JP2003168652A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タなどの半導体装置およびその製造方法に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a MOS transistor and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、MOSトランジスタなどの半導体
装置の微細化に伴ない、ソース・ドレイン領域を構成す
る不純物拡散領域のシート抵抗上昇に起因した応答速度
の遅延が顕在化している。また、ゲート電極としては通
常ポリシリコンが用いられているが、シリコンは抵抗が
高いため、このゲート電極についても同様に配線遅延が
問題となっている。このような問題を解決する手段とし
て、ゲート電極およびソース・ドレイン領域上にCoS
i2層を形成し、これによって低抵抗化を図ることが提
案されている。このCoSi2層を備えた半導体装置
は、例えば、特開平7−78788号公報、および、
「A Robust 0.15um CMOS Technology with CoSi2 salic
ide and shallow trench isolation」H. Kawaguchi et.
al 1997 Symposium on VLSI technology Digest of tec
hnical paper 9B-4(1997) pp125-126などに記載されて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices such as MOS transistors, a delay in response speed has become apparent due to an increase in sheet resistance of impurity diffusion regions forming source / drain regions. Polysilicon is usually used for the gate electrode, but since silicon has a high resistance, wiring delay is also a problem for this gate electrode. As a means for solving such a problem, CoS is formed on the gate electrode and the source / drain regions.
It has been proposed to form an i 2 layer to reduce the resistance. A semiconductor device provided with this CoSi 2 layer is disclosed, for example, in JP-A-7-78788 and
`` A Robust 0.15um CMOS Technology with CoSi 2 salic
ide and shallow trench isolation '' H. Kawaguchi et.
al 1997 Symposium on VLSI technology Digest of tec
hnical paper 9B-4 (1997) pp125-126.
【0003】上記半導体装置の製造方法について説明す
る。まず、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介してポリ
シリコンからなるゲート電極を形成した後、ゲート電極
をマスクとしたイオン注入を実施し、低濃度の不純物拡
散領域を形成する。ゲート電極の側壁に絶縁膜からなる
サイドウォールを形成した後、再度イオン注入を実施
し、ソース領域およびドレイン領域となる不純物拡散領
域を形成し、MOSトランジスタを形成する。続いて、
MOSトランジスタ全面にコバルト層を形成する。その
後、第一段階の熱処理を実施し、前記コバルト層をシリ
サイド化する。このとき、シリサイド反応は、コバルト
層とシリコン(シリコン基板またはゲート電極)とが直
接接触している領域でのみ進行するため、絶縁膜からな
るサイドウォール上および素子分離絶縁膜上においては
コバルト層が未反応のまま残存する。この未反応のコバ
ルト層を除去した後、第二段階の熱処理を実施し、更に
シリサイド反応を進行させてCoSi2層を形成する。A method of manufacturing the above semiconductor device will be described. First, a gate electrode made of polysilicon is formed on a silicon substrate via a gate insulating film, and then ion implantation is performed using the gate electrode as a mask to form a low-concentration impurity diffusion region. After forming a side wall made of an insulating film on the side wall of the gate electrode, ion implantation is carried out again to form an impurity diffusion region to be a source region and a drain region to form a MOS transistor. continue,
A cobalt layer is formed on the entire surface of the MOS transistor. Then, the first-stage heat treatment is performed to silicify the cobalt layer. At this time, since the silicide reaction proceeds only in the region where the cobalt layer and silicon (silicon substrate or gate electrode) are in direct contact with each other, the cobalt layer is formed on the side wall made of the insulating film and the element isolation insulating film. It remains unreacted. After removing the unreacted cobalt layer, the second stage heat treatment is performed, and the silicide reaction is further advanced to form a CoSi 2 layer.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の微細化に
伴ない、ゲート電極およびソース・ドレイン領域の低抵
抗化に加え、ソース・ドレイン領域における接合リーク
電流の低減が要求されている。前述したような従来の半
導体装置においては、CoSi2層形成工程における熱
処理温度(特に、第二段階の熱処理温度)を高くするこ
とにより、接合リーク電流を低減することが可能であ
る。With the miniaturization of semiconductor devices, in addition to lowering the resistance of the gate electrode and the source / drain regions, it is required to reduce the junction leak current in the source / drain regions. In the conventional semiconductor device as described above, it is possible to reduce the junction leak current by increasing the heat treatment temperature in the CoSi 2 layer forming step (in particular, the heat treatment temperature of the second step).
【0005】しかしながら、熱処理温度が高温過ぎる
と、CoSi2層の内部応力が大きくなるため、CoS
i2層に欠陥が生じ易くなり、その結果、ゲート電極の
細線抵抗が上昇する。このようなゲート電極の細線抵抗
の上昇は、ゲート電極の微細化が進むに伴い、特に問題
となっている。However, when the heat treatment temperature is too high, the internal stress of the CoSi 2 layer increases, so that CoS
Defects easily occur in the i 2 layer, and as a result, the thin wire resistance of the gate electrode increases. Such an increase in the thin wire resistance of the gate electrode becomes a particular problem as the gate electrode becomes finer.
【0006】このように、従来の半導体装置において
は、ゲート電極の低抵抗化と、ソース・ドレイン領域に
おける接合リーク電流の低減とを両立することは困難で
あった。As described above, in the conventional semiconductor device, it is difficult to achieve both low resistance of the gate electrode and reduction of junction leak current in the source / drain regions.
【0007】本発明は、電極の細線抵抗の低減と、不純
物拡散領域における接合リーク電流の低減とを両立する
ことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can reduce both the thin wire resistance of the electrode and the junction leak current in the impurity diffusion region.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、シリコン基板と、前記基板
上に形成されたシリコンを含む電極と、前記基板内に形
成された不純物拡散領域とを備えた半導体装置であっ
て、前記電極および前記不純物拡散領域の少なくとも一
方の表面に、シリコン、コバルトおよびニッケルを含む
シリサイド層が形成されていることを特徴とする。In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention comprises a silicon substrate, an electrode containing silicon formed on the substrate, and an impurity diffusion region formed in the substrate. And a silicide layer containing silicon, cobalt, and nickel is formed on the surface of at least one of the electrode and the impurity diffusion region.
【0009】このような構成によれば、電極の細線抵抗
の低減と、不純物拡散領域における接合リーク電流の低
減とを両立することが可能となる。なお、前記半導体装
置としては、例えば、MOSトランジスタが挙げられる
が、この場合、前記電極とはゲート電極であり、前記不
純物拡散領域とはソース・ドレイン領域である。With such a structure, it is possible to achieve both reduction of the thin wire resistance of the electrode and reduction of the junction leak current in the impurity diffusion region. The semiconductor device may be, for example, a MOS transistor. In this case, the electrode is a gate electrode and the impurity diffusion region is a source / drain region.
【0010】前記半導体装置においては、前記シリサイ
ド層の組成が、Co1-xNixSi2(但し、0.05≦
x≦0.5である。)で表されることが好ましい。この
好ましい例によれば、コンタクト抵抗を上昇させること
なく、電極の細線抵抗を小さくできる。In the above semiconductor device, the composition of the silicide layer is Co 1-x Ni x Si 2 (where 0.05 ≦
x ≦ 0.5. ) Is preferable. According to this preferable example, the thin wire resistance of the electrode can be reduced without increasing the contact resistance.
【0011】前記目的を達成するため、本発明の半導体
装置の製造方法は、シリコン基板上にシリコンを含む電
極を形成する工程と、前記基板内に不純物拡散領域を形
成する工程と、前記電極および前記不純物拡散領域の少
なくとも一方の表面に、コバルトおよびニッケルを含む
金属層を形成する工程と、熱処理によって前記基板また
は前記電極に含まれるシリコンと前記金属層とを反応さ
せて、シリコン、コバルトおよびニッケルを含むシリサ
イド層を形成する工程とを含むことを特徴とする。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming an electrode containing silicon on a silicon substrate, a step of forming an impurity diffusion region in the substrate, the electrode and A step of forming a metal layer containing cobalt and nickel on at least one surface of the impurity diffusion region, and a reaction of the silicon contained in the substrate or the electrode with the metal layer by heat treatment to obtain silicon, cobalt and nickel. And a step of forming a silicide layer containing.
