半導体装置の製造方法
【課題】サリサイドプロセスで金属シリサイド層を形成した半導体装置の性能を向上させる。
【解決手段】ゲート絶縁膜７、ゲート電極８ａ，８ｂ、ソース・ドレイン用のｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂを形成してから、半導体基板１上に金属膜及びバリア膜を形成し、第１の熱処理を行って金属膜とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂとを反応させることで、金属膜を構成する金属元素ＭのモノシリサイドＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。その後、バリア膜および未反応の金属膜を除去してから、第２の熱処理を行い金属シリサイド層４１を安定化させる。これ以降、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度よりも高温となるような処理は行わない。第２の熱処理の熱処理温度は、金属元素ＭのダイシリサイドＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズが一致する温度よりも低くする。
【解決手段】ゲート絶縁膜７、ゲート電極８ａ，８ｂ、ソース・ドレイン用のｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂを形成してから、半導体基板１上に金属膜及びバリア膜を形成し、第１の熱処理を行って金属膜とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂとを反応させることで、金属膜を構成する金属元素ＭのモノシリサイドＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。その後、バリア膜および未反応の金属膜を除去してから、第２の熱処理を行い金属シリサイド層４１を安定化させる。これ以降、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度よりも高温となるような処理は行わない。第２の熱処理の熱処理温度は、金属元素ＭのダイシリサイドＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズが一致する温度よりも低くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、金属シリサイド層を有する半導体素子の製造に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化が進むにつれて、電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）はスケーリング則に従い微細化されるが、ゲートやソース・ドレインの抵抗が増大して電界効果トランジスタを微細化しても高速動作が得られないという問題が生ずる。そこで、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面に自己整合により低抵抗の金属シリサイド層、例えばニッケルシリサイド層またはコバルトシリサイド層などを形成することにより、ゲートやソース・ドレインを低抵抗化するサリサイド技術が検討されている。
【０００３】
特開２００５−１０９５０４号公報（特許文献１）には、ゲート電極およびソース／ドレイン領域の上にメタル層を形成する段階と、Ａｒプラズマを利用して前記メタル層の表面処理を行う段階と、前記メタル層が形成されたシリコン基板を所定の温度でアニール処理してシリサイド薄膜を形成する段階とを含む半導体素子の製造方法に関する技術が記載されている。
【０００４】
特開２００６−２９４８６１号公報（特許文献２）には、Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、プラズマによる処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、化学的表面処理が施されたＳｉ含有部分上に金属含有膜を成膜する成膜工程とを具備する、Ｓｉ含有部分表面に金属含有膜を成膜する方法に関する技術が記載されている。
【０００５】
特開２００３−１１９５６４号公報（特許文献３）には、プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内でＳｉ基板の表面にある自然酸化膜の除去後、該自然酸化膜が除去されたＳｉ基板を大気に晒すことなく、エッチングと成膜を最適化された同一チャンバ内で連続して自然酸化膜が除去されたＳｉ基板上に高融点金属を含む膜を成膜する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１０９５０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４８６１号公報
【特許文献３】特開２００３−１１９５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
【０００７】
ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面にサリサイドプロセスにより形成する金属シリサイド層は、微細化による低抵抗化の要求から、コバルトシリサイドよりも、ニッケルシリサイドからなることが好ましい。金属シリサイド層をコバルトシリサイドではなくニッケルシリサイドとすることで、金属シリサイド層の抵抗をより低くすることができ、ソース・ドレインの拡散抵抗や、コンタクト抵抗などをより低減できる。また、金属シリサイド層をコバルトシリサイドではなくニッケルシリサイドとすることで、金属シリサイド層を薄く形成することができ、ソース・ドレインの接合深さを浅くできるので、電界効果トランジスタの微細化に有利となる。
【０００８】
サリサイドプロセスで形成する金属シリサイド層がコバルトシリサイドの場合、ＣｏＳｉ相よりもＣｏＳｉ２相の方が低抵抗であるため、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面には、ＣｏＳｉ２からなる金属シリサイドを形成する必要がある。それに対して、サリサイドプロセスで形成する金属シリサイド層がニッケルシリサイドの場合、ＮｉＳｉ２相よりもＮｉＳｉ相の方が低抵抗であるため、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面には、ＮｉＳｉからなる金属シリサイド層を形成する必要がある。
【０００９】
コバルトシリサイド形成の場合は、Ｓｉ（シリコン）が拡散種であり、Ｃｏ膜中へＳｉが移動することによりコバルトシリサイドが形成されるのに対して、ニッケルシリサイド形成の場合は、Ｎｉ（ニッケル）が拡散種であり、シリコン領域側にＮｉ（ニッケル）が移動することによってニッケルシリサイドが形成される。
【００１０】
このため、熱処理の際にＮｉ（ニッケル）が過剰に拡散するなどして不要なＮｉＳｉ２部分が形成され、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層の電気抵抗がばらつく可能性があることが、本発明者の検討により分かった。電界効果トランジスタの更なる性能向上のためには、電界効果トランジスタ毎の金属シリサイド層の電気抵抗のばらつきを低減し、電界効果トランジスタの特性の変動を防止することが望まれる。
【００１１】
また、熱処理の際にＮｉＳｉ層からチャネル部へのＮｉＳｉ２の異常成長が生じる可能性があることも、本発明者の検討により分かった。ＮｉＳｉ層からチャネル部にＮｉＳｉ２が異常成長していると、電界効果トランジスタのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりするため、電界効果トランジスタの更なる性能向上のためには、このようなＮｉＳｉ層からチャネル部へのＮｉＳｉ２の異常成長を防止することが望まれる。
【００１２】
本発明の目的は、半導体装置の性能を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
本発明は、半導体基板に半導体領域を形成してから、半導体基板の主面の半導体領域の表面をドライクリーニングにより清浄化し、半導体基板上に金属膜を形成し、第１の熱処理を行って前記金属膜と前記半導体領域とを反応させて前記金属膜を構成する金属元素ＭのモノシリサイドＭＳｉからなる金属シリサイド層を形成してから、未反応の前記金属膜を除去し、その後、第２の熱処理を行う。そして、前記第２の熱処理の熱処理温度を、前記第１の熱処理の熱処理温度よりも高く、かつ、前記金属元素ＭのダイシリサイドＭＳｉ２の格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとが一致する第１の温度よりも低くするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
半導体装置の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２０】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２１】
また、ドライクリーニング技術に関しては、二瀬らの日本国特許出願第２００６−１０７７８０号（２００６.４.１０出願）、二瀬らの日本国特許出願第２００７−８１１４７号（２００７．３．２７出願）に開示されている。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図１〜図８は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばＣＭＩＳＦＥＴ（Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）を有する半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【００２３】
まず、図１に示されるように、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）１を準備する。次に、この半導体基板１を熱酸化してその表面に例えば厚さ１０ｎｍ程度の絶縁膜２を形成した後、その上層にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより、例えば厚さ１００ｎｍ程度の絶縁膜３を堆積する。絶縁膜２は酸化シリコンなどからなり、絶縁膜３は窒化シリコン膜などからなる。それから、図２に示されるように、フォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして絶縁膜３、絶縁膜２および半導体基板１を順次ドライエッチングすることにより、素子分離形成予定領域の半導体基板１に例えば深さ３００ｎｍ程度の溝（素子分離用の溝）４ａを形成する。溝４ａは、素子分離用の溝であり、すなわち後述する素子分離領域４形成用の溝である。
【００２４】
次に、図３に示されるように、熱リン酸などを用いたウェットエッチングにより絶縁膜３を除去した後、溝４ａの内部（側壁および底部）を含む半導体基板１の主面上に例えば厚み１０ｎｍ程度の絶縁膜４ｂを形成する。それから、半導体基板１の主面上（すなわち絶縁膜４ｂ上）に、溝４ａ内を埋めるように、絶縁膜４ｃをＣＶＤ法などにより形成（堆積）する。
【００２５】
