(57)【要約】【課題】  半導体デバイス中の金属シリサイドの一方向拡散を生じる方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、２つの異なる熱サイクルが実施される第１のアニールに関連して、金属含有シリコン合金を用いることによって、シリサイド形成中に金属の一方向拡散を増強するための方法を提供する。第１アニールの第１熱サイクルは、Ｓｉ含有層内への、例えば、Ｃｏ及び／又はＮｉの金属の一方向拡散を増強することが可能な温度で実施される。第１熱サイクルは、アモルファス金属含有シリサイドを形成させる。第２熱サイクルは、アモルファス金属含有シリサイドを、金属含有シリコン合金層又は純金属含有層に比べて、実質的にエッチング不可能な結晶化金属リッチ・シリサイドに転化する温度で実施される。第１アニールに続いて、構造体からあらゆる未反応金属含有合金層を除去するために選択的エッチングが実施される。第２のアニールは、第１アニールの２つの熱サイクルによって形成された金属リッチ・シリサイド相を、最低抵抗相にある金属シリサイド相に転化するために実施される。厚さが自己制限的である金属シリサイドが提供される。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ含有材料の表面上に金属シリサイドを形成する方法であって、
Ｓｉ含有材料の上に金属含有シリコン合金層を含む構造体を準備するステップと、
前記構造体に、前記Ｓｉ含有材料中への前記金属の一方向拡散を増強してアモルファス金属含有シリサイドを形成する第１の温度で実施される第１の熱サイクルと、前記アモルファス金属含有シリサイドを、前記金属含有シリコン合金層に比べて実質的にエッチング不可能な結晶化金属リッチ・シリサイドに転化する第２の温度で実施される第２の熱サイクルとを含む第１のアニール処理を施すステップと、
あらゆる未反応金属含有シリコン合金層を前記構造体から除去するステップと、
前記構造体に、前記結晶化金属リッチ・シリサイドを最低抵抗相にある金属シリサイド相に転化する第３の温度で第２のアニール処理を施すステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記金属含有シリコン合金層は、合金層の堆積によって、又は、初めに耐熱金属を堆積して金属層を形成し、次に前記耐熱金属層をシリコンでドープすることよって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１アニールの前に、前記金属含有シリコン合金層の上に随意のバリヤ層を形成するステップをさらに含み、前記随意のバリヤ層は、前記未反応金属含有シリコン合金層を除去する前記ステップにおいて除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属含有シリコン合金層は、Ｃ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びそれらの混合物から構成される群から選択される少なくとも１つの添加物をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属含有シリコン合金層は、約３０原子％より少ないＳｉを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属含有シリコン合金は、Ｎｉ、Ｃｏ又はそれらの合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１温度は、前記第２温度より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１温度は、約３５０℃より低い、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１熱サイクルは、約３０秒から約１２０秒までの時間実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２温度は、約４５０℃より低く、なお前記第１温度より高いことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２温度は、約３５０℃から約４００℃までである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２熱サイクルは、約１０秒から約３０秒までの時間実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記除去するステップは、化学エッチャントを用いる湿式エッチング工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３温度は、約７００℃から約９００℃までであり、前記第２アニールは、約３００秒又はそれ以下の時間実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