【0012】このような製造方法によれば、シリサイド
層形成工程における加熱温度を比較的低温で実施した場
合であっても、不純物拡散領域における接合リーク電流
を十分に低減することができる。よって、本発明の製造
方法によれば、シリサイド層形成工程における加熱温度
を低下させても、電極の細線抵抗を小さくし、尚且つ、
接合リーク電流を十分に低減することができる。According to such a manufacturing method, the junction leak current in the impurity diffusion region can be sufficiently reduced even when the heating temperature in the silicide layer forming step is relatively low. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, even if the heating temperature in the silicide layer forming step is lowered, the thin wire resistance of the electrode is reduced, and
The junction leak current can be sufficiently reduced.
【0013】本発明の製造方法によって電極の細線抵抗
および接合リーク電流の低減を両立できる理由として
は、次のような理由が考えられる。The reason why the thin wire resistance of the electrode and the reduction of the junction leak current can both be achieved by the manufacturing method of the present invention is considered as follows.
【0014】接合リーク電流が生じる一因としては、シ
リサイド層形成のための熱処理時に、金属層を形成する
金属(コバルト)がシリコン基板の深部にまで拡散し、
その結果、この金属がシリコン基板深部に残留すること
が考えられる。従って、シリサイド層形成のための熱処
理温度を高くすれば、短時間でシリサイド層を形成する
ことができるため、前記金属がシリコン基板内に拡散す
る時間を短縮でき、接合リーク電流を低減することがで
きると考えられる。One of the causes of the junction leakage current is that the metal (cobalt) forming the metal layer diffuses into the deep portion of the silicon substrate during the heat treatment for forming the silicide layer.
As a result, it is considered that this metal remains in the deep portion of the silicon substrate. Therefore, if the heat treatment temperature for forming the silicide layer is increased, the silicide layer can be formed in a short time, so that the time for the metal to diffuse into the silicon substrate can be shortened and the junction leakage current can be reduced. It is thought to be possible.
【0015】しかしながら、従来の半導体装置において
は、金属層としてコバルト単体を用いているためシリサ
イド化に比較的高温を要する。したがって、シリサイド
層形成に要する時間を短縮して、金属のシリコン基板へ
の拡散を十分に抑制するためには、かなりの高温(例え
ば、875℃以上)を要する。前述したように、このよ
うな高温域では、シリコン電極の細線抵抗の低抵抗化は
非常に困難である。However, in the conventional semiconductor device, since a simple substance of cobalt is used as the metal layer, silicidation requires a relatively high temperature. Therefore, in order to shorten the time required for forming the silicide layer and sufficiently suppress the diffusion of the metal into the silicon substrate, a considerably high temperature (for example, 875 ° C. or higher) is required. As described above, it is very difficult to reduce the thin wire resistance of the silicon electrode in such a high temperature range.
【0016】これに対して、ニッケルを添加したコバル
トは、コバルト単体よりも低温の熱処理でシリサイド化
することができる。よって、ニッケルを添加したコバル
トを用いることにより、熱処理温度が比較的低温であっ
ても、シリサイド層形成のための熱処理時間、すなわち
金属層を形成する金属がシリコン基板内に拡散する時間
を短縮し、前記金属の基板深部への拡散を十分に抑制す
ることができる。その結果、シリコン電極の細線抵抗の
低減と、接合リーク電流の低減とを両立することが可能
となるものと考えられる。On the other hand, nickel-added cobalt can be silicidized by a heat treatment at a lower temperature than cobalt alone. Therefore, by using nickel-added cobalt, even when the heat treatment temperature is relatively low, the heat treatment time for forming the silicide layer, that is, the time for the metal forming the metal layer to diffuse into the silicon substrate is shortened. The diffusion of the metal into the deep part of the substrate can be sufficiently suppressed. As a result, it is considered that it is possible to achieve both reduction of the thin wire resistance of the silicon electrode and reduction of the junction leak current.
【0017】前記製造方法においては、前記シリサイド
層を形成する工程において、前記熱処理温度を750℃
以下とすることも可能である。本発明の製造方法によれ
ば、このような低温の熱処理であっても、不純物拡散領
域における接合リーク電流を十分に低減し、尚且つ、シ
リコン電極の細線抵抗を十分に低減することができる。In the manufacturing method, the heat treatment temperature is 750 ° C. in the step of forming the silicide layer.
The following is also possible. According to the manufacturing method of the present invention, the junction leak current in the impurity diffusion region can be sufficiently reduced and the thin wire resistance of the silicon electrode can be sufficiently reduced even by such low temperature heat treatment.
【0018】また、前記製造方法においては、前記金属
層を、コバルトおよびニッケルを含む合金で形成するこ
とができる。このような金属層は、コバルトおよびニッ
ケルを含む合金をターゲットとしたスパッタリングを実
施する工程により形成することができる。In the above manufacturing method, the metal layer may be formed of an alloy containing cobalt and nickel. Such a metal layer can be formed by a step of performing sputtering with an alloy containing cobalt and nickel as a target.
【0019】この場合、前記金属層におけるコバルトと
ニッケルとの原子比(Co:Ni)が、95:5〜5
0:50の範囲であることが好ましい。この好ましい例
によれば、コンタクト抵抗を上昇させることなく、シリ
コン電極の細線抵抗を小さくすることができ、且つ、接
合リーク電流を更に低減することができる。In this case, the atomic ratio of cobalt and nickel (Co: Ni) in the metal layer is 95: 5-5.
It is preferably in the range of 0:50. According to this preferable example, the thin wire resistance of the silicon electrode can be reduced and the junction leak current can be further reduced without increasing the contact resistance.
【0020】また、前記製造方法においては、前記金属
層が、コバルト層とニッケル層とを含む多層構造で形成
されていることが好ましい。コバルトとニッケルとの比
率を精度良く制御することができるからである。このよ
うな金属層は、コバルトをターゲットとしたスパッタリ
ングを実施する工程と、ニッケルをターゲットとしたス
パッタリングを実施する工程とを含む方法により形成す
ることができる。Further, in the above-mentioned manufacturing method, it is preferable that the metal layer has a multi-layer structure including a cobalt layer and a nickel layer. This is because the ratio of cobalt and nickel can be controlled with high accuracy. Such a metal layer can be formed by a method including a step of performing sputtering with cobalt as a target and a step of performing sputtering with nickel as a target.
【0021】この場合、前記金属層において、コバルト
層の層厚(TCo)とニッケル層の層厚(TNi)との比
(TCo:TNi)が、95:5〜50:50の範囲である
ことが好ましい。この好ましい例によれば、コンタクト
抵抗を上昇させることなく、シリコン電極の細線抵抗を
小さくすることができ、且つ、接合リーク電流を更に低
減することができる。In this case, in the metal layer, the ratio (T Co : T Ni ) of the cobalt layer thickness (T Co ) and the nickel layer thickness (T Ni ) is 95: 5 to 50:50. It is preferably in the range. According to this preferable example, the thin wire resistance of the silicon electrode can be reduced and the junction leak current can be further reduced without increasing the contact resistance.
