(57)【要約】【課題】化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単かつ精度良く測定できる測定方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１０１上に、シリコン酸化膜１０２、ポリシリコン層１０３およびチタンシリサイド層１０４をこの順番で設けた測定用基板１００を用意する。この測定用基板１００にＸ線を照射して、シリコン酸化膜１０２の酸素から放射される硬Ｘ線の強度と、チタンシリサイド層１０４のチタンから放射される硬Ｘ線の強度とから、チタンシリサイド層１０４における化合比の異なる３種類のシリサイドの存在比率を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層と、当該ポリシリコン層又は当該アモルファスシリコン層の上に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
二つの前記硬Ｘ線の強度から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、
を含む、シリサイド存在比率の測定方法。
【請求項２】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の上に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
二つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、
を含む、シリサイド存在比率の測定方法。
【請求項３】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、
を含む、シリサイド存在比率の測定方法。
【請求項４】
前記金属は、高融点金属元素を含んでいる、請求項１から３のいずれか一つに記載のシリサイド存在比率の測定方法。
【請求項５】
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、白金からなる群より選択された１又は２以上のものからなる、請求項１から３のいずれか一つに記載のシリサイド存在比率の測定方法。
【請求項６】
前記ドーパントは、ホウ素、リン、砒素、ゲルマニウム、アンチモンおよびインジウムからなる群より選択された１又は２以上のものである、請求項２又は３に記載のシリサイド存在比率の測定方法。
【請求項７】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層と、当該ポリシリコン層又は当該アモルファスシリコン層の上に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、
前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
二つの前記硬Ｘ線の強度から前記所定の温度を換算するステップと、
を含む、熱処理温度の測定方法。
【請求項８】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の上に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ドープ層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、
前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
二つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記所定の温度を換算するステップと、
を含む、熱処理温度の測定方法。
【請求項９】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、
前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ドープ層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、
前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、
三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記所定の温度を換算するステップと、
を含む、熱処理温度の測定方法。
【請求項１０】
前記金属は、高融点金属元素を含んでいる、請求項７から９のいずれか一つに記載の熱処理温度の測定方法。
【請求項１１】
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、白金からなる群より選択された１又は２以上のものからなる、請求項７から９のいずれか一つに記載の熱処理温度の測定方法。
【請求項１２】
前記ドーパントは、ホウ素、リン、砒素、ゲルマニウム、アンチモンおよびインジウムからなる群より選択された１又は２以上のものである、請求項８又は９に記載の熱処理温度の測定方法。
【請求項１３】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の上にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層の上に金属層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度とをそれぞれ測定し、二つの当該硬Ｘ線の強度から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、
前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入してドープ層を形成する工程と、
前記ドープ層の上に金属層を形成する工程と、
前記ドープ層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度とをそれぞれ測定し、二つの当該硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、
前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の上にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層にドーパントを注入してドープ層を形成する工程と、
前記ドープ層の上に金属層を形成する工程と、
前記ドープ層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、
前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定する工程と、
三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、
前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記金属は、高融点金属元素を含んでいる、請求項１３から１５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、白金からなる群より選択された１又は２以上のものからなる、請求項１３から１５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ドーパントは、ホウ素、リン、砒素、ゲルマニウム、アンチモンおよびインジウムからなる群より選択された１又は２以上のものである、請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、
前記半導体集積回路が存しない前記基板の領域に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、
前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい、Ｘ線受光素子。
【請求項２０】
少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、
前記半導体集積回路が存しないシリコンウェハの領域にドーパントが注入されて形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、
前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい、Ｘ線受光素子。
【請求項２１】
少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、