金属シリサイドが配置される領域をもつシリコン含有材料であって、前記金属シリサイドはその最低抵抗相にあり、約１４ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さを有するため、前記金属シリサイドが分離トレンチ領域の上に配置されず、前記構造体内部のリークが低減される、シリコン含有材料を含む半導体構造体。
【請求項１６】
前記金属シリサイドは、コバルト・ジシリサイド又はニッケル・モノシリサイドである、請求項１５に記載の半導体構造体。
【請求項１７】
前記金属シリサイドは、内部に埋め込まれた酸化物を連続的に含まない、請求項１５に記載の半導体構造体。
【請求項１８】
前記Ｓｉ含有材料は、基板、ゲート電極又はその両方を含む、請求項１５に記載の半導体構造体。
【請求項１９】
前記Ｓｉ含有材料は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、ＳｉＧｅ、アモルファスＳｉ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）又はシリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）を含む、請求項１５に記載の半導体構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスに関し、特に、シリサイド形成中の金属の一方向拡散を増強する方法に関する。本発明はまた、本発明の方法を用いて作成される金属シリサイドを含む半導体構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス用のオーミック・コンタクトを作成するのに一般に用いられる１つの型の材料は、コバルト・シリサイド（ＣｏＳｉ）又はニッケル・シリサイド（ＮｉＳｉ）のような金属シリサイドである。金属シリサイドは、普通、通常の自己整合シリサイド（すなわち、サリサイド）工程を用いて作成される。こうした工程において、ＣｏＳｉコンタクトが所望されるときには、ブランケットＴｉＮ／Ｃｏ膜が、露出されたＳｉ含有領域（例えば、ソース、ドレイン及びゲート）の上に堆積される。次に、コバルト・モノシリサイドを形成するために、約４００℃から約６００℃までの温度で実施される第１のアニール・ステップが用いられる。次いで、ＴｉＮキャップを剥離し、コバルト・モノシリサイド膜に転化されなかったあらゆる未反応Ｃｏを除去するために、選択的エッチングが用いられる。次に、コバルト・モノシリサイドは、コバルト・モノシリサイドをコバルト・ジシリサイドに転化（すなわち、変換）させる第２のアニール処理を受ける。当業者には公知であるように、コバルト・ジシリサイドは、コバルト・モノシリサイドよりも低い抵抗値を有する。
【０００３】
金属シリサイド・コンタクトを形成することはできるが、上述の自己整合シリサイド工程にはそれに関連するいくつかの問題がある。特に、上述の通常のシリサイド工程において、例えばＣｏである金属とＳｉの両方は、薄層酸化物を通して相互に拡散する。この相互拡散は図１に示され、参照番号１０はＳｉ含有材料、参照番号１２はＣｏ層、破線で示された参照番号１４は自然酸化物層、参照番号１６はＳｉの拡散方向を示し、参照番号１８はＣｏの拡散方向を示す。示されるように、通常の自己整合シリサイド工程においては、Ｓｉは上方に拡散し、一方Ｃｏは下方に拡散する。
【０００４】
通常の自己整合シリサイド工程を用いたコバルト・ジシリサイドの形成後、コバルト・ジシリサイド膜内に生成する小さなＳｉＯ２の析出物が存在する。これは、例えば、図２に示され、参照番号２０はコバルト・ジシリサイド膜を示し、参照番号２２はＳｉＯ２の析出物を示す。
【０００５】
図２に示されるＳｉＯ２の析出物２２は、自己整合シリサイド工程を実施する前に、Ｓｉ含有材料１０の表面に存在した自然酸化物から生じる。自然酸化物は、現在利用可能な多くの表面洗浄方法によっても、除去することが困難である。
【０００６】
上述の問題に加えて、通常の自己整合シリサイド工程はまた、Ｓｉ含有ゲート幅が７０ｎｍより薄いときに、Ｓｉ含有ゲートのボイド生成の問題を引き起こす。ボイド生成の問題は図３に示される。この図において、参照番号１０はＳｉ含有基板、参照番号２４はＳｉ含有ゲート、参照番号２０はＳｉ含有ゲート２４上に形成されたコバルト・ジシリサイド膜、参照番号２６はＳｉ含有ゲート２４内のボイド、参照番号２８はＳｉ含有ゲート２４の側壁上に存在する絶縁体スペーサである。上述され、図３に描かれたボイド生成の問題は、Ｓｉ含有ゲート２４の抵抗を増加させる。