【0022】前記製造方法においては、前記シリサイド
層を形成する工程において、前記熱処理が2段階以上で
実施されることが好ましい。このような熱処理方法とし
ては、例えば、第一段階の熱処理により前記金属層をシ
リサイド化して、モノシリサイド層を形成した後、第二
段階の熱処理により前記モノシリサイド層を更にシリサ
イド化して、ダイシリサイド層を形成するという二段階
の熱処理が挙げられる。ここで、モノシリサイド層と
は、主としてモノシリサイド(MSi;Mは、Coおよ
びNiを含む金属である。)を含む層であり、ダイシリ
サイド層とは、主としてダイシリサイド(MSi2;M
は前記と同様である。)を含む層である。In the manufacturing method, it is preferable that the heat treatment is performed in two or more steps in the step of forming the silicide layer. As such a heat treatment method, for example, the metal layer is silicidized by a first-stage heat treatment to form a monosilicide layer, and then the monosilicide layer is further silicified by a second-stage heat treatment to form a disilicide. A two-step heat treatment of forming a layer may be mentioned. Here, the monosilicide layer is a layer mainly containing monosilicide (MSi; M is a metal containing Co and Ni), and the disilicide layer is mainly disilicide (MSi 2 ; M
Is the same as above. ) Is a layer containing.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置及
びその製造方法の一例について、図面を参照しながら説
明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0024】図1は、本発明の半導体装置の一例を示す
断面図である。この半導体装置においては、半導体基板
11表面にゲート絶縁膜12が形成され、更にその上に
はゲート電極13が形成されている。また、ゲート電極
13の側壁にはサイドウォール14が形成されている。
半導体基板11としてはシリコン基板を用いることがで
き、ゲート電極13としてはポリシリコンを用いること
ができる。また、ゲート電極13の線幅は、例えば0.
1〜0.05nmであり、その厚さは、例えば300〜
100nmである。また、ゲート絶縁膜12としては、
例えば、シリコン酸化膜を使用することができ、サイド
ウォール14としては、例えば、シリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜などを使用することができる。FIG. 1 is a sectional view showing an example of the semiconductor device of the present invention. In this semiconductor device, the gate insulating film 12 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11, and the gate electrode 13 is further formed thereon. A sidewall 14 is formed on the sidewall of the gate electrode 13.
A silicon substrate can be used as the semiconductor substrate 11, and polysilicon can be used as the gate electrode 13. The line width of the gate electrode 13 is, for example, 0.
1 to 0.05 nm, and the thickness thereof is, for example, 300 to
It is 100 nm. Further, as the gate insulating film 12,
For example, a silicon oxide film can be used, and as the sidewall 14, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used.
【0025】半導体基板内の表層部には、2つの不純物
拡散領域15が形成されている。これらの不純物拡散領
域15は、それぞれがソース領域およびドレイン領域と
なる領域であり、ゲート電極13を挟んで互いに離間す
るように形成されている。特に限定するものではない
が、不純物拡散領域15の不純物濃度は、例えばドーズ
量で1×1015〜5×1015cm-2程度であり、その拡
散深さは、例えば0.05〜0.15μmである。ま
た、不純物拡散領域15のゲート電極13側の端部に接
する領域であって、サイドウォール14の下方に存在す
る領域には、不純物拡散領域15よりも低濃度の不純物
拡散領域18が形成されている。Two impurity diffusion regions 15 are formed in the surface layer of the semiconductor substrate. These impurity diffusion regions 15 are regions to be a source region and a drain region, respectively, and are formed so as to be separated from each other with the gate electrode 13 interposed therebetween. Although not particularly limited, the impurity concentration of the impurity diffusion region 15 is, for example, about 1 × 10 15 to 5 × 10 15 cm −2 in dose amount, and the diffusion depth thereof is, for example, 0.05 to 0. It is 15 μm. Further, an impurity diffusion region 18 having a lower concentration than that of the impurity diffusion region 15 is formed in a region that is in contact with the end portion of the impurity diffusion region 15 on the gate electrode 13 side and exists below the sidewall 14. There is.
【0026】更に、この半導体装置においては、ゲート
電極13および不純物拡散領域15の少なくとも一方の
表面に、コバルト、ニッケルおよびシリコンを含む合金
層(以下、「シリサイド層」という。)17が形成され
ている。シリサイド層17は、組成式:Co1-xNixS
i2で表わされるダイシリサイドであることが好まし
い。ここで、xは、0.05以上0.5以下の範囲であ
り、好ましくは0.1以上0.5以下の範囲である。Further, in this semiconductor device, an alloy layer (hereinafter referred to as “silicide layer”) 17 containing cobalt, nickel and silicon is formed on at least one surface of the gate electrode 13 and the impurity diffusion region 15. There is. The silicide layer 17 has a composition formula: Co 1-x Ni x S
It is preferably a disilicide represented by i 2 . Here, x is in the range of 0.05 or more and 0.5 or less, preferably 0.1 or more and 0.5 or less.
【0027】シリサイド層17の層厚については、特に
限定するものではない。不純物拡散領域15上に形成す
る場合は、不純物拡散領域15の拡散深さの1/3程度
とすることが好ましい。また、ゲート電極13上に形成
する場合は、ゲート電極13の厚さの1/3程度とする
ことが好ましい。具体的には、シリサイド層17の層厚
は、例えば12〜15nmとすることができる。The layer thickness of the silicide layer 17 is not particularly limited. When it is formed on the impurity diffusion region 15, it is preferably about 1/3 of the diffusion depth of the impurity diffusion region 15. Further, when it is formed on the gate electrode 13, it is preferably about 1/3 of the thickness of the gate electrode 13. Specifically, the layer thickness of the silicide layer 17 can be set to, for example, 12 to 15 nm.
【0028】また、不純物拡散領域15には、配線層
(図示を省略する。)が電気的に接続されている。この
配線層は、不純物拡散領域15表面にシリサイド層17
が形成されている場合は、このシリサイド層17を介し
て、不純物拡散領域15と電気的に接続されている。A wiring layer (not shown) is electrically connected to the impurity diffusion region 15. This wiring layer has a silicide layer 17 on the surface of the impurity diffusion region 15.
Is formed, it is electrically connected to the impurity diffusion region 15 through the silicide layer 17.
【0029】上記半導体装置は、例えば、次のような方
法により製造することができる。図2(A)〜(D)
は、上記半導体装置の製造方法の一例を説明するための
工程図である。The above semiconductor device can be manufactured, for example, by the following method. 2 (A) to (D)
FIG. 6A is a process diagram for describing the example of the method of manufacturing the semiconductor device.
【0030】まず、半導体基板11に、ゲート絶縁膜1
2、ゲート電極13、サイドウォール14および不純物
拡散領域15を備えたMOSトランジスタを形成する
(図2(A))。この形成方法については、特に限定す
るものではないが、例えば、次のような方法により実施
することができる。まず、シリコン基板11上に、熱酸
化法によりシリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸
化膜上に化学気相堆積(CVD)法によりポリシリコン
膜を形成した後、シリコン酸化膜およびポリシリコン膜
を、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパタ
ーニングして、ゲート絶縁膜12およびゲート電極13
を形成する。続いて、ゲート電極13をマスクとして、
シリコン基板11に不純物イオンを注入し、低濃度の不
純物拡散領域18を形成する。その後、CVD法により
シリコン酸化膜を成膜した後、ドライエッチングなどの
異方性エッチングを実施する。これにより、ゲート電極
13の側壁にサイドウォール14が形成される。その
後、ゲート電極13およびサイドウォール14をマスク
として、再度不純物イオンを注入し、ソース領域および
ドレイン領域となる不純物拡散領域15を形成する。First, the gate insulating film 1 is formed on the semiconductor substrate 11.
2, a MOS transistor including the gate electrode 13, the sidewall 14 and the impurity diffusion region 15 is formed (FIG. 2A). The forming method is not particularly limited, but for example, the following method can be used. First, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 11 by a thermal oxidation method. After forming a polysilicon film on the silicon oxide film by a chemical vapor deposition (CVD) method, the silicon oxide film and the polysilicon film are patterned by photolithography and etching to form a gate insulating film 12 and a gate electrode 13.
To form. Then, using the gate electrode 13 as a mask,
Impurity ions are implanted into the silicon substrate 11 to form a low concentration impurity diffusion region 18. Then, after forming a silicon oxide film by the CVD method, anisotropic etching such as dry etching is performed. As a result, the sidewall 14 is formed on the sidewall of the gate electrode 13. Then, using the gate electrode 13 and the sidewall 14 as a mask, impurity ions are implanted again to form an impurity diffusion region 15 to be a source region and a drain region.