前記半導体集積回路が存しないシリコンウェハの領域に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントが注入されて形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、
前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい、Ｘ線受光素子。
【請求項２２】
前記金属は、高融点金属元素を含んでいる、請求項１９から２１のいずれか一つに記載のＸ線受光素子。
【請求項２３】
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、白金からなる群より選択された１又は２以上のものからなる、請求項１９から２１のいずれか一つに記載のＸ線受光素子。
【請求項２４】
前記ドーパントは、ホウ素、リン、砒素、ゲルマニウム、アンチモンおよびインジウムからなる群より選択された１又は２以上のものである、請求項２０又は２１に記載のＸ線受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリサイド存在比率の測定方法、熱処理温度の測定方法、半導体装置の製造方法およびＸ線受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の小型化が進み、そのためＬＳＩのパターンが微細になってきている。また、このようにパターンが微細化されたＬＳＩを高速で作動させる技術も求められている。ここで、ＬＳＩの遅延は、主に抵抗成分と容量成分の積で規定される。すなわち、抵抗は低いほど、また容量は小さいほどＬＳＩの動作速度が向上する。このために前記のゲート電極の低抵抗化とソース・ドレイン領域の低抵抗化は、ＬＳＩの高速化のための必須の技術となる。
【０００３】
抵抗を低くするため、最近では、従来のポリシリコン電極よりも抵抗値が低いシリサイド（金属とシリコンの化合物、例えば、タングステンシリサイド）が、ゲート電極に利用されている。さらに、サリサイド（Ｓａｌｉｃｉｄｅ；Ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎ  Ｓｉｌｉｃｉｄｅ）と呼ばれる自己整合を利用したシリサイドも、金属にチタン、コバルト、ニッケルなどを用いて精力的に検討されている。中でもチタンやコバルトを用いたサリサイドは、ゲート電極およびソース・ドレイン領域の抵抗を下げるために既に実用化されている。
【０００４】
前記シリサイドは、シリコンと金属との反応により形成されるが、金属種が一つであっても、シリコンと金属との化合比が異なる複数種類のシリサイドが存在する。コバルト、チタンおよびニッケルのシリサイド反応は、金属をＸであらわすと、
２Ｘ  ＋  Ｓｉ        →  Ｘ２Ｓｉ
Ｘ      ＋  Ｓｉ    又は  Ｘ２Ｓｉ  ＋  Ｓｉ  →  ＸＳｉ
Ｘ      ＋  ２Ｓｉ  又は  Ｘ２Ｓｉ  ＋  ３Ｓｉ  又は  ＸＳｉ  ＋  Ｓｉ  →  ＸＳｉ２という反応であり、これらの反応により３種類のシリサイドが主として形成される。ここで示した最初の２つの反応は、比較的低温領域で起こり、コバルトとチタンのシリサイドでは、これらの反応により生成した２種類のシリサイドの比抵抗が、最後の反応により生成した３番目のシリサイドの比抵抗に比べて大きい。従って、最終的には３番目の反応を生じさせて低抵抗のシリサイドを形成する。一方、ニッケルのシリサイドでは、最初の二つの反応によって生じたシリサイドがほぼ同じ比抵抗であり、最後の反応により生成した３番目のシリサイドの比抵抗がこれらの比抵抗よりも大きいので、最初の二つの反応で終了させる。なお、白金は最初の二つの反応で反応が終了する。
【０００５】
このようなシリサイドを形成する一つの例として、ＭＯＳトランジスタの製造工程の中で、ゲート、ソース、ドレインの表層にコバルトシリサイドを形成する工程について説明する。
【０００６】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板４０１のうちトレンチ酸化膜４０２によって分離された領域の表面に、熱酸化によって３ｎｍ程度のゲート酸化膜（図示せず）を形成する。続いて、その上にＣＶＤ法により１５０ｎｍ程度の膜厚のポリシリコン層４０３を形成する。
【０００７】
それから、図１０（ｂ）に示すように、ポリシリコン層４０３内にホウ素、インジウム、リン、砒素およびアンチモンのうち１種類以上を不純物としてイオン注入してドープ層とした後に、このドープ層をパターニングしてゲート電極４０５を形成する。この後に、ゲート電極４０５とトレンチ酸化膜４０２との間の領域に不純物をイオン注入して、浅い不純物注入層であるＬＤＤ層４０６を形成する。
【０００８】
その後に、ＣＶＤ法により１００ｎｍ程度の厚さのシリコン酸化膜を形成し、ゲート電極４０５が露出するまでこのシリコン酸化膜の異方性エッチングを行い、図１０（ｃ）に示すようにシリコン酸化膜の一部をサイドウォール４０７として残す。さらに、サイドウォール４０７とトレンチ酸化膜４０２との間の領域に不純物をイオン注入して、深い不純物注入層を形成した後に、加熱処理を行って活性化する。これにより、ゲート電極４０５に隣接している領域のシリコン基板４０１上に、ＬＤＤ構造のソース層４０９とドレイン層４１０とが形成される。
【０００９】
次に、バッファードフッ酸によりゲート電極４０５、ソース層４０９およびドレイン層４１０それぞれの表面のシリコン酸化膜（自然酸化膜、図示せず）を除去した後に、それらの上に１０ｎｍ程度のコバルト膜を形成する。さらに、図１０（ｄ）に示すように、その上にコバルトの酸化を抑制するための２０ｎｍ程度の窒化チタン膜４１２を形成し、５５０℃、３０秒の一次ＲＴＡ（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌａｎｎｅａｌｉｎｇ）  処理を行い、コバルトをシリコンと反応させてコバルトシリサイド層４１３を形成する。このとき形成されるコバルトシリサイドは、主としてＣｏ２Ｓｉ、ＣｏＳｉである。
【００１０】
続いて、図１０（ｅ）に示すように窒化チタン膜４１２と未反応のコバルトとを除去する。そして８５０℃３０秒の二次ＲＴＡ処理を行い、これによりゲート電極４０５、ソース層４０９及びドレイン層４１０の表面に形成されているコバルトシリサイド層４１３をさらに低抵抗化して、目的のシリサイドとする。つまり、反応を進めてコバルトシリサイドを主としてＣｏＳｉ２にするのである。
【００１１】
前記例では、コバルトシリサイド層４１３の形成方法に関して述べたが、チタンの場合も、ＲＴＡでの熱処理温度領域は異なるが、ほぼ同じ手順でシリサイドを形成することができる。
【００１２】
また、ニッケルシリサイドの形成の場合には、Ｎｉ２ＳｉとＮｉＳｉとでは比抵抗値が極端には差がないことや、６００℃以上の熱処理によってＮｉＳｉ２になってしまうと比抵抗が大きくなることから、通常、ＲＴＡは４００〜５００℃程度の温度範囲で行なう。
【００１３】
前記のコバルトの例では、５５０℃、３０秒の一次ＲＴＡが主としてＣｏ２ＳｉとＣｏＳｉを生成させるための工程であり、８５０℃、３０秒の二次ＲＴＡが最終的にＣｏＳｉ２の低抵抗相を生成させるための工程である。
【００１４】
なお、シリサイド測定に関連する技術として後述する非特許文献１に記載されている技術がある。
【００１５】
【非特許文献１】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ，  ｖｏｌ．１７，  ｐ２２８４（１９９９）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このような工程によって種々の金属のシリサイドを形成することができる。これまでは、ＬＳＩのパターン幅が狭くなるに連れ、より抵抗を小さくするため、シリサイドの金属種をタングステンからチタン、コバルトに変更してきた。けれども、パターン幅が０．１μｍ以下になってくるとシリサイドのマイグレーション等による断線の問題や所望とする低抵抗が得られないという問題が生じる。これに対処するために、金属種を変更したり、別の物質を添加したりすることが検討されているが、実用化には至っていない。
【００１７】