【０００７】
通常の自己整合シリサイド工程における最近の改善は、同一出願人に譲渡されたＢｒｏｄｓｋｙ他による特許文献１に記載されている。具体的には、Ｂｒｏｄｓｋｙ他により開示された工程は、電気的に接触されるべき電子デバイスを含むシリコン含有基板上に、約３０原子％より少ないＳｉを含み、残りがＣｏ及び／又はＮｉである金属シリコン合金層を形成するステップと、金属シリコン合金又は純金属に比べて実質的にエッチング不可能な金属リッチのシリサイド層を形成するために、約３００℃から約５００℃までの温度で金属シリコン合金層をアニール処理する第１のアニール・ステップと、非シリコン領域上のあらゆる未反応金属シリコン合金を選択的に除去するステップと、最低抵抗相にある金属シリサイド相を形成するのに効果的な条件下で金属リッチのシリサイド層をアニール処理する第２のアニール・ステップとを含む。随意的な酸素拡散バリヤ層を、第１のアニール・ステップの前に、金属シリコン合金層の上に形成することができる。
【０００８】
Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって説明された工程は、第１のアニール・ステップにおいて、通常の自己整合シリサイド工程に関して上述された双方向拡散機構とは異なる拡散機構を受ける。特に、Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程においては、Ｃｏだけが下方に拡散して金属リッチのシリサイド層を形成する。結果として得られ、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の工程を用いて達成される一方向機構が図４に示される。この図において、参照番号１０はＳｉ含有材料、参照番号３０は金属シリコン合金層、参照番号１４は自然酸化物層、そして参照番号１８はＣｏの拡散方向を示す。
【０００９】
通常の自己整合シリサイド工程と同様に、Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程においては、第１アニール・ステップの後、あらゆる未反応のＣｏ金属が除去される。Ｂｒｏｄｓｋｙ他のカラム５、１９行−２１行に示されるように、金属リッチのシリサイド相に変換されなかった‘残留’Ｃｏを除去するためのエッチャントとして、過酸化水素と硫酸の混合物を用いることができる。このエッチング工程の間に、Ｃｏ金属中のＳｉは酸化されて金属リッチのシリサイドの上にＳｉＯ２表面層を形成する。その構造体は、例えば図５に示され、参照番号３２は金属リッチのシリサイド相、参照番号２２は表面ＳｉＯ２層を示す。
【００１０】
次に、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の工程において、金属リッチのシリサイドをコバルト・ジシリサイドに変換する第２のアニールが実施される。第２のアニールは、約６００℃から約９００℃までの温度で実施される。
【００１１】
Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程を利用して達成される一方向拡散機構には、双方向拡散が起きる通常の自己整合シリサイド工程と比較して、いくつかの利点がある。第１に、自然酸化物上の過剰なＣｏ金属がエッチング除去されるため、結果として生じるコバルト・ジシリサイド膜内にはＳｉＯ２の析出物はなく、このことが低シート抵抗をもたらす。第２に、一方向拡散では、Ｓｉ内へのＣｏの拡散だけが生じ、Ｓｉは拡散しないため、狭いＳｉ含有ゲートに伴うボイド生成の問題はない。
【００１２】
Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程によって達成される改善にもかかわらず、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の工程は、自己制限的なＣｏ拡散深度をもたらす。例えば、第１アニール・ステップにおいて、約３ｎｍのコバルトリッチのシリサイド膜が形成される。剥離後及び第２アニールにより、３ｎｍのコバルトリッチのシリサイドは、１２ｎｍのコバルト・ジシリサイド膜に変換される。通常の相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）加工工程においては、接触反応性イオン・エッチング及びスパッタ洗浄のステップは、典型的には約１０ｎｍから約１２ｎｍまでのコバルト・ジシリサイドを、Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程に関してはコバルト・ジシリサイド形成の境界に直角に、除去する。コバルト・ジシリサイド膜が完全に除去されるとき、金属から拡散コンタクトへの接触抵抗の問題が現れる。
【００１３】