【0031】続いて、コバルトおよびニッケルを含む金
属層を形成するが、この工程に先立って、金属層を形成
する表面を清浄化する工程を実施することが好ましい。
この清浄工程は、例えば、スパッタエッチングなどによ
り、基板表面をエッチングすることによって実施でき
る。この場合、基板表面は、例えばを5nm程度エッチ
ングされる。Subsequently, a metal layer containing cobalt and nickel is formed. Prior to this step, it is preferable to carry out a step of cleaning the surface on which the metal layer is formed.
This cleaning step can be performed by etching the substrate surface by, for example, sputter etching. In this case, the substrate surface is etched by about 5 nm, for example.
【0032】次に、コバルトおよびニッケルを含む金属
層16を形成する(図2(B))。この金属層16の形
成方法としては、例えば、次に示すような2通りの方法
を採用することができる。Next, the metal layer 16 containing cobalt and nickel is formed (FIG. 2B). As a method of forming the metal layer 16, for example, the following two methods can be adopted.
【0033】第1の方法は、金属層16が、コバルトお
よびニッケルを含む合金層である場合である。合金層の
組成は、最終形態であるシリサイド層における所望の組
成に応じて適宜設定することができる。例えば、合金層
の組成をCo1-xNix で表したとき、xは0.05以
上0.5以下、好ましくは0.1以上0.5以下の範囲
とすることができる。また、合金層の層厚は、特に限定
するものではないが、例えば3〜15nm、好ましくは
5〜8nmである。The first method is when the metal layer 16 is an alloy layer containing cobalt and nickel. The composition of the alloy layer can be appropriately set according to the desired composition of the silicide layer which is the final form. For example, when the composition of the alloy layer is expressed by Co 1-x Ni x , x can be in the range of 0.05 or more and 0.5 or less, preferably 0.1 or more and 0.5 or less. The layer thickness of the alloy layer is not particularly limited, but is, for example, 3 to 15 nm, preferably 5 to 8 nm.
【0034】この方法において、金属層16の形成は、
例えば、コバルトおよびニッケルを含む合金ターゲット
を用いたスパッタリング法により実施することができ
る。この場合、合金ターゲットの組成は、所望の金属層
の組成に応じて適宜設定することができる。In this method, the metal layer 16 is formed by
For example, it can be carried out by a sputtering method using an alloy target containing cobalt and nickel. In this case, the composition of the alloy target can be appropriately set according to the desired composition of the metal layer.
【0035】第2の方法は、金属層16が、コバルト層
とニッケル層との積層膜である場合である。各層の層厚
は、最終形態であるシリサイド層における所望の組成に
応じて適宜設定することができる。例えば、コバルト層
の膜厚(TCo)とニッケル層の膜厚(TNi)との比(T
Co:TNi)を95:5〜50:50、好ましくは90:
10〜50:50の範囲とすることができる。また、金
属層の膜厚(合計膜厚)は、特に限定するものではな
く、前述した第1の方法と同様の範囲に設定することが
できる。The second method is a case where the metal layer 16 is a laminated film of a cobalt layer and a nickel layer. The layer thickness of each layer can be appropriately set according to the desired composition in the silicide layer which is the final form. For example, the ratio (T Co ) of the film thickness of the cobalt layer (T Co ) and the film thickness of the nickel layer (T Ni )
Co : T Ni ) 95: 5 to 50:50, preferably 90:
It may be in the range of 10 to 50:50. Further, the film thickness (total film thickness) of the metal layer is not particularly limited, and can be set in the same range as the above-mentioned first method.
【0036】また、コバルト層とニッケル層との積層順
序はどちらでもよい。すなわち、コバルト層上にニッケ
ル層を形成しても、ニッケル層上にコバルト層を形成し
てもよい。また、積層膜の層数についても特に限定する
ものではなく、コバルト層およびニッケル層の少なくと
も一方を複数層含む、3層以上の積層膜とすることも可
能である。この場合、コバルト層の合計膜厚とニッケル
層の合計膜厚との比を、前述したような範囲とすること
が好ましい。The cobalt layer and the nickel layer may be laminated in either order. That is, the nickel layer may be formed on the cobalt layer or the cobalt layer may be formed on the nickel layer. Also, the number of layers of the laminated film is not particularly limited, and a laminated film of three or more layers including at least one of a cobalt layer and a nickel layer can be used. In this case, it is preferable that the ratio of the total film thickness of the cobalt layer and the total film thickness of the nickel layer be in the range described above.
【0037】この第2の方法においては、金属層16の
形成は、例えば、コバルトターゲットを用いたスパッタ
リング法によりコバルト層を形成する工程と、ニッケル
ターゲットを用いたスパッタリング法によりニッケル層
を形成する工程とをそれぞれ実施することにより行うこ
とができる。In the second method, the metal layer 16 is formed by, for example, a step of forming a cobalt layer by a sputtering method using a cobalt target and a step of forming a nickel layer by a sputtering method using a nickel target. This can be done by carrying out each of the above.
【0038】なお、前記第1および第2の方法のいずれ
においても、スパッタリング法としては、例えば、直流
(DC)スパッタリング、高周波(RF)スパッタリン
グ、マグネトロンスパッタリングなどを採用することが
できる。また、前記第2の方法の場合、金属層の形成方
法として、CVD法を採用することも可能である。In each of the first and second methods, for example, direct current (DC) sputtering, radio frequency (RF) sputtering, magnetron sputtering, etc. can be adopted as the sputtering method. Further, in the case of the second method, it is possible to adopt the CVD method as the method of forming the metal layer.
【0039】続いて、熱処理を行うが、この熱処理に先
立って、金属層16表面に保護膜を形成する工程を実施
することが好ましい。この保護膜は、熱処理工程におけ
る金属層16の酸化を抑制するために形成されるもので
ある。保護膜としては、例えば、窒化チタン、窒化タン
グステンなどを用いることができ、その膜厚は、例えば
5〜15nmとすることができる。また、保護膜の形成
方法については、特に限定するものではないが、例えば
スパッタリング法を採用することができる。Subsequently, heat treatment is carried out. Prior to this heat treatment, it is preferable to carry out a step of forming a protective film on the surface of the metal layer 16. This protective film is formed to suppress the oxidation of the metal layer 16 in the heat treatment process. As the protective film, for example, titanium nitride, tungsten nitride, or the like can be used, and the film thickness thereof can be set to, for example, 5 to 15 nm. The method for forming the protective film is not particularly limited, but for example, a sputtering method can be adopted.
【0040】次に、熱処理を行い、前記金属層16と半
導体基板11およびゲート電極13を構成するシリコン
とを反応させて、シリサイド層17を形成する(図2
(C))。このとき、金属層16がシリコンに直接接触
した領域、すなわち不純物拡散領域15上およびゲート
電極13上において、シリサイド反応が進行し、シリサ
イド層17が形成される。しかし、その他の領域、すな
わちサイドウォール14上や素子分離領域(図示せ
ず。)などでは、金属層16は未反応のまま残存する。Next, heat treatment is performed to react the metal layer 16 with the silicon constituting the semiconductor substrate 11 and the gate electrode 13 to form a silicide layer 17 (FIG. 2).
(C)). At this time, the silicide reaction proceeds in the region where the metal layer 16 is in direct contact with silicon, that is, on the impurity diffusion region 15 and the gate electrode 13, and the silicide layer 17 is formed. However, in other regions, that is, on the sidewall 14 and the element isolation region (not shown), the metal layer 16 remains unreacted.
