JPH06204242A

JPH06204242A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH06204242A
Application number: JP34931092A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Shiraishi; 忠義白石
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】シリサイド化の際に、サイドウォール中に拡散
した高融点金属を除去することができ、且つ、高融点金
属シリサイド膜の膜厚減少を抑制することが可能な半導
体装置の製造方法を提供する。【構成】半導体基板１上に形成したゲート電極４の側壁
にサイドウォール５を形成した後、全面に高融点金属膜
８を形成し、これをシリサイド化した後、高融点金属シ
リサイド膜９と高融点金属膜８との選択比が大きい第１
のエッチング液を用いた第１のエッチングを行い、次い
で、高融点金属シリサイド膜９と絶縁膜との選択比が大
きい第２のエッチング液を用いた第２のエッチングを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に、サリサイド構造を有するＭＯＳ（Metal
Oxide Semiconductor ）型トランジスタを備えた半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置の高集積化に伴
い、デバイスの微細化が著しく行われている。そして、
この素子の微細化は、横方向だけでなく、縦方向にも行
われているため、例えば、ＭＯＳ型トランジスタのソー
ス・ドレイン及びゲート電極の寄生抵抗（シート抵抗）
が急増している。そして、この寄生抵抗の増加に伴っ
て、回路の動作速度が著しく劣化する等、種々の問題が
発生している。

【０００３】そこで、近年では、ＭＯＳ型トランジスタ
のソース・ドレイン及びゲート電極の寄生抵抗を低減す
るため、前記ソース・ドレイン及びゲート電極の全面を
自己整合的にシリサイド化させる種々のサリサイド技術
が検討されている。このサリサイド技術では、先ず、半
導体基板上に、絶縁膜からなるサイドウォールが形成さ
れたゲート電極を有するＭＯＳ型トランジスタを形成す
る。次に、前記ＭＯＳ型トランジスタが形成されたウエ
ハの全面に、例えば、チタン膜等の高融点金属膜を形成
する。次いで、前記高融点金属膜が形成されたウエハ
に、ランプ加熱等による熱処理を行い、前記ソース・ド
レイン及びゲート電極の表面に形成されている高融点金
属膜をシリサイド化して、高融点金属シリサイド膜を形
成する。この時、前記サイドウォール表面に形成された
高融点金属膜は、シリサイド化されず、未反応のまま残
る。次に、前記シリサイド化後のウエハに、硫酸（Ｈ₂
ＳＯ₄）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）との混合溶液からな
るエッチング液、あるいは、水酸化アンモニウム（ＮＨ
₄ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）の
混合溶液からなるエッチング液を使用したエッチングを
行い、選択的に前記未反応の高融点金属膜を除去し、サ
リサイド構造を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のサリサイド技術では、前記ソース・ドレイン及びゲ
ート電極の表面に形成された高融点金属膜をシリサイド
化して、高融点金属シリサイド膜を形成する際に、前記
サイドウォールに高融点金属が拡散することが知られて
いる。これは、高融点金属、特にチタンは、還元性が強
いため、前記シリサイド化のために行う熱処理の際に、
当該チタンとサイドウォールとが反応し、当該チタンが
当該サイドウォール中に拡散するためである。この高融
点金属は、サイドウォールの表面近傍に、特に多量に拡
散される。

