(57)【要約】【課題】安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を提供することにある。【解決手段】シリコン基板１１の表面に形成された拡散層にコンタクトプラグが接続しており、拡散層上に形成されたＮｉシリサイド膜１３は、コンタクトプラグと接続する部位（１３ａ）において、膜厚が厚くなっている。シリコン基板１１上に形成された層間絶縁膜１４にコンタクトホール１５を形成した後、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うようにＮｉ膜１６を形成し、然る後、Ｎｉ膜１６をシリサイド化することによって、Ｎｉシリサイド膜１３を、コンタクトホール１５が形成された部位において、自己整合的に膜厚を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置であって、
前記拡散層上に金属シリサイド膜が形成されており、
前記金属シリサイド膜は、前記コンタクトプラグと接続する部位において、膜厚が他の部位よりも厚くなっていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置であって、
前記拡散層上に第１の金属シリサイド膜が形成され、
前記コンタクトプラグは、前記シリコン基板上の層間絶縁膜に開口されたコンタクトホール内に形成され、
前記コンタクトホールの側面及び底面に、第２の金属シリサイド膜が形成されており、
前記第１の金属シリサイド膜は、前記コンタクトプラグと接続する部位において、前記第２の金属シリサイド膜と接続していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
前記金属シリサイド膜は、Ｎｉシリサイドからなる、請求項１また２に記載の半導体装置。
【請求項４】
シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記シリコン基板の表面に拡散層を形成する工程（ａ）と、
前記シリコン基板上に第１の金属膜を形成する工程（ｂ）と、
前記シリコン基板を熱処理することによって、前記第１の金属膜をシリサイド化して、前記拡散層上に金属シリサイド膜を自己整合的に形成する工程（ｃ）と、
前記シリコン基板上に層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、
前記層間絶縁膜に、前記金属シリサイド膜が露出されたコンタクトホールを形成する工程（ｅ）と、
前記コンタクトホールの側面及び底面を覆うように、前記第１の金属膜と同じ材料からなる第２の金属膜を形成する工程（ｆ）と、
前記シリコン基板を熱処理することによって、前記第２の金属膜をシリサイド化して、前記金属シリサイド膜を、前記コンタクトホールが形成された部位において、自己整合的に膜厚を増加させる工程（ｇ）と、
前記コンタクトホール内に導電性材料を埋め込んで、前記コンタクトプラグを形成する工程（ｈ）とを含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｇ）は、前記第１の金属膜のシリサイド化において、未反応の前記第２の金属膜を除去する工程を含む、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｇ）は、前記工程（ｈ）の後に行われ、
前記工程（ｈ）において、前記導電性材料は、前記コンタクトホールの側面及び底面に形成された前記第２の金属膜を介して、前記コンタクトホール内に埋め込まれる、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記シリコン基板の表面に拡散層を形成する工程と、
前記シリコン基板上に第１の金属膜を形成する工程と、
前記シリコン基板を熱処理することによって、前記第１の金属膜をシリサイド化して、前記拡散層上に第１の金属シリサイド膜を自己整合的に形成する工程と、
前記シリコン基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第１の金属シリサイド膜が露出されたコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの側面及び底面を覆うように、第２の金属膜及びＳｉ膜を形成する工程と、
前記シリコン基板を熱処理することによって、前記第２の金属膜をシリサイド化して、前記コンタクトホールの側面及び底面上に、第２の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に、前記第２の金属シリサイド膜を介して、導電性材料を埋め込んで、前記コンタクトプラグを形成する工程とを含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属シリサイド膜は、Ｎｉシリサイドからなる、請求項４〜７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクトプラグ形成後の熱処理によるコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４（ａ）〜（ｆ）は、従来のコンタクトプラグの形成方法を示した工程断面図である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、トランジスタのソース、ドレインを構成する拡散層（不図示)が形成されたシリコン基板１０１上に、高融点金属膜１０２、例えば、Ｃｏ膜やＮｉ膜を形成した後、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１を熱処置して、金属シリサイド膜１０３を形成する。
【０００４】
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１上に層間絶縁膜１０４を形成した後、図４（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１０４にコンタクトホール１０５を形成する。その後、図４（ｅ）に示すように、コンタクトホール１０５の側面及び底面を覆うように、Ｔｉ膜１１７及びＴｉＮ膜１１８からなる密着層を形成した後、図４（ｆ）に示すように、コンタクトホール１０５内に、タングステン１１９を埋め込んで、コンタクトプラグを形成する。
