(57)【要約】【課題】シリサイド層を備える半導体装置において、シリコン基板と不純物拡散層との間の接合リーク電流を低減することを目的とする。【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）シリコン基板１表面に不純物拡散層５，８を形成する工程と、（ｂ）不純物拡散層のうち第２の不純物拡散層８上に、ニッケルからなる金属膜９を形成する工程とを備える。そして、（ｃ）窒素濃度が８０％以上の雰囲気で、スパッタによりチタンを含むチタンナイトライド膜１０を金属膜９上に形成する工程を備える。そして、（ｄ）工程（ｃ）の後に、熱処理により第２の不純物拡散層８のシリコンと、ニッケルとを反応させてシリサイド層１１を形成する工程を備える。【選択図】図３
2009088432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シリコン基板表面に不純物拡散層を形成する工程と、
（ｂ）前記不純物拡散層上に、第１の金属からなる第１の層を形成する工程と、
（ｃ）窒素濃度が８０％以上の雰囲気で、スパッタにより第２の金属を含む第２の層を前記第１の層上に形成する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、熱処理により前記不純物拡散層のシリコンと、前記第１の金属とを反応させてシリサイド層を形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金属は、
ニッケル、ニッケル合金、コバルト，コバルト合金のいずれか一つを含み、
前記第２の金属は、
チタン、チタン合金のいずれか一つを含む、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）は、
窒素濃度が１００％の雰囲気で、スパッタにより前記第２の層を前記第１の層上に形成する工程を含む、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、シリサイド層が形成されたＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＭＩＳＦＥＴにおけるシリサイド層は、スパッタにより、高融点金属からなる金属膜をシリコン表面に形成する。そして、その金属膜上に、窒素濃度が７０％程度の窒素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタにより、金属膜酸化防止用のチタンナイトライド膜を形成する。それから、熱処理を施し、いわゆるサリサイド法により金属膜とシリコンとを反応させて、シリサイド層を形成する。特許文献１には、上述の金属膜が、コバルトである場合の半導体装置が記載されている。
【０００３】
一方、コバルトからなるシリサイド層では、パターンを微細化すると抵抗上昇が大きい。そのため、６５ｎｍプロセス以降の世代の半導体装置では、より抵抗上昇が小さいニッケルおよびその合金からなるシリサイド層を設けた半導体装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８８２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ニッケルの採用により、細線抵抗は安定した。しかしながら、シリサイド層を形成する金属を、コバルトからニッケルに変更したことに伴い、シリコン基板と不純物拡散層との間の逆方向接合リーク電流が増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、シリサイド層を備える半導体装置において、シリコン基板と不純物拡散層との間の接合リーク電流を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）シリコン基板表面に不純物拡散層を形成する工程と、（ｂ）前記不純物拡散層上に、第１の金属からなる第１の層を形成する工程とを備える。そして、（ｃ）窒素濃度が８０％以上の雰囲気で、スパッタにより第２の金属を含む第２の層を前記第１の層上に形成する工程を備える。そして、（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、熱処理により前記不純物拡散層のシリコンと、前記第１の金属とを反応させてシリサイド層を形成する工程を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリサイド層を備える半導体装置において、シリコン基板と不純物拡散層との間の接合リーク電流を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する前に、本発明の前提となる半導体装置の製造方法について説明する。ここでいう半導体装置は、例えば、６５ｎｍプロセス以降の高集積なＳｏＣ、ＳＲＡＭを形成するＭＩＳＦＥＴが該当する。図５は、本発明の前提となる製造方法により形成される半導体装置の断面を製造フローに従って示した図である。