ほとんどのＣＭＯＳ用途において、１８ｎｍから２４ｎｍまでのコバルト・ジシリサイドのプロセス・ウィンドウの結果を有することが好ましい。通常の工程では、拡散の厚さを増加するため、シリサイド工程に用いられる第１のアニール温度を上昇させることになる。しかしながら、この場合には、最大温度は約４５０℃に制限されるが、その理由は（ｉ）より高温のアニールは、トレンチ分離領域において、コバルト・シリサイド合金からコバルト・ジシリサイドの形成をもたらすことになり、それが、基板上の異なる活性領域間、即ち活性領域とＳｉ含有ゲートの間、及び、同じ基板上の異なるＳｉ含有ゲート間のリーク、即ち短絡をもたらすこと、そして（ｉｉ）第１アニール・ステップにおけるより高温のアニールは双方向の拡散をもたらし、それが通常の自己整合シリサイド工程において前述されたのと同じ問題をもたらすことである。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，３２３，１３０  Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のことを考慮すると、通常の自己整合シリサイド工程及びＢｒｏｄｓｋｙ他によって示されたシリサイド工程に関連する問題を回避する、金属シリサイド・コンタクトを形成する改善された方法を提供する必要性がなお存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示されたシリサイド工程をさらに改善する方法を提供する。従って、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の工程において言及された利点、すなわち、シリサイド形成中のＳｉ消費及び短絡の低減化は、本発明においても達成される。Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示された工程と比較して、本発明の方法の改善点は、結果として得られる金属シリサイドが、増加した自己制限的厚さを有することである。即ち、本発明の方法は、増加した自己制限的厚さを有する金属シリサイド・コンタクトを作成し、それによって、金属シリサイド・コンタクトに対する金属相互接続の形成中に完全には除去されない金属シリサイドを形成する方法を提供する。
【００１７】
上述の様に、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の工程は、厚さが約１２ｎｍの金属シリサイドを与える。このような薄い金属シリサイドは、その後の相互接続工程のステップ中に、完全に又は実質的に除去されることになる。金属シリサイドの完全な又は実質的な除去は、金属から拡散コンタクトへのコンタクト抵抗の問題を引き起こす。
【００１８】
このコンタクト抵抗の問題は、本発明では、形成される金属シリサイドが、約１４ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さ、好ましくは約１８ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さを有する故に回避される。金属シリサイド・コンタクトの増加した厚さは、半導体産業において重要であり、その理由は、シリサイド・コンタクトの内部に完全に埋め込まれた低位部分（側壁及び底壁を含む）を有する金属シリサイド・コンタクトへの金属コンタクトの形成のための余裕を見込んでいるためである。
【００１９】
さらに、本発明の方法は、低リークを示す厚い金属シリサイドを含む構造体を提供する。「低リーク」により、構造体内に存在するトレンチ分離領域の上に生ずる金属シリサイドが、殆ど又は全くないことを意味する。
【００２０】
本発明は上記の事柄を、Ｂｒｏｄｓｋｙ他により開示された金属シリコン合金を用いることによって、そして、２つの別個の熱サイクルが実施される第１のアニールを利用することによって達成する。本発明によれば、第１アニールの第１熱サイクルは、Ｓｉ含有層内への、Ｃｏ、Ｎｉ、又は、Ｃｏ及びＮｉのような耐火金属（高融点金属）の一方向拡散を増強することが可能な温度で実施される。第１熱サイクルは、アモルファス金属（例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、又は、Ｃｏ及びＮｉ）含有シリサイドの形成を引き起こす。第１アニールの第２熱サイクルは、アモルファス金属含有シリサイドを、金属含有シリコン合金層又は純金属含有層に比べて、実質的にエッチング不可能な結晶化された金属リッチのシリサイドに転化する温度で実施される。上述の２つの熱サイクルを含む第１アニールの後に、あらゆる未反応の金属含有シリコン合金層を構造体から除去するために、選択的エッチングが実施される。第２のアニールは、第１アニールの２つの熱サイクルによって形成された金属リッチ・シリサイド相を、最低抵抗相にある金属シリサイド相に転化するために実施される。Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらの合金は、シリサイド・コンタクトを形成することに用いられた金属として具体的に言及されているが、例えばＰｔなどの他の耐火金属（高融点金属）もここで考慮されている。
