(57)【要約】【課題】シリサイドプロセスを有する半導体装置の製造方法に関し、特に接合破壊を防止することができると共に、シート抵抗の上昇を防止することができるものである。【解決手段】半導体基板１０１上に金属膜１０８を積層し、第一の熱処理を行い金属膜１０８と半導体基板１０１とを反応させて第一の金属シリサイド膜１を形成し、第二の熱処理を行い第一の金属シリサイド膜１を第一の金属シリサイド膜１より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜３として形成し、第二の金属シリサイド膜３上に層間絶縁膜４を積層した後に、第二の熱処理の温度より高い温度にて第三の熱処理を行い第二の金属シリサイド膜３を加熱するものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に金属膜を積層する工程と、第一の熱処理を行い上記金属膜と上記半導体基板とを反応させて第一の金属シリサイド膜を形成する工程と、第二の熱処理を行い上記第一の金属シリサイド膜を上記第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成する工程と、上記第二の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、上記第二の熱処理の温度より高い温度にて第三の熱処理を行い上記第二の金属シリサイド膜を加熱する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極および上記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、上記半導体基板および上記ゲート電極を覆うように金属膜を積層する工程と、第一の熱処理を行い上記金属膜と上記半導体基板および上記ゲート電極との接触箇所を反応させて第一の金属シリサイド膜を形成する工程と、第二の熱処理を行い上記第一の金属シリサイド膜を上記第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成する工程と、上記第二の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、上記第二の熱処理の温度より高い温度にて第三の熱処理を行い上記第二の金属シリサイド膜を加熱する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第二の熱処理は、７００℃〜８００℃で５秒以下にて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に金属膜を積層する工程と、第一の熱処理を行い上記金属膜と上記半導体基板とを反応させて第一の金属シリサイド膜を形成する工程と、上記第一の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、第三の熱処理を行い上記第一の金属シリサイド膜を上記第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極および上記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、上記半導体基板および上記ゲート電極上を覆うように金属膜を積層する工程と、第一の熱処理を行い上記金属膜と上記半導体基板および上記ゲート電極との接触箇所を反応させて第一の金属シリサイド膜を形成する工程と、上記第一の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、第三の熱処理を行い上記第一の金属シリサイド膜を上記第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
層間絶縁膜の形成を、シリコン酸化膜を４５０℃以下の低温にて形成するか、シリコン窒化膜をＣＶＤ装置内を不活性ガスによりパージを行なって形成するかにて行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第三の熱処理は、８００℃〜９００℃で５秒以下にて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリサイドプロセスを有する半導体装置の製造方法に関し、特に接合破壊を防止することができると共に、シート抵抗の上昇を防止することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの高集積化の要求に応じ半導体装置の微細化が進むなか、半導体基板に形成されたトランジスタのゲート配線の幅も縮小されてきている。トランジスタのゲート電極および不純物拡散層のシート抵抗値を低減するため、自己整合的に金属シリサイド膜、特にＣｏＳｉ２を形成する技術が用いられてきた。
【０００３】
また、トランジスタの微細化にともない、接合も浅くなりつつある。シリサイドプロセスでは基板シリコンを消費することで金属シリサイドを形成するため、接合が浅くなるに従い接合破壊を防止するためにはコバルトシリサイド膜厚を薄膜化する必要がある。
【０００４】
従来の半導体装置はシリコン基板上にゲート酸化膜およびゲート電極を形成する。次に、サイドウォールおよびＬＤＤ領域，ソース／ドレイン領域を形成する。次に、シリコン基板の表面に露出した露出部分及びゲート電極の表面に露出した露出部分に対し、後述のようにシリサイド化するための高融点金属としてチタン膜を堆積する。