別の対処方法としては、一次ＲＴＡと二次ＲＴＡの条件を調整して、最終的に形成されるシリサイドを低抵抗かつマイグレーション耐性が高い最適な状態にする方法が考えられる。この最適状態のシリサイドを得るためには、一次ＲＴＡ終了後の化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比を知ることと、その存在比に合わせた二次ＲＴＡの条件を設定することが必要となる。さらに、一次ＲＴＡ終了後の化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比が適正な範囲内にないと、二次ＲＴＡの条件設定が非常に困難になるため、この存在比を適正な範囲内にするように一次ＲＴＡの条件を制御することも大切である。一次ＲＴＡの条件の中でも熱処理温度、即ち一次ＲＴＡにおいてシリコン基板が到達する温度は、±５℃のばらつき範囲内で管理を行わなければ、最終的に所望の抵抗値を有するシリサイドを十分に得ることができないので、この温度管理は厳格に行うことが重要である。
【００１８】
前記の二つの重要ポイントを換言すると、一次ＲＴＡ終了後のＸ２Ｓｉ，ＸＳｉ，ＸＳｉ２の３つの存在比を測定することと、一次ＲＴＡの温度を制御することである。前者に関しては、これまでは、シート抵抗測定などにより存在比の推定が行われている。新しい測定方法として光学的な手法である分光エリプソメトリ法を用いた測定も検討されている（例えば、非特許文献１）。また、後者に関しては、シリコン酸化膜厚の変化測定、イオン注入後のシート抵抗の変化測定や熱電対による直接測定などで温度を測定することが考えられ検討されている。
【００１９】
前者の測定手法であるシート抵抗測定では、Ｘ２Ｓｉ，ＸＳｉ，ＸＳｉ２がそれぞれ比抵抗値を独立に持つことを利用して、それぞれのシリサイドの存在比を推定することができる。また、蛍光Ｘ線測定によるコバルト等の金属の蛍光Ｘ線ピーク強度の測定によって金属の総量の測定を行うこともできる。
【００２０】
後者の測定手法であるシリコン酸化膜厚の変化測定では、シリコン酸化膜の厚みが熱処理により増加することを利用して熱処理温度を知ることができる。また、イオン注入後のシート抵抗の変化測定では、イオン注入されたシリコン基板を熱処理するとイオンが活性化してシート抵抗が変化するので、そのことを利用して熱処理温度を知ることができる。
【００２１】
しかしながら、シート抵抗を測定する場合、存在比を直接測定することができず、また、比抵抗値は、シリサイドの結晶性等で変動する値であるため、それぞれのシリサイドの存在比を精度良く計算することは非常に困難である。また、シート抵抗の測定は４探針プローブを用いるので、シリコン基板などでは測定が容易にできるが、工程内においてインライン測定を行おうとしても、パターンの作りこんであるデバイス上で測定することは困難である。また、分光エリプソメトリ法は、理論的にはそれぞれのシリサイドの存在比を測定することは可能であるが、まだ実用化には至っていない。
【００２２】
また、一次ＲＴＡの温度は、５００℃前後と比較的低温であるため、一次ＲＴＡを行ってもシリコン酸化膜厚の変化やイオン注入後のシート抵抗の変化は非常に小さい。従って、シリコン酸化膜厚の変化やシート抵抗の変化では一次ＲＴＡの温度を正確に測定することは非常に困難である。また、熱電対は、熱処理装置内の特定箇所の温度を測定するので、シリコン基板の温度は正確には測定できない。熱処理装置を新たに使用し始めるときなどに、シリコン基板に熱電対を貼り付けて熱処理温度を測定することもあるが、通常の生産時にはこの手法を用いることはできない。従って、生産時における一次ＲＴＡの熱処理温度を正確に測定する方法は今まではなかった。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単かつ精度良く測定できる測定方法を提供することを目的とする。また、他の目的は、一次ＲＴＡの熱処理温度を簡単にかつ精度良く測定できる測定方法、これら測定方法を用いた半導体装置の製造方法およびこれらの方法に適したＸ線受光素子を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のシリサイド存在比率の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層と、当該ポリシリコン層又は当該アモルファスシリコン層の上に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、二つの前記硬Ｘ線の強度から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、を含む。
【００２５】
本発明の第２のシリサイド存在比率の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の上に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、二つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、を含む。
【００２６】
本発明の第３のシリサイド存在比率の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算するステップと、を含む。
【００２７】
本発明の第１の熱処理温度の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層と、当該ポリシリコン層又は当該アモルファスシリコン層の上に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、二つの前記硬Ｘ線の強度から前記所定の温度を換算するステップと、を含む。
【００２８】
本発明の第２の熱処理温度の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の上に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ドープ層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、二つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記所定の温度を換算するステップと、を含む。
【００２９】
本発明の第３の熱処理温度の測定方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントを注入して形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成された金属層と、を有する測定用基板を用意するステップと、前記測定用基板を所定の温度で熱処理して、前記ドープ層の少なくとも一部と、前記金属層の少なくとも一部とから、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成するステップと、前記シリサイド層を形成するステップの後に、前記測定用基板にＸ線を照射するステップと、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定するステップと、三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記所定の温度を換算するステップと、を含む。
【００３０】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の上にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層の上に金属層を形成する工程と、前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度とをそれぞれ測定し、二つの当該硬Ｘ線の強度から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、を含む。
【００３１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にドーパントを注入してドープ層を形成する工程と、前記ドープ層の上に金属層を形成する工程と、前記ドープ層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度とをそれぞれ測定し、二つの当該硬Ｘ線の強度、又は前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、を含む。
【００３２】