【００２１】
概略的には、本発明の方法は、Ｓｉ含有材料上に金属含有シリコン合金層を含む構造体を準備するステップと、前記の構造体に、前記のＳｉ含有材料内への前記の金属の一方向拡散を増強し、それによってアモルファス金属含有シリサイドを形成する第１の温度で実施される第１の熱サイクル、及び、アモルファス金属含有シリサイドを、金属含有シリコン合金層に比べて実質的にエッチング不可能な結晶化金属リッチ・シリサイドに転化する第２の温度で実施される第２の熱サイクルを含む第１のアニールを施すステップと、あらゆる未反応の金属含有シリコン合金層を構造体から除去するステップと、前記の構造体に、前記の結晶化金属リッチ・シリサイドを最低抵抗相にある金属シリサイド相に転化する第３の温度において第２のアニールを施すステップとを含む。
【００２２】
上述の方法において、金属含有シリコン合金層の金属は、金属シリサイドを形成するようにシリコンと反応することが可能な任意の耐火金属（高融点金属）又は耐火金属（高融点金属）合金を含む。好ましい金属は、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。
酸素拡散を阻止する随意的なバリヤ層を、第１アニールの前に金属含有シリコン合金層上に形成することができる。
【００２３】
Ｎｉが金属として使用されるときには、Ｎｉリッチのシリサイド相が、第１アニールの後に形成される。除去ステップ後に行われる第２アニールは、Ｎｉリッチのシリサイド相を、Ｎｉシリサイドの最低抵抗相であるＮｉモノシリサイドに転化する。他方、Ｃｏが使用されるときには、第１アニールは、Ｃｏ−Ｓｉ合金層をＣｏリッチのシリサイド層に転化し、第２アニールは、除去ステップ後、金属リッチ・シリサイド相を、Ｃｏシリサイドの最低抵抗相であるＣｏジシリサイド相に転化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図６−図１１を参照すると、Ｓｉ消費及び短絡が十分に低減された低抵抗の厚い金属シリサイドを含むＣＭＯＳ構造体を形成することが可能な基本工程ステップが示されている。「厚い」によって、約１４ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さを有する金属シリサイドを意味する。具体的には、図６は、第１のステップが実施された後に形成される最初の構造体５０を示す。具体的には、構造体５０は、その上に金属含有シリコン合金層５６を有するＳｉ含有材料５２を含む。Ｓｉ含有材料５２は、Ｓｉ含有基板、ゲート電極又はその両方とすることができ、Ｓｉ含有材料５２は、特にそれが基板である場合、合金層５６の堆積の前に存在し、合金層５６とＳｉ含有材料５２との間の界面５４となる表面酸化物層を随意に含むことができる。
【００２５】
層５２として用いることのできる適切なＳｉ含有材料は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、ＳｉＧｅ、アモルファスＳｉ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）及び他の類似のＳｉ含有材料を含むがそれらに限定はされない。Ｓｉ含有材料５２はドープしても、ドープしなくともよく、様々な分離領域及びデバイス領域を含むことができる。これらの領域は、図面には示されていないが、やはりＳｉ含有材料５２の中に含まれることが意図されている。
【００２６】
Ｓｉ含有材料５２が基板として機能するとき、Ｓｉ含有材料５２は、例えば電界効果トランジスタ（ＥＦＴ）のような少なくとも１つの電気的デバイスを含む。この実施形態においては、金属シリサイドは、ＥＦＴのソース／ドレイン拡散部を含む基板の領域内に形成される。Ｓｉ含有材料５２がゲート電極として機能するときには、金属シリサイドは、ゲート電極の上に形成することもできる。
【００２７】
随意的な表面酸化物層が存在するときは、それは約０．１ｎｍから約０．３ｎｍまでの厚さを有する薄い酸化物である。本発明の一実施形態において、表面酸化物層は、本発明の方法を使用する前に、構造体５０から完全に除去される。この実施形態においては、その上に金属含有シリコン（Ｓｉ）合金層５６を形成する前に、構造体５０から表面酸化物層を完全に除去するためにＨＦを用いることができる。
【００２８】