絶縁膜４ｂは、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜からなる。絶縁膜４ｂが酸窒化シリコン膜の場合には、絶縁膜４ｂ形成工程以降の熱処理によって溝４ａの側壁が酸化することによる体積膨張を防止でき、半導体基板１に働く圧縮応力を低減できる効果がある。
【００２６】
絶縁膜４ｃは、ＨＤＰ−ＣＶＤ（High Density Plasma CVD：高密度プラズマＣＶＤ）法により成膜された酸化シリコン膜、またはＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜などである。なお、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜とは、Ｏ３（オゾン）およびＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、Tetra Ethyl Ortho Silicateとも言う）を原料ガス（ソースガス）として用いて熱ＣＶＤ法により形成した酸化シリコン膜である。絶縁膜４ｃがＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の場合、絶縁膜４ｂは、絶縁膜４ｃを堆積する際の半導体基板１へのダメージ防止の効果がある。
【００２７】
次に、図４に示されるように、絶縁膜４ｃをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨して、溝４ａの外部の絶縁膜４ｃを除去し、溝４ａの内部に絶縁膜４ｂ，４ｃを残すことにより、素子分離（素子分離領域）４を形成する。
【００２８】
それから、半導体基板１を例えば１０００℃程度で熱処理することにより、溝４ａに埋め込んだ絶縁膜４ｃを焼き締める。焼き締め前の状態では、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜よりもＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の方が緻密である。このため、絶縁膜４ｃがＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜の場合、焼き締めによる絶縁膜４ｃの収縮により、半導体基板１に働く圧縮応力を低減できる効果がある。一方、絶縁膜４ｃがＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の場合には、絶縁膜４ｃがＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜の場合に比べて、焼き締め時の絶縁膜４ｃの収縮が少ないため、素子分離領域４によって半導体基板１に働く圧縮応力が大きくなる。
【００２９】
このようにして、溝４ａ内に埋め込まれた絶縁膜４ｂ，４ｃからなる素子分離領域４が形成される。本実施の形態では、素子分離領域４は、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidization of Silicon）法ではなく、好ましくはＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により形成される。すなわち、本実施の形態の素子分離領域４は、好ましくは、半導体基板１に形成された素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体（ここでは絶縁膜４ｂ，４ｃ）からなる。後述するｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎ（すなわちｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎを構成するゲート絶縁膜７、ゲート電極８ａおよびソース・ドレイン用のｎ−型半導体領域９ａおよびｎ＋型半導体領域９ｂ）は、素子分離領域４で規定された（囲まれた）活性領域に形成される。また、後述するｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐ（すなわちｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐを構成するゲート絶縁膜７、ゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン用のｐ−型半導体領域１０ａおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）も、素子分離領域４で規定された（囲まれた）活性領域に形成される。
【００３０】
次に、図５に示されるように、半導体基板１の主面から所定の深さに渡ってｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６を形成する。ｐ型ウエル５は、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域を覆うフォトレジスト膜（図示せず）をイオン注入阻止マスクとして、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域の半導体基板１に例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。また、ｎ型ウエル６は、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域を覆う他のフォトレジスト膜（図示せず）をイオン注入阻止マスクとして、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域の半導体基板１に例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。
【００３１】
次に、例えばフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板１の表面を清浄化（洗浄）した後、半導体基板１の表面（すなわちｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６の表面）上にゲート絶縁膜７を形成する。ゲート絶縁膜７は、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。
【００３２】
次に、半導体基板１上（すなわちｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６のゲート絶縁膜７上）に、ゲート電極形成用の導体膜として、多結晶シリコン膜のようなシリコン膜８を形成する。シリコン膜８のうちのｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域（後述するゲート電極８ａとなる領域）は、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして用いてリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のｎ型半導体膜（ドープトポリシリコン膜）とされている。また、シリコン膜８のうちのｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域（後述するゲート電極８ｂとなる領域）は、他のフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして用いてホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のｐ型半導体膜（ドープトポリシリコン膜）とされている。また、導体膜８は、成膜時にはアモルファスシリコン膜であったものを、成膜後（イオン注入後）の熱処理により多結晶シリコン膜に変えることもできる。
【００３３】
次に、図６に示されるように、シリコン膜８をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、ゲート電極８ａ，８ｂを形成する。
【００３４】
ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極となるゲート電極８ａは、ｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン（ｎ型半導体膜、ドープトポリシリコン膜）からなり、ｐ型ウエル５上にゲート絶縁膜７を介して形成される。すなわち、ゲート電極８ａは、ｐ型ウエル５のゲート絶縁膜７上に形成される。また、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極となるゲート電極８ｂは、ｐ型の不純物を導入した多結晶シリコン（ｐ型半導体膜、ドープトポリシリコン膜）からなり、ｎ型ウエル６上にゲート絶縁膜７を介して形成される。すなわち、ゲート電極８ｂは、ｎ型ウエル６のゲート絶縁膜７上に形成される。ゲート電極８ａ，８ｂのゲート長は、必要に応じて変更できるが、例えば５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３５】
次に、図７に示されるように、ｐ型ウエル５のゲート電極８ａの両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより、（一対の）ｎ−型半導体領域９ａを形成し、ｎ型ウエル６のゲート電極８ｂの両側の領域にホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することにより、（一対の）ｐ−型半導体領域１０ａを形成する。ｎ−型半導体領域９ａおよびｐ−型半導体領域１０ａの深さ（接合深さ）は、例えば３０ｎｍ程度とすることができる。
【００３６】
次に、ゲート電極８ａ，８ｂの側壁上に、絶縁膜として、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれら絶縁膜の積層膜などからなる側壁スペーサまたはサイドウォール（側壁絶縁膜）１１を形成する。サイドウォール１１は、例えば、半導体基板１上に酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜を堆積し、この酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などにより異方性エッチングすることによって形成することができる。
【００３７】
サイドウォール１１の形成後、（一対の）ｎ＋型半導体領域９ｂ（ソース、ドレイン）を、例えば、ｐ型ウエル５のゲート電極８ａおよびサイドウォール１１の両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより形成する。また、（一対の）ｐ＋型半導体領域１０ｂ（ソース、ドレイン）を、例えば、ｎ型ウエル６のゲート電極８ｂおよびサイドウォール１１の両側の領域にホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することにより形成する。ｎ＋型半導体領域９ｂを先に形成しても、あるいはｐ＋型半導体領域１０ｂを先に形成してもよい。イオン注入後、導入した不純物の活性化のためのアニール処理を行うこともできる。ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの深さ（接合深さ）は、例えば８０ｎｍ程度とすることができる。
【００３８】