本発明の第３の半導体装置の製造方法は、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の当該シリコン層表面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜又は前記シリコン窒化膜の上にポリシリコン層又はアモルファスシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層又は前記アモルファスシリコン層にドーパントを注入してドープ層を形成する工程と、前記ドープ層の上に金属層を形成する工程と、前記ドープ層と前記金属層とを所定の第１の温度で熱処理して、金属とシリコンとの化合比の異なる複数種類のシリサイドからなるシリサイド層を形成する工程と、前記シリサイド層を形成する工程の後に、前記基板にＸ線を照射する工程と、前記Ｘ線の照射によって前記シリコン酸化膜中の酸素又は前記シリコン窒化膜中の窒素から放射される硬Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記ドープ層中のドーパントから放射される硬Ｘ線又は超軟Ｘ線の強度と、前記Ｘ線の照射によって前記シリサイド層中の前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、をそれぞれ測定する工程と、三つの前記硬Ｘ線の強度、又は前記酸素若しくは前記窒素から放射される硬Ｘ線の強度と前記超軟Ｘ線の強度と前記金属から放射される硬Ｘ線の強度と、から前記シリサイド層中の前記複数種類のシリサイドの存在比を換算する工程と、前記複数種のシリサイドの存在比より換算した第２の温度で前記シリサイド層を熱処理する工程と、を含む。
【００３３】
本発明の第１のＸ線受光素子は、少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、前記半導体集積回路が存しないシリコンウェハの領域に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい。
【００３４】
本発明の第２のＸ線受光素子は、少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、前記半導体集積回路が存しないシリコンウェハの領域にドーパントが注入されて形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい。
【００３５】
本発明の第３のＸ線受光素子は、少なくとも表面にシリコン層を有し半導体集積回路が形成された基板の当該シリコン層の上に形成され、蛍光Ｘ線分析のためのＸ線受光面を備えたＸ線受光素子であって、前記半導体集積回路が存しないシリコンウェハの領域に形成されたシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜と、当該シリコン酸化膜又は当該シリコン窒化膜の上に形成されたポリシリコン層又はアモルファスシリコン層に、ドーパントが注入されて形成されたドープ層と、当該ドープ層の表面に形成され、金属がシリコンと異なる化合比で化合している複数種類のシリサイドからなるシリサイド層とを備え、前記Ｘ線受光面の大きさが、蛍光Ｘ線分析に用いられる一次Ｘ線の照射スポットの大きさよりも大きい。
【００３６】
前記金属は、高融点金属元素を含んでいることが好ましい。
【００３７】
高融点金属元素は、融点が１４００℃以上であることが好ましく、例えば、タングステン（融点３３８２℃）、白金（融点１７７４℃）、チタン（融点１７２５℃）、コバルト（融点１４９２℃）、ニッケル（融点１４５５℃）等を挙げることができる。なお、有用なシリサイドを形成する金属の融点の上限は、約４０００℃である。
【００３８】
また、前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、白金からなる群より選択された１又は２以上のものからなることが好ましい。
【００３９】
さらに、前記ドーパントは、ホウ素、リン、砒素、ゲルマニウム、アンチモンおよびインジウムからなる群より選択された１又は２以上のものであることが好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明でいう基板とは、便宜上シリコン基板のように１層のみからなる基板以外に、シリコン層の上にシリコン酸化膜を形成したような２層以上からなるものも含む。
【００４１】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態の測定用基板１００は、シリコン基板（基板）１０１上に、シリコン酸化膜１０２、ポリシリコン層１０３およびチタンシリサイド層１０４を下層から順に設けたものである。チタンシリサイド層１０４中の化合比の異なる複数種類のチタンシリサイドは、一次ＲＴＡにより形成され、二次ＲＴＡによりその存在比率が変化する。
【００４２】
本実施形態では、チタンシリサイド層１０４中のチタンシリサイドの存在比率を測定するために蛍光Ｘ線分析を行う。この測定は、図２に示すように、測定用基板１００を用意するステップＳ１０１と、測定用基板１００に一次Ｘ線を照射するステップＳ２０１と、放射される蛍光Ｘ線の強度を測定するステップＳ３０１と、この蛍光Ｘ線の強度からシリサイドの存在比率を換算するステップＳ４０１とからなる。さらに、一次ＲＴＡの温度を測定する方法は、前記の４つのステップＳ１０１，Ｓ２０１，Ｓ３０１，Ｓ４０１に加えて、シリサイドの存在比率から熱処理温度を換算するステップＳ５０１を含んでいる。
【００４３】
前記蛍光Ｘ線分析は、シリコン酸化膜１０２中の酸素から放射される硬Ｘ線およびチタンシリサイド層１０４中のチタンから放射される硬Ｘ線を利用する。このシリコン酸化膜１０２中の酸素から放射される硬Ｘ線は、上層のポリシリコン層１０３およびチタンシリサイド層１０４（Ｔｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉおよびＴｉＳｉ２を含む）により一部吸収される。
【００４４】
ここで、チタンシリサイド層１０４の上方で実際に観測される酸素の硬Ｘ線の強度ＩＯは、上部にポリシリコン層１０３やチタンシリサイド層１０４がない場合の酸素の硬Ｘ線の強度ＩＯｉｎｉから、ポリシリコン層１０３による酸素の硬Ｘ線の吸収量Ａｐｏｌｙとそれぞれのシリサイドによる酸素の硬Ｘ線の吸収量  ＡＴｉ２Ｓｉ、ＡＴｉＳｉ、ＡＴｉＳｉ２とを引いたものに等しい。従って、
ＩＯ  ＝  ＩＯｉｎｉ  −  Ａｐｏｌｙ  −  ＡＴｉ２Ｓｉ  −  ＡＴｉＳｉ  −  ＡＴｉＳｉ２
である。
【００４５】
Ｘ線の吸収係数の関係から、上式は
ＩＯ  ＝  ＩＯｉｎｉ  ｅｘｐ（−μｐｏｌｙ・ｔｐｏｌｙ  −μＴｉ２Ｓｉ・ｔＴｉ２Ｓｉ  −μＴｉＳｉ・ｔＴｉＳｉ  −μＴｉＳｉ２・ｔＴｉＳｉ２  ）
となる。ここで、μＹは、物質Ｙによる酸素の硬Ｘ線の吸収係数であり、ｔＹは物質Ｙの膜厚（各物質がそれぞれ単独で集まって別々の層構造を有していると仮定したときの物質Ｙの層の厚み）である。
【００４６】
上式の各吸収係数μＹ、ＩＯｉｎｉ  およびｔｐｏｌｙが判明したら、観測される酸素の硬Ｘ線の強度ＩＯと各化合比のシリサイドの膜厚（存在比率に換算可）との関係式を得ることができる。この中で、ＩＯｉｎｉとμｐｏｌｙは、標準試料を測定することで得られ、ｔｐｏｌｙは光学系の測定を行うことにより得られる。また、図３に示すように、厚みが１０ｎｍのＴｉＳｉ２膜のＸ線吸収率（μＴｉＳｉ２）は、計算によって得られ、酸素の硬Ｘ線が観測される５５０ｅＶでは８％である。同様にして、μＴｉ２ＳｉおよびμＴｉＳｉの値も得られる。また、Ｘ線吸収率は、標準試料を別途作成してより正確に求めることもできる。なお、厚みが１０ｎｍのチタン膜の５５０ｅＶでのＸ線吸収率は、図３に示すように６％である。以上より各吸収係数μＹ、ＩＯｉｎｉ  およびｔｐｏｌｙの全てが判明するので、観測される酸素の硬Ｘ線の強度ＩＯと各化合比のシリサイドの膜厚ｔＴｉ２Ｓｉ、ｔＴｉＳｉおよびｔＴｉＳｉ２との関係式を得ることができる。
【００４７】
また、観測されるチタンの硬Ｘ線の強度から、当該強度と３種類のチタンシリサイドの膜厚との関係式も得られる。これらの二つの関係式に対し、未知数である各化合比のシリサイドの膜厚は三つあるので、多数の測定用基板１００の蛍光Ｘ線を測定して、これらの測定値から３種類のチタンシリサイドの膜厚で表された仮定の関係式を一つ作成する。以上の三つの関係式から３種類のチタンシリサイドの膜厚を算出する。各チタンシリサイドの密度は既知であるので、これらの膜厚から３種類のチタンシリサイドの存在比率を換算することができる。
【００４８】
前記存在比率が換算できれば、一次ＲＴＡにおける熱処理温度が判明する。即ち、一次ＲＴＡにおいて測定用基板１００が受けた熱履歴によって、３種類のチタンシリサイドの存在比率が一義的に決まるので、この存在比率から熱処理温度が逆算できるのである。一次ＲＴＡの熱処理温度が少し変わっても、３種類のチタンシリサイドの存在比率は比較的大きく変化するので、本実施形態の方法では、精度良く熱処理温度を換算することができる。
【００４９】
