(57)【要約】【課題】シリサイド膜上に形成されるシリコン窒化膜の膨れや剥離を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】表面にシリサイド膜が形成された領域を有する半導体基板を、酸素元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理してシリサイド膜の上に酸化膜を形成する工程と、その酸化膜を形成した後、半導体基板の表面を覆うシリコン窒化膜を形成する工程と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にシリサイド膜が形成された領域を有する半導体基板を、酸素元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理して前記シリサイド膜の上に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を形成した後、前記半導体基板の表面を覆うシリコン窒化膜を形成する工程と、
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２】
前記酸化膜を形成した後、前記半導体基板を大気にさらさずに前記シリコン窒化膜の形成を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸素元素を含むガスが導入されたチャンバー内で前記酸化膜の形成を行った後、前記半導体基板を前記チャンバー内から出さずに、前記チャンバー内に導入するガス種を切り替えて前記シリコン窒化膜の形成を同じ前記チャンバー内で続けて行うことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸素元素を含むガスは、Ｏ２ガス、Ｎ２Ｏガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス及びＮＯ２ガスのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリサイド膜における金属は、ニッケルを主成分として含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つ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し、特にシリサイド膜の上にシリコン窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
拡散領域（ソース／ドレイン電極）やゲート電極を低抵抗化するためにそれら表面にシリサイド膜を形成した構造において、特にニッケルシリサイド膜を用い、その上にシリコン窒化膜を形成する場合、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との間で良好な密着性が得られず、シリコン窒化膜の膨れや剥離が生じる問題がある。
【０００３】
特許文献１には、ニッケルシリサイド膜を形成した後、その上にシリコン窒化膜を形成するにあたって、まず、アンモニアガスなどの窒素保持ガスを導入し、実質的にシリコン不在雰囲気下でプラズマを生起して発生させた活性化窒素種をシリサイド膜表面と反応させてからシリコンの原料ガスを導入してシリコン窒化膜を形成することで、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との接着性の問題を排除または実質的に減少させるとの開示がある。
【０００４】
しかし、近年、応力を有するシリコン窒化膜をＭＯＳ構造部を覆うように形成することで、ゲート下のチャネルに応力を作用させてチャネルの結晶を歪ませ、キャリア移動度の向上を図ることが行われており、この場合には、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との界面に比較的大きな応力が作用することになるため、シリサイド膜とシリコン窒化膜との密着性をよりいっそう高めることが求められる。
【特許文献１】特開２００４−１２８５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、シリサイド膜上に形成されるシリコン窒化膜の膨れや剥離を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、表面にシリサイド膜が形成された領域を有する半導体基板を、酸素元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理して前記シリサイド膜の上に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成した後、前記半導体基板の表面を覆うシリコン窒化膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シリサイド膜上に形成されるシリコン窒化膜の膨れや剥離を抑えることができる半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部工程を示す模式図である。
