JP2009088432A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a junction leakage current between silicon substrate and impurity diffused layer, in a semiconductor device equipped with a silicide layer. <P>SOLUTION: A method of manufacturing the semiconductor device has (a) a process of forming the impurity diffused layers 5, 8 on the surface of the silicon substrate 1, and (b) a process of forming a metal film 9 consisting of nickel on a second impurity diffused layer 8 in the impurity diffused layers. The method has (c) a process of forming a titanium nitride film 10, containing titanium on the metal film 9 by sputtering in an atmosphere in which a nitrogen concentration is 80% or higher. Furthermore, the method has (d) a process of reacting the silicon of the second impurity diffused layer 8 with nickel, by annealing to form the silicide layer 11, after the process (c). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET) in which a silicide layer is formed.

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。   In the silicide layer in the conventional MISFET, a metal film made of a refractory metal is formed on the silicon surface by sputtering. Then, a titanium nitride film for preventing metal film oxidation is formed on the metal film by sputtering using a mixed gas of nitrogen and argon having a nitrogen concentration of about 70%. Then, heat treatment is performed, and a metal film and silicon are reacted by a so-called salicide method to form a silicide layer. Patent Document 1 describes a semiconductor device in which the metal film is cobalt.

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。   On the other hand, in the silicide layer made of cobalt, the resistance rise is large when the pattern is miniaturized. Therefore, a semiconductor device provided with a silicide layer made of nickel and an alloy thereof having a smaller resistance increase has been proposed as a semiconductor device of the generation after the 65 nm process.

特開平８−２８８２４１号公報JP-A-8-288241

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。   By adopting nickel, the wire resistance is stable. However, there has been a problem in that the reverse junction leakage current between the silicon substrate and the impurity diffusion layer increases as the metal forming the silicide layer is changed from cobalt to nickel.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce junction leakage current between a silicon substrate and an impurity diffusion layer in a semiconductor device including a silicide layer. .

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。   A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes (a) a step of forming an impurity diffusion layer on a silicon substrate surface, and (b) forming a first layer made of a first metal on the impurity diffusion layer. And a step of performing. And (c) forming a second layer containing the second metal on the first layer by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 80% or more. (D) After the step (c), there is a step of forming a silicide layer by reacting silicon of the impurity diffusion layer with the first metal by heat treatment.

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。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in a semiconductor device including a silicide layer, a junction leakage current between the silicon substrate and the impurity diffusion layer can be reduced.

＜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。 <Embodiment 1>
Before describing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device as a premise of the present invention will be described. The semiconductor device here corresponds to, for example, a MISFET that forms a highly integrated SoC or SRAM after the 65 nm process. FIG. 5 is a view showing a cross section of a semiconductor device formed by a manufacturing method as a premise of the present invention according to a manufacturing flow.

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。   FIG. 5A shows the underlying structure before the silicide layer formation process. As shown in FIG. 5A, an impurity diffusion layer including a first impurity diffusion layer 5 and a second impurity diffusion layer 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1. In FIG. 5A, a side wall made of an element isolation insulating film 2, a gate insulating film 3, a gate electrode 4, a silicon oxide film 6, and a silicon nitride film 7 is further formed on the silicon substrate 1. Here, the formation of the base structure of FIG.

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。   The gate electrode 4 is formed on the silicon substrate 1 defined by the element isolation insulating film 2 via the gate insulating film 3. The gate electrode 4 is composed of, for example, a laminated structure of polysilicon and a silicon oxide film. The height of the gate electrode 4 is formed to be 100 nm, for example.

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。   The first impurity diffusion layer 5 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by ion implantation using the gate electrode 4 as a mask. A sidewall made of a laminate of the silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7 is formed on the side surface of the gate electrode 4. The second impurity diffusion layer 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 and the above-described sidewall as a mask.

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。   Next, the natural oxide film on the silicon surface exposed to the outside is removed, for example, with a diluted aqueous solution of hydrogen fluoride. Thereafter, as shown in FIG. 5B, a metal film 9 is formed on the second impurity diffusion layer 8 by, for example, sputtering. In the semiconductor device manufacturing method according to FIG. 5B, the semiconductor device is also formed on the gate electrode 4, the above-described sidewalls, and the element isolation insulating film 2. The metal constituting the metal film 9 is, for example, one of nickel, nickel alloy, cobalt, and cobalt alloy. Here, description will be made assuming that the metal constituting the metal film 9 is nickel. The metal film 9 is formed to have a thickness of 10 nm, for example.