ｎ＋型半導体領域９ｂは、ｎ−型半導体領域９ａよりも不純物濃度が高く、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ｐ−型半導体領域１０ａよりも不純物濃度が高い。これにより、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソースまたはドレインとして機能するｎ型の半導体領域（不純物拡散層）が、ｎ＋型半導体領域（不純物拡散層）９ｂおよびｎ−型半導体領域９ａにより形成され、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソースまたはドレインとして機能するｐ型の半導体領域（不純物拡散層）が、ｐ＋型半導体領域（不純物拡散層）１０ｂおよびｐ−型半導体領域１０ａにより形成される。従って、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴおよびｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン領域は、ＬＤＤ（Lightly doped Drain）構造を有している。ｎ−型半導体領域９ａは、ゲート電極８ａに対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域９ｂは、ゲート電極８ａの側壁上に形成されたサイドウォール１１に対して自己整合的に形成され、ｐ−型半導体領域１０ａは、ゲート電極８ｂに対して自己整合的に形成され、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ゲート電極８ｂの側壁上に形成されたサイドウォール１１に対して自己整合的に形成される。このようにして、ｐ型ウエル５にｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）Ｑｎが形成され、ｎ型ウエル６にｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）Ｑｐが形成され、図７の構造が得られる。なお、ｎ＋型半導体領域９ｂは、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのソースまたはドレイン用の半導体領域とみなすことができ、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソースまたはドレイン用の半導体領域とみなすことができる。
【００３９】
次に、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）技術により、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのゲート電極８ａおよびソース・ドレイン領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ）の表面と、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン領域（ここではｐ＋型半導体領域１０ｂ）の表面とに、低抵抗の金属シリサイド層（後述の金属シリサイド層４１に対応）を形成する。以下に、この金属シリサイド層の形成工程について説明する。
【００４０】
図９は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図であり、図７の構造が得られた後、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）プロセスによりゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層（金属・半導体反応層）を形成する工程の製造プロセスフローが示されている。図１０はシリサイド材料（金属シリサイド層４１形成用の材料膜、ここでは金属膜１２およびバリア膜１３に対応）の成膜装置の概略平面図、図１１はシリサイド材料の成膜工程図、図１２はシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバの概略断面図、図１３はシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバにおける半導体ウエハの処理工程を説明するためのチャンバの概略断面図である。図１４〜図１７は、図８に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。なお、図９は、図８および図１４の工程の製造プロセスフローに対応し、図１１は図８の工程の製造プロセスフローに対応する。
【００４１】
上記のようにして図７の構造が得られた後、図８に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面を露出させてから、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面（全面）上に金属膜１２を、例えばスパッタリング法を用いて形成（堆積）する（図９のステップＳ１）。すなわち、ステップＳ１では、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１上に、ゲート電極８ａ，８ｂを覆うように、金属膜１２が形成される。
【００４２】
それから、金属膜１２上にバリア膜（第１バリア膜、応力制御膜、酸化防止膜、キャップ膜）１３を形成（堆積）する（図９のステップＳ２）。
【００４３】
また、ステップＳ１（金属膜１２堆積工程）の前に、ＨＦガス、ＮＦ３ガス、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスのうち少なくともいずれか一つを用いたドライクリーニング処理（後述する工程Ｐ２に対応）を行って、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂの表面の自然酸化膜を除去した後、半導体基板１を大気中（酸素含有雰囲気中）にさらすことなく、ステップＳ１およびステップＳ２を行えば、より好ましい。
【００４４】
金属膜１２は、例えばニッケル（Ｎｉ）膜からなり、その厚さ（堆積膜厚）は、例えば９ｎｍ程度とすることができる。Ｎｉ（ニッケル）膜以外にも、例えばＮｉ−Ｐｔ合金膜（ＮｉとＰｔの合金膜）、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜（ＮｉとＰｄの合金膜）、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜（ＮｉとＹｂの合金膜）またはＮｉ−Ｅｒ合金膜（ＮｉとＥｒの合金膜）のようなニッケル合金膜などを金属膜１２として用いることができる。バリア膜１３は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜からなり、その厚さ（堆積膜厚）は、例えば１５ｎｍ程度とすることができる。バリア膜１３は、詳細は後述するが、半導体基板１に働く応力の制御や金属膜１２の酸化防止などのために金属膜１２上に設けられる。以下に、金属膜１２およびバリア膜１３の好ましい形成方法の一例について説明する。
【００４５】
金属膜１２およびバリア膜１３の成膜には、図１０に示されるシリサイド材料の成膜装置２０が用いられる。
【００４６】
図１０に示されるように、成膜装置２０は、第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂの２つの搬送室が配置され、第１搬送室２１ａの周囲に開閉手段であるゲートバルブ２２を介してロードロック室２３，２４および３つのチャンバ２５，２６，２７が備わり、第２搬送室２１ｂの周囲に開閉手段であるゲートバルブ２２を介して２つのチャンバ２８，２９が備わったマルチチャンバタイプである。さらに、第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間には２つの搬送用のチャンバ３０，３１が備わっている。第１搬送室２１ａは排気機構等により所定の真空度に保持され、その中央部には半導体ウエハＳＷを搬送するための多関節アーム構造の搬送用ロボット３２ａが設けられている。同様に、第２搬送室２１ｂは排気機構等により所定の真空度に保持され、その中央部には半導体ウエハＳＷを搬送するための多関節アーム構造の搬送用ロボット３２ｂが設けられている。
【００４７】
第１搬送室２１ａに備わるチャンバ２５，２６は相対的に高温の加熱処理を行う加熱処理用チャンバ、チャンバ２７はドライクリーニング処理（処置）用チャンバである。第２搬送室２１ｂに備わるチャンバ２８はスパッタリング法により金属膜１２（例えばニッケル膜）を成膜する成膜用チャンバ、チャンバ２９はスパッタリング法によりバリア膜１３（例えば窒化チタン膜）を成膜する成膜用チャンバである。また、バリア膜１３をプラズマＣＶＤ法で成膜する場合は、チャンバ２９はプラズマＣＶＤ法によりバリア膜１３（例えばチタン膜）を成膜する成膜用チャンバとなる。
【００４８】
第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間に備わるチャンバ３０，３１は第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間での半導体ウエハＳＷの受け渡しを行う受渡用チャンバであり、また半導体ウエハＳＷの冷却にも用いられる冷却用チャンバである。なお、成膜装置２０では、第１搬送室２１ａのみに備わるチャンバを３つとし、第２搬送室２１ｂのみに備わるチャンバを２つとしたが、これに限定されるものではなく、同じ用途のチャンバまたは他の用途のチャンバを追加することも可能である。
【００４９】
まず、１枚の半導体ウエハＳＷをウエハ搬入出室３３内に設置された搬送用ロボット３６によっていずれかのフープ３４から取り出し（図１１の工程Ｐ１）、いずれかのロードロック室２３または２４へ搬入する。フープ３４は半導体ウエハＳＷのバッチ搬送用の密閉収納容器であり、通常２５枚、１２枚、６枚等のバッチ単位で半導体ウエハＳＷを収納する。フープ３４の容器外壁は微細な通気フィルタ部を除いて機密構造になっており、塵埃はほぼ完全に排除される。従って、クラス１０００の雰囲気で搬送しても、内部はクラス１の清浄度が保てるようになっている。成膜装置２０とのドッキングは、フープ３４の扉をポート３５に取り付けて、ウエハ搬入出室３３の内部に引き込むことによって清浄さを保持した状態で行われる。続いてロードロック室２３内を真空引きした後、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを第１搬送室２１ａからドライクリーニング処理用のチャンバ２７へ真空搬送する（図１１の工程Ｐ２）。図１２にチャンバ２７の概略断面図が示されている。図１２に示されるように、チャンバ２７は主としてウエハステージ２７ａ、ウエハリフトピン２７ｂ、シャワーヘッド２７ｃおよびリモートプラズマ発生装置２７ｄによって構成される。ウエハステージ２７ａおよびウエハリフトピン２７ｂは独立した昇降機構を持ち、シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離および半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離を任意に制御することができる。また、ウエハステージ２７ａの上方に設置されたシャワーヘッド２７ｃは常に一定温度に維持されており、その温度は例えば１８０℃である。
【００５０】
チャンバ２７へ半導体ウエハＳＷを搬入する時は、図１３（ａ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを下降させ、ウエハリフトピン２７ｂを上昇させて、ウエハリフトピン２７ｂ上に半導体ウエハＳＷを載せる。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば１６．５±１２．７ｍｍ、半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離は、例えば２５．４±１７．８ｍｍに設定される。