【0041】熱処理温度は、ゲート電極13の抵抗上昇
を十分に抑制するため、できるだけ低温であることが好
ましい。前述したように、本発明の製造方法において
は、シリサイド層の前駆体となる金属層16がコバルト
およびニッケルを含有している。そのため、コバルト単
体を用いた場合に比べて、シリサイド層形成のための熱
処理温度を低温化することが可能であり、例えば750
℃以下にまで低温化することが可能である。なお、熱処
理温度の下限については、シリサイド反応が進行し得る
温度であれば特に限定するものではないが、例えば65
0℃以上である。また、熱処理時間は、例えば30秒〜
2分間である。処理雰囲気については、金属層の酸化を
抑制するため、窒素雰囲気などの不活性雰囲気または還
元性雰囲気とすることが好ましい。The heat treatment temperature is preferably as low as possible in order to sufficiently suppress the resistance increase of the gate electrode 13. As described above, in the manufacturing method of the present invention, the metal layer 16 serving as the precursor of the silicide layer contains cobalt and nickel. Therefore, it is possible to lower the heat treatment temperature for forming the silicide layer as compared with the case where only cobalt is used.
It is possible to lower the temperature to below ℃. The lower limit of the heat treatment temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the silicide reaction can proceed, but is, for example, 65.
It is 0 ° C or higher. The heat treatment time is, for example, 30 seconds to
2 minutes. The processing atmosphere is preferably an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or a reducing atmosphere in order to suppress the oxidation of the metal layer.
【0042】熱処理後、サイドウォール14上などに未
反応で残存する金属層16を除去する(図2(D))。
この未反応の金属層の除去は、例えば、ウェットエッチ
ングにより実施することができる。この場合、エッチン
グ液としては、例えば、塩酸または硫酸に過酸化水素を
添加したものを使用できる。また、保護膜を形成した場
合は、この未反応の金属層とともに、保護膜を除去する
ことが好ましい。After the heat treatment, the metal layer 16 which remains unreacted on the sidewalls 14 is removed (FIG. 2D).
This unreacted metal layer can be removed by, for example, wet etching. In this case, as the etching solution, for example, hydrochloric acid or sulfuric acid to which hydrogen peroxide is added can be used. When a protective film is formed, it is preferable to remove the protective film together with the unreacted metal layer.
【0043】また、熱処理条件(温度および時間の少な
くとも一方)を調整することにより、形成されるシリサ
イド層17の層厚を制御することが可能である。例え
ば、熱処理を金属層16表面に未反応(シリサイド化し
ていない)領域が残存するような条件で実施した後、こ
の未反応領域を、サイドウォール14上に残存する未反
応領域とともに除去するという方法を採用すれば、金属
層16の層厚に関わらず、所望の層厚のシリサイド層1
7を形成することが可能である。By adjusting the heat treatment conditions (at least one of temperature and time), it is possible to control the layer thickness of the silicide layer 17 to be formed. For example, a method of performing heat treatment under the condition that an unreacted (non-silicided) region remains on the surface of the metal layer 16 and then removing this unreacted region together with the unreacted region remaining on the sidewall 14. Is adopted, regardless of the layer thickness of the metal layer 16, the silicide layer 1 having a desired layer thickness is obtained.
It is possible to form 7.
【0044】シリサイド層形成工程は、上記のように1
段階の熱処理によって実施することが可能であるが、2
段階以上の熱処理を含むことが好ましい。このような2
段階以上の熱処理を含む方法は、例えば、次のようにし
て実施することができる。As described above, the silicide layer forming step is
It can be carried out by a two-step heat treatment, but
It is preferable to include heat treatment in more than one step. 2 like this
The method including heat treatment in more than one step can be carried out as follows, for example.
【0045】まず、比較的低温の熱処理を行い、前記金
属層をシリサイド化して、第1のシリサイド層を形成す
る(以下、この工程を「第一段階の熱処理」とい
う。)。この第1のシリサイド層は、主に、コバルトお
よびニッケルを含むモノシリサイドを含む。第一段階の
熱処理における処理温度は、シリサイド反応が起こり得
る温度であれば、特に限定するものではない。但し、高
温過ぎると、シリサイド反応が横方向に進行し、サイド
ウォール上の金属層までもがシリサイド化する場合があ
る。そのため、処理温度は360〜450℃の範囲とす
ることが好ましい。また、処理時間は、特に限定するも
のではないが、例えば10秒〜2分間である。また、処
理雰囲気については前述したものと同様である。First, heat treatment at a relatively low temperature is performed to silicify the metal layer to form a first silicide layer (hereinafter, this step is referred to as "first step heat treatment"). The first silicide layer mainly contains monosilicide containing cobalt and nickel. The treatment temperature in the first-stage heat treatment is not particularly limited as long as the silicide reaction can occur. However, if the temperature is too high, the silicidation reaction may proceed in the lateral direction, and even the metal layer on the sidewall may be silicidized. Therefore, the treatment temperature is preferably in the range of 360 to 450 ° C. The treatment time is not particularly limited, but is, for example, 10 seconds to 2 minutes. The processing atmosphere is the same as that described above.
【0046】第一段階の熱処理を実施した後、未反応で
残存する金属層を除去する。前述したように、未反応で
残存する金属層には、サイドウォール上の金属層が含ま
れる。この金属層の除去は、例えば、塩酸または硫酸に
過酸化水素を添加したエッチング液を用いたウェットエ
ッチングにより実施することができる。After the first-stage heat treatment, the unreacted and remaining metal layer is removed. As described above, the metal layer remaining unreacted includes the metal layer on the sidewall. This removal of the metal layer can be carried out, for example, by wet etching using an etching solution prepared by adding hydrogen peroxide to hydrochloric acid or sulfuric acid.
【0047】続いて、比較的高温の熱処理を行い、前記
第1のシリサイド層とその下地部分のシリコンとを反応
させ、第2のシリサイド層を形成する(以下、この工程
を「第二段階の熱処理」という。)。この第2のシリサ
イド層は、主に、コバルトおよびニッケルを含むダイシ
リサイドを含む。Subsequently, heat treatment at a relatively high temperature is performed to react the first silicide layer with the underlying silicon to form a second silicide layer (hereinafter, this step is referred to as "second step"). Heat treatment ".). The second silicide layer mainly contains disilicide containing cobalt and nickel.
【0048】第二段階の熱処理温度は、特に限定するも
のではないが、ゲート電極の抵抗上昇を十分に抑制する
ため、できるだけ低温であることが好ましい。前述した
ように、本発明の製造方法においては、シリサイド層の
前駆体となる金属層がコバルトおよびニッケルを含有し
ているため、第二段階の熱処理温度を低温化することが
可能であり、例えば750℃以下にまで低温化すること
が可能である。なお、第二段階の熱処理温度の下限につ
いては、ダイシリサイドが十分に形成される温度であれ
ばよく、例えば650℃以上である。また、第二段階の
熱処理時間は、例えば30秒〜2分間の範囲であり、処
理雰囲気については、第一段階の熱処理と同様である。The heat treatment temperature in the second step is not particularly limited, but it is preferably as low as possible in order to sufficiently suppress the resistance increase of the gate electrode. As described above, in the manufacturing method of the present invention, since the metal layer serving as the precursor of the silicide layer contains cobalt and nickel, it is possible to lower the heat treatment temperature in the second step. It is possible to lower the temperature to 750 ° C or lower. The lower limit of the second stage heat treatment temperature may be a temperature at which the disilicide is sufficiently formed, and is, for example, 650 ° C. or higher. The heat treatment time of the second stage is, for example, in the range of 30 seconds to 2 minutes, and the treatment atmosphere is the same as that of the heat treatment of the first stage.