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。   Then, a titanium nitride film 10 is formed on the metal film 9 by sputtering in an atmosphere where the nitrogen concentration becomes 70%. The titanium nitride film 10 is a film for preventing the metal film 9 from being oxidized. Sputtering is performed, for example, at an argon flow rate: 15 sccm, a nitrogen flow rate: 35 sccm, a deposition temperature: 100 ° C., a deposition pressure: 5 mTorr, and a sputtering power: 1 kW. Here, the titanium nitride film 10 is formed to have a thickness of, for example, 10 nm.

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。   Thereafter, for example, heat treatment at 250 to 400 ° C. is performed using a lamp annealing apparatus. Thus, by the so-called salicide method, as shown in FIG. 5C, the silicide of the second impurity diffusion layer 8 is reacted with nickel to form the silicide layer 11. In the method for manufacturing the semiconductor device according to FIG. 5C, the silicide layer 13 is similarly formed on the silicon of the gate electrode 4. The titanium nitride film 10 remains on the surfaces of the silicide layers 11 and 13, and the metal film 9 and the titanium nitride film 10 that have not been silicided remain on the sidewall surfaces on the side surfaces of the element isolation insulating film 2 and the gate electrode 4.

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。   Thereafter, as shown in FIG. 5D, the metal film 9 and the titanium nitride film 10 are removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, for example. Thereafter, as shown in FIG. 5E, an interlayer insulating film 14 made of a silicon oxide film is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and a wiring process is performed using a normal CMOS process, thereby forming a transistor. Form.

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。   In the semiconductor device formed by the manufacturing method including the above steps, the reverse junction leakage between the silicon substrate 1 and the impurity diffusion layer including the first impurity diffusion layer 5 and the second impurity diffusion layer 8 was measured. . Here, for simplicity, an N-type diffusion region corresponding to the above-described impurity diffusion layer, a P-type well corresponding to the silicon substrate 1, and a silicide layer corresponding to the silicide layer 11 are formed on the patterning wafer, The reverse junction leakage current was measured when a voltage of 1.2 V was applied between the N-type diffusion region and the P-type well.

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。   FIG. 6 is a diagram showing the measurement results. In FIG. 6, the horizontal axis represents the junction leakage current, and the vertical axis represents the cumulative frequency. Here, the cumulative frequency indicates the ratio of the total number of manufactured semiconductor devices that can obtain semiconductor devices having a junction leakage current or less shown on the horizontal axis. As shown in this figure, in about 90% of the semiconductor devices, the junction leakage current is about 1E-10 (A), but in the remaining about 10% of the semiconductor devices, the junction leakage current is 1E−. 7 (A) or more, it can be seen that there is a drop. As described above, the semiconductor device manufacturing method including the above-described processes has a problem that a junction leakage current between the silicon substrate 1 and the above-described impurity diffusion layer is large.

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。   FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the nitrogen partial pressure when the titanium nitride film 10 is formed by sputtering and the resistivity of the titanium nitride film 10. Note that the nitrogen partial pressure on the horizontal axis in FIG. 1 corresponds to the nitrogen concentration and is used in the same meaning hereinafter. As shown in the figure, when the titanium nitride film 10 is formed by sputtering with a nitrogen partial pressure of 80% or more, the resistivity of the titanium nitride film 10 increases. The film quality of the titanium nitride film 10 formed in such a range where the nitrogen partial pressure is 80% or more is different from the film quality formed in other ranges, and is easily peeled off when attached to the sputtering apparatus, and may generate dust. high. Therefore, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the titanium nitride film 10 is not formed by sputtering with a nitrogen concentration of 80% or more.

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。   Here, although there is a possibility of the above-mentioned dust generation, when sputtering is performed at a nitrogen concentration of 80% or more, which is not used in the conventional semiconductor device manufacturing method, the silicon substrate 1 and the above-described impurity diffusion are performed. An experimental investigation was conducted as to whether junction leakage between layers could be reduced.