【特許文献１】特開２００３−２２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のコンタクトプラグの形成方法では、コンタクトプラグを形成した後、熱処理工程が入ると、拡散層の表面に形成したシリサイドがマイグレーションを起こして、コンタクトプラグの底部において、シリサイドが凝集または断線を起こし、その結果、コンタクト抵抗が上昇してしまうという問題があった。特に、Ｎｉシリサイドは、低温でも高抵抗のシリサイドに組成変化してマイグレーションが起きやすい為、熱処置工程によって、コンタクト抵抗の上昇が顕著になる。
【０００６】
通常、コンタクトプラグにはＴｉ膜／ＴｉＮ膜からなる密着層が形成されているので、熱処理工程によって、コンタクトプラグ底部において、シリサイドの凝集または断線が起き、その結果、コンタクトプラグ底部にＳｉ表面が現れても、ＳｉとＴｉとが反応してシリサイド化すれば、コンタクト抵抗の上昇を抑えることができる。
【０００７】
しかしながら、ＳｉとＴｉとシリサイド化反応は、６００℃以上の高温でしか起きないのに対し、通常の配線工程は、４００℃〜５００℃の温度で行われるため、このような高温の熱処理工程を、コンタクトプラグ形成後の後工程において適用することは難しい。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明におけるコンタクトプラグは、拡散層上に形成された金属シリサイド膜を、コンタクトプラグと接続する部位において、膜厚を他の部位よりも厚くした構成を採用する。このような構成にすれば、コンタクトプラグを形成した後に、金属シリサイド膜がマイグレーションを起こしても、コンタクトプラグと接続する部位において、金属シリサイド膜の膜厚が厚くなっているため、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、コンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明におけるコンタクトプラグは、コンタクトホールの側面及び底面に、拡散層上に形成された金属シリサイド膜とは別個の金属シリサイド膜を形成した構成を採用する。このような構成にすれば、拡散層上に形成された金属シリサイド膜が、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホールの底面に形成された金属シリサイド膜と接続しているので、金属シリサイド膜がマイグレーションを起こしても、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、コンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係わる半導体装置は、シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置であって、拡散層上に金属シリサイド膜が形成されており、金属シリサイド膜は、コンタクトプラグと接続する部位において、膜厚が他の部位よりも厚くなっていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、コンタクトプラグと接続する部位において、金属シリサイド膜の膜厚が厚くなっているため、コンタクトプラグを形成した後に熱処理工程が入っても、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を実現することができる。
【００１３】
本発明に係わる他の半導体装置は、シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置であって、拡散層上に第１の金属シリサイド膜が形成され、コンタクトプラグは、シリコン基板上の層間絶縁膜に開口されたコンタクトホール内に形成され、コンタクトホールの側面及び底面に、第２の金属シリサイド膜が形成されており、第１の金属シリサイド膜は、コンタクトプラグと接続する部位において、第２の金属シリサイド膜と接続していることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、拡散層上に形成された第１の金属シリサイド膜が、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホールの底面に形成された第２の金属シリサイド膜と接続しているので、コンタクトプラグを形成した後に熱処理工程が入っても、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を実現することができる。
【００１５】
本発明に係わる半導体装置の製造方法は、シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置の製造方法であって、シリコン基板の表面に拡散層を形成する工程（ａ）と、シリコン基板上に第１の金属膜を形成する工程（ｂ）と、シリコン基板を熱処理することによって、第１の金属膜をシリサイド化して、拡散層上に金属シリサイド膜を自己整合的に形成する工程（ｃ）と、シリコン基板上に層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、層間絶縁膜に金属シリサイド膜が露出されたコンタクトホールを形成する工程（ｅ）と、コンタクトホールの側面及び底面を覆うように、第１の金属膜と同じ材料からなる第２の金属膜を形成する工程（ｆ）と、シリコン基板を熱処理することによって、第２の金属膜をシリサイド化して、金属シリサイド膜を、コンタクトホールが形成された部位において、自己整合的に膜厚を増加させる工程（ｇ）と、コンタクトホール内に導電性材料を埋め込んで、コンタクトプラグを形成する工程（ｈ）とを含むことを特徴とする。
【００１６】
このような方法により、拡散層上に形成された金属シリサイド膜を、コンタクトプラグと接続する部位において、自己整合的に、その膜厚を厚くすることができる。これにより、コンタクトプラグを形成した後に熱処理工程が入っても、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を製造することができる。