【００１０】
図５（ａ）は、シリサイド層形成プロセスを行う前の下地構造を示す。図５（ａ）に示すように、シリコン基板１表面に第１の不純物拡散層５、第２の不純物拡散層８よりなる不純物拡散層を形成する。図５（ａ）では、シリコン基板１に、素子分離絶縁膜２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極４と、シリコン酸化膜６、シリコン窒化膜７よりなるサイドウォールがさらに形成されている。ここで、図５（ａ）の下地構造の形成について簡単に説明する。
【００１１】
ゲート電極４は、素子分離絶縁膜２により画定されたシリコン基板１上にゲート絶縁膜３を介して形成される。このゲート電極４は、例えば、ポリシリコンとシリコン酸化膜との積層構造体から構成される。ゲート電極４の高さは、例えば、１００ｎｍとなるように形成される。
【００１２】
第１の不純物拡散層５は、シリコン基板１表面に、ゲート電極４をマスクとするイオン注入により形成される。シリコン酸化膜６とシリコン窒化膜７との積層よりなるサイドウォールは、ゲート電極４の側面に形成される。第２の不純物拡散層８は、シリコン基板１表面に、ゲート電極４および上述のサイドウォールをマスクにして形成される。
【００１３】
次に、外部に露出したシリコン表面の自然酸化膜を、例えば、希釈したフッ化水素水溶液にて除去する。その後、図５（ｂ）に示すように、第２の不純物拡散層８上に、金属膜９を、例えば、スパッタにより形成する。図５（ｂ）に係る半導体装置の製造方法では、ゲート電極４、上述のサイドウォール、素子分離絶縁膜２上にも形成される。金属膜９を構成する金属は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金のいずれか一つが該当する。ここでは、金属膜９を構成する金属は、ニッケルであるものとして説明する。金属膜９の厚さは、例えば、１０ｎｍとなるように形成する。
【００１４】
それから、窒素濃度が７０％となる雰囲気で、スパッタによりチタンナイトライド膜１０を金属膜９上に形成する。このチタンナイトライド膜１０は、金属膜９の酸化を防止するための膜である。スパッタは、例えば、アルゴン流量：１５ｓｃｃｍ、窒素流量：３５ｓｃｃｍ、成膜温度：１００℃、成膜圧力：５ｍＴｏｒｒ、スパッタパワー：１ｋＷにて行う。ここで、チタンナイトライド膜１０の厚さは、例えば、１０ｎｍとなるように形成する。
【００１５】
その後、例えば、ランプアニール装置を用いて２５０〜４００℃の熱処理を施す。こうして、いわゆるサリサイド法により、図５（ｃ）に示すように、第２の不純物拡散層８のシリコンと、ニッケルとを反応させてシリサイド層１１を形成する。図５（ｃ）に係る半導体装置の製造方法では、ゲート電極４のシリコンにおいても、同様にシリサイド層１３が形成される。シリサイド層１１，１３表面にはチタンナイトライド膜１０が残り、また、素子分離絶縁膜２、ゲート電極４側面のサイドウォール表面にはシリサイド化しなかった金属膜９とチタンナイトライド膜１０が残る。
【００１６】
その後、図５（ｄ）に示すように、例えば、硫酸と過酸化水素水の混合液により、金属膜９とチタンナイトライド膜１０を除去する。その後、図５（ｅ）に示すように、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１４を形成し、通常のＣＭＯＳプロセスを用いて配線工程を行うことでトランジスタを形成する。
【００１７】
以上の工程からなる製造方法により形成した半導体装置において、シリコン基板１と、第１の不純物拡散層５、第２の不純物拡散層８よりなる不純物拡散層との間の逆方向接合リークについて測定した。なお、ここでは簡単のため、パターニングウェハに、上述の不純物拡散層に相当するＮ型拡散領域と、シリコン基板１に相当するＰ型ウェルと、シリサイド層１１に相当するシリサイド層とを形成し、Ｎ型拡散領域とＰ型ウェルとの間に１．２Ｖの電圧を印加した場合の逆方向接合リーク電流を測定した。
【００１８】
図６は、その測定結果を示す図である。この図６の横軸は接合リーク電流、縦軸は累積度数である。ここで、累積度数とは、製造した半導体装置全数のうち、横軸に示す接合リーク電流以下となる半導体装置が得られる割合を示す。この図に示すように、約９０％の数の半導体装置において、接合リーク電流が１Ｅ−１０（Ａ）程度となるが、残りの約１０％の数の半導体装置において、接合リーク電流が１Ｅ−７（Ａ）以上となり、落ちこぼれが生じていることが分かる。このように、上述の工程からなる半導体装置の製造方法では、シリコン基板１と、上述の不純物拡散層との間の接合リーク電流が大きいという問題があった。
【００１９】
