JP3873008B2 - 半導体素子のシリサイド膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に関するものであり、より詳細には高集積半導体素子において、均一で抵抗が小さいシリサイド膜を形成する半導体素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、半導体素子の製造工程では半導体素子表面の面抵抗を減少させるためにシリサイド工程を実施している。例えば、MOS型のトランジスターのRC遅延時間を減らすためにトランジスターのゲート電極、ソース/ドレーン領域の表面にシリサイド膜を追加する。
【0003】
半導体素子に適用されているシリサイドは代表的にタングステンシリサイド(WSi2)、チタニウムシリサイド(TiSi2)、及びコバルトシリサイド(CoSi2)などがある。その中でもチタニウムシリサイド(以下、Tiシリサイドと称する)は高集積化による信号処理の速度改善の観点から接合(junction)部位等に頻繁に使用されている。
【0004】
従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を添付の図面を参照して、以下に説明する。
図1ないし図3は従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程順序図である。
【0005】
従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法は、図1に図示されたように、シリコン基板10にフィールド酸化膜12を形成して素子の活性領域と非活性領域を区分する。
【0006】
その後、シリコン基板10の活性領域にゲート酸化膜13とドープドポリシリコン層を順次に蒸着し、これをパターニングしてゲート電極14を形成する。
【0007】
続いて、基板のソース/ドレーン領域に低濃度の不純物をイオン注入してLDD(Lightly Doped Drain)領域16を形成した後、ゲート電極14の側面にシリコン酸化膜(SiO2)またはシリコン窒化膜(Si3N4)でスペーサ(spacer)18を形成する。
【0008】
その後、スペーサ18が形成された後の結果物に高濃度の不純物をイオン注入してソース/ドレーン領域20を形成する。
【0009】
その後、図2に図示されたように、前記結果物の全面に金属としてTi層22及びTiN層24を蒸着した後、熱処理工程としてRTP(Rapid Thermal Process)を実施する。
【0010】
このようにして、図3に図示されたように、前記RTPによりゲート電極14の上部とソース/ドレーン領域20のシリコンとTi層22及びTiN層24がシリサイド反応をしてそれぞれの表面にはTiシリサイド膜(TiSix)26が形成される。
【0011】
続いて、シリサイド反応が生じない領域のTi層22及びTiN層24を除去することによってゲート電極14とソース/ドレーン領域20の各Tiシリサイド膜26a,26bがお互い連結されないようにする。
【0012】
以上のように、従来技術はゲート電極14の上部のTiシリサイド膜26aとソース/ドレーン領域20の表面のTiシリサイド膜26bによりそれぞれの面抵抗を低くすることができる。これにより、ゲート電極14およびソース/ドレーン領域20のそれぞれとコンタクトされる配線の製造工程時に、そのコンタクト抵抗を低くすることができる。
【0013】
しかし、半導体素子の高集積化によるデザインルールによりゲート電極の線幅が減少するようになる場合、均一なシリサイド膜の製造が難しくなる。これは安定なシリサイド形態のC54相が不安定なシリサイド形態であるC49相の相転移により形成される場合、ゲート電極線幅の縮少のため、C49相におけるC54相の核生成の空間がほとんどなくなり、一つの核生成サイトにおいて不均一で不連続的なC54相を密集して有するTiシリサイド膜が形成される。
【0014】
したがって、従来技術のシリサイド製造方法は素子の高集積化による設計の限界でゲート電極の線幅が急激に減少され、不均一なシリサイド膜が形成されるため、ゲート電極とソース/ドレーン領域でシリサイド抵抗の増加と漏洩電流が発生し、結果的に素子の不良をもたらす。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
これに本発明は前記従来技術の問題点を解決するために案出したものであり、後続の熱処理の工程時に均一なシリサイド膜を確保することができる半導体素子のシリサイド膜の形成方法を提供することにその目的がある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による半導体素子のシリサイド膜の形成方法は、半導体基板の表面に下部Ti層を蒸着した後、前記下部Ti層に内部欠陥を形成するためにAr又はN2ガスを用いたプラズマ処理を実施する段階と、前記プラズマ処理された下部Ti層上に上部Ti層を蒸着する段階と、前記上部Ti層上にTiN層を蒸着する段階と、前記TiN層を蒸着した後の前記半導体基板に対して、1次熱処理及び2次熱処理を、前記2次熱処理における処理温度を前記1次熱処理における処理温度よりも高くして実施することで、前記半導体基板の表面にTiシリサイド膜を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。
【0018】
以上のような本発明の目的と別の特徴及び長所などは次ぎに参照する本発明の好適な実施例に対する以下の説明から明確になるであろう。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による半導体素子のシリサイド膜の形成方法の望ましい実施例を添付された図面を参照して詳細に説明する。
図4ないし図8は本発明による半導体素子のシリサイド膜の形成方法を順次示した工程断面図である。
【0020】
本発明のシリサイド膜の形成方法は、図4に図示されたように、まずシリコン基板100にフィールド酸化膜102を形成して素子の活性領域と非活性領域を区分する。
【0021】
その後、基板100の活性領域にゲート酸化膜103を形成した後、ドープドポリシリコン層を蒸着し、これをパターニングしてゲート電極104を形成する。
【0022】
続いて、基板のソース/ドレーン領域に低濃度の不純物をイオン注入してLDD領域106を形成した後、ゲート電極104の側面にシリコン酸化膜(SiO2)またはシリコン窒化膜(Si3N4)でスペーサ(spacer)108を形成する。
【0023】
その後、スペーサ108が形成された後の構造物に高濃度の不純物をイオン注入してソース/ドレーン領域110を形成する。
【0024】