さらに、二次ＲＴＡによって最終的に低抵抗のＴｉＳｉ２にまで反応を進める必要がある。この二次ＲＴＡの最適な熱処理温度は、一次ＲＴＡ終了後の３種類のチタンシリサイドの存在比率により決まるので、この存在比率から二次ＲＴＡの熱処理温度を換算し、その温度で二次ＲＴＡを行う。この換算は、例えば予めシリサイド存在比と二次ＲＴＡ熱処理温度との関係を実験により求めてグラフ化しておいて、そのグラフを用いて行うことができる。
【００５０】
本実施形態では、酸素とチタンの蛍光Ｘ線（硬Ｘ線）の両方を測定して換算を行うことで、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度良く求めることができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成される二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。
【００５１】
次に、本実施形態の測定用基板１００の製造方法を説明する。
【００５２】
まずシリコン基板１０１の表面に、熱酸化によってシリコン酸化膜１０２を形成する。それからその上にＣＶＤ法などでポリシリコン層１０３を形成する。次に、スパッタ法などでポリシリコン層１０３の上にチタンを堆積させてチタン金属層を形成する。このチタン金属層の酸化防止のため、チタン金属層の上にさらに窒化チタンを堆積させて窒化チタン層を形成する。
【００５３】
その後、このシリコン基板１０１に前記膜および前記各層を形成した測定用基板１００を所定の温度（第１の温度）である６００℃で３０秒間熱処理して、一次ＲＴＡの処理を行う。この処理によって、ポリシリコン層１０３の一部とチタン金属層の一部とが反応して、チタンシリサイド層１０４が形成される。それから、薬液を用いて、窒化チタン層と未反応のチタン金属層を除去する。このときのチタンシリサイドは、Ｔｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉおよびＴｉＳｉ２からなる混晶状態になっている。なお、ここまでが測定用基板１００を用意するステップＳ１０１である。
【００５４】
それから、一次ＲＴＡ処理後の測定用基板１００、即ちシリコン基板１０１上のシリコン酸化膜１０２、ポリシリコン層１０３およびチタンシリサイド層１０４に、蛍光Ｘ線分析を行うために一次Ｘ線を照射し（ステップＳ２０１）、これらの膜および層からチタンシリサイド層１０４の上方へ放射される蛍光Ｘ線のうち、チタンシリサイド層１０４中のチタン元素から放射される硬Ｘ線の強度とシリコン酸化膜１０２中の酸素から放射される硬Ｘ線の強度をそれぞれ測定する（ステップＳ３０１）。
【００５５】
その後に、上述のように二つの前記硬Ｘ線の強度から３種類のチタンシリサイドの存在比率を換算して（ステップＳ４０１）、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を換算する（ステップＳ５０１）。
【００５６】
それから前記存在比率から二次ＲＴＡで熱処理すべき温度（第２の温度）を換算し、この温度で二次ＲＴＡを行って、チタンシリサイドが略全て低抵抗のＴｉＳｉ２になるように反応を進める。こうして、本実施形態の測定用基板１００が出来上がる。
【００５７】
前記実施形態では、ポリシリコンは特にパターニングを行なわない形で説明したが、本実施形態の変形例１−１の半導体装置５００は、図４に示すように、パターニングを行って半導体集積回路（例えばゲート電極５０１等）を形成しており、Ｘ線受光素子５０３を設けている。そのＸ線受光素子５０３を利用して蛍光Ｘ線の測定を行って、チタンシリサイドの存在比率や熱処理温度の測定をおこなう。
【００５８】
蛍光Ｘ線分析のための一次Ｘ線は、Ｘ線受光面であるＸ線受光素子５０３の図４における上面に照射される。このＸ線受光面の大きさは、入射する蛍光Ｘ線分析用のＸ線源の照射スポットの大きさよりも大きい。従って、一次Ｘ線が全てＸ線受光素子５０３に照射されて、放射される蛍光Ｘ線は全てＸ線受光素子５０３内の物質に由来するものとなる。つまり、放射される蛍光Ｘ線はチタンシリサイドの存在比率を測定するための信号のみを含んでおり、ノイズが混入することはない。このＸ線受光面の大きさは、一辺１ｍｍの正方形の大きさよりも小さいことが好ましく、一辺５００μｍの正方形の大きさよりも小さいことがより好ましい。
【００５９】
このＸ線受光素子５０３は、通常のトランジスタを作成する工程で、例えばスクライブレーンのようなシリコンウエハの端の最終的に捨てられる部分に作成されており、歩留まりが下がることなく、特に工程を追加する必要もない。
【００６０】
変形例１−１のＸ線受光素子５０３は、上述の基板１００の製造方法と同じ方法でシリコンウェハ上に製造される。つまり、半導体装置５００を製造する工程において、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の表面にシリコン酸化膜を形成し、その上にポリシリコン層、チタン金属層および窒化チタン層を形成し、一次ＲＴＡ（熱処理）を行う。こうして作成されたＸ線受光素子５０３にＸ線を照射して蛍光Ｘ線分析でシリサイド存在比率率を測定し、その結果を基に二次ＲＴＡ（熱処理）を行う。それぞれの形成工程および熱処理工程は、シリコンウエハ上のトランジスタ形成工程での該当工程で同時に行う。
【００６１】
本変形例の場合、Ｘ線受光素子５０３の周囲にサイドウォールを設けたり、分離酸化膜を設けてもよい。また、このようなＸ線受光素子５０３をシリコンウェハ上に設けておけば、製造装置に蛍光Ｘ線分析装置を予め組み込んでおくことにより、製造中の半導体装置に形成された複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで直接測定することができるため、工程の管理などがいっそう容易になる。
【００６２】
次に、本実施形態の変形例１−２と変形例１−３とについて説明する。変形例１−２は、ポリシリコンに代えて、アモルファスシリコンを用い、Ｘ線受光素子も設けた半導体装置である。また、変形例１−３は、シリコン酸化膜１０２に代えて、シリコン窒化膜を用い、Ｘ線受光素子も設けた半導体装置である。蛍光Ｘ線の測定方法、シリサイドの存在比率や熱処理温度の換算方法は、上述の実施形態１の方法と同じである。製造方法は、変形例１−２では、ポリシリコン層の形成工程を公知のアモルファスシリコン層の形成工程に、変形例１−３では、シリコン酸化膜の形成工程を公知のシリコン窒化膜形成工程にそれぞれ変更しており、その他の工程は上述の工程と同じである。なお、変形例１−３では、酸素の放射する硬Ｘ線に代えて、窒素の放射する硬Ｘ線を測定に用いる。
【００６３】
本実施形態の変形例では、酸素又は窒素とチタンの蛍光Ｘ線（硬Ｘ線）の両方を測定することで、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで簡単にかつ精度良く求めることができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成される二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。また、蛍光Ｘ線分析装置を製造工程中に組み込んで、測定および換算をコンピュータ制御などにより自動的に行うようにしておけば、工程管理も非常に容易になり、製造コストを下げることができる。
【００６４】
（実施形態２）
図５に示すように、本実施形態の測定用基板２００は、シリコン基板（基板）２０１上に、砒素を注入して形成されたドープ層２０２およびコバルトシリサイド層２０３を下層から順に設けたものである。コバルトシリサイド層２０３中の化合比の異なる複数種類のコバルトシリサイドは、一次ＲＴＡにより形成され、二次ＲＴＡによりその存在比率が変化する。
【００６５】
本実施形態では、コバルトシリサイド層２０３中のコバルトシリサイドの存在比率を測定するために蛍光Ｘ線分析を行う。この測定は、図２に示すように、測定用基板１００を用意するステップＳ１０１と、測定用基板１００に一次Ｘ線を照射するステップＳ２０１と、放射される蛍光Ｘ線の強度を測定するステップＳ３０１と、この蛍光Ｘ線の強度からシリサイドの存在比率を換算するステップＳ４０１とからなる。さらに、一次ＲＴＡの温度を測定する方法は、前記の４つのステップＳ１０１，Ｓ２０１，Ｓ３０１，Ｓ４０１に加えて、シリサイドの存在比率から熱処理温度を換算するステップＳ５０１を含んでいる。
【００６６】
この蛍光Ｘ線分析は、ドープ層２０２中の砒素から放射される硬Ｘ線およびコバルトシリサイド層２０３中のコバルトから放射される硬Ｘ線を利用する。このドープ層２０２中の砒素から放射される硬Ｘ線は、上層のコバルトシリサイド層２０３（Ｃｏ２Ｓｉ、ＣｏＳｉおよびＣｏＳｉ２を含む）により一部吸収される。
【００６７】