【００１７】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｇ）は、工程（ｈ）の後に行われ、工程（ｈ）において、導電性材料は、コンタクトホールの側面及び底面に形成された第２の金属膜を介して、コンタクトホール内に埋め込まれる。
【００１８】
これにより、拡散層上に形成された金属シリサイド膜が、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホールの底面に形成された第２の金属膜と接続しているので、金属シリサイド膜がマイグレーションを起こして、コンタクトプラグ底部にＳｉ表面が現れても、コンタクトプラグ形成後の熱処理工程により、Ｓｉと第２の金属膜とが反応して新たな金属シリサイド膜が形成されるので、金属シリサイド膜の断線を防止することができる。その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を製造することができる。
【００１９】
本発明に係わる他の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の表面に形成された拡散層と、該拡散層に接続するコンタクトプラグとを備えた半導体装置の製造方法であって、シリコン基板の表面に拡散層を形成する工程と、シリコン基板上に第１の金属膜を形成する工程と、シリコン基板を熱処理することによって、第１の金属膜をシリサイド化して、拡散層上に第１の金属シリサイド膜を自己整合的に形成する工程と、シリコン基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜に第１の金属シリサイド膜が露出されたコンタクトホールを形成する工程と、コンタクトホールの側面及び底面を覆うように、第２の金属膜及びＳｉ膜を形成する工程と、シリコン基板を熱処理することによって、第２の金属膜をシリサイド化して、コンタクトホールの側面及び底面上に、第２の金属シリサイド膜を形成する工程と、コンタクトホール内に、第２の金属シリサイド膜を介して、導電性材料を埋め込んで、コンタクトプラグを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
このような方法により、拡散層上に形成された第１の金属シリサイド膜を、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホールの底面に形成された第２の金属シリサイド膜と接続させることができる。これにより、コンタクトプラグを形成した後に熱処理工程が入っても、金属シリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係わる半導体装置、及びその製造方法によれば、コンタクトプラグを形成した後に熱処理工程が入っても、金属シリサイド膜の断線を防止することができるので、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば、トランジスタのソース、ドレインを構成する拡散層（不図示)が形成されたシリコン基板１１上に、Ｎｉ膜（第１の金属膜）１２を形成した後、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１１を熱処置して、拡散層上に自己整合的に数１０ｎｍ程度の膜厚のＮｉシリサイド膜（金属シリサイド膜）１３を形成する。
【００２５】
ここで、Ｎｉシリサイド膜は、低抵抗のモノシリサイド（ＮｉＳｉ）であることが好ましい。高い熱処理温度でダイシリサイド（ＮｉＳｉ2）を形成すると、拡散層中のシリコンの消費量が多くなるので、拡散層が浅い場合、接合リークが増加するおそれがあるからである。また、Ｎｉ膜１２の上に、ＴｉＮ膜をさらに形成しておいてもよい。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１１上に、Ｎｉシリサイド膜１３を覆うように、例えば、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１４を堆積し、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて層間絶縁膜１４の表面を平坦化する。
【００２７】
次に、図１（ｄ）に示すように、レジストマスク（不図示）を用いて、層間絶縁膜１４をエッチングして、Ｎｉシリサイド膜１３が露出されたコンタクトホール１５を形成した後、図１（ｅ）に示すように、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うように、例えば、スパッタ法を用いて５〜１５ｎｍ程度の膜厚のＮｉ膜（第２の金属膜）１６を形成する。なお、Ｎｉ膜１６の上に、ＴｉＮ膜をさらに形成しておいてもよい。
【００２８】
次に、図１（ｆ）に示すように、シリコン基板１１を熱処理することによって、Ｎｉ膜１６をシリサイド化して、コンタクトホール１５の底部におけるＮｉシリサイド膜１３ａの膜厚を、自己整合的に増加させる。
【００２９】
最後に、図１（ｇ）に示すように、未反応のＮｉ膜１６を除去した後、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うように、スパッタ法によりＴｉ膜１７、及びＭＯＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を堆積して、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜からなる密着層を形成する。その後、ＣＶＤ法により、タングステンＷ（導電性材料）１９をコンタクトホール１５内に埋め込んで、Ｗプラグ（コンタクトプラグ）を形成する。
【００３０】
上記の方法で形成されたコンタクトプラグは、拡散層上に形成されたＮｉシリサイド膜１３が、コンタクトプラグと接続する部位（１３ａ）において、膜厚が厚くなっているため、コンタクトプラグを形成した後に、Ｎｉシリサイド膜１３がマイグレーションを起こしても、Ｎｉシリサイド膜１３の断線を防止することができ、その結果、コンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。
【００３１】