図１は、スパッタによるチタンナイトライド膜１０形成時の窒素分圧と、チタンナイトライド膜１０の抵抗率との関係を示した図である。なお、図１横軸の窒素分圧は、窒素濃度に相当し、以下、同様の意味で用いる。図に示すように、８０％以上の窒素分圧のスパッタによってチタンナイトライド膜１０を形成すると、チタンナイトライド膜１０の抵抗率が上がる。このような窒素分圧が８０％以上の範囲で形成したチタンナイトライド膜１０の膜質は、他の範囲で形成した膜質と異なり、スパッタ装置内に付着すると剥離しやすく、発塵する可能性が高い。そのため、従来の半導体装置の製造方法では、８０％以上の窒素濃度のスパッタでチタンナイトライド膜１０を形成していなかった。
【００２０】
ここで、上述の発塵の可能性はあるが、従来の半導体装置の製造方法では用いられていない８０％以上の窒素濃度でのスパッタを行った場合に、シリコン基板１と、上述の不純物拡散層との間の接合リークを低減できるかについて実験調査を行った。
【００２１】
図２は、シリサイド層１１中のチタン量を測定した結果を示す。ここで、チタン量は、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectormeter）により定性的に測定した。縦軸は、シリサイド層１１中のチタン量を示し、横軸は、スパッタによるチタンナイトライド膜１０形成時の窒素分圧を示す。この図の傾向から、窒素分圧７０％以下では、窒素分圧８０％以上のときに比べ、シリサイド層１１中のチタン含有量が増加していることが分かる。
【００２２】
この理由について考察すると、高い窒素分圧にてチタンナイトライド膜１０が形成されない場合には、当該膜中には、窒素と結合しないチタンが多く含まれる。そのため、チタンナイトライド膜１０中の、窒素と結合していないチタン原子１２、または、結合の弱いチタン原子１２が、熱処理による図５（ｃ）のシリサイド化反応中に、金属膜９、および、シリサイド層１１へ拡散したためであると考えられる。
【００２３】
シリサイド層１１へ拡散するチタン原子１２が多くなると、チタン原子１２が、シリコン基板１と上述の不純物拡散層との間の接合領域に達して、接合リーク電流を大きくする可能性がある。そこで、発明者はこのような知見に基づき、以下に説明する本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を行った。
【００２４】
図３は、本実施の形態に係る製造方法により形成される半導体装置の断面を製造フローに従って示した図である。図３（ａ）は、シリサイド層形成プロセスを行う前の下地構造を示す。この図３（ａ）に示すように、シリコン基板１表面に第１の不純物拡散層５、第２の不純物拡散層８よりなる不純物拡散層を形成する。図３（ａ）では、シリコン基板１に、素子分離絶縁膜２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極４と、シリコン酸化膜６、シリコン窒化膜７よりなるサイドウォールがさらに形成されている。ここで、図３（ａ）に示される下地構造の形成について簡単に説明する。
【００２５】
ゲート電極４は、素子分離絶縁膜２により画定されたシリコン基板１上にゲート絶縁膜３を介して形成される。このゲート電極４は、例えば、ポリシリコンとシリコン酸化膜との積層構造体から構成される。ゲート電極４の高さは、例えば、１００ｎｍとなるように形成される。
【００２６】
本実施の形態に係る第１の不純物拡散層５は、シリコン基板１表面に、ゲート電極４をマスクとするイオン注入により形成される。シリコン酸化膜６とシリコン窒化膜７との積層よりなるサイドウォールは、ゲート電極４の側面に形成される。本実施の形態に係る第２の不純物拡散層８は、シリコン基板１表面に、ゲート電極４および上述のサイドウォールをマスクにして形成される。
【００２７】
次に、外部に露出したシリコン表面の自然酸化膜を、例えば、希釈したフッ化水素水溶液にて除去する。その後、図３（ｂ）に示すように、不純物拡散層のうちの第２の不純物拡散層８上に、第１の金属からなる第１の層である金属膜９を、例えば、スパッタにより形成する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、ゲート電極４、上述のサイドウォール、素子分離絶縁膜２上にも形成される。第１の金属は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金のいずれか一つを含む。本実施の形態では、第１の金属は、ニッケルであるものとする。金属膜９の厚さは、例えば、１０ｎｍとなるように形成する。
【００２８】
それから、窒素濃度が８０％以上の雰囲気で、スパッタにより第２の金属を含む第２の層を金属膜９上に形成する。第２の金属は、チタン、チタン合金のいずれか一つを含む。本実施の形態では、第２の金属は、チタンであるものとし、第２の層は、チタンナイトライド膜１０であるものとする。特に、本実施の形態では、窒素濃度が１００％の雰囲気で、スパッタによりチタンナイトライド膜１０を金属膜９上に形成する。そのようなスパッタは、例えば、窒素流量：５０ｓｃｃｍ、成膜温度：１００℃、成膜圧力：５ｍＴｏｒｒ、スパッタパワー：１ｋＷにて行う。ここで、チタンナイトライド膜１０の厚さは、例えば、１０ｎｍとなるように形成する。