金属含有シリコン合金層５６は、当業者には公知である通常の堆積工程を用いて、Ｓｉ含有材料５２の表面上に（又は、随意的表面酸化物層が存在する場合には、その上に）形成される。例えば、金属含有Ｓｉ合金層５６は、化学気相堆積法、プラズマ化学気相堆積法、蒸発法、スパッタリング法及び他の同様の堆積工程によって、堆積することができる。これらの方法の中で、通常はスパッタリング法が金属含有Ｓｉ合金層５６の形成に用いられる。代替的に、金属含有Ｓｉ合金層５６は、初めにＳｉ含有材料５２の表面上に金属層を堆積させ、その後に、イオン注入法又は別の同様のドープ工程を用いて、少なくともＳｉで金属層をドープすることによって、形成することができる。
【００２９】
金属含有シリコン合金層５６は、シリコン、及び、シリコンと反応するときに金属シリサイドを形成することができる耐火金属（高融点金属）又は金属合金を含む。層５６内の金属は、Ｃｏ、Ｎｉ及びそれらの混合物から構成される群から選択されることが好ましい。従って、好ましい実施形態においては、金属含有シリコン合金層５６は、Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｎｉ−Ｓｉ合金、又はＣｏ−Ｎｉ−Ｓｉのような金属の混合物を含むことができる。好ましい合金のうち、金属含有シリコン合金層５６はＣｏ−Ｓｉ合金を含むことが極めて好ましい。本発明によれば、金属含有シリコン合金層５６は、典型的には、約３０原子％より少ないＳｉを含む。より典型的には、シリコンは約０．１原子％から約２０原子％までの量で合金層５６内に存在する。
【００３０】
金属含有シリコン合金層５６の発明はまた、結果として生じるシリサイドの特性に影響を及ぼすことのできる少なくとも１つの添加物を含むことができる。合金層５６中に存在することができる少なくとも１つの添加物は、例えば、シリサイドの抵抗を低下させるため、又は、シリサイドの凝集を防止するために用いることできる。本発明の合金層５６の成分として用いることができる添加物の例は、Ｃ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びそれらの混合物を含むが、それらに限定はされない。これらの添加物のうち、Ｃ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ及びそれらの混合物が好ましい。
【００３１】
添加物が存在するときは、少なくとも１つの添加物は、典型的には、約０．０１原子％から約５０原子（ａｔ．）％までの量で合金５６中に存在し、より典型的には、約０．１原子％から約２０原子％までの範囲の量で存在する。少なくとも１つの合金添加物は、金蔵含有Ｓｉ合金層５６の堆積中又は堆積後に導入することができる。
【００３２】
「金属含有シリコン合金」という用語は、ここでは、シリコンの均一又は不均一な分布を有する組成物、シリコンの勾配分布を有する組成物、又はそれらの混合物及び複合物を含むように用いられる。
【００３３】
次に、図７に示されるように、酸素拡散を阻止する随意のバリヤ層５８を、金属含有シリコン合金層５６の表面上に形成することができる。随意のバリヤ層５８は、当業者には公知である通常の堆積工程を用いて形成することができる。随意のバリヤ層５８を形成するのに用いることのできる適切な堆積工程の例証的な実施例は、化学気相堆積法、プラズマ化学気相堆積法、スパッタリング法、蒸発法、めっき法、スピン・オン・コーティング法及び他の同様の堆積工程を含むが、それらに限定はされない。随意のバリヤ層５８の厚さは、随意のバリヤ層５８が酸素又は別の雰囲気ガスを構造体５０中へ拡散させないことができる限り、本発明には重要でない。典型的には、随意のバリヤ層５８は、約１０ｎｍから約３０ｎｍまでの厚さを有する。
【００３４】
随意のバリヤ層５８は、酸素が構造体５０中へ拡散することを妨げる、当業者には公知の通常の材料から構成される。例えば、ＴｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴａＮ又は他の同様の材料は、バリヤ層５８として使用することができる。図面は随意のバリヤ層５８の存在を示すが、本方法は、随意のバリヤ層５８が存在しない場合にも用いることができる。
【００３５】
第１のアニールは、図６又は図７に示される構造体に施される。完全のために、ここに描かれた図は、随意のバリヤ層５８を含む構造体に施された第１アニールを示す。本発明の実施形態によれば、第１アニールは、２つの異なった熱サイクルを含む。第１熱サイクルは、合金層５６からＳｉ含有材料５２への金属の一方向拡散、及び、その後のアモルファス金属含有シリサイド相の形成をもたらす。第１アニールの第１熱サイクルの後に形成される構造体は、図８に示される。具体的には、図８に示される構造体は、Ｓｉ含有材料５２、金属含有シリコン合金層５６、アモルファス金属含有シリサイド相膜６０及び随意のバリヤ層５８を含む。参照番号６２は金属拡散の方向を示す。