【０００５】ここで、デザインルールがハーフμｍ以下
のデバイスでは、前記サイドウォールの膜厚が極めて薄
くなるため、このサイドウォール中に高融点金属が拡散
すると、良好な絶縁特性を得ることが困難となり、前記
ソース・ドレインとゲート電極が短絡するという問題が
あった。また、前記シリサイド化を行った際に未反応で
あった高融点金属膜を除去する際に行うエッチング工程
で、高融点金属シリサイド膜にもエッチングが進行し、
当該高融点金属シリサイド膜の膜厚が減少することが知
られている。このエッチングの進行による高融点金属シ
リサイド膜の膜厚減少は、当該高融点金属シリサイド膜
の膜厚がある程度厚い場合は、特に問題ないが、素子の
微細化に伴い、高融点金属シリサイド膜の膜厚が極めて
薄くなると、その影響が大きくなり、前記ソース・ドレ
イン及びゲート電極の寄生抵抗の低減化に支障を来すと
いう問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、シリサイド化の際に、サイド
ウォール中に拡散した高融点金属を除去することがで
き、且つ、高融点金属シリサイド膜の膜厚減少を抑制す
ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形
成したゲート電極の側壁に、絶縁膜からなるサイドウォ
ールを形成する第１工程と、前記サイドウォールが形成
されたウエハの全面に、高融点金属膜を形成する第２工
程と、前記高融点金属膜の一部をシリサイド化して高融
点金属シリサイド膜を形成する第３工程と、前記高融点
金属シリサイド膜形成後、当該高融点金属シリサイド膜
と高融点金属膜との選択比が大きい第１のエッチング液
を用いた第１のエッチングを行う第４工程と、前記第１
のエッチング後、前記高融点金属シリサイド膜と絶縁膜
との選択比が大きい第２のエッチング液を用いた第２の
エッチングを行う第５工程と、を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供するものである。

【０００８】そして、前記第１のエッチング液として、
硫酸と過酸化水素との混合液を使用し、前記第２のエッ
チング液として、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び
水との混合液を使用することを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供するものである。

【０００９】

【作用】本発明よれば、前記高融点金属シリサイド膜形
成後、当該高融点金属シリサイド膜と高融点金属膜との
選択比が大きい第１のエッチング液を用いた第１のエッ
チングを行なうことで、前記高融点金属シリサイド膜へ
のエッチングの進行を極力無くした状態で、前記未反応
の高融点金属膜のみを効率良く除去することができる。
従って、前記第１のエッチングの際に、前記高融点金属
シリサイド膜の膜厚が減少することを防止することがで
きる。

【００１０】また、前記第１のエッチング後、前記高融
点金属シリサイド膜と絶縁膜との選択比が大きい第２の
エッチング液を用いた第２のエッチングを行うことで、
前記シリサイド化の際に、サイドウォール及び選択酸化
膜に拡散した高融点金属を除去することができる。即
ち、前記高融点金属は、前記シリサイド化の際に、サイ
ドウォール及び選択酸化膜の表面近傍に特に多量に分散
する。従って、前記第２のエッチングによりサイドウォ
ール及び選択酸化膜の表面を除去することで、拡散した
大部分の高融点金属を取り除くことができる。

【００１１】さらにまた、前記第１のエッチング液とし
て、硫酸と過酸化水素との混合液を使用し、前記第２の
エッチング液として、水酸化アンモニウム、過酸化水素
及び水との混合液を使用することで、前記作用をさらに
効果的に達成することができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る一実施例について、図面
を参照して説明する。図１ないし図５は、本発明の実施
例に係る半導体装置の製造工程の一部を示す部分断面図
である。図１に示す工程では、所望の処理を行った半導
体基板１の素子分離領域に、フィールド酸化膜２を形成
して素子間分離を行う。次に、素子間分離後のウエハの
全面に、ゲート絶縁膜３を形成し、次いで、当該ゲート
絶縁膜３上に、多結晶シリコン膜を形成する。次に、前
記多結晶シリコン膜に不純物をイオン注入して低抵抗化
した後、パターニングしてゲート電極４を形成する。次
に、前記ゲート電極４をマスクとして、半導体基板１の
表面に不純物イオンを注入する。次いで、前記ゲート電
極４の側壁に、絶縁膜からなるサイドウォール５を形成
した後、これをマスクとして、前記半導体基板１の表面
に不純物イオンを形成する。このようにして、ＬＤＤ
（Lightly Doped Drain Structure ）構造を有するソー
ス６及びドレイン７を形成した。