【０００９】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェーハ（半導体基板）にＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造部を形成する工程と、そのＭＯＳ構造部における拡散領域（ソース／ドレイン領域）３及びゲート電極８の表面にシリサイド膜４を形成する工程と、そのシリサイド膜４が形成された半導体ウェーハを、酸素元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理してシリサイド膜４の上に酸化膜１１を形成する工程と、この酸化膜１１の形成後、半導体ウェーハの表面を覆うシリコン窒化膜１２を形成する工程とを主として備える。
【００１０】
ＭＯＳ構造部の形成前に、ＭＯＳ構造部どうしを絶縁分離する例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造の素子分離構造が形成される。これは、半導体層（または半導体基板）１にベース領域（またはウェル領域）２を形成する前に、半導体層１にトレンチを形成し、そのトレンチ内部に例えば酸化シリコンからなる絶縁層５を埋め込むことによって得られる。
【００１１】
ＳＴＩ構造形成後、シリコンからなる半導体層１の表層部に、半導体層１とは逆導電型のシリコンからなるベース領域２を形成する。この後、ベース領域２の表面上にゲート構造部を形成した後、そのゲート構造部をマスクとしてベース領域２に不純物イオン注入を行い、さらに熱処理工程を経て、ベース領域２の表面にソース／ドレイン領域となる拡散領域３が選択的に形成される。拡散領域３は、ベース領域２とは逆導電型のシリコンからなる。
【００１２】
ゲート構造部の形成工程は、ベース領域２の表面上に、ゲート絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）６及びゲート電極（例えば多結晶シリコンからなる）８の積層構造を形成した後、これらを所望の形状にパターニングする工程と、その後、ゲート絶縁膜６及びゲート電極８の側面にサイドウォール絶縁層（例えば酸化シリコンからなる）７を形成する工程とを有する。
【００１３】
ゲート絶縁膜６及びゲート電極８のパターニングが終わった段階で、それをマスクとしてイオン注入が行われベース領域２表面に浅い拡散領域が形成され、サイドウォール絶縁層７が形成された後、再びイオン注入を行ってベース領域２表面に深い拡散領域が形成される。
【００１４】
次に、半導体ウェーハの全面に金属膜（例えばニッケル膜）を形成した後、熱処理を行う。この熱処理により、ニッケル膜が拡散領域３及びゲート電極８に接している部分でニッケルとシリコンとが反応し、その部分にニッケルとシリコンとの化合物膜すなわちニッケルシリサイド膜４が形成される。ニッケルと、例えば酸化シリコンからなるサイドウォール絶縁層７及び素子分離用の絶縁層５とは反応せず、これら絶縁層表面上には未反応のニッケル膜が残る。その後、薬液等で余剰な未反応ニッケルを取り除く。これにより、図１（ａ）に示すように、拡散領域３の表面及びゲート電極８の表面のみにシリサイド膜４が形成され、これら拡散領域３及びゲート電極８が低抵抗化される。
【００１５】
シリサイド膜としては、ゲート長が０．０５（μｍ）まではコバルトシリサイド膜が主流であったが、近年の微細配線ではＰＮ接合リークが無視できなくなり、ゲート長が０．０５（μｍ）以下になるとニッケルシリサイド膜が用いられるようになってきている。同一シート抵抗での、ニッケルシリサイド膜とコバルトシリサイド膜との膜厚を比較すると、ニッケルシリサイド膜の方が２．５％程小さいことがわかっており、その分、接合リークが抑制される。また、コバルトシリサイド膜の形成温度は７５０〜８００℃、ニッケルシリサイド膜の形成温度は４００〜５００℃であり、ニッケルシリサイド膜は、コバルトシリサイド膜に比べ、低温で形成可能なため、ゲート空乏化の改善や、浅い拡散領域の増速拡散が抑制される等の利点もある。このように、ニッケルシリサイド膜は、微細デバイス構造では非常に有効な要素である。なお、ここでのニッケルシリサイド膜は、シリコンの他に、金属としてニッケルを主成分として含み他種の金属も含むものであってもよい。
【００１６】
また、近年、ストレスライナーと呼ばれる膜をＭＯＳ構造部を覆うように形成することで、ゲート下のチャネルに応力を作用させてチャネルの結晶を歪ませ、キャリア移動度の向上を図ることが行われている。
【００１７】
現在、ストレスライナーとしては、比較的大きな応力を有するシリコン窒化膜が用いられることが多い。このシリコン窒化膜の形成方法としては、シランガスとアンモニアガスとの混ガス雰囲気中に高周波電力を印加することによりプラズマを生じさせて被成膜面にシリコン窒化膜を堆積形成するプラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）法がよく用いられている。