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。   FIG. 2 shows the result of measuring the amount of titanium in the silicide layer 11. Here, the amount of titanium was qualitatively measured by SIMS (Secondary Ionization Mass Spectormeter). The vertical axis represents the amount of titanium in the silicide layer 11, and the horizontal axis represents the nitrogen partial pressure when the titanium nitride film 10 is formed by sputtering. From the tendency of this figure, it can be seen that the titanium content in the silicide layer 11 is increased when the nitrogen partial pressure is 70% or less, compared to when the nitrogen partial pressure is 80% or more.

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。   Considering this reason, when the titanium nitride film 10 is not formed at a high nitrogen partial pressure, the film contains a large amount of titanium that is not bonded to nitrogen. Therefore, the titanium atoms 12 that are not bonded to nitrogen or the titanium atoms 12 that are weakly bonded to the titanium nitride film 10 are converted into the metal film 9 during the silicidation reaction of FIG. This is considered to be due to diffusion into the silicide layer 11.

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。   When the number of titanium atoms 12 diffusing into the silicide layer 11 increases, the titanium atoms 12 may reach the junction region between the silicon substrate 1 and the impurity diffusion layer, thereby increasing the junction leakage current. Therefore, the inventor performed a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment described below based on such knowledge.

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。   FIG. 3 is a view showing a cross section of a semiconductor device formed by the manufacturing method according to the present embodiment in accordance with the manufacturing flow. FIG. 3A shows the underlying structure before the silicide layer formation process. As shown in FIG. 3A, an impurity diffusion layer including a first impurity diffusion layer 5 and a second impurity diffusion layer 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1. In FIG. 3A, the silicon substrate 1 is further formed with side walls made of the element isolation insulating film 2, the gate insulating film 3, the gate electrode 4, the silicon oxide film 6, and the silicon nitride film 7. Here, the formation of the underlying structure shown in FIG.

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。   The gate electrode 4 is formed on the silicon substrate 1 defined by the element isolation insulating film 2 via the gate insulating film 3. The gate electrode 4 is composed of, for example, a laminated structure of polysilicon and a silicon oxide film. The height of the gate electrode 4 is formed to be 100 nm, for example.

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。   The first impurity diffusion layer 5 according to the present embodiment is formed on the surface of the silicon substrate 1 by ion implantation using the gate electrode 4 as a mask. A sidewall made of a laminate of the silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7 is formed on the side surface of the gate electrode 4. The second impurity diffusion layer 8 according to the present embodiment is formed on the surface of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 and the aforementioned sidewalls as a mask.

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。   Next, the natural oxide film on the silicon surface exposed to the outside is removed, for example, with a diluted aqueous solution of hydrogen fluoride. Thereafter, as shown in FIG. 3B, a metal film 9 which is a first layer made of the first metal is formed on the second impurity diffusion layer 8 of the impurity diffusion layers by, for example, sputtering. To do. In the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, the semiconductor device is also formed on the gate electrode 4, the above-described sidewalls, and the element isolation insulating film 2. The first metal includes any one of nickel, nickel alloy, cobalt, and cobalt alloy. In the present embodiment, it is assumed that the first metal is nickel. The metal film 9 is formed to have a thickness of 10 nm, for example.

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。   Then, a second layer containing the second metal is formed on the metal film 9 by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 80% or more. The second metal includes any one of titanium and a titanium alloy. In the present embodiment, the second metal is titanium, and the second layer is the titanium nitride film 10. In particular, in the present embodiment, the titanium nitride film 10 is formed on the metal film 9 by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 100%. Such sputtering is performed, for example, at a nitrogen flow rate of 50 sccm, a deposition temperature of 100 ° C., a deposition pressure of 5 mTorr, and a sputtering power of 1 kW. Here, the titanium nitride film 10 is formed to have a thickness of, for example, 10 nm.