【００１３】次に、図２に示す工程では、図１に示す工
程で得たウエハの全面に、高融点金属（本実施例では、
チタン）膜８を２００Å程度の膜厚で形成する。次い
で、図３に示す工程では、図２に示す工程で得たウエハ
に、６００℃で３０秒間、ランプ加熱を行い、ソース
６、ドレイン７及びゲート電極４上に形成されている高
融点金属膜８をシリサイド化し、高融点金属シリサイド
膜（チタンシリサイド膜）９を形成する。この時、前記
高融点金属として還元性が強いチタンを使用しているた
め、前記サイドウォール５及びフィールド酸化膜２と高
融点金属（チタン）が反応し、当該サイドウォール５及
びフィールド酸化膜２の表面近傍に、高融点金属（チタ
ン）が拡散した層１０が形成される。

【００１４】次に、図４に示す工程では、図３に示す工
程で得た高融点金属シリサイド膜９及び未反応の高融点
金属膜８に、当該高融点金属シリサイド膜９と高融点金
属膜８との選択比が大きい第１のエッチング液として、
硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂＝３：１の割合で混合した液（１００℃）を用いて、第１のエッ
チングを１０分間行い、前記高融点金属膜８を選択的に
除去する。このように、前記第１のエッチング液を用い
てエッチングを行うことで、前記高融点金属シリサイド
膜９へのエッチングの進行を極力無くした状態で、前記
未反応の高融点金属膜８のみを効率良く除去することが
できる。従って、前記第１のエッチングの際に、前記高
融点金属シリサイド膜９の膜厚が減少することを防止す
ることができる。

【００１５】次いで、図５に示す工程では、図４に示す
工程で行った第１のエッチングにより、未反応の高融点
金属膜８を除去した後、これに連続して、第２のエッチ
ングを行う。この第２のエッチングでは、高融点金属シ
リサイド膜９と、サイドウォール５及びフィールド酸化
膜２との選択比が大きい第２のエッチング液として、水
酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ
₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）を、ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５の割合で混合した液（４０℃）を用いて、第１のエッチ
ングを２分間行い、サイドウォール５及びフィールド酸
化膜２の表面を選択的に除去する。このようにすること
で、サイドウォール５及びフィールド酸化膜２の表面近
傍に形成された高融点金属が拡散した層１０を除去する
ことができる。従って、前記サイドウォール５及びフィ
ールド酸化膜２に拡散した高融点金属を除去することが
できる。次に、第２のエッチングが終了したウエハに、
８００℃で３０秒間のランプ加熱を行う。

【００１６】その後、前記ウエハの全面に層間絶縁膜を
形成し、次いで、この層間絶縁膜にソース６、ドレイン
７、ゲート電極４と接続するコンタクト孔を開口した
後、配線を形成する等、所望の工程を行い、ＭＯＳトラ
ンジスタを備えた半導体装置を完成する。次に、前記図
３に示す工程のように、高融点金属膜をシリサイド化す
る際に、絶縁膜（サイドウォールやフィールド酸化膜
等）に、高融点金属（チタン）が拡散する状態を以下の
条件により調査した。

【００１７】絶縁膜の膜厚＝２００ｎｍ高融点金属の膜厚＝２０ｎｍ形成されたシリサイド膜の膜厚＝４８ｎｍ分析方法＝ＳＩＭＳ分析この結果を図６に示す。

【００１８】図６から、絶縁膜表面から１０ｎｍ近傍ま
でのチタン濃度は、１０¹⁷〜１０²⁰ａtoms/cm²であり、
絶縁膜の表面から４０ｎｍ近傍までのチタン濃度は、１
０¹⁶ａtoms/cm²であることが判る。これより、前記チタ
ンは、絶縁膜の表面近傍に多量に分散することが確認さ
れた。これより、絶縁膜の表面近傍をエッチング除去す
ることで、当該絶縁膜に拡散している高融点金属を効果
的に除去することができることが立証された。