【００５１】
続いて半導体ウエハＳＷの主面上をドライクリーニング処理する時は、図１３（ｂ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを上昇させ、ウエハリフトピン２７ｂを下降させて、ウエハステージ２７ａ上に半導体ウエハＳＷを載せる。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば１７．８±５．１ｍｍに設定される。
【００５２】
ドライクリーニング処理時には、リモートプラズマ発生装置２７ｄにおいて還元ガス、例えばＮＦ３ガスおよびＮＨ３ガスを添加したＡｒガスを励起させてプラズマを生成し、このプラズマをチャンバ２７内へ導入する。チャンバ２７内に導入されたプラズマをシャワーヘッド２７ｃを介して半導体ウエハＳＷの主面上に供給することにより、プラズマとシリコン（ゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコンとｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂが形成された半導体基板１を構成する単結晶シリコン）の表面に形成された自然酸化膜との間で起きる、例えば式（１）に示す還元反応によって自然酸化膜が除去される。ドライクリーニング処理時におけるプロセス条件は、例えばシャワーヘッド温度１８０℃、ＮＦ３ガス流量１４ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量７０ｓｃｃｍ、圧力４００Ｐａ、プラズマパワー３０Ｗである。
【００５３】
ＳｉＯ２＋ＮＦ３＋ＮＨ３→ （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋Ｏ２ 式（１）
この時、還元反応により生成された生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が半導体ウエハＳＷの主面上に残留する。さらに、半導体ウエハＳＷはウエハステージ２７ａ上に載せてあるだけであり、上記生成物は半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部にも残留する。半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部に残留する生成物は、半導体ウエハＳＷを他のチャンバへ搬送する場合などにおいて剥がれ、汚染や発塵の原因となる。そこで、ドライクリーニング処理（処置）に続いて、チャンバ２７内において半導体ウエハＳＷに熱処理を施すことにより、半導体ウエハＳＷの主面上に残留する生成物を除去すると同時に、半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部に残留する生成物を除去する。
【００５４】
続いて半導体ウエハＳＷを熱処理する時は、図１３（ｃ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを下降させ、ウエハリフトピン２７ｂを上昇させて、半導体ウエハＳＷを温度１８０℃に設定されたシャワーヘッド２７ｃへ近づける。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば３．８±２．６ｍｍ、半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離は、例えば５．９ｍｍ以上に設定される。
【００５５】
熱処理時には、シャワーヘッド２７ｃの加熱温度（１８０℃）を利用して半導体ウエハＳＷが加熱される。半導体ウエハＳＷの温度は１００から１５０℃となり、上記ドライクリーニング処理（処置）時に半導体ウエハＳＷの主面上に形成された生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が、例えば式（２）に示す反応によって昇華し除去される。さらに、この熱処理によって半導体ウエハＳＷの側面および裏面も加熱されて、側面および裏面の一部に残留した生成物も除去される。
【００５６】
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ 式（２）
しかしながら、上記ドライクリーニング処理時に半導体ウエハＳＷに形成された生成物の組成が（ＮＨ４）２ＳｉＦ６から僅かでもずれていると、温度１００から１５０℃の熱処理では式（２）の反応が起こり難く、完全に生成物を除去することができなくなり、極微少の生成物が半導体ウエハＳＷの主面上に残留する。前述したように、半導体ウエハＳＷの主面上に微少な生成物が残留していると、その後半導体ウエハＳＷの主面上に形成される金属シリサイド層（例えばニッケルシリサイド層）の電気抵抗にばらつきが生じる。そこで、次工程において、半導体ウエハＳＷに１５０℃よりも高い温度の熱処理を施して、半導体ウエハＳＷの主面上に残留した微少の生成物を除去する。
【００５７】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷをドライクリーニング処理用のチャンバ２７から加熱処理用のチャンバ２５（またはチャンバ２６）へ第１搬送室２１ａを介して真空搬送し、チャンバ２５（またはチャンバ２６）に備わるステージ上に載せる（図１１の工程Ｐ３）。チャンバ２５（またはチャンバ２６）のステージ上に半導体ウエハＳＷを載せることにより、半導体ウエハＳＷを所定の温度で加熱し、１００から１５０℃の温度では昇華せずに半導体ウエハＳＷの主面上に残留した生成物を昇華させて除去する。半導体ウエハＳＷの主面上での温度は、例えば１５０から４００℃が適切な範囲と考えられる（他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもとよりである）。また、量産に適した範囲としては１６５から３５０℃が考えられるが、さらに１８０から２２０℃等の２００℃を中心値とする範囲が最も好適と考えられる。
【００５８】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを加熱処理用のチャンバ２５（またはチャンバ２６）から冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）へ第１搬送室２１ａを介して真空搬送し、チャンバ３０（またはチャンバ３１）に備わるステージ上に載せる（図１１の工程Ｐ４）。チャンバ３０（またはチャンバ３１）のステージ上に半導体ウエハＳＷを載せることにより、半導体ウエハＳＷは冷却される。
【００５９】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷを冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）から金属膜１２成膜用のチャンバ２８へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ５）。チャンバ２８内を排気機構により所定の真空度、例えば１．３３×１０−６Ｐａ程度とした後、半導体ウエハＳＷを所定の温度に加熱し、チャンバ２８内へＡｒガスを所定の流量により導入してスパッタリング法により半導体ウエハＳＷの主面上へ金属膜１２（例えばニッケル膜）を堆積する。この金属膜１２の堆積工程が、上記ステップＳ１（図９のステップＳ１）に対応する。金属膜１２の厚さは、例えば９ｎｍであり、成膜時におけるスパッタリング条件は、例えば成膜温度４０℃、Ａｒガス流量１３ｓｃｃｍである。
【００６０】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷを金属膜１２成膜用のチャンバ２８からバリア膜１３成膜用のチャンバ２９へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ６）。チャンバ２９内を排気機構により所定の真空度とした後、半導体ウエハＳＷを所定の温度に加熱し、チャンバ２９内へＡｒガスおよびＮ２ガスを所定の流量により導入してスパッタリング法により半導体ウエハＳＷの主面上へ窒化チタン膜などからなるバリア膜１３を堆積する。このバリア膜１３の堆積工程が、上記ステップＳ２（図９のステップＳ２）に対応する。バリア膜１３の厚さは、例えば１５ｎｍであり、成膜時におけるスパッタリング条件は、例えば成膜温度４０℃、Ａｒガス流量２８ｓｃｃｍ、窒素ガス流量８０ｓｃｃｍである。
【００６１】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷをバリア膜１３成膜用のチャンバ２９から冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ７）。
【００６２】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）からいずれかのロードロック室２３または２４へ真空搬出し、さらに搬送用ロボット３６によって半導体ウエハＳＷをロードロック室２３または２４からウエハ搬入出室３３を介していずれかのフープ３４へ戻す（図１１の工程Ｐ８）。
【００６３】
なお、上記ドライクリーニング処理では、リモートプラズマ発生装置２７ｄにおいて還元ガス、例えばＮＦ３ガスおよびＮＨ３ガスを添加したＡｒガス（プラズマ励起用のガスとしてはＡｒガスが多用されるが、その他の希ガスまたはそれらの混合ガスでもよい）を励起させてプラズマを生成し、このプラズマをチャンバ２７内へ導入して自然酸化膜を還元反応により除去した。他の形態として、プラズマを用いずに、ＨＦガスとＮＨ３ガスまたはＮＦ３ガスとＮＨ３ガス等の還元ガスをチャンバ２７内へ導入して自然酸化膜を還元反応により除去してもよい。
【００６４】
また、リモートプラズマ装置に限定されるものではなく、その他の特性に問題がなければ、通常のプラズマ装置を用いても問題はない。リモートプラズマは基板に損傷を与えない利点がある。
【００６５】
また、プラズマを用いて処理する場合は、上記ガスの組み合わせに限らず、窒素、水素、フッ素（これらの複合ラジカルを含む）のそれぞれのラジカルまたは反応種を生成するものであれば、特にこのプロセスに対して有害なものでなければ、その他のガスの組み合わせでもよい。すなわち、窒素、水素およびフッ素ラジカル生成ガス（混合ガスを含む）とプラズマ励起ガスとその他の添加ガス等との混合ガス雰囲気を適宜用いればよい。
【００６６】
また、還元ガス等の反応ガスは上記ガスに限らず、シリコン表面の酸化膜と比較的低温で反応して気化する反応種を生成するものであればよい。
【００６７】
このようにして、金属膜１２およびバリア膜１３を形成した後、半導体基板１に第１の熱処理（アニール処理）を施す（図９のステップＳ３）。ステップＳ３の第１の熱処理は、不活性ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガス）または窒素（Ｎ２）ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことが好ましい。また、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合には、ステップＳ３の第１の熱処理は、４００〜５００℃で行うことが好ましい。例えば、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中でＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）法を用いて、４１０℃程度の温度にて、１０秒以上、１分以下の熱処理を半導体基板１に施すことにより、ステップＳ３の第１の熱処理を行うことができ、金属膜１２にかかる熱量を半導体基板１の主面の全領域において均一にするため、昇温レートを低く(３℃／秒以上で１０℃／秒以下程度)設定すればより好ましい。