【0049】上記のようにしてシリサイド層17を形成
した後、不純物拡散領域15と電気的に接続された配線
層などを適宜形成することにより、半導体装置が得られ
る。この工程は、例えば、次にようにして実施すること
ができる。まず、基板全面に絶縁層を形成した後、不純
物拡散領域15上方の絶縁層に開口部を形成する。絶縁
層としては、例えばシリコン酸化膜などを使用すること
ができ、その形成方法としては、例えばCVD法などを
採用することができる。また、開口部の形成は、エッチ
ングにより実施することができる。続いて、絶縁層上
(開口部の内壁面上を含む。)にバリア層を形成する。
バリア層としては、例えば、基板側から順にTi層およ
びTiN層が積層した多層膜を使用することができ、そ
の形成方法としては、例えばスパッタリング法を採用す
ることができる。After forming the silicide layer 17 as described above, a wiring layer electrically connected to the impurity diffusion region 15 and the like are appropriately formed to obtain a semiconductor device. This step can be performed, for example, as follows. First, after forming an insulating layer on the entire surface of the substrate, an opening is formed in the insulating layer above the impurity diffusion region 15. As the insulating layer, for example, a silicon oxide film or the like can be used, and as a method of forming the insulating layer, for example, a CVD method or the like can be adopted. The opening can be formed by etching. Then, a barrier layer is formed on the insulating layer (including on the inner wall surface of the opening).
As the barrier layer, for example, a multilayer film in which a Ti layer and a TiN layer are sequentially stacked from the substrate side can be used, and as a method of forming the barrier layer, for example, a sputtering method can be adopted.
【0050】更に、開口部内を埋め込むように、バリア
層上にタングステン層を形成した後、開口部以外の領域
に存在するタングステン層およびバリア層を選択的に除
去する。これにより、開口部内にタングステンが埋め込
まれ、タングステンプラグが形成される。なお、タング
ステン層の形成は、例えばCVD法を採用することがで
きる。その後、タングステンプラグ上に配線層を形成す
る。Further, after forming a tungsten layer on the barrier layer so as to fill the inside of the opening, the tungsten layer and the barrier layer existing in the region other than the opening are selectively removed. As a result, tungsten is embedded in the opening and a tungsten plug is formed. The tungsten layer can be formed by, for example, the CVD method. Then, a wiring layer is formed on the tungsten plug.
【0051】上記説明においては、シリサイド層をゲー
ト電極および不純物拡散領域(ソース・ドレイン領域)
上に自己整合的に形成した、いわゆるサリサイド(SA
LICIDE:self-aligned silicide)トランジスタ
構造を例に挙げた。しかしながら、本発明はこれに限定
されるものではなく、前述したように、ゲート電極およ
び不純物拡散領域の少なくとも一方にシリサイド層が形
成されていればよい。In the above description, the silicide layer is used as the gate electrode and the impurity diffusion region (source / drain region).
Self-aligned so-called salicide (SA
The LICIDE (self-aligned silicide) transistor structure is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and as described above, the silicide layer may be formed on at least one of the gate electrode and the impurity diffusion region.
【0052】また、製造方法についても、同様に、シリ
サイド層を自己整合的に形成する方法に限定されるもの
ではない。例えば、コバルトおよびニッケルを含む金属
を基板全面に成膜し、これをフォトリソグラフィーおよ
びエッチングによりパターニングすることにより、シリ
サイド層を形成しようとする箇所のみに金属層を形成し
た後、熱処理を実施して前記金属層をシリサイド化して
もよい。Similarly, the manufacturing method is not limited to the method of forming the silicide layer in a self-aligned manner. For example, a metal containing cobalt and nickel is formed on the entire surface of the substrate and patterned by photolithography and etching to form a metal layer only at a portion where a silicide layer is to be formed, and then heat treatment is performed. The metal layer may be silicidized.
【0053】[0053]
【実施例】(実施例1)まず、次のような方法により、
サイドウォールを備えたMOSトランジスタを形成し
た。熱酸化法によりn型シリコン基板上に膜厚2.5n
mのシリコン酸化膜を形成した後、CVD法により前記
シリコン酸化膜上にポリシリコン膜を形成した。続い
て、前記ポリシリコン膜上にフォトレジストを塗布し、
これを露光・現像してパターニングした。このフォトレ
ジストをマスクとしたプラズマエッチングにより、前記
ポリシリコン膜をパターニングし、ゲート電極を形成し
た。形成されたゲート電極は、線幅を0.13μmと
し、厚さを0.2μmとした。続いて、前記ゲート電極
をマスクとして、前記シリコン基板にヒ素をイオン注入
した。続いて、TEOSを用いたCVD法により、膜厚
50nmのシリコン酸化膜を成膜した後、プラズマエッ
チングを実施して前記シリコン酸化膜を全面エッチバッ
クした。このとき、ゲート電極の側壁にはシリコン酸化
膜が残存し、サイドウォールが形成された。次に、ゲー
ト電極およびサイドウォールをマスクとして、前記シリ
コン基板に再度ヒ素をイオン注入した。このイオン注入
により、濃度1×1018cm-3のソース・ドレイン領域
が形成された。EXAMPLES Example 1 First, the following method was used.
A MOS transistor having a sidewall was formed. 2.5n film thickness on n-type silicon substrate by thermal oxidation method
After forming a silicon oxide film having a thickness of m, a polysilicon film was formed on the silicon oxide film by the CVD method. Subsequently, a photoresist is applied on the polysilicon film,
This was exposed / developed and patterned. The polysilicon film was patterned by plasma etching using this photoresist as a mask to form a gate electrode. The formed gate electrode had a line width of 0.13 μm and a thickness of 0.2 μm. Subsequently, arsenic was ion-implanted into the silicon substrate using the gate electrode as a mask. Subsequently, a silicon oxide film having a film thickness of 50 nm was formed by a CVD method using TEOS, and then plasma etching was performed to etch back the silicon oxide film on the entire surface. At this time, the silicon oxide film remained on the side wall of the gate electrode and a side wall was formed. Next, using the gate electrode and the sidewall as a mask, arsenic was ion-implanted into the silicon substrate again. By this ion implantation, source / drain regions having a concentration of 1 × 10 18 cm −3 were formed.
【0054】形成されたMOSトランジスタ全面に、C
o−Ni合金ターゲットを用いたDCスパッタリングに
より、約10nm厚の金属層を堆積した。合金ターゲッ
トの組成はCo:Ni=9:1(原子比)とした。ま
た、スパッタ条件は、次の通りである。なお、下記ガス
流量は、単位時間当たりに導入されるガスの量を、標準
状態(0℃、1気圧)における体積に換算して表したも
のである。C is formed on the entire surface of the formed MOS transistor.
A metal layer having a thickness of about 10 nm was deposited by DC sputtering using an o-Ni alloy target. The composition of the alloy target was Co: Ni = 9: 1 (atomic ratio). The sputtering conditions are as follows. The following gas flow rate is the amount of gas introduced per unit time converted into the volume in the standard state (0 ° C., 1 atm).
【0055】
使用ガス : Ar
ガス流量 : 10ml/分
圧力 : 0.1Pa
DCパワー : 1kW
その後、窒素雰囲気中、450℃、60秒間の条件で第
一段階の熱処理を行った。続いて、塩酸に過酸化水素を
添加したエッチング液を用いたウェットエッチングによ
り、サイドウォール上に存在する未反応の金属層を除去
した。次に、窒素雰囲気中、800℃、60秒間の条件
で第二段階の熱処理を行った。これにより、ゲート電極
およびソース・ドレイン領域表面に、コバルトおよびニ
ッケルを含むシリサイド層が形成された。なお、前記シ
リサイド層の層厚は15nmであった。Gas used: Ar gas flow rate: 10 ml / minute pressure: 0.1 Pa DC power: 1 kW After that, a first stage heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 450 ° C. for 60 seconds. Subsequently, the unreacted metal layer existing on the sidewall was removed by wet etching using an etching solution obtained by adding hydrogen peroxide to hydrochloric acid. Next, a second stage heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 60 seconds. As a result, a silicide layer containing cobalt and nickel was formed on the surfaces of the gate electrode and the source / drain regions. The layer thickness of the silicide layer was 15 nm.