ここで、コバルトシリサイド層２０３の上方で実際に観測される砒素の硬Ｘ線の強度ＩＡｓは、上部にコバルトシリサイド層２０３がない場合の砒素の硬Ｘ線の強度ＩＡｓｉｎｉから、それぞれのシリサイドによる砒素の硬Ｘ線の吸収量  ＡＡｓＣｏ２Ｓｉ、ＡＡｓＣｏＳｉ、ＡＡｓＣｏＳｉ２とを引いたものに等しい。従って、
ＩＡｓ  ＝  ＩＡｓｉｎｉ  −  ＡＡｓＣｏ２Ｓｉ  −  ＡＡｓＣｏＳｉ  −  ＡＡｓＣｏＳｉ２
である。
【００６８】
Ｘ線の吸収係数の関係から、上式は
ＩＡｓ  ＝  ＩＡｓｉｎｉ  ｅｘｐ（−μＡＳＣｏ２Ｓｉ・ｔＣｏ２Ｓｉ  −μＡｓＣｏＳｉ・ｔＣｏＳｉ  −μＡｓＣｏＳｉ２・ｔＣｏＳｉ２  ）
となる。ここで、μＡｓＹは、物質Ｙによる砒素の硬Ｘ線の吸収係数であり、ｔＹは物質Ｙの膜厚（各物質がそれぞれ単独で集まって別々の層構造を有していると仮定したときの物質Ｙの層の厚み）である。
【００６９】
上式の各吸収係数μＡｓＹおよびＩＡｓｉｎｉが判明したら、観測される砒素の硬Ｘ線の強度ＩＡｓと各化合比のシリサイドの膜厚（存在比率に換算可）との関係式を得られる。この中で、ＩＡｓｉｎｉは標準試料を測定することで得られる。一方、図６に示すように、厚みが１０ｎｍのＣｏＳｉ２膜のＸ線吸収率（μＣｏＳｉ２）は計算によって得られ、砒素の硬Ｘ線が観測される１３００ｅＶでは２％である。同様にして、μＣｏ２ＳｉおよびμＣｏＳｉの値も得られる。なお、図６に示すように、厚みが１０ｎｍのコバルト膜のＸ線吸収率は５％である。以上より各吸収係数μＡｓＹおよびＩＡｓｉｎｉの全てが判明するので、観測される酸素の硬Ｘ線の強度ＩＡｓと各化合比のシリサイドの膜厚ｔＣｏ２Ｓｉ、ｔＣｏＳｉおよびｔＣｏＳｉ２との関係式を得られる。
【００７０】
また、観測されるコバルトの硬Ｘ線の強度から、当該強度と３種類のコバルトシリサイドの膜厚との関係式も得られる。これらの二つの関係式に対し、未知数である各化合比のシリサイドの膜厚は三つあるので、多数の測定用基板２００の蛍光Ｘ線を測定して、これらの測定値から３種類のコバルトシリサイドの膜厚により表された仮定の関係式を一つ作成する。以上の三つの関係式から３種類のコバルトシリサイドの膜厚を算出する。各コバルトシリサイドの密度は既知であるので、これらの膜厚から３種類のコバルトシリサイドの存在比率を換算することができる。
【００７１】
前記存在比率が換算できれば、一次ＲＴＡにおける熱処理温度が判明する。即ち、一次ＲＴＡにおいて測定用基板２００が受けた熱履歴によって、３種類のコバルトシリサイドの存在比率が一義的に決まるので、この存在比率から熱処理温度が逆算できるのである。一次ＲＴＡの熱処理温度が少し変わっても、３種類のコバルトシリサイドの存在比率は比較的大きく変化するので、本実施形態の方法では、精度良く熱処理温度を換算することができる。
【００７２】
さらに、二次ＲＴＡによって最終的に低抵抗のＣｏＳｉ２にまで反応を進める必要がある。この二次ＲＴＡの最適な熱処理温度は、一次ＲＴＡ終了後の３種類のコバルトシリサイドの存在比率により決まるので、この存在比率から二次ＲＴＡの熱処理温度を換算し、その温度で二次ＲＴＡを行う。この換算は、例えば予めシリサイド存在比と二次ＲＴＡ熱処理温度との関係を実験により求めてグラフ化しておいて、そのグラフを用いて行うことができる。
【００７３】
本実施形態では、コバルトと砒素の蛍光Ｘ線（硬Ｘ線）の両方を測定することにより、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度良く測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成される二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。
【００７４】
次に、本実施形態の測定用基板２００の製造方法を説明する。
【００７５】
まずシリコン基板２０１の表面に、公知のイオン注入法によって、Ｎ型のドーパントとして砒素を３×１０１５ｃｍ−２程度注入してドープ層２０２を形成する。次に、スパッタ法などでドープ層２０２の上にコバルトを堆積させてコバルト金属層を形成する。このコバルト金属層の酸化防止のため、コバルト金属層の上にさらに窒化チタンを堆積させて窒化チタン層を形成する。
【００７６】
この後、このシリコン基板２０１に前記各層を形成した測定用基板２００を所定の温度（第１の温度）である５００℃で３０秒間熱処理して、一次ＲＴＡの処理を行う。この処理により、ドープ層２０２の一部とコバルト金属層の一部とが反応して、コバルトシリサイド層２０３が形成される。それから、薬液を用いて、窒化チタン層と未反応のコバルト金属層を除去する。このときのコバルトシリサイドは、Ｃｏ２Ｓｉ、ＣｏＳｉおよびＣｏＳｉ２からなる混晶状態になっている。ここまでが測定用基板２００を用意するステップＳ１０１である。
【００７７】
それから、一次ＲＴＡ処理後の測定用基板２００、即ちシリコン基板２０１上のドープ層２０２、およびコバルトシリサイド層２０３に、蛍光Ｘ線分析を行うために一次Ｘ線を照射し（ステップＳ２０１）、これらの層からコバルトシリサイド層２０３の上方へ放射される蛍光Ｘ線のうち、コバルトシリサイド層２０３中のコバルト元素から放射される硬Ｘ線の強度とドープ層２０２中のドーパントである砒素から放射される硬Ｘ線の強度をそれぞれ測定する（ステップＳ３０１）。
【００７８】
その後に、二つの前記硬Ｘ線の強度から３種類のコバルトシリサイドの存在比率を換算して（ステップ４０１）、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を換算する（ステップ５０１）。
【００７９】
それから前記存在比率から二次ＲＴＡで熱処理すべき温度（第２の温度）を換算し、この温度で二次ＲＴＡを行って、コバルトシリサイドが略全て低抵抗のＣｏＳｉ２になるように反応を進める。こうして、本実施形態の測定用基板２００が出来上がる。
【００８０】
前記実施形態では、ドープ層２０２は特にパターニングを行なわない形で説明したが、本実施形態の変形例２−１の半導体装置６００は、図７に示すように、パターニングを行って半導体集積回路（例えばゲート電極６０１等）を形成しており、Ｘ線受光素子６０３を設けている。そのＸ線受光素子６０３利用して蛍光Ｘ線の測定を行って、コバルトシリサイドの存在比率や熱処理温度の測定をおこなう。
【００８１】
蛍光Ｘ線分析のための一次Ｘ線は、Ｘ線受光面であるＸ線受光素子６０３の図７における上面に照射される。このＸ線受光面の大きさは、入射する蛍光Ｘ線分析用のＸ線源の照射スポットの大きさよりも大きい。従って、一次Ｘ線が全てＸ線受光素子６０３に照射されて、放射される蛍光Ｘ線は全てＸ線受光素子６０３内の物質に由来するものとなる。つまり、放射される蛍光Ｘ線はコバルトシリサイドの存在比率を測定するための信号のみを含んでおり、ノイズが混入することはない。このＸ線受光面の大きさは、一辺１ｍｍの正方形の大きさよりも小さいことが好ましく、一辺５００μｍの正方形の大きさよりも小さいことがより好ましい。
【００８２】
このＸ線受光素子６０３は、通常のトランジスタを作成する工程で、例えばスクライブレーンのようなシリコンウエハの端の最終的に捨てられる部分に作成されており、歩留まりが下がることなく、特に工程を追加する必要もない。
【００８３】
変形例２−１のＸ線受光素子６０３は上述の基板２００の製造方法と同じ方法で製造される。つまり、半導体装置６００を製造する工程において、少なくとも最上部にシリコン層を有する基板の表面に砒素を注入してドープ層を形成し、その上にコバルト金属層および窒化チタン層を形成し、一次ＲＴＡ（熱処理）を行う。こうして作成されたＸ線受光素子６０３にＸ線を照射して蛍光Ｘ線分析でシリサイド存在比率率を測定し、二次ＲＴＡ（熱処理）を行う。それぞれの形成工程および熱処理工程は、シリコンウエハ上のトランジスタ形成工程での該当工程で同時に行う。
【００８４】
変形例２−１の場合、Ｘ線受光素子６０３の周囲にサイドウォールを設けたり、分離酸化膜を設けてもよい。また、このようなＸ線受光素子６０３をシリコンウェハ上に設けておけば、製造装置に蛍光Ｘ線分析装置を組み込んでおくことにより、製造中の半導体装置に形成された複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで直接測定することができるため、工程の管理などがいっそう容易になる。
【００８５】
次に、本実施形態の変形例２−２について説明する。変形例２−２は、砒素の硬Ｘ線に代えて、砒素の超軟Ｘ線を蛍光Ｘ線分析に用い、Ｘ線受光素子も設けた半導体装置である。砒素は、酸素や窒素よりも原子量がずっと大きいので、硬Ｘ線以外に超軟Ｘ線を蛍光Ｘ線分析に利用することができる。
【００８６】