【００３６】
第１熱サイクルは、金属の拡散を増強してアモルフファス金属シリサイド膜を形成する第１の温度Ｔ１で実施される。第１アニールの第１熱サイクルの温度は、結晶化膜の形成を引き起こさないことが重要である。本実施形態により、第１アニールの第１熱サイクルの温度が３５０℃より低いとき、金属拡散の増強及びアモルファス相の形成を達成することができる。第１アニールの第１熱サイクルの温度Ｔ１は、第１アニールの第２熱サイクルの温度Ｔ２より低いことに注目されたい。より典型的には、第１アニールの第１熱サイクルは、約２７０℃から約３２５℃までの温度で実施される。第１アニールの第１熱サイクルは、典型的には、約３０秒から約１２０秒までの時間実施される。ここに例示された範囲以外の他の時間間隔も考慮されている。
【００３７】
次に、図８に示される構造体は、アモルファス金属含有シリサイド相膜６０を結晶化金属リッチ・シリサイド相膜６４（図９参照）に転化する温度で実施される第２の熱サイクル（なお本明細書の用語に従って、第１アニールに伴うものと考えられる）を施される。
【００３８】
第１アニールの第２熱サイクルは、４５０℃より低く、まだＴ１よりは高い第２の温度Ｔ２で実施される。より典型的には、第１アニールの第２熱サイクルは、約３５０℃から約４００℃までの温度で実施される。第１アニールの第２熱サイクルは、典型的には、約１０秒から約３０秒までの時間実施される。第１アニールの第２熱サイクルが第１熱サイクルよりも短い、即ち、時間２＜時間１である限り、ここに例示された範囲以外の他の時間間隔も考慮されている。
【００３９】
第１アニールの上記の２つの異なる熱サイクルは、例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ又はフォーミング・ガスの同じ又は異なるガス雰囲気中で実施される高速熱アニール（ＲＴＡ）工程である。従って、第１アニールはまた、高速熱アニール・ステップであると考えることができる。第１アニールの第２熱サイクルは、第１熱サイクルの直後に、熱サイクルの間の如何なる冷却もなしに実施することができ、又は、Ｔ１から室温まで冷却した後の任意の時間に実施することができる。
【００４０】
第１アニールの間に、金属含有シリコン合金層５６の全てが消費される可能性、又は、代替的に、合金層５６の一部がアニール後に残る可能性がある。この後の方の実施形態は図９に示される。さらに、第１アニールが完了した後、表面酸化物層が、金属リッチ・シリサイド膜６４中に存在することになる。
【００４１】
上記の条件が、出発の金属含有シリコン合金５６又は純金属に比べて実質的にエッチング不可能な、金属リッチ・シリサイド層６４を形成し、そのため、このエッチング不可能な金属リッチ・シリサイド層を生ずる通常の自己適合シリサイド工程に一般的に用いられる、より高温のアニール温度が回避されることに注目されたい。Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって以前に報告されたように、金属含有シリコン合金の使用は、従来技術の工程に利用可能であるよりも低い温度で、金属リッチ・シリサイド層の形成を可能にする。より低い温度が金属リッチ・シリサイド層の形成に用いられるため、短絡発生の傾向が激減する。さらに、最初の合金膜５６がシリコンを含むため、シリコン消費の減少が本実施形態の方法を用いて観察される。
【００４２】
前述の２つの異なる熱サイクルを含む第１アニールの後、随意のバリヤ層５８及びあらゆる残留金属含有シリコン合金層５６（又は、任意の純金属層）は、当業者には公知の通常のエッチング法を用いて、構造体から選択的に除去される（図１０参照）。
【００４３】
例えば、任意の湿式エッチング工程は、随意のバリヤ層５８及び金属含有シリコン合金層５６を、構造体から除去するのに用いることができる。湿式エッチング工程に用いられる化学エッチャントは、金属リッチ・シリサイド層（又は膜）６４に比べて、バリヤ層５８及び金属含有シリコン合金層５６を除去するのに高度に選択的でなければならない。本発明において用いることができる適切なエッチャントは、過酸化水素と硝酸又は硫酸の混合物である。他の化学エッチャントもまた、本発明において用いることができる。図１０は、湿式エッチング工程後に形成される表面酸化物層６６の存在を示す。表面酸化物層６６は、約１ｎｍから約５ｎｍまでの厚さを有する薄層である。
【００４４】
構造体から随意のバリヤ層５８及びあらゆる残留金属含有シリコン合金層５６を除去するのに、乾式エッチング工程を用いることもまた本発明の構想内にある。乾式エッチング工程は、表面酸化物層６６の形成を回避する。ここで用いることができる適切な乾式エッチング法は、反応性イオン・エッチング、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチング及び他の同様の乾式エッチング法を含むが、それらに限定はされない。