【００１８】
しかし、ニッケルシリサイド膜表面上にシリコン窒化膜を形成した場合、シリコン窒化膜の膨れ（ブリスター）や剥がれが生じやすい問題がある。これは、ニッケルシリサイド膜表面上に形成された自然酸化膜が、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との界面に不均一に存在していることが原因の一つであるとの知見を得た。
【００１９】
そこで、本実施形態では、シリサイド膜４の形成後、シリコン窒化膜を形成する直前の処理として、酸素元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理（酸素プラズマ処理）を行う。具体的には、シリサイド膜４形成後の半導体ウェーハを収容したチャンバー内に、酸素ガスを例えば２０００（ｓｃｃｍ）の流量で導入し、チャンバー内圧力を例えば６．６６６×１０２（Ｐａ）に保持する。そして、チャンバー内に配設された電極に例えば１３．５６（ＭＨｚ）、５００（Ｗ）のパワーの高周波電力を印加し、チャンバー内にプラズマを生じさせる。
【００２０】
そのプラズマに半導体ウェーハ表面がさらされた状態を約１分間保持した後、高周波電力の印加及び酸素ガスの導入を停止し、チャンバー内に残留している酸素ガスを排気する。この３０秒後、シリコン窒化膜の原料ガスとして例えばシランガスとアンモニアガスをチャンバー内に導入し所望のチャンバー内圧力に保持した後、高周波電力を印加してプラズマを生じさせ、図１（ｃ）に示すように半導体ウェーハ表面を覆うシリコン窒化膜１２の成膜ステップに移行する。なお、通常、シリコン窒化膜は、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）意外にも、その原料ガスに起因して水素（Ｈ）も含む。
【００２１】
シリコン窒化膜１２の形成前に、前述したような酸素プラズマ処理を行うことで、図１（ｂ）に示すように、シリサイド膜４の表面に形成された不均一な自然酸化膜を覆うように、シリサイド膜４表面に均一に分布する均一膜厚の酸化膜１１が形成される。この酸化膜１１は、酸化シリコンとして構成されたものと酸化ニッケルとして構成されたものの両方を含むが、酸化シリコンとして構成されたものの方が大部分を占める。
【００２２】
酸化膜１１の形成後、半導体ウェーハは大気にさらされることなくシリコン窒化膜１２の形成が行われる。具体的には、酸素ガスが導入されたチャンバー内で酸化膜１１の形成を行った後、半導体ウェーハをそのチャンバー内から出さずに、チャンバー内に導入するガス種をシリコン窒化膜形成のためのガス種に切り替えて、シリコン窒化膜１２の形成を同じチャンバー内で続けて行う。あるいは、酸化膜１１の形成とシリコン窒化膜１２の形成とをそれぞれ別のチャンバー内で行うようにしてもよい。この場合、酸化膜１１の成膜が行われたチャンバー内からシリコン窒化膜１２の成膜を行うチャンバー内へと半導体ウェーハを移す際に例えば減圧雰囲気下の搬送室を介して半導体ウェーハを搬送すれば、酸化膜１１を形成した後、シリコン窒化膜１２が形成されるまでの間に半導体ウェーハが大気にさらされない。
【００２３】
以上説明したプロセスによりシリコン窒化膜１２が接する下地面に不均一な自然酸化膜が存在せず、均一な酸化膜１１が存在する構造が得られる。これにより、シリコン窒化膜１２と下地面（酸化膜１１表面）との良好な密着性が得られる。この結果、シリコン窒化膜１２の膨れや剥がれを抑えて、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００２４】
シリコン窒化膜１２の膨れや剥離の原因となる不均一な自然酸化膜は、特に不純物がイオン注入された拡散領域３表面に形成されたシリサイド膜４上で厚くなる傾向があり、その上に形成されるシリコン窒化膜１２に膨れや剥がれが生じやすい。したがって、前述した酸素プラズマ処理により形成される酸化膜１１は、特に拡散領域３表面に形成されたシリサイド膜４上に形成することが有効である。
【００２５】
シリコン窒化膜１２を半導体ウェーハの全面に形成した後、拡散領域３、ゲート電極８の上にそれぞれ存在する酸化膜１１及びシリコン窒化膜１２に選択的にコンタクトホールが形成され、そのコンタクトホールの底部に拡散領域３、ゲート電極８の表面が露出される。そして、コンタクトホールを介して、その露出された表面に接する配線層が設けられ、拡散領域３とゲート電極８がそれぞれ配線層に接続される。
【００２６】
本実施形態では、前述したようにシリコン窒化膜１２の剥がれを抑えることができるので、剥離したシリコン窒化膜がパーティクルとなることを防げる。この結果、配線間の短絡などの製造歩留まり低下や、製造装置の汚染を洗浄するために装置を停止させなければならない等のパーティクルを原因とする問題を防げる。
【００２７】
図２は、本発明実施形態、比較例１〜３の各サンプルそれぞれにおいて、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との密着性を、m-ELT（modified-edge liftoff test）法で測定した結果を示すグラフ図である。図２のグラフにおいて、縦軸は剥離強度（ＭＰａ・ｍ１／２）を示し、三角形のポイントは、各サンプルにおいて複数回測定した剥離強度の平均値を示す。