本実施形態の変形例では、コバルトと砒素の蛍光Ｘ線（硬Ｘ線および超軟Ｘ線）の両方を測定することにより、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで簡単にかつ精度良く測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成される二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。また、蛍光Ｘ線分析装置を製造工程中に組み込んで、測定および換算をコンピュータ制御などにより自動的に行うようにしておけば、工程管理も非常に容易になり、製造コストを下げることができる。
【００８７】
（実施形態３）
図８に示すように、本実施形態の測定用基板３００は、シリコン基板（基板）３０１上に、シリコン酸化膜３０２、砒素を注入して形成されたドープ層３０３およびコバルトシリサイド層３０４を下層から順に設けたものである。コバルトシリサイド層３０４中の化合比の異なる複数種類のコバルトシリサイドは、一次ＲＴＡにより形成され、二次ＲＴＡによりその存在比率が変化する。
【００８８】
本実施形態では、コバルトシリサイド層３０４中のコバルトシリサイドの存在比率を測定するために蛍光Ｘ線分析を行う。この測定は、図２に示すように、測定用基板１００を用意するステップＳ１０１と、測定用基板１００に一次Ｘ線を照射するステップＳ２０１と、放射される蛍光Ｘ線の強度を測定するステップＳ３０１と、この蛍光Ｘ線の強度からシリサイドの存在比率を換算するステップＳ４０１とからなる。さらに、一次ＲＴＡの温度を測定する方法は、前記の４つのステップＳ１０１，Ｓ２０１，Ｓ３０１，Ｓ４０１に加えて、シリサイドの存在比率から熱処理温度を換算するステップＳ５０１を含んでいる。
【００８９】
この蛍光Ｘ線分析は、シリコン酸化膜３０２中の酸素から放射される硬Ｘ線、ドープ層３０３中の砒素から放射される硬Ｘ線およびコバルトシリサイド層３０４中のコバルトから放射される硬Ｘ線を利用する。これらの測定された三つの硬Ｘ線の強度は、実施形態１および実施形態２に示したように、未知数である３種類のコバルトシリサイドの膜厚を用いてそれぞれ表すことができる。従って、三つの未知数に対して三つの関係式を立てることができ、３種類のコバルトシリサイドの膜厚、即ちそれぞれの存在比率は一義的に換算することができる。換算方法は、ＦＥ（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）法等を用いればよい。
【００９０】
前記存在比率が換算できれば、一次ＲＴＡにおける熱処理温度が判明する。即ち、一次ＲＴＡにおいて測定用基板３００が受けた熱履歴によって、３種類のコバルトシリサイドの存在比率が一義的に決まるので、この存在比率から熱処理温度が逆算できるのである。一次ＲＴＡの熱処理温度が少し変わっても、３種類のコバルトシリサイドの存在比率は比較的大きく変化するので、本実施形態の方法では、精度良く熱処理温度を換算することができる。
【００９１】
さらに、二次ＲＴＡによって最終的に低抵抗のＣｏＳｉ２にまで反応を進めなければならないが、一次ＲＴＡ終了後の３種類のコバルトシリサイドの存在比率により最適な二次ＲＴＡの熱処理温度が決まるので、この存在比率から二次ＲＴＡの熱処理温度を換算し、その温度で二次ＲＴＡを行う。この換算は、例えば予めシリサイド存在比と二次ＲＴＡ熱処理温度との関係を実験により求めてグラフ化しておいて、そのグラフを用いて行うことができる。
【００９２】
本実施形態では、酸素、コバルトおよび砒素の蛍光Ｘ線（硬Ｘ線）を測定することで、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度良く測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成する二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。
【００９３】
次に、本実施形態の測定用基板３００の製造方法を説明する。
【００９４】
まずシリコン基板３０１の表面に、熱酸化によりシリコン酸化膜３０２を形成する。それからその上にＣＶＤ法などでポリシリコン層を形成する。このポリシリコン層の表面に、公知のイオン注入法によって、Ｎ型のドーパントとして砒素を３×１０１５ｃｍ−２程度注入してドープ層３０３を形成する。次に、スパッタ法などでドープ層３０３の上にコバルトを堆積させてコバルト金属層を形成する。このコバルト金属層の酸化防止のため、コバルト金属層の上にさらに窒化チタンを堆積させて窒化チタン層を形成する。
【００９５】
この後、このシリコン基板３０１に前記膜および前記各層を形成した測定用基板３００を所定の温度（第１の温度）である５００℃で３０秒間熱処理して、一次ＲＴＡの処理を行う。この処理により、ドープ層３０３の一部とコバルト金属層の一部とが反応して、コバルトシリサイド層３０４が形成される。それから、薬液を用いて、窒化チタン層と未反応のコバルト金属層を除去する。このときのコバルトシリサイドは、Ｃｏ２Ｓｉ、ＣｏＳｉおよびＣｏＳｉ２からなる混晶状態になっている。ここまでが測定用基板３００を用意するステップＳ１０１である。
【００９６】
それから、一次ＲＴＡ処理後の測定用基板３００、即ちシリコン基板３０１上のシリコン酸化膜３０２、ドープ層３０３、およびコバルトシリサイド層３０４に、蛍光Ｘ線分析を行うために一次Ｘ線を照射し（ステップＳ２０１）、これらの膜および層からコバルトシリサイド層３０４の上方へ放射される蛍光Ｘ線のうち、シリコン酸化膜３０２中の酸素から放射される硬Ｘ線の強度、コバルトシリサイド層３０４中のコバルト元素から放射される硬Ｘ線の強度およびドープ層３０３中のドーパントである砒素から放射される硬Ｘ線の強度をそれぞれ測定する（ステップＳ３０１）。
【００９７】
その後に、三つの前記硬Ｘ線の強度から３種類のコバルトシリサイドの存在比率を換算して（ステップＳ４０１）、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を換算する（ステップＳ５０１）。
【００９８】
それから前記存在比率から二次ＲＴＡで熱処理すべき温度（第２の温度）を換算し、この温度で二次ＲＴＡを行って、コバルトシリサイドが略全て低抵抗のＣｏＳｉ２になるように反応を進める。こうして、本実施形態の測定用基板３００が出来上がる。
【００９９】
前記実施形態では、ドープ層３０３は特にパターニングを行なわない形で説明したが、本実施形態の変形例３−１の半導体装置７００は、図９に示すように、パターニングを行って半導体集積回路（例えばゲート電極７０１等）を形成しており、Ｘ線受光素子７０３を設けている。そのＸ線受光素子７０３で蛍光Ｘ線の測定を行って、コバルトシリサイドの存在比率や熱処理温度の測定をおこなう。
【０１００】
蛍光Ｘ線分析のための一次Ｘ線は、Ｘ線受光面であるＸ線受光素子７０３の図９における上面に照射される。このＸ線受光面の大きさは、入射する蛍光Ｘ線分析用のＸ線源の照射スポットの大きさよりも大きい。従って、一次Ｘ線が全てＸ線受光素子７０３に照射されて、放射される蛍光Ｘ線は全てＸ線受光素子７０３内の物質に由来するものとなる。つまり、放射される蛍光Ｘ線はコバルトシリサイドの存在比率を測定するための信号のみを含んでおり、ノイズが混入することはない。このＸ線受光面の大きさは、一辺１ｍｍの正方形の大きさよりも小さいことが好ましく、一辺５００μｍの正方形の大きさよりも小さいことがより好ましい。
【０１０１】
このＸ線受光素子７０３は、通常のトランジスタを作成する工程で、例えばスクライブレーンのようなシリコンウエハの端の最終的に捨てられる部分に作成されており、歩留まりが下がることなく、特に工程を追加する必要もない。
【０１０２】
変形例３−１のＸ線受光素子７０３は、上述の測定用基板３００の製造方法と同じ方法で製造される。つまり、半導体装置７００を製造する工程において、少なくとも表面にシリコン層を有する基板の表面にシリコン酸化膜を形成し、その上にポリシリコン層を形成してそこに砒素を注入してドープ層を形成し、その上にコバルト金属層および窒化チタン層を形成し、一次ＲＴＡ（熱処理）を行う。こうして作成されたＸ線受光素子７０３にＸ線を照射して蛍光Ｘ線分析でシリサイド存在比率率を測定し、二次ＲＴＡ（熱処理）を行う。それぞれの形成工程および熱処理工程は、シリコンウエハ上のトランジスタ形成工程での該当工程で同時に行う。
【０１０３】
変形例３−１の場合、Ｘ線受光素子７０３の周囲にサイドウォールを設けたり、分離酸化膜を設けてもよい。また、このようなＸ線受光素子７０３をシリコンウェハ上に設けておけば、製造装置に蛍光Ｘ線分析装置を組み込んでおくことにより、製造中の半導体装置に形成された複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで直接測定することができるため、工程の管理などがいっそう容易になる。