【００６８】
ステップＳ３の第１の熱処理により、図１４に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコン膜と金属膜１２、およびｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂを構成する単結晶シリコンと金属膜１２を選択的に反応させて、金属・半導体反応層である金属シリサイド層４１を形成する。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのモノシリサイド（すなわちＭＳｉ）からなる金属シリサイド層４１が形成される。また、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの各上部（上層部）と金属膜１２とが反応することにより金属シリサイド層４１が形成されるので、金属シリサイド層４１は、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの各表面（上層部）に形成される。
【００６９】
すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコンのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてゲート電極８ａ，８ｂの表面上（ゲート電極８ａ，８ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。また、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとｎ＋型半導体領域９ｂのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてｎ＋型半導体領域９ｂの表面上（ｎ＋型半導体領域９ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。また、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとｐ＋型半導体領域１０ｂのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上（ｐ＋型半導体領域１０ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。
【００７０】
このように、ステップＳ３の第１の熱処理で、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）と金属膜１２を選択的に反応させて、金属シリサイド層４１を形成するが、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で金属シリサイド層４１をＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とし、Ｍ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相やＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相とはしない。ここで、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）は、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのモノシリサイドであり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）は、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのダイシリサイドである。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜であった場合は、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相とし、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相やＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）相とはしない。
【００７１】
なお、本実施の形態および以下の実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素を化学式ではＭ、カタカナ表記では「メタル」と表記している。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜である場合は、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉであり、上記ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）はＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）であり、上記Ｍ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）はＮｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）であり、上記ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）である。金属膜１２が、Ｎｉが９８原子％でＰｔが２原子％のＮｉ−Ｐｔ合金膜（Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜）の場合、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉ及びＰｔ(但しＮｉとＰｔの組成比を勘案すると上記ＭはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２)であり、上記ＭＳｉはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉであり、上記Ｍ２Ｓｉは（Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２）２Ｓｉであり、上記ＭＳｉ２はＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２である。金属膜１２が、Ｎｉが９９原子％でＰｄが１原子％のＮｉ−Ｐｄ合金膜（Ｎｉ０．９９Ｐｔ０．０１合金膜）の場合、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉ及びＰｄ(但しＮｉとＰｄの組成比を勘案すると上記ＭはＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１)であり、上記ＭＳｉはＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１Ｓｉであり、上記Ｍ２Ｓｉは（Ｎｉ０．９９Ｐｄ０．０１）２Ｓｉであり、上記ＭＳｉ２はＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１Ｓｉ２である。金属膜１２が他の組成の合金膜の場合も、同様に考えることができる。
【００７２】
次に、ウェット洗浄処理を行うことにより、バリア膜１３と、未反応の金属膜１２（すなわちゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂと反応しなかった金属膜１２）とを除去する（図９のステップＳ４）。この際、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に金属シリサイド層４１を残存させる。ステップＳ４のウェット洗浄処理は、硫酸を用いたウェット洗浄、または硫酸と過酸化水素水とを用いたウェット洗浄などにより行うことができる。
【００７３】
次に、半導体基板１に第２の熱処理（アニール処理）を施す（図９のステップＳ５）。ステップＳ５の第２の熱処理は、不活性ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガス）または窒素（Ｎ２）ガス雰囲気で満たされた、常圧下で行うことが好ましい。また、ステップＳ５の第２の熱処理は、上記ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度よりも高い熱処理温度で行う。例えば不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で半導体基板１にＲＴＡ法を用いて、１０秒以上、１分以下の熱処理を施すことにより、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことができる。
【００７４】
このステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化することができる。すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理でＭＳｉ相の金属シリサイド層４１が形成され、この金属シリサイド層４１は、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、変わらずＭＳｉ相のままであるが、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１内の組成がより均一化され、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化できる。なお、ＭＳｉ相は、Ｍ２Ｓｉ相およびＭＳｉ２相よりも低抵抗率であり、ステップＳ５以降も（半導体装置の製造終了まで）金属シリサイド層４１は低抵抗のＭＳｉ相のまま維持され、製造された半導体装置では（例えば半導体基板１を個片化して半導体チップとなった状態でも）、金属シリサイド層４１は低抵抗のＭＳｉ相となっている。
【００７５】
ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりもステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が低いと、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はほとんど変化せず、金属シリサイド層４１の安定化効果を見込めないため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）する。ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高い熱処理温度Ｔ２で（すなわちＴ２＞Ｔ１）ステップＳ５の第２の熱処理を行うことにより、金属シリサイド層４１内の組成を均一化させ、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化させることができる。