また、コンタクトホール１５の側面及び底面に形成したＮｉ膜１６を熱処理することによって、Ｎｉシリサイド膜１３がコンタクトプラグと接続する部位（１３ａ）における膜厚を、自己整合的に厚くすることができるので、簡単な方法で、コンタクト抵抗が安定したコンタクトプラグを備えた半導体装置を製造することができる。
【００３２】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、図１（ｅ）〜（ｇ）に示すように、コンタクトホール１５の側面及び底面にＮｉ膜１６を形成した後、Ｎｉ膜１６をシリサイド化し、然る後、Ｗ膜１９をコンタクトホール１５内に埋め込んで、コンタクトプラグを形成したが、図２（ａ）に示すように、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うように、Ｎｉ膜２０（必要であれば、さらにＴｉＮ膜２１）を堆積した後、図２（ｂ）に示すように、コンタクトホール１５内にタングステンを埋め込んで、コンタクトプラグを形成するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、図２（ｂ）に示すように、拡散層上に形成されたＮｉシリサイド膜１３が、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホール１５の底面に形成されたＮｉ膜２０と接続しているので、Ｎｉシリサイド膜１３がマイグレーションを起こして、コンタクトプラグ底部にＳｉ表面が現れても、コンタクトプラグ形成後の熱処理工程により、ＳｉとＮｉ膜２０とが反応して新たなＮｉシリサイド膜（不図示）が形成されるので、Ｎｉシリサイド膜１３の断線を防止することができる。その結果、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置を製造することができる。
【００３４】
なお、Ｎｉ膜２０は、密着層としても機能するので、より安定したコンタクトプラグを実現することができる。
【００３５】
（第２の実施形態)
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。なお、コンタクトホールを形成するまでの工程は、図１（ａ）〜（ｄ）に示した工程と同じであるので、説明を省略する。
【００３６】
まず、図３（ａ）に示すように、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うように、Ｎｉ膜（第２の金属膜）３０、及びＳｉ膜３１を形成する。ここで、Ｓｉ膜３１は、多結晶シリコン膜でも非晶質シリコン膜でもよい。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１１を熱処理することによって、Ｎｉ膜３０とＳｉ膜３１とを反応させて、コンタクトホール１５の側面及び底面にＮｉシリサイド膜（第２の金属シリサイド膜）３２を形成する。
【００３８】
最後に、図３（ｃ）に示すように、コンタクトホール１５の側面及び底面を覆うように、Ｔｉ膜１７及びＴｉＮ膜１８からなる密着層を堆積した後、タングステン１９をコンタクトホール１５内に埋め込んで、コンタクトプラグを形成する。
【００３９】
上記の方法で形成されたコンタクトプラグは、拡散層上に形成されたＮｉシリサイド膜（第１の金属シリサイド膜）１３が、コンタクトプラグと接続する部位において、コンタクトホールの底面に形成されたＮｉシリサイド膜（第２の金属シリサイド膜）３２と接続されているため、実質的に、拡散層上に形成されたＮｉシリサイド膜１３は、コンタクトプラグと接続する部位において、膜厚が厚くなっている。これにより、コンタクトプラグを形成した後に、Ｎｉシリサイド膜１３がマイグレーションを起こしても、Ｎｉシリサイド膜の断線を防止することができ、その結果、コンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。
【００４０】
また、Ｎｉシリサイド膜３２は、Ｎｉ膜３０が、その上に形成されたＳｉ膜３１と反応して形成されるため、シリコン基板１１の表面に形成された拡散層中Ｓｉの消費を抑えることができ、その結果、接合リークの増加を抑制することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、Ｎｉシリサイド膜（第１の金属シリサイド膜）１３とＮｉシリサイド膜（第２の金属シリサイド膜）３２は、同じ材料の膜としたが、別の材料の膜であってもよい。例えば、Ｎｉシリサイド膜３２の代わりに、Ｃｏシリサイド膜を形成するようにしてもよい。この場合、コンタクトホール１５の側面及び底面には、Ｎｉ膜（第２の金属膜）３０の代わりに、Ｃｏ膜を形成することになる。
【００４２】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、シリサイド膜としてＮｉ膜をシリサイド化した膜を用いたが、他の高融点金属膜、例えば、Ｃｏ膜等をシリサイド化した膜を用いても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、安定したコンタクト抵抗を有するコンタクトプラグを備えた半導体装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の変形例における半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図４】従来の半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１      シリコン基板
１２      Ｎｉ膜（第１の金属膜）
１３      Ｎｉシリサイド膜（第１の金属シリサイド膜）
１４      層間絶縁膜
１５      コンタクトホール
１６、２０、３０      Ｎｉ膜（第２の金属膜）
１７      Ｔｉ膜
１８、２１      ＴｉＮ膜
１９      Ｗ膜
３１      Ｓｉ膜
３２      Ｎｉシリサイド膜（第２の金属シリサイド膜）
【図１】
2008091609.tif 000003
【図２】
2008091609.tif 000004
【図３】
2008091609.tif 000005
【図４】
2008091609.tif 000006