタル配線 20:アルゴンイオン注入 1: Substrate 2: Element isolation region 3: Gate insulating film 4: Gate electrode 5: Side wall insulating film 6: Source electrode 7: Drain electrode 8: Amorphous layer 9: Cobalt film 10: Amorphous cobalt film 11: Titanium nitride film 11a: amorphous titanium nitride film 12: cobalt silicide film 13: interlayer insulating film 14: metal wiring 20: argon ion implantation
Claims (10)
形成された高融点金属膜の表面のみを非晶質化する工程と、
非晶質化された高融点金属膜表面上に窒化チタン膜を形成する工程と、
得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える高融点金属シリサイド膜の製造方法。 Forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon;
A step of amorphizing only the surface of the formed refractory metal film,
Forming a titanium nitride film on the amorphous refractory metal film surface ;
A method for producing a refractory metal silicide film comprising a step of forming a refractory metal silicide film by reacting a refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate.
形成された高融点金属膜表面上に非晶質の窒化チタン膜を1層のみ形成する工程と、
得られた基板を熱処理することにより、高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程を備える高融点金属シリサイド膜の製造方法。 Forming a refractory metal film on a semiconductor substrate containing silicon;
Forming a single layer of an amorphous titanium nitride film on the surface of the formed refractory metal film;
A method for producing a refractory metal silicide film comprising a step of forming a refractory metal silicide film by reacting a refractory metal with silicon of the substrate by heat-treating the obtained substrate.
第1の熱処理により高融点金属と基板のシリコンを反応させて高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
未反応の高融点金属膜と窒化チタン膜を除去する工程と、
第2の熱処理により高融点金属シリサイド膜を低抵抗化する工程により行われる請求項1又は3に記載の製造方法。 The heat treatment of the substrate
Forming a refractory metal silicide film by reacting a refractory metal with silicon of the substrate by a first heat treatment;
Removing unreacted refractory metal film and titanium nitride film;
The manufacturing method of Claim 1 or 3 performed by the process of reducing resistance of a refractory metal silicide film | membrane by 2nd heat processing.
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