【００７６】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散するなどして、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長しやすいことが、本発明者の検討により分かった。また、不要なＭＳｉ２部分が形成され、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層４１の電気抵抗がばらつく可能性があることも分かった。
【００７７】
このため、本実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素ＭのダイシリサイドであるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）と、半導体基板１の格子サイズ（格子定数）とが一致する温度Ｔ３（第１の温度）よりも、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を低くする（Ｔ３＞Ｔ２）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を抑制または防止することができ、また、不要なＭＳｉ２部分の形成を抑制または防止して各金属シリサイド層４１の電気抵抗のばらつきを低減できる。このことについては、後でより詳細に説明する。
【００７８】
このようにして、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのゲート電極８ａおよびソース・ドレイン領域（ｎ＋型半導体領域９ｂ）の表面（上層部）と、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン領域（ｐ＋型半導体領域１０ｂ）の表面（上層部）とに、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）からなる金属シリサイド層４１が形成される。また、金属膜１２の膜厚によるが、金属膜１２の膜厚が例えば９ｎｍ程度の場合、金属シリサイド層４１の膜厚は、例えば１９ｎｍ程度である。
【００７９】
次に、図１５に示されるように、半導体基板１の主面上に絶縁膜４２を形成する。すなわち、ゲート電極８ａ，８ｂを覆うように、金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１上に絶縁膜４２を形成する。絶縁膜４２は例えば窒化シリコン膜からなり、成膜温度（基板温度）４５０℃程度のプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。それから、絶縁膜４２上に絶縁膜４２よりも厚い絶縁膜４３を形成する。絶縁膜４３は例えば酸化シリコン膜などからなり、ＴＥＯＳ(Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、またはTetra Ethyl Ortho Silicateとも言う)を用いてプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。これにより、絶縁膜４２，４３からなる層間絶縁膜が形成される。その後、絶縁膜４３の表面をＣＭＰ法により研磨するなどして、絶縁膜４３の上面を平坦化する。下地段差に起因して絶縁膜４２の表面に凹凸形状が形成されていても、絶縁膜４３の表面をＣＭＰ法により研磨することにより、その表面が平坦化された層間絶縁膜を得ることができる。
【００８０】
次に、図１６に示されるように、絶縁膜４３上に形成したフォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜４３，４２をドライエッチングすることにより、絶縁膜４２，４３にコンタクトホール（貫通孔、孔）４４を形成する。この際、まず絶縁膜４２に比較して絶縁膜４３がエッチングされやすい条件で絶縁膜４３のドライエッチングを行い、絶縁膜４２をエッチングストッパ膜として機能させることで、絶縁膜４３にコンタクトホール４４を形成してから、絶縁膜４３に比較して絶縁膜４２がエッチングされやすい条件でコンタクトホール４４の底部の絶縁膜４２をドライエッチングして除去する。コンタクトホール４４の底部では、半導体基板１の主面の一部、例えばｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上の金属シリサイド層４１の一部や、ゲート電極８ａ，８ｂの表面上の金属シリサイド層４１の一部などが露出される。
【００８１】
次に、コンタクトホール４４内に、タングステン（Ｗ）などからなるプラグ（接続用導体部、埋め込みプラグ、埋め込み導体部）４５を形成する。プラグ４５を形成するには、例えば、コンタクトホール４４の内部（底部および側壁上）を含む絶縁膜４３上に、成膜温度（基板温度）４４０℃以上４６０℃以下程度のプラズマＣＶＤ法によりバリア導体膜４５ａ（例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜）を形成する。それから、タングステン膜などからなる主導体膜４５ｂをＣＶＤ法などによってバリア導体膜４５ａ上にコンタクトホール４４を埋めるように形成し、絶縁膜４３上の不要な主導体膜４５ｂおよびバリア導体膜４５ａをＣＭＰ法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグ４５を形成することができる。ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂ上に形成されたプラグ４５は、その底部でゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上の金属シリサイド層４１と接して、電気的に接続される。
【００８２】
次に、図１７に示されるように、プラグ４５が埋め込まれた絶縁膜４３上に、ストッパ絶縁膜５１および配線形成用の絶縁膜５２を順次形成する。ストッパ絶縁膜５１は絶縁膜５２への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜５２に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜５１は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とし、絶縁膜５２は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜５１と絶縁膜５２には次に説明する第１層目の配線が形成される。
【００８３】
次に、シングルダマシン法により第１層目の配線を形成する。まず、レジストパターン（図示せず）をマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜５２およびストッパ絶縁膜５１の所定の領域に配線溝５３を形成した後、半導体基板１の主面上（すなわち配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜５２上）にバリア導体膜（バリアメタル膜）５４を形成する。バリア導体膜５４は、例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などを用いることができる。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜５４上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成する。銅めっき膜により配線溝５３の内部を埋め込む。それから、配線溝５３以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜５４をＣＭＰ法により除去して、銅を主導電材料とする第１層目の配線５５を形成する。配線５５は、プラグ４５を介してｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソースまたはドレイン用のｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂやゲート電極８ａ，８ｂなどと電気的に接続されている。その後、デュアルダマシン法により２層目の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。
【００８４】
次に、本実施の形態の効果について、より詳細に説明する。図１８は、比較例の半導体装置におけるＮｉＳｉ層１４１ｂの形成工程を示すプロセスフロー図であり、本実施の形態の図９に対応するものである。図１９〜図２１は、比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図２２は、比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、図２１に対応する工程段階のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴが形成された領域が示されている。
【００８５】
図１８〜図２２の比較例の半導体装置は、本実施の形態の金属シリサイド層４１に相当するＮｉＳｉ層１４１ｂが本実施の形態とは異なる工程で形成されている以外は、本実施の形態の半導体装置と同様にして製造されている。
【００８６】
比較例の半導体装置を製造するには、本実施の形態の上記図７に相当する構造が得られた後、図１９に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面上にＮｉ膜１１２（本実施の形態の金属膜１２に相当するもの）を堆積（図１８のステップＳ１０１）させる。それから、Ｎｉ膜１１２上に窒化チタン膜１１３（本実施の形態のバリア膜１３に相当するもの）を堆積させる（図１８のステップＳ１０２）。その後、図２０に示されるように、ＲＴＡ法で３２０℃程度の熱処理を３０秒程度行うことで、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とＮｉ膜１１２を選択的に反応させて、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上にＮｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）層１４１ａを形成する（図１８のステップＳ１０３）。
【００８７】
次に、ウェット洗浄処理を行うことにより、窒化チタン膜１１３と、未反応のＮｉ膜１１２とを除去（図１８のステップＳ１０４）してから、ＲＴＡ法で５５０℃程度の熱処理を３０秒程度行う（図１８のステップＳ１０５）。Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａと、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂのシリコン（Ｓｉ）とを、ステップＳ１０５の熱処理で更に反応させて（Ｎｉ２Ｓｉ＋Ｓｉ→２ＮｉＳｉの反応をさせて）、図２１に示されるように、Ｎｉ２Ｓｉ相より安定で低抵抗率のＮｉＳｉ相からなるＮｉＳｉ層１４１ｂをゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に形成する。すなわち、先のステップＳ１０３の熱処理で一旦Ｎｉ２Ｓｉ相（Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａ）を形成し、これをその後のステップＳ１０５の熱処理でＮｉＳｉ相（ＮｉＳｉ層１４１ｂ）に変化させる。その後、比較例の半導体装置でも、本実施の形態と同様に、絶縁膜４２，４３、コンタクトホール４４、プラグ４５、配線４６および絶縁膜４７を形成するが、ここではその図示および説明は省略する。このようにして、比較例の半導体装置が製造される。