【００２８】
本発明実施形態は、ニッケルシリサイド膜に前述した酸素プラズマ処理を行ってからその上にシリコン窒化膜を形成したサンプルであり、比較例１は、酸素プラズマ処理をせずにニッケルシリサイド膜上に、その上に形成された自然酸化膜を介してシリコン窒化膜を形成したサンプルであり、比較例２は、ニッケルシリサイド膜形成後、その上の自然酸化膜をウェットエッチング処理にて除去したサンプルであり、比較例３は、ニッケルシリサイド膜形成後、その上の自然酸化膜をドライエッチング処理にて除去したサンプルである。
【００２９】
この図２の結果より、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との界面に均一な酸化膜を介在させる本発明実施形態が、比較例１〜３に比べ、シリコン窒化膜の剥離防止に有効であることがわかる。
【００３０】
なお、比較例３のように、ニッケルシリサイド膜上の自然酸化膜を強制的にドライエッチングで除去する場合、そのエッチング量の制御が難しく下地のニッケルシリサイド膜もエッチングする可能性があり、トランジスタの品質を低下させる可能性がある。比較例２のように、ニッケルシリサイド膜上の自然酸化膜を強制的にウェットエッチングで除去する場合も同様にエッチング量の制御が難しく、また、ウェットエッチング後、シリコン窒化膜の形成工程に移行するまでの間にシリサイド膜表面に自然酸化膜が形成されてしまうため、その間の時間管理が難しい。
【００３１】
次に、図３（ａ）、（ｂ）は、比較例４として、ニッケルシリサイド膜表面にＮＨ３プラズマ処理を１８０秒間行った後その上に成膜したシリコン窒化膜表面の光学顕微鏡による観察像を示す。  
図３（ｃ）、（ｄ）は、前述した本発明実施形態のようにニッケルシリサイド膜表面に酸素プラズマ処理により酸化膜を１００オングストローム形成した後その上に成膜したシリコン窒化膜表面の光学顕微鏡による観察像を示す。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｄ）において観察倍率は２０倍であり、（ａ）、（ｃ）は明視野像を、（ｂ）、（ｄ）は暗視野像を示す。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）において白く光って見える部分はシリコン窒化膜が剥離した部分を示し、すなわち、比較例４ではシリコン窒化膜の剥離が生じている。これに対して、本発明実施形態では、図３（ｃ）、（ｄ）に示されるようにシリコン窒化膜の剥離は観察されない。
【００３４】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３５】
酸化膜１１形成の際の酸素元素の原料ガスとしては、酸素ガス（Ｏ２ガス）に限らず、例えば、Ｎ２Ｏガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、ＮＯ２ガスを用いてもよい。また、これらＯ２ガス、Ｎ２Ｏガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、ＮＯ２ガスはそれぞれ単独で用いることに限らず、複数種のガスをチャンバー内に導入してもよい。
【００３６】
また、シリサイド膜としてはニッケルシリサイド膜に限らず、例えば、プラチナシリサイド膜、モリブデンシリサイド膜、タングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜、コバルトシリサイド膜などを用いてもよい。また、複数種の金属を含んだシリサイド膜であってもよい。
【００３７】
本発明は、ＭＯＳトランジスタ以外にも、例えば、バイポーラトランジスタ、ダイオード、キャパシタなどの製造プロセスにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部工程を示す模式図。
【図２】本発明実施形態と比較例において、ニッケルシリサイド膜とシリコン窒化膜との密着性を測定した結果を示す図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、ニッケルシリサイド膜表面にＮＨ３プラズマ処理を１８０秒間行った後その上に成膜したシリコン窒化膜表面の光学顕微鏡による観察像を示し、（ｃ）、（ｄ）は、ニッケルシリサイド膜表面に酸素プラズマ処理により酸化膜を１００オングストローム形成した後その上に成膜したシリコン窒化膜表面の光学顕微鏡による観察像を示す。
【符号の説明】
【００３９】
３…拡散領域、４…シリサイド膜、８…ゲート電極、１１…酸化膜、１２…シリコン窒化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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