【００２９】
その後、例えば、ランプアニール装置を用いて２５０〜４００℃の熱処理を施す。こうして、図３（ｃ）に示すように、熱処理により不純物拡散層のうちの第２の不純物拡散層８のシリコンと、ニッケルとを反応させてシリサイド層１１を形成する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、ゲート電極４のシリコンにおいても、同様にシリサイド層１３が形成される。シリサイド層１１，１３表面にはチタンナイトライド膜１０が残り、また、素子分離絶縁膜２、ゲート電極４側面のサイドウォール表面にはシリサイド化しなかった金属膜９とチタンナイトライド膜１０が残る。
【００３０】
その後、図３（ｄ）に示すように、例えば、硫酸と過酸化水素水の混合液により、金属膜９とチタンナイトライド膜１０を除去する。その後、図３（ｅ）に示すように、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１４を形成し、通常のＣＭＯＳプロセスを用いて配線工程を行うことでトランジスタを形成する。
【００３１】
以上の工程からなる本実施の形態に係る半導体装置の製造方法により形成した半導体装置において、シリコン基板１と、第１の不純物拡散層５、第２の不純物拡散層８よりなる不純物拡散層との間に１．２Ｖの電圧を印加した場合の逆方向接合リーク電流を測定した。図４は、図６の測定状態と同様にして測定した結果を示す図である。この図において、窒素濃度を７０％で形成した本発明の前提となる製造方法による半導体装置を、白抜き四角の点、窒素濃度を１００％で形成した本実施の形態に係る製造方法による半導体装置を、黒塗り丸の点で示している。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態に係る製造方法による半導体装置は、従来の製造方法による半導体装置と同様、約９０％の数の半導体装置において、接合リーク電流が１Ｅ−１０（Ａ）程度となる。一方、残りの約１０％の数の半導体装置において、従来の製造方法による半導体装置では、接合リークが１Ｅ−７（Ａ）を超えるのに対し、本実施の形態に係る製造方法による半導体装置では、それ以下に抑えることができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板１と上述の不純物拡散層との間の接合リークを低減することができる。特に、６５ｎｍプロセス以降の半導体装置において、ニッケルシリサイド層の形成は必須となるが、その場合に生じる接合リークの増大を抑制できる点で有効である。
【００３４】
なお、本実施の形態では、窒素濃度が１００％以上の雰囲気で、スパッタによりチタンナイトライド膜１０を形成したが、これに限ったものではなく、窒素濃度が８０％以上の雰囲気であってもよい。この場合であっても、従来の半導体装置よりも、シリサイド層１１に拡散するチタン量を低減させることができるのは、図２の傾向から明らかである。その結果、上述と同様に、シリコン基板１と上述の不純物拡散層との間の接合リークを低減することができる。
【００３５】
しかしながら、窒素濃度を１００％にしてチタンナイトライド膜１０を形成すれば、ストイキオメトリックなチタンナイトライド膜１０を形成することができ、チタンをシリサイド層１１に拡散させることなく、良質なシリサイド層１１を形成することができる。そのため、接合リークを低減させる観点からすれば、窒素濃度を１００％にすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置を説明する図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置におけるリーク接合電流を示す図である。
【図５】本発明の前提となる半導体装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の前提となる半導体装置におけるリーク接合電流を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリコン基板、２  素子分離絶縁膜、３  ゲート絶縁膜、４  ゲート電極、５  第１の不純物拡散層、６  シリコン酸化膜、７  シリコン窒化膜、８  第２の不純物拡散層、９  金属膜、１０  チタンナイトライド膜、１１，１３  シリサイド層、１２  チタン原子、１４  層間絶縁膜。
【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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