【０００５】
次に、不活性ガスであるアルゴン雰囲気で第一の高速アニールを６５０℃、４０秒行い、約７００Åの厚さの膜厚のＴｉＳｉ層（チタンシリサイド層）が形成される。次に、選択エッチング方法により、チタン膜の未反応部分であるチタンとＴｉＮ層を除去し、第二の高速アニールを８５０℃、７秒で行うことにより、ゲート電極上及びソース・ドレイン上にＴｉＳｉ２層を約７００Åの厚みで形成する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６３３３５号公報（段落００４３から００４５および図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置は以上のように構成されているので、第二の高速アニールは、接合リーク電流を低減するためには、８５０℃程度の高温処理を行う必要がある。しかし、このような高温処理は、コバルトシリサイド膜の薄膜化にともない膜の凝集を発生させるため、微細なゲート配線においては、ゲートシート抵抗の上昇を引き起こし、デバイスの歩留まりが低下するという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、接合破壊を防止することができると共に、シート抵抗の上昇を防止することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属膜を積層し、第一の熱処理を行い金属膜と半導体基板とを反応させて第一の金属シリサイド膜を形成し、第二の熱処理を行い第一の金属シリサイド膜を第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成し、第二の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、第二の熱処理の温度より高い温度にて第三の熱処理を行い第二の金属シリサイド膜を加熱するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１および図２はこの発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図に基づいて実施の形態１の半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体基板１０１に写真製版およびエッチング法を組み合わせ、例えば２００〜４００ｎｍ深さのトレンチ１０２ａを形成する。次に、このトレンチ１０２ａに例えば熱酸化法およびＣＶＤ法によりシリコン酸化膜にて成る絶縁膜１０２を埋め込み、機械化学研磨（ＣＭＰ）法により平坦化することで、シャロートレンチアイソレイションを形成する（図１（ａ））。
【００１１】
次に、熱酸化法、またはＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜や金属酸化膜にて成るゲート絶縁膜１０３を形成する。次にシリコンを含む導電性膜を、例えばポリシリコン膜またはアモルファスシリコン膜にて形成し、写真製版およびエッチング法によりパターニングを行いゲート電極１０４として形成する（図１（ｂ））。次に、イオン注入法にて、例えばＡｓ若しくはＢを１Ｅ１３〜１Ｅ１４／ｃｍ２にて注入し、第一の不純物拡散層１０５を形成する。次に、ＣＶＤ法により絶縁膜、例えばシリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜、またはこれらの積層膜を膜厚５０〜１００ｎｍにて積層する。次に、ドライエッチング法によりエッチングを行い、ゲート電極１０４の側壁にサイドウォール１０６を形成すると同時にゲート絶縁膜１０３のパターニングを行う。
【００１２】
次に、イオン注入法例えばＡｓ若しくはＢを１Ｅ１５〜１Ｅ１６／ｃｍ２にて注入し第二の不純物拡散層１０７を形成する（図１（ｃ））。次に、弗化水素酸、フッ素を含むガスのプラズマ、スパッタエッチ等によりシリコン表面の自然酸化膜を除去後、真空連続でスパッタ法またはＣＶＤ法により、例えばコバルト膜とチタン窒化物との積層膜を、各々の膜厚が５〜１５ｎｍおよび１０〜２０ｎｍと成るように積層し金属膜１０８として形成する（図１（ｄ））。
【００１３】
次に、第一の熱処理として、例えばランプまたは高温ガスなどを用いたＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）の熱処理で、窒素若しくはＡｒ等の不活性ガス雰囲気または真空中で４００〜５５０℃、３０〜１２０秒の条件にて行う。そして、金属膜１０８と半導体基板１０１と接する領域上および金属膜１０８とゲート電極１０４とが接する領域上に、Ｃｏ２Ｓｉ、およびＣｏＳｉが混在して成る第一の金属シリサイド膜を形成する。次に、例えば硫酸と過酸化水素水との混合液にて成る薬液にて、未反応の金属膜１０８を除去し、第一の金属シリサイド膜１のみを選択的に残置させる（図２（ａ））。
【００１４】
次に、第一の熱処理より高温の第二の熱処理として、例えば窒素若しくはＡｒ等の不活性ガス雰囲気または真空中で７００℃〜８００℃、第１の熱処理よりも短時間の５秒以下の条件にて行う。そして、第一の金属シリサイド膜１を第一の金属シリサイド膜１より金属組成の少ない、例えばＣｏＳｉ２にて成る第二の金属シリサイド膜３として形成する（図２（ｂ））。この際の第二の熱処理の温度は、第二の金属シリサイド膜３を形成することができ、かつ、第二の金属シリサイド膜３の凝集が起こらない程度の熱条件とする。このような高温熱処理を行うことにより、接合リーク電流を低減できる。