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。   Thereafter, for example, heat treatment at 250 to 400 ° C. is performed using a lamp annealing apparatus. Thus, as shown in FIG. 3C, the silicide layer 11 is formed by reacting the silicon of the second impurity diffusion layer 8 of the impurity diffusion layers with nickel by heat treatment. In the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, the silicide layer 13 is similarly formed in the silicon of the gate electrode 4. The titanium nitride film 10 remains on the surfaces of the silicide layers 11 and 13, and the metal film 9 and the titanium nitride film 10 that have not been silicided remain on the sidewall surfaces on the side surfaces of the element isolation insulating film 2 and the gate electrode 4.

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。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, the metal film 9 and the titanium nitride film 10 are removed by, for example, a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. Thereafter, as shown in FIG. 3E, for example, an interlayer insulating film 14 made of a silicon oxide film is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and a wiring process is performed using a normal CMOS process. Form.

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。   In the semiconductor device formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment having the above steps, the silicon substrate 1 and the impurity diffusion layer including the first impurity diffusion layer 5 and the second impurity diffusion layer 8 The reverse junction leakage current was measured when a voltage of 1.2 V was applied between them. FIG. 4 is a diagram showing the results of measurement performed in the same manner as in the measurement state of FIG. In this figure, the semiconductor device according to the present embodiment in which the nitrogen concentration is formed at 70% and the manufacturing method as the premise of the present invention is the white square and the semiconductor method according to the present embodiment is formed at a nitrogen concentration of 100%. Is indicated by a black dot.

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。   As shown in FIG. 4, the semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has a junction leakage current of 1E-10 (A) in about 90% of the number of semiconductor devices, similar to the semiconductor device manufactured by the conventional manufacturing method. It will be about. On the other hand, in the remaining 10% of semiconductor devices, the junction leak exceeds 1E-7 (A) in the semiconductor device according to the conventional manufacturing method, whereas in the semiconductor device according to the present embodiment, the junction leak exceeds 1E-7 (A). , It can be suppressed below.

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。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, junction leakage between the silicon substrate 1 and the impurity diffusion layer can be reduced. In particular, the formation of a nickel silicide layer is indispensable in a semiconductor device of a 65 nm process and after, but it is effective in that an increase in junction leakage occurring in that case can be suppressed.

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。   In the present embodiment, the titanium nitride film 10 is formed by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 100% or more. However, the present invention is not limited to this, and even in an atmosphere having a nitrogen concentration of 80% or more. Good. Even in this case, it is apparent from the tendency of FIG. 2 that the amount of titanium diffused in the silicide layer 11 can be reduced as compared with the conventional semiconductor device. As a result, the junction leak between the silicon substrate 1 and the impurity diffusion layer can be reduced as described above.

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。   However, if the titanium nitride film 10 is formed with a nitrogen concentration of 100%, a stoichiometric titanium nitride film 10 can be formed, and a good-quality silicide layer can be formed without diffusing titanium into the silicide layer 11. 11 can be formed. Therefore, from the viewpoint of reducing junction leakage, it is desirable to set the nitrogen concentration to 100%.

実施の形態１に係る半導体装置を説明する図である。1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態１に係る半導体装置を説明する図である。1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 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。FIG. 4 is a diagram showing a leakage junction current in the semiconductor device according to the first embodiment. 本発明の前提となる半導体装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device used as the premise of this invention. 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。It is a figure which shows the leak junction current in the semiconductor device used as the premise of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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。   1 silicon substrate, 2 element isolation insulating film, 3 gate insulating film, 4 gate electrode, 5 first impurity diffusion layer, 6 silicon oxide film, 7 silicon nitride film, 8 second impurity diffusion layer, 9 metal film, 10 Titanium nitride film, 11, 13 silicide layer, 12 titanium atoms, 14 interlayer insulating film.

Claims (3)

（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。 (A) forming an impurity diffusion layer on the silicon substrate surface;
(B) forming a first layer made of a first metal on the impurity diffusion layer;
(C) forming a second layer containing a second metal on the first layer by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 80% or more;
(D) After the step (c), a step of reacting silicon of the impurity diffusion layer with the first metal by heat treatment to form a silicide layer.
A method for manufacturing a semiconductor device. 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。 The first metal is
Including any one of nickel, nickel alloy, cobalt, cobalt alloy,
The second metal is
Including any one of titanium and titanium alloys,
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 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。 The step (c)
Forming the second layer on the first layer by sputtering in an atmosphere having a nitrogen concentration of 100%.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.

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