【００４５】
随意のバリヤ層５８及びあらゆる未反応の金属含有シリコン合金層５６を構造体から除去した後、金属リッチ・シリサイド層６４を、例えば、Ｃｏジシリサイド又はＮｉモノシリサイドの最低抵抗の金属シリサイド相に転化するために、本発明においては第２のアニールが用いられる。第２アニールは、第１アニールにおいて用いられた温度よりも高い第３の温度Ｔ３（即ち、Ｔ３は、Ｔ１及びＴ２よりも高い）で実施される。上述のように、第２アニールは、金属リッチ層６４を、金属の最低抵抗のシリサイド相を有するシリサイド層６８に転化するのに効果的な条件の下で実施される（図１１参照）。本発明のこのステップが実施された後に、表面酸化物層６６が構造体中に残ることに注目されたい。表面酸化物層６６は、その後の工程ステップで当業者には公知の方法を用いて、構造体から除去することができる
【００４６】
この第２アニールは、ガス雰囲気を用いてＲＴＡによっても実施される。典型的には、第２アニールは、約６００℃から約９００℃までの温度で、約３００秒又はそれ以下の時間、連続加熱方式、又はランプ・ソーク加熱方式を用いて実施される。選択された条件が例えば、Ｃｏ又はＮｉの耐火金属（高融点金属）の最低抵抗シリサイド相が構造体中に形成されるように第１アニール温度よりも高温である限り、他の温度及び時間もここで考慮されている。
【００４７】
本発明は次の３つの利点、即ち、Ｓｉ消費の実質的な削減、短絡発生傾向の劇減、及びＢｒｏｄｓｋｙ他により開示された工程から得られるよりも厚い、例えばＣｏ及び／又はＮｉの最低抵抗相における金属シリサイド、をもたらすことを再度強調する。上記のように、Ｂｒｏｄｓｋｙ他の特許において形成される結果として得られる金属シリサイドは約１２ｎｍであり、一方、本発明において形成される金属シリサイドは、約１４ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さを有する。より典型的には、本実施形態において形成される金属シリサイドは、約１８ｎｍから約２５ｎｍまでの厚さを有する。
【００４８】
上述の方法から結果として生ずる構造体は、従って、例えば、Ｃｏジシリサイド又はＮｉモノシリサイドなど、最低抵抗相にある金属シリサイドの層６８を含む領域を有するＳｉ含有材料５２を含む。
【００４９】
本発明は、その好ましい実施形態に関して特に図示され説明されてきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、形状及び細部における前述及び他の変更を施すことができることを、当業者は理解するであろう。従って、本発明は、説明され図示された正確な形状及び細部には限定されず、添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】通常の自己整合シリサイド工程に関連する問題を示す図形による（断面図による）表現である。
【図２】通常の自己整合シリサイド工程に関連する問題を示す図形による（断面図による）表現である。
【図３】通常の自己整合シリサイド工程に関連する問題を示す図形による（断面図による）表現である。
【図４】Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示されたシリサイド工程を示す図形による（断面図による）表現であり、第１アニール・ステップの間に起こる一方向拡散を示す。
【図５】Ｂｒｏｄｓｋｙ他によって開示されたシリサイド工程を示す図形による（断面図による）表現であり、選択的エッチング・ステップ後の構造体を示す。
【図６】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図７】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図８】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図９】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図１０】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図１１】金属シリサイドを作成するための、本発明の好ましい実施形態において用いられる基本工程ステップを示す図形による（断面図による）表現である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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