【００８８】
コバルトシリサイド形成の場合は、Ｓｉ（シリコン）が拡散種であり、Ｃｏ膜中へＳｉが移動することによりコバルトシリサイドが形成されるのに対して、ニッケルシリサイド形成の場合は、Ｎｉ（ニッケル）が拡散種であり、シリコン領域側にＮｉ（ニッケル）が移動することによってニッケルシリサイドが形成される。
【００８９】
本発明者が、上記のようにして製造した比較例の半導体装置を丹念に調べたところ、ＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部にＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）が異常成長しやすいことが分かった。図２２では、ＮｉＳｉ２が異常成長しやすい領域を、ＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃとして模式的に示してある。このようなＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃの発生は、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。そして、ＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部にＮｉＳｉ２が異常成長していると、ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりすることも分かった。
【００９０】
そこで、本実施の形態では、上述したように、ステップＳ１としてゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面上に金属膜１２を堆積してから、ステップＳ２として金属膜１２上にバリア膜１３を堆積させ、それから、ステップＳ３として第１の熱処理を行うが、この第１の熱処理により、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相の金属シリサイド層４１が形成されるようにする。すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理で、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）と金属膜１２を選択的に反応させて、金属シリサイド層４１を形成するが、このステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相やＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相ではなく、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とする。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜であった場合は、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１を、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相やＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）相ではなく、ＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相とする。このため、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理を、上記比較例のステップＳ１０３の熱処理よりも高い熱処理温度で行う。金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度は、４００〜５００℃の範囲内であることが好ましく、例えば４１０℃とすることができる。
【００９１】
図２３は、半導体基板にｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域を形成し、その上にＮｉ膜を１０ｎｍ程度およびＴｉＮ（窒化チタン）膜を１５ｎｍ程度形成してから、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域とを反応させてニッケルシリサイド層を形成し、未反応Ｎｉ膜及びＴｉＮ膜を除去したときの、形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗の熱処理温度依存性を示すグラフである。図２３のグラフの横軸は、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域とを反応させるための熱処理温度に対応し、図２３のグラフの縦軸は、その熱処理によって形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値に対応する。図２３の場合に行った熱処理はＲＴＡで３０秒程度である。また、図２３のグラフには、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域とを反応させて形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値を白丸（ｐ＋型シリコン領域＋Ｎｉ膜）で示し、熱処理によりＮｉ膜とｎ＋型シリコン領域とを反応させて形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値を黒丸（ｎ＋型シリコン領域＋Ｎｉ膜）で示してある。
【００９２】
図２３のグラフにも示されるように、ニッケルシリサイド層は、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相よりもＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相の方が、シート抵抗が低い（Ｎｉ２Ｓｉ相だと３０Ω／□程度、ＮｉＳｉ相だと１０Ω／□程度）。図２３のグラフからも分かるように、熱処理温度が低いと、形成されるニッケルシリサイド層は高抵抗のＮｉ２Ｓｉ相であるが、熱処理温度を高くすると、形成されるニッケルシリサイド層は低抵抗のＮｉＳｉ相となる。また、熱処理によりＮｉ膜とｎ＋型シリコン領域とが反応して形成されたニッケルシリサイド層（図２３のグラフの黒丸に示されたものに対応）に比べて、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域とが反応して形成されたニッケルシリサイド層（図２３のグラフの白丸に示されたものに対応）の方が、Ｎｉ２Ｓｉ相からＮｉＳｉ相へ変化する温度が低い（すなわちより低い熱処理温度でＮｉＳｉ相が形成できる）。熱処理温度が４００℃以上であれば、ｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域のいずれであっても、ＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層を形成することができる。
【００９３】
上記比較例では、ステップＳ１０３の熱処理でＮｉ２Ｓｉ層１４１ａを形成するため、ステップＳ１０３の熱処理温度は、ＮｉＳｉ相が形成される温度よりも低い温度、例えば３２０℃程度で行う。それに対して、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理によりＭ２Ｓｉ相ではなくＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成するため、ステップＳ３の第１の熱処理は、ＭＳｉ相を形成できる熱処理温度（ＭＳｉ相を形成できる最低熱処理温度よりも高い温度）で行う。例えば金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、図２３からも分かるように、ステップＳ３の第１の熱処理は、４００℃以上の温度で行うことが好ましく、例えば４１０℃程度で行う。これにより、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相ではなく、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とすることができる。
【００９４】
但し、ステップＳ３の第１の熱処理では、金属元素Ｍの移動を伴うＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応を生じさせており、金属元素Ｍが移動しやすい状態のため、熱処理温度が高すぎると、バリア膜１３が存在していても金属元素Ｍが過剰に拡散（移動）してしまい、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が部分的に形成されてしまう可能性がある。更に、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度が、ＭＳｉ相からＭＳｉ２相へ変化する温度よりも高いと、金属シリサイド層４１全体がＭＳｉ２相となってしまう。このため、例えば金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度を好ましくは５００℃以下、より好ましくは４５０℃以下とし、それによって、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１形成時にＭＳｉ２が形成されるのを防止することができる。従って、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度は、４００〜５００℃の範囲内であることが好ましい。
【００９５】
金属元素Ｍが拡散（移動）する反応を伴う熱処理の際には、金属元素Ｍが異常拡散して金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じ易い。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理では、金属元素Ｍの移動を伴うＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応を生じさせており、金属元素Ｍが移動しやすい状態のため、金属元素Ｍが異常拡散して金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるおそれがあるが、バリア膜１３がそれを防止している。
【００９６】
すなわち、上記比較例のように、ニッケルシリサイド層がバリア膜で覆われてない状態でニッケルシリサイド層の相が変化する（Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａをＮｉＳｉ層１４１ｂとする）ような熱処理（上記ステップＳ１０５の熱処理）が行われた場合、ＮｉＳｉ相形成時に表面に酸素（Ｏ）が存在することになる。このため、酸素に起因した欠陥が増え、生じた欠陥を通してＮｉが拡散しやすくなるので、ＮｉＳｉ層１４１ｂ形成のための熱処理中にＮｉＳｉ２の異常成長が促進されてしまう。
【００９７】