【0056】得られた半導体装置において、ゲート電極
の細線抵抗およびソース・ドレイン領域の接合リーク電
流を測定した。その結果、ゲート電極の細線抵抗は約
5.8Ω/□であり、接合リーク電流は約1×10-10
A/cm2であった。なお、ゲート電極の細線抵抗は四
探針法により測定し、シート抵抗値として表した。ま
た、接合リーク電流としては、面積3×10-6μm2の
接合領域に対して、コンタクト側(シリサイド層側)に
4Vの逆バイアスを印加したときに流れる電流を測定し
た。In the obtained semiconductor device, the thin wire resistance of the gate electrode and the junction leak current of the source / drain regions were measured. As a result, the thin wire resistance of the gate electrode is about 5.8 Ω / □ and the junction leakage current is about 1 × 10 -10.
It was A / cm 2 . The thin wire resistance of the gate electrode was measured by the four-point probe method and expressed as a sheet resistance value. As the junction leak current, a current flowing when a reverse bias of 4 V was applied to the contact side (silicide layer side) with respect to the junction region having an area of 3 × 10 −6 μm 2 was measured.
【0057】また、第二段階の熱処理における処理温度
を変化させること以外は、上記と同様にして複数の半導
体装置を作製し、ゲート電極の細線抵抗およびソース・
ドレイン領域の接合リーク電流を測定した。その測定値
より、処理温度と細線抵抗および接合リーク電流との関
係を求めた。結果を、図3に実線で示す。A plurality of semiconductor devices were manufactured in the same manner as described above except that the processing temperature in the second stage heat treatment was changed, and the thin wire resistance of the gate electrode and the source.
The junction leak current in the drain region was measured. From the measured values, the relationship between the processing temperature and the thin wire resistance and the junction leakage current was obtained. The result is shown by a solid line in FIG.
【0058】図3の実線に示すように、本実施例によれ
ば、熱処理温度が比較的低い場合であっても、十分に低
い接合リーク電流を達成することができることが確認で
きた。そのため、十分に低い接合リーク電流とシート抵
抗値上昇の抑制とを両立し得る熱処理温度領域が広く、
十分に低い接合リーク電流とシート抵抗値上昇の抑制と
の両立が容易であった。As shown by the solid line in FIG. 3, it was confirmed that according to this embodiment, a sufficiently low junction leak current can be achieved even when the heat treatment temperature is relatively low. Therefore, a wide range of heat treatment temperature that can achieve both a sufficiently low junction leakage current and suppression of increase in sheet resistance value,
It was easy to achieve both a sufficiently low junction leak current and suppression of an increase in sheet resistance value.
【0059】(実施例2)実施例1と同様にして、サイ
ドウォールを備えたMOSトランジスタを形成した。形
成されたMOSトランジスタ全面に、Niターゲットを
用いたDCスパッタリングにより、約1nm厚のニッケ
ル層を堆積した。なお、このスパッタリングは、ターゲ
ットが異なること以外は、実施例1と同様の条件で実施
した。更に、Coターゲットを用いたDCスパッタリン
グにより、約9nm厚のコバルト層を堆積した。なお、
このスパッタリングは、ターゲットが異なることと、D
Cパワーを0.3kWとしたこと以外は、実施例1と同
様の条件で実施した。これにより、ニッケル層およびコ
バルト層からなる2層構造の金属層を形成した。(Example 2) Similar to Example 1, a MOS transistor having a sidewall was formed. A nickel layer having a thickness of about 1 nm was deposited on the entire surface of the formed MOS transistor by DC sputtering using a Ni target. Note that this sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 except that the target was different. Further, a cobalt layer having a thickness of about 9 nm was deposited by DC sputtering using a Co target. In addition,
This sputtering has different targets and D
It carried out on the conditions similar to Example 1 except having set C power to 0.3 kW. As a result, a metal layer having a two-layer structure including the nickel layer and the cobalt layer was formed.
【0060】続いて、実施例1と同様にして熱処理を実
施し、ゲート電極およびソース・ドレイン領域表面に、
コバルトおよびニッケルを含むシリサイド層を形成し
た。なお、前記シリサイド層の層厚は15nmであっ
た。Then, heat treatment is carried out in the same manner as in Embodiment 1, and the gate electrode and the source / drain region surfaces are
A silicide layer containing cobalt and nickel was formed. The layer thickness of the silicide layer was 15 nm.
【0061】得られた半導体装置において、ゲート電極
の細線抵抗および接合リーク電流を測定したところ、細
線抵抗は約5.8Ω/□であり、接合リーク電流は約1
×10-10A/cm2であった。なお、測定方法は、前述
した通りである。In the obtained semiconductor device, the thin wire resistance of the gate electrode and the junction leak current were measured. As a result, the thin wire resistance was about 5.8 Ω / □, and the junction leak current was about 1.
It was × 10 -10 A / cm 2 . The measuring method is as described above.
【0062】また、実施例1と同様にして、処理温度と
ゲート電極の細線抵抗および接合リーク電流との関係を
求めたところ、本実施例によっても実施例1と同様の結
果が得られることが確認できた。Further, when the relationship between the processing temperature and the thin wire resistance of the gate electrode and the junction leakage current was obtained in the same manner as in Example 1, the same results as in Example 1 can be obtained also in this example. It could be confirmed.
【0063】(比較例)実施例1と同様にして、サイド
ウォールを備えたMOSトランジスタを形成した。形成
されたMOSトランジスタ全面に、Coターゲットを用
いたDCスパッタリングにより、約10nm厚のコバル
ト層を堆積した。なお、このスパッタリングは、ターゲ
ットが異なること以外は、実施例1と同様の条件で実施
した。(Comparative Example) A MOS transistor having a sidewall was formed in the same manner as in Example 1. A cobalt layer having a thickness of about 10 nm was deposited on the entire surface of the formed MOS transistor by DC sputtering using a Co target. Note that this sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 except that the target was different.
【0064】その後、実施例1と同様にして、第一段階
の熱処理およびウェットエッチングを行った。次に、窒
素雰囲気中、875℃、60秒間の条件で第二段階の熱
処理を行った。これにより、ゲート電極およびソース・
ドレイン領域表面に、コバルトシリサイド層が形成され
た。なお、前記シリサイド層の層厚は15nmであっ
た。Thereafter, as in Example 1, the first stage heat treatment and wet etching were performed. Next, a second stage heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 875 ° C. for 60 seconds. This allows the gate electrode and the source
A cobalt silicide layer was formed on the surface of the drain region. The layer thickness of the silicide layer was 15 nm.
【0065】得られた半導体装置において、ゲート電極
の細線抵抗および接合リーク電流を測定したところ、細
線抵抗は約6〜20Ω/□であり、接合リーク電流は約
1×10-8〜約1×10-9A/cm2であった。なお、
測定方法は、前述した通りである。In the obtained semiconductor device, the thin wire resistance and the junction leak current of the gate electrode were measured, and the thin wire resistance was about 6 to 20 Ω / □, and the junction leak current was about 1 × 10 −8 to about 1 ×. It was 10 −9 A / cm 2 . In addition,
The measuring method is as described above.
【0066】また、実施例1と同様にして、処理温度と
ゲート電極の細線抵抗および接合リーク電流との関係を
求めたところ、細線抵抗については、実施例1と同様の
結果が得られることが確認できた。また、接合リーク電
流についての測定結果は、図3に破線で示すとおりであ
った。Further, when the relationship between the processing temperature and the thin wire resistance of the gate electrode and the junction leak current was obtained in the same manner as in the first embodiment, the same results as in the first embodiment can be obtained for the thin wire resistance. It could be confirmed. The measurement result of the junction leakage current was as shown by the broken line in FIG.
【0067】図3の破線に示すように、本比較例におい
ては、実施例と同等の接合リーク電流を実現するために
は、実施例より高い熱処理温度が必要であった。そのた
め、十分に低い接合リーク電流とゲート電極の細線抵抗
上昇の抑制との両立が非常に困難であった。As shown by the broken line in FIG. 3, in this comparative example, a heat treatment temperature higher than that in the example was required in order to realize a junction leak current equivalent to that in the example. Therefore, it has been extremely difficult to achieve both a sufficiently low junction leakage current and suppression of an increase in the thin wire resistance of the gate electrode.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、電極および不純物拡散領域の少なくとも一
方の表面に、シリコン、コバルトおよびニッケルを含む
シリサイド層を備えるため、前記電極の低抵抗化と、前
記拡散領域における接合リーク電流の低減とを両立する
ことができる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, since the silicide layer containing silicon, cobalt and nickel is provided on the surface of at least one of the electrode and the impurity diffusion region, the resistance of the electrode is low. And reduction of junction leak current in the diffusion region can be achieved at the same time.
【0069】また、本発明の製造方法によれば、電極お
よび不純物拡散領域の少なくとも一方の表面にコバルト
およびニッケルを含む金属層を形成し、熱処理により前
記金属層をシリサイド化してシリサイド層を形成するた
め、シリサイド層形成工程における加熱温度を比較的低
温で実施した場合であっても、接合リーク電流を十分に
低減することができる。よって、前記電極の抵抗上昇を
抑制しながら、尚且つ、接合リーク電流を十分に低減す
ることが容易となる。According to the manufacturing method of the present invention, a metal layer containing cobalt and nickel is formed on at least one surface of the electrode and the impurity diffusion region, and the metal layer is silicified by heat treatment to form a silicide layer. Therefore, the junction leakage current can be sufficiently reduced even when the heating temperature in the silicide layer forming step is relatively low. Therefore, it becomes easy to sufficiently reduce the junction leakage current while suppressing the increase in the resistance of the electrode.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】 本発明の半導体装置の一例を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor device of the present invention.
【図2】 本発明の製造方法の一例を説明するための工
程断面図である。FIG. 2 is a process cross-sectional view for explaining an example of the manufacturing method of the present invention.
【図3】 実施例および比較例で作製した半導体装置に
おけるゲート電極の細線抵抗および接合リーク電流の熱
処理温度依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the thin wire resistance of the gate electrode and the junction leakage current in the semiconductor devices manufactured in Examples and Comparative Examples.
11 シリコン基板 12 ゲート絶縁膜 13 ゲート電極 14 サイドウォール 15 不純物拡散領域 16 金属層 17 シリサイド層 18 低濃度不純物拡散領域 11 Silicon substrate 12 Gate insulating film 13 Gate electrode 14 Sidewall 15 Impurity diffusion region 16 metal layers 17 Silicide layer 18 Low concentration impurity diffusion region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB14 BB19 BB38 BB40 CC01 CC05 DD02 DD04 DD16 DD22 DD26 DD37 DD43 DD64 DD65 DD78 DD84 FF14 FF22 GG09 GG10 GG14 HH12 HH14 HH16 HH20 5F033 HH04 HH25 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK25 LL04 LL10 NN06 NN07 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ12 QQ19 QQ31 QQ58 QQ59 QQ65 QQ70 QQ73 QQ84 QQ92 RR04 SS04 SS11 TT08 WW00 XX00 XX01 XX03 XX10 XX20 5F140 AA01 AA10 AA24 AA39 BA01 BE07 BF04 BF11 BF19 BG08 BG12 BG14 BG28 BG30 BG32 BG34 BG35 BG38 BG44 BG45 BG52 BG53 BH15 BH49 BJ09 BJ11 BJ17 BJ20 BJ27 BK02 BK09 BK13 BK24 BK26 BK29 BK30 BK34 BK35 BK38 BK39 CC03 CC12 CF04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4M104 AA01 BB01 BB14 BB19 BB38 BB40 CC01 CC05 DD02 DD04 DD16 DD22 DD26 DD37 DD43 DD64 DD65 DD78 DD84 FF14 FF22 GG09 GG10 GG14 HH12 HH14 HH16 HH20 5F033 HH04 HH25 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK25 LL04 LL10 NN06 NN07 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ12 QQ19 QQ31 QQ58 QQ59 QQ65 QQ70 QQ73 QQ84 QQ92 RR04 SS04 SS11 TT08 WW00 XX00 XX01 XX03 XX10 XX20 5F140 AA01 AA10 AA24 AA39 BA01 BE07 BF04 BF11 BF19 BG08 BG12 BG14 BG28 BG30 BG32 BG34 BG35 BG38 BG44 BG45 BG52 BG53 BH15 BH49 BJ09 BJ11 BJ17 BJ20 BJ27 BK02 BK09 BK13 BK24 BK26 BK29 BK30 BK34 BK35 BK38 BK39 CC03 CC12 CF04
Claims (11)
形成する工程と、前記基板内に不純物拡散領域を形成す
る工程と、前記電極および前記不純物拡散領域の少なく
とも一方の表面に、コバルトおよびニッケルを含む金属
層を形成する工程と、熱処理によって前記基板または前
記電極に含まれるシリコンと前記金属層とを反応させ
て、シリコン、コバルトおよびニッケルを含むシリサイ
ド層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。1. A step of forming an electrode containing silicon on a silicon substrate, a step of forming an impurity diffusion region in the substrate, and cobalt and nickel on at least one surface of the electrode and the impurity diffusion region. Manufacturing a semiconductor device including a step of forming a metal layer containing silicon and a step of reacting silicon contained in the substrate or the electrode with the metal layer by heat treatment to form a silicide layer containing silicon, cobalt and nickel. Method.
て、前記熱処理温度が750℃以下である請求項1に記
載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the silicide layer, the heat treatment temperature is 750 ° C. or lower.
を含む合金で形成されている請求項1または2に記載の
半導体装置の製造方法。3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is formed of an alloy containing cobalt and nickel.
との原子比(Co:Ni)が、95:5〜50:50の
範囲である請求項3に記載の半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the atomic ratio of cobalt and nickel (Co: Ni) in the metal layer is in the range of 95: 5 to 50:50.
およびニッケルを含む合金をターゲットとしたスパッタ
リングを実施する工程である請求項3または4に記載の
半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the step of forming the metal layer is a step of performing sputtering with an alloy containing cobalt and nickel as a target.
とを含む多層構造で形成されている請求項1または2に
記載の半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer has a multilayer structure including a cobalt layer and a nickel layer.
(TCo)とニッケル層の層厚(TNi)との比(TCo:T
Ni)が、95:5〜50:50の範囲である請求項6に
記載の半導体装置の製造方法。7. The ratio (T Co : T) of the thickness (T Co ) of the cobalt layer and the thickness (T Ni ) of the nickel layer in the metal layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein Ni ) is in the range of 95: 5 to 50:50.
をターゲットとしたスパッタリングを実施する工程と、
ニッケルをターゲットとしたスパッタリングを実施する
工程とを含む請求項6または7に記載の半導体装置の製
造方法。8. The step of forming the metal layer, the step of carrying out sputtering targeting cobalt,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: performing a sputtering targeting nickel.
て、前記熱処理が2段階以上で実施される請求項1〜8
のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。9. The heat treatment is performed in two or more steps in the step of forming the silicide layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1.
れたシリコンを含む電極と、前記基板内に形成された不
純物拡散領域とを備えた半導体装置であって、前記電極
および前記不純物拡散領域の少なくとも一方の表面に、
シリコン、コバルトおよびニッケルを含むシリサイド層
が形成されていることを特徴とする半導体装置。10. A semiconductor device comprising a silicon substrate, an electrode containing silicon formed on the substrate, and an impurity diffusion region formed in the substrate, wherein the electrode and the impurity diffusion region are formed. On at least one surface,
A semiconductor device, wherein a silicide layer containing silicon, cobalt and nickel is formed.
NixSi2(但し、0.05≦x≦0.5である。)で
表される請求項10に記載の半導体装置。11. The composition of the silicide layer is Co 1-x
The semiconductor device according to claim 10, which is represented by Ni x Si 2 (where 0.05 ≦ x ≦ 0.5).
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