【０１０４】
次に、本実施形態の変形例３−２、変形例３−３および変形例３−４について説明する。変形例３−２は、ポリシリコンに代えて、アモルファスシリコンを用い、Ｘ線受光素子も設けた半導体装置である。また、変形例３−３は、シリコン酸化膜３０２に代えて、シリコン窒化膜を用い、Ｘ線受光素子も設けた半導体装置である。蛍光Ｘ線の測定方法、シリサイドの存在比率や熱処理温度の換算方法は、上述の方法と同じである。製造方法は、変形例３−２では、ポリシリコン層の形成工程を公知のアモルファスシリコン層の形成工程に、変形例３−３では、シリコン酸化膜の形成工程を公知のシリコン窒化膜形成工程にそれぞれ変更しており、その他の工程は上述の工程と同じである。なお、変形例３−３では、酸素の放射する硬Ｘ線に代えて、窒素の放射する硬Ｘ線を測定に用いる。
【０１０５】
さらに、変形例３−４は、変形例３−１において砒素の硬Ｘ線に代えて、砒素の超軟Ｘ線を蛍光Ｘ線分析に用いる。砒素は、酸素や窒素よりも原子量がずっと大きいので、硬Ｘ線以外に超軟Ｘ線を蛍光Ｘ線分析に利用することができる。
【０１０６】
本実施形態の変形例では、酸素又は窒素、コバルトおよび砒素の蛍光Ｘ線（硬Ｘ線および超軟Ｘ線）を測定することで、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率をインラインで簡単にかつ精度良く測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を精度良く換算することができる。従って、低抵抗かつ信頼性の高い最適のシリサイドが形成されるように二次ＲＴＡの熱処理温度を容易に設定することができる。また、逆に最適のシリサイドが形成する二次ＲＴＡの熱処理温度のマージンが広くなるように、一次ＲＴＡの熱処理温度を設定することもできる。このようにして最適のシリサイドを歩留まり良く形成することができる。また、蛍光Ｘ線分析装置を製造工程中に組み込んで、測定および換算をコンピュータ制御などにより自動的に行うようにしておけば、工程管理も非常に容易になり、製造コストを下げることができる。
【０１０７】
これまで説明した実施形態および変形例は好適な例であって、本発明はこれらの例に限定されない。シリサイドを形成する金属種は、チタンやシリコン以外にニッケル、白金又はタングステンなどであってもよく、２種類以上の金属元素を用いても構わない。ドーパントは、砒素以外にホウ素、リン、ゲルマニウム、アンチモン又はインジウムであってもよく、これらの複数を同時に用いても構わない。
【０１０８】
また、上述の実施形態および変形例では、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のいずれか一方のみを形成していたが、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の両方を設けても構わないし、シリコン酸窒化膜を設けてもよい。この場合は、酸素の硬Ｘ線でも窒素の硬Ｘ線でもどちらを利用しても構わないし、両方を利用してもよい。そして、シリコン酸化膜は、フッ素および／または窒素を含有していても構わない。さらに、基板は、少なくとも最上部である表面にシリコン層を有していればよく、シリコン基板以外に、例えば絶縁基板または絶縁膜上にシリコン層が設けられたＳＯＩ基板であっても構わない。なお、ＳＯＩ基板の場合は、絶縁基板または絶縁膜から放射される酸素の硬Ｘ線の強度を差し引いて換算する必要がある。シリコンウェハも少なくとも表面にシリコン層が設けられていればよく、全体がシリコンである必要はない。
【０１０９】
上述した実施形態および変形例では、例えば実施形態１は、下層から順に基板１０１、シリコン酸化膜１０２、ポリシリコン層１０３およびチタンシリサイド層１０４を形成しているが、これらの層の間に測定に影響を与えない他の層を設けてもよい。
【０１１０】
加えて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン層、アモルファスシリコン層、金属層の形成方法は、前記方法に限定されず、公知の種々の方法を用いることができる。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【０１１２】
シリサイドを構成する金属と、酸素又は窒素との両方の硬Ｘ線を利用するので、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度よく測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を簡単にかつ精度よく換算でき、低抵抗かつマイグレーションの起こりにくいシリサイドを有する半導体装置を容易に製造できる。
【０１１３】
シリサイドを構成する金属とドーパントとの両方の硬Ｘ線又は超軟Ｘ線を利用するので、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度よく測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を簡単にかつ精度よく換算でき、低抵抗かつマイグレーションの起こりにくいシリサイドを有する半導体装置を容易に製造できる。
【０１１４】
シリサイドを構成する金属と、酸素又は窒素と、ドーパントとの三者の硬Ｘ線又は超軟Ｘ線を利用するので、化合比の異なる複数種類のシリサイドの存在比率を簡単にかつ精度よく測定することができる。また、この存在比率から一次ＲＴＡの熱処理温度を簡単にかつ精度よく換算でき、低抵抗かつマイグレーションの起こりにくいシリサイドを有する半導体装置を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の測定用基板の断面模式図である。
【図２】本発明のシリサイド存在比率の測定方法および熱処理温度の測定方法のフローを示す図である。
【図３】厚み１０ｎｍのチタンおよびＴｉＳｉ２におけるＸ線の透過率のエネルギー依存性の計算結果を示す図である。
【図４】変形例１−１の半導体装置の断面模式図である。
【図５】本発明の実施形態２の測定用基板の断面模式図である。
【図６】厚み１０ｎｍのコバルトおよびＣｏＳｉ２におけるＸ線の透過率のエネルギー依存性の計算結果を示す図である。
【図７】変形例２−１の半導体装置の断面模式図である。
【図８】本発明の実施形態３の測定用基板の断面模式図である。
【図９】変形例３−１の半導体装置の断面模式図である。
【図１０】ＭＯＳトランジスタにおいてコバルトシリサイドを形成する各工程を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１００  ２００  ３００              測定用基板
１０１  ２０１  ３０１  ４０１      シリコン基板（基板）
１０２  ３０２                      シリコン酸化膜
１０３  ４０３                      ポリシリコン層
１０４                              チタンシリサイド層
２０３  ３０４  ４１３              コバルトシリサイド膜
２０２  ３０３                      ドープ層
５００  ６００  ７００              半導体装置
５０３  ６０３  ７０３              Ｘ線受光素子
Ｓ１０１                            測定用基板を用意するステップ
Ｓ２０１                            測定用基板に一次Ｘ線を照射するステップ
Ｓ３０１                            蛍光Ｘ線の強度を測定するステップ
Ｓ４０１                            シリサイドの存在比率を換算するステップ
Ｓ５０１                            熱処理温度の換算をするステップ
【図１】
2004214554.tif 000003
【図２】
2004214554.tif 000004
【図３】
2004214554.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004214554.tif 000009
【図８】
2004214554.tif 000010
【図９】
2004214554.tif 000011
【図１０】
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