それに対して、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理によってＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する際に、バリア膜１３が酸素（Ｏ）の透過を抑制または防止して、金属シリサイド層４１に酸素（Ｏ）が供給されるのを防止できる。これにより、ステップＳ３の第１の熱処理によってＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する際に、酸素に起因した欠陥が生成されるのを抑制または防止でき、酸素に起因した欠陥を通して金属元素Ｍが拡散するのを抑制または防止できる。従って、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。このような効果を高めるためには、バリア膜１３は、酸素（Ｏ）を透過しない（透過しにくい）膜、すなわち、バリア膜１３は酸素透過性が無い膜であることが好ましく、そのようなバリア膜１３として、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【００９８】
また、本実施の形態では、バリア膜１３は、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であることが好ましい。すなわち、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であるバリア膜１３を金属膜１２上に設けた状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行って、金属膜１２とシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）とを反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成する。
【００９９】
半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズに近い状態で、金属元素Ｍが拡散（移動）する反応を伴う熱処理を行うと、金属元素ＭとＳｉ（半導体基板１を構成するＳｉ）の格子間での置換が生じやすくなるため、熱処理中に金属元素Ｍが異常拡散しやすくなり、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じやすくなる。
【０１００】
それに対して、本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３を形成した状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行うことで、バリア膜１３が作用させる引張応力に起因して、バリア膜１３が無い場合に比べて半導体基板１の格子サイズを大きくすることができ、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとの差を大きくすることができる。このため、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。
【０１０１】
また、本実施の形態では、上述のように、ステップＳ３の第１の熱処理を行ってＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成した後、ステップＳ４としてウェット洗浄処理を行うことによりバリア膜１３と、未反応の金属膜１２とを除去し、それから、ステップＳ５として第２の熱処理を行う。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で金属シリサイド層４１は既にＭＳｉ相となっており、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はＭＳｉ相のままであり、ステップＳ５の第２の熱処理の前後で金属シリサイド層４１の相（ＭＳｉ相）は変わらない。比較例のステップＳ１０５の熱処理とは異なり、本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理は、金属シリサイド層４１の相変化（Ｍ２Ｓｉ相からＭＳｉ相への相変化）のために行うのではなく、金属シリサイド層４１の安定化のために行われる安定化アニールである。ステップＳ５の第２の熱処理の後は、半導体装置の製造終了まで（例えば半導体基板１を切断して半導体チップに個片化するまで）、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高い温度に半導体基板１がならないようにする。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理よりも後の種々の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）で、半導体基板１の温度がステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高い温度にならないようにして、ステップＳ５の第２の熱処理の後には、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高温となるような処理が行われないようにする。換言すれば、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ステップＳ５よりも後の全ての加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）での半導体基板１の加熱温度よりも高くしておく。これにより、ステップＳ５よりも後の工程での熱印加（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程）によって金属シリサイド層４１（ＭＳｉ相）を構成する金属元素Ｍが半導体基板１（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に拡散してＭＩＳＦＥＴの特性変動を招くのを防止することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理を行わなかった場合には、その後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件に依存して金属シリサイド層４１の特性が変わってしまう可能性があるため、半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しは、慎重に行う必要がある。それに対して、本願発明では、ステップＳ５の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化しているので、ステップＳ５よりも後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件に依存して金属シリサイド層４１の特性が変わるのを抑制または防止でき、半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しが容易になる。
【０１０３】
また、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ５よりも後の全ての加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）での半導体基板１の加熱温度よりも高くしておくことが好ましく、これにより、ステップＳ５の後には、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高温となるような処理が行われないことになる。このようにすれば、ステップＳ５よりも後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件の変動に金属シリサイド層４１の特性が影響されなくなる。従って、ステップＳ５よりも後の半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しが極めて容易になる。
【０１０４】
このように、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１の安定化効果や特性変動防止効果などを得ることができる。
【０１０５】
ステップＳ３の第１の熱処理では、Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応が生じるため金属元素Ｍがシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に大きく拡散（移動）するが、それに比べると、ステップＳ５の第２の熱処理では、そのような反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）は生じないため、金属シリサイド層４１中の金属元素Ｍはシリコン領域中へ拡散（移動）しにくい。また、ステップＳ３の第１の熱処理は、金属膜１２が形成された状態で行われるので、金属膜１２から金属元素Ｍが供給されるが、ステップＳ５の第２の熱処理は、金属膜１２が除去された状態で行われるので、金属元素Ｍは新たに供給されない。このため、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階でのＭＳｉ相の金属シリサイド層４１の安定性を高めようとステップＳ３の第１の熱処理を高くするよりも、ステップＳ５の第２の熱処理によりＭＳｉ相の金属シリサイド層４１の安定性を高める方が、最終的な金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を防止するには有効である。
【０１０６】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理でも、熱処理温度Ｔ２に依存して、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長する可能性があることが、本発明者の検討により分かった。また、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２に依存して、不要なＭＳｉ２部分が形成されて、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層４１の電気抵抗がばらつく可能性があることも、本発明者の検討により分かった。このステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２について、更に詳細に説明する。
【０１０７】
ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりもステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が低いと、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はほとんど変化せず、金属シリサイド層４１の安定化効果を得られないため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）することが必要である。ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２をステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）することで、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１内の組成がより均一化され、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化させることができる。金属シリサイド層４１を安定