続いて、図5に図示されたように、前記構造物の全面に下部金属層としてTi層112を蒸着する。この時、下部Ti層112の厚さは蒸着しなければならない全体Ti層の一部である50Å〜200Åである。
【0025】
その後、RF反応チャンバで連続的にArまたはN2ガスをいれた後にガスをプラズマ状態で励起させて下部Ti層112に注入する。この時、ArまたはN2ガスは10sccm(1.69×10- 2Pa・m3/s)〜40sccm(6.76×10- 2Pa・m3/s)を流して、チャンバの温度は300℃〜400℃で維持してArまたはN2成分が下部Ti層112に広がることができるようにする。このようにプラズマ処理された下部Ti層112はこれらガス成分の侵入によって内部欠陥が発生される。
【0026】
このような欠陥により以後のシリサイド工程時に安定で抵抗が小さいC54相が数多く核生成されて均一なシリサイド膜を得ることができる。
【0027】
続いて、図6に図示されたように、下部Ti層112の上部に上部金属層114として再びTiを蒸着する。この時、上部Ti層114は全体として必要なTi層の厚さの残り部分である100Å〜300Åの厚さを有する。
【0028】
その後、図7に図示されたように、上部Ti層114の上部にTiN層116を蒸着した後にRTP工程を実施してシリサイド反応を発生させる。
【0029】
続いて、図8に図示されたように、前記RTPによりゲート電極104の上部とソース/ドレーン領域110のシリコンと下/上部Ti層112,114及びTiN層116がシリサイド反応をしてそれぞれの表面にはTiシリサイド膜(TiSix)118が形成される。
【0030】
その後、シリサイド反応が生じない領域の下/上部Ti層112,114及びTiN層116を除去することによってゲート電極104とソース/ドレーン領域110の各Tiシリサイド膜118a,118bがお互い連結されないようにする。
【0031】
更に詳細に説明すれば、650℃〜750℃で1次RTPを進行してTiシリサイド膜(TiSix)118を形成する。この時、プラズマ処理で内部の欠陥を有する下部Ti層112により不安定なC49相が容易に形成されて結晶粒の大きさが小さくなる。このような結晶粒が小さなC49相のTiシリサイド膜118に750℃〜850℃でさらに高い温度で2次RTPを実施する。すると、C49相の多くの結晶粒界で、安定で抵抗が小さいC54相が核生成され、均一で連続的なC54相を有するTiシリサイド膜118が形成される。
【0032】
【発明の効果】
詳述したように、本発明による半導体素子のシリサイド膜の形成方法によれば、シリサイドのためのTi層を2回に分けて蒸着するが、最初に蒸着したTi層にArまたはN2ガスをRFプラズマ状態で励起して注入することによって後続の熱処理工程時に均一なシリサイド膜を得ることができる。
【0033】
したがって、本発明は高集積の半導体素子でゲート電極の線幅が小さくなっても安定で抵抗が小さいC54相のTiシリサイド膜を均一で連続的にゲート電極及びソース/ドレーン領域に形成することによって半導体素子の電気的特性及び収率を高めることができる。
【0034】
以上のように本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図2】従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図3】従来技術による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図4】本発明による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図5】本発明による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図6】本発明による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図7】本発明による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【図8】本発明による半導体素子のシリサイド膜の製造方法を順次示した工程断面図である
【符号の説明】
100 シリコン基板
102 フィールド酸化膜
103 ゲート酸化膜
104 ゲート電極
106 LDD(Lightly Doped Drain)領域
108 スペーサ
110 ソース/ドレーン領域
112 下部金属層
114 上部金属層
116 TiN層
118 シリサイド膜
118a ゲート側のシリサイド
118b ソース/ドレイン側のシリサイド
Claims (7)
- 半導体基板の表面に下部Ti層を蒸着した後、前記下部Ti層に内部欠陥を形成するためにAr又はN2ガスを用いたプラズマ処理を実施する段階と、
前記プラズマ処理された下部Ti層上に上部Ti層を蒸着する段階と、
前記上部Ti層上にTiN層を蒸着する段階と、
前記TiN層を蒸着した後の前記半導体基板に対して、1次熱処理及び2次熱処理を、前記2次熱処理における処理温度を前記1次熱処理における処理温度よりも高くして実施することで、前記半導体基板の表面にTiシリサイド膜を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする半導体素子のシリサイド膜の形成方法。 - 前記下部Ti層は50Å〜200Åの厚さであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
- 前記上部Ti層は100Å〜300Åの厚さであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
- 前記プラズマ処理は反応チャンバにArまたはN2ガスを1.69×10−2Pa・m3/s〜6.76×10−2Pa・m3/s流して、チャンバの温度を300℃〜400℃で維持した状態でなされることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
- 前記1次熱処理の処理温度は650℃〜750℃、前記2次熱処理の処理温度は750℃〜850℃であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
- 前記半導体基板にソース/ドレーン領域とゲート電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
- 前記下部Ti層のプラズマ処理は、前記下部Ti層を蒸着するためのチャンバ内において連続して実施されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のシリサイド膜の形成方法。
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