【００１９】次に、前記図４に示す工程のように、未反
応の高融点金属（チタン）を除去するために第１のエッ
チングを行う際に、エッチング液として、硫酸（Ｈ₂Ｓ
Ｏ₄）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂＝１：３の割合で混合した液（１００℃）を用いて高融点金属を
選択的に除去した場合と、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄
ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）を、ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５の割合で混合した液（４０℃）を用いて高融点金属を選
択的に除去した場合の、高融点金属シリサイド膜のシー
ト抵抗値を以下の条件で調査した。

【００２０】高融点金属膜の膜厚＝２０ｎｍ高融点金属シリサイド膜の膜厚＝４８ｎｍこの結果を図７に示す。図７より、硫酸と過酸化水素と
の混合液を用いてエッチングを行った場合は、シート抵
抗の増加が極めて少ない（チタンシリサイド膜の膜厚減
少が極めて少ない）ことが確認された。一方、水酸化ア
ンモニウム、過酸化水素及び水との混合液を用いてエッ
チングを行った場合は、シート抵抗の増加が著しいこと
が確認された。これより、前記高融点金属シリサイド膜
（チタンシリサイド膜）は、硫酸と過酸化水素との混合
液には、殆ど侵されない（エッチングされない）ことが
立証された。

【００２１】次に、比較として、前記実施例に係る図１
ないし図３に示す工程を行った後、図４及び図５に示す
工程において、エッチング液として、硫酸（Ｈ₂Ｓ
Ｏ₄）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂＝１：３の割合で混合した液（１００℃）のみを用いて高融点金
属を選択的に除去した後、前記実施例と同様の工程を行
いＭＯＳトランジスタを備えた半導体装置（比較品１）
を作成した。

【００２２】また、前記実施例に係る図１ないし図３に
示す工程を行った後、エッチング液として、水酸化アン
モニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び
水（Ｈ₂Ｏ）を、ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５の割合で混合した液（４０℃）のみを用いて高融点金属
を選択的に除去した、前記実施例と同様の工程をＭＯＳ
トランジスタを備えた半導体装置（比較品２）を作成し
た。

【００２３】次に、前記実施例で作成した本発明品と比
較品１及び比較品２について、ＭＯＳトランジスタのシ
ート抵抗を測定した。この結果を図８に示す。図８か
ら、本発明品と比較品１は、比較品２に比べ、シート抵
抗値が低くなっていることが確認された。さらに、前記
実施例で作成した本発明品と比較品１及び比較品２につ
いて、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレインとゲート
電極のリーク電流を測定した。この結果を図９に示す。

【００２４】図９から、本発明品と比較品２は、比較品
１に比べ、リーク電流値が低くなっていることが確認さ
れた。以上から、本発明品は、シート抵抗及びリーク電
流共、優れた値を示すことが立証された。なお、本実施
例では、第１のエッチング液として、硫酸と過酸化水素
との混合比率が、硫酸：過酸化水素＝１：３である混合
液を使用したが、これに限らず、硫酸と過酸化水素との
混合比率は、所望により決定してよい。

【００２５】また、本実施例では、第１のエッチング液
として、硫酸と過酸化水素との混合液を使用したが、こ
れに限らず、高融点金属シリサイド膜と高融点金属膜と
の選択比が大きい性質を有する液であれば、他の組成の
エッチング液を使用してもよい。そして、本実施例で
は、第２のエッチング液として、水酸化アンモニウム、
過酸化水素及び水との混合比率が、水酸化アンモニウ
ム：過酸化水素：水＝１：１：５である混合液を使用し
たが、これに限らず、水酸化アンモニウム、過酸化水素
及び水との混合比率は、所望により決定してよい。

【００２６】また、本実施例では、第２のエッチング液
として、水酸化アンモニウム過酸化水素及び水との混合
液を使用したが、これに限らず、高融点金属シリサイド
膜と絶縁膜との選択比が大きい性質を有する液であれ
ば、他の組成のエッチング液を使用してもよい。そし
て、本実施例では、高融点金属としてチタン（Ｔｉ）を
使用したが、これに限らず、モリブデン（Ｍｏ）、イリ
ジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、
パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、タングステン（Ｗ）等、半導体材料と安定な化合
物を形成することができる高融点金属であれば、他の種
類の高融点金属を用いてもよい。