【００１５】
次に、例えばシリコン酸化膜または／およびシリコン窒化膜をＣＶＤ法により積層し、層間絶縁膜４を形成する。尚、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層順は何れであっても良い。次に第三の熱処理を、第一および第二の熱処理より高い温度の、例えば８００〜９００℃、第一の熱処理よりも短時間の５秒以下の条件にて行い、第二の金属シリサイド膜３を加熱する。この際の熱処理雰囲気は、第二の金属シリサイド膜３が層間絶縁膜４にて覆われているため、不活性ガス雰囲気に関わらず、酸素雰囲気で処理を行っても良い。
【００１６】
上記のように形成された半導体装置によれば、第二の熱処理においてあらかじめ第二の金属シリサイド膜を形成しておき、さらに、第三の熱処理を高温熱処理の短時間にて実施することにより、接合リーク電流の一層の低減を実現することができる。さらに、この第三の熱処理においては、第二の金属シリサイド膜上面が層間絶縁膜にて覆われているため、第二の金属シリサイド膜の凝集を防止することができる。このことは、ゲートシート抵抗に不良が発生しないことより確認できた。
【００１７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第一の金属シリサイド膜を形成後、第二の熱処理で第二の金属シリサイド膜を形成し、層間絶縁膜を形成後、第三の熱処理を高温短時間で処理した。この実施の形態２においては、層間絶縁膜形成前の第二の熱処理を省略し、層間絶縁膜形成後の第三の熱処理のみにて行う例について説明する。
【００１８】
まず、上記実施の形態１と同様の工程を経て図２（ａ）に示すように第一の金属シリサイド膜１を形成する。次に、この第一の金属シリサイド膜１上に層間絶縁膜４０を形成する。このとき第一の金属シリサイド膜１は金属がリッチな膜であるため酸化されやすい。よって、層間絶縁膜４０として、シリコン酸化膜を形成する場合には、４５０℃以下の低温にて形成する（図３（ａ））。
【００１９】
また、層間絶縁膜４０としてシリコン窒化膜を形成する場合は、ＣＶＤ装置にウェハを導入する場合、充分に不活性ガスとして例えば窒素ガスをパージして形成する。このように第一の金属シリサイド膜１の酸化を防止する工程にて層間絶縁膜４０を形成する必要がある。尚、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の何れも積層して層間絶縁膜として形成してもよく、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層順は何れであっても良い。
【００２０】
次に、第三の熱処理を、例えば第一の熱処理よりも高温の８００℃〜９００℃、典型的には８００℃で第一の熱処理よりも短時間の５秒以下の条件にて行う。そして、第一の金属シリサイド膜１を第一の金属シリサイド膜１より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜３０として形成する（図３（ｂ））。この際の熱処理雰囲気は、第一の金属シリサイド膜１が層間絶縁膜４０にて覆われているため、不活性ガス雰囲気に関わらず、酸素雰囲気で処理を行っても良い。
【００２１】
上記のように形成された半導体装置によれば、第三の熱処理を高温熱処理の短時間にて行うことにより、第二の金属シリサイド膜を形成すると共に、接合リーク電流を低減することができる。さらに、第三の熱処理においては第一の金属シリサイド膜上面が層間絶縁膜にて覆われているため、第二の金属シリサイド膜における凝集をさらに防止することができる。このことは、ゲートシート抵抗に不良が発生しないことより確認できた。
【００２２】
尚、上記各実施の形態において、半導体基板は単結晶シリコン基板の他にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であっても同様に行うことができる。また、上記各実施の形態ではシリコン基板または多結晶シリコン若しくはアモルファスシリコンとの間でのシリサイド反応について述べたが、シリコンの代わりにシリコンとゲルマニウムとの化合物であっても同様に実施することができ、同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上に金属膜を積層し、第一の熱処理を行い金属膜と半導体基板とを反応させて第一の金属シリサイド膜を形成し、第二の熱処理を行い第一の金属シリサイド膜を第一の金属シリサイド膜より金属組成の少ない第二の金属シリサイド膜として形成し、第二の金属シリサイド膜上に層間絶縁膜を積層した後に、第二の熱処理の温度より高い温度にて第三の熱処理を行い第二の金属シリサイド膜を加熱するので、シート抵抗の上昇を防止と、接合破壊の防止とを両立する半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  第一の金属シリサイド膜、３，３０  第二の金属シリサイド膜、
４，４０  層間絶縁膜、１０１  半導体基板、１０４  ゲート電極、
１０８  金属膜。
【図１】
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【図２】
2004273879.tif 000004
【図３】
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