【００２７】また、本実施例では、高融点金属膜８を２
００Å程度の膜厚で形成したが、これに限らず、高融点
金属膜８の膜厚は、所望により決定してよい。そして、
本実施例では、ランプ加熱による熱処理を行ったが、こ
れに限らず、他の方法による熱処理を行ってもよいこと
は勿論である。そしてまた、本実施例で行った第１のエ
ッチング液及び第２のエッチング液を用いたエッチング
のエッチング時間や処理温度等は、一例であり、適切な
シリサイド抵抗値が得られ、ソース・ドレインとゲート
電極とのリーク電流を適切な値に抑制できる範囲内であ
れば、特に限定されるものではない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前記高融点金属シリサイド膜形成後、当該高融点金属シ
リサイド膜と高融点金属膜との選択比が大きい第１のエ
ッチング液を用いた第１のエッチングを行なうことで、
前記高融点金属シリサイド膜へのエッチングの進行を極
力無くした状態で、前記未反応の高融点金属膜のみを効
率良く除去することができる。従って、前記第１のエッ
チングの際に、前記高融点金属シリサイド膜の膜厚が減
少することを防止することができる。

【００２９】また、前記第１のエッチング後、前記高融
点金属シリサイド膜と絶縁膜との選択比が大きい第２の
エッチング液を用いた第２のエッチングを行うことで、
前記シリサイド化の際に、サイドウォール及び選択酸化
膜に拡散した高融点金属を除去することができる。この
結果、シート抵抗値の増加及びリーク電流値の増加を抑
制し、高精度で信頼性の高い半導体装置を簡単に製造す
ることができる。

【００３０】さらにまた、前記第１のエッチング液とし
て、硫酸と過酸化水素との混合液を使用し、前記第２の
エッチング液として、水酸化アンモニウム、過酸化水素
及び水との混合液を使用することで、前記効果をさらに
効果的に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図２】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図３】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図４】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図５】本発明の一実施例にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。

【図６】本発明の一実施例で、高融点金属膜をシリサイ
ド化した際に、絶縁膜に高融点金属（チタン）が拡散し
た状態を示す図である。

【図７】本発明の一実施例で、未反応の高融点金属（チ
タン）を除去するために行うエッチングで、エッチング
液として、硫酸と過酸化水素との混合液を使用した場合
のシート抵抗増加分と、エッチング液として、水酸化ア
ンモニウム、過酸化水素及び水との混合液を使用した場
合のシート抵抗増加分を示す図である。

【図８】本発明の一実施例で作成した本発明品と比較品
１及び比較品２のＭＯＳトランジスタのシート抵抗値を
示す図である。

【図９】本発明の一実施例で作成した本発明品と比較品
１及び比較品２のＭＯＳトランジスタのソース・ドレイ
ンとゲート電極のリーク電流値を示す図である。

【符号の説明】

１半導体基板２フィールド酸化膜３ゲート酸化膜４ゲート電極５サイドウォール６ソース７ドレイン８高融点金属膜９高融点金属シリサイド膜１０高融点金属が拡散した層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形
成したゲート電極の側壁に、絶縁膜からなるサイドウォ
ールを形成する第１工程と、前記サイドウォールが形成
されたウエハの全面に、高融点金属膜を形成する第２工
程と、前記高融点金属膜の一部をシリサイド化して高融
点金属シリサイド膜を形成する第３工程と、前記高融点
金属シリサイド膜形成後、当該高融点金属シリサイド膜
と高融点金属膜との選択比が大きい第１のエッチング液
を用いた第１のエッチングを行う第４工程と、前記第１
のエッチング後、前記高融点金属シリサイド膜と絶縁膜
との選択比が大きい第２のエッチング液を用いた第２の
エッチングを行う第５工程と、を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第１のエッチング液として、硫酸と
過酸化水素との混合液を使用し、前記第２のエッチング
液として、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水との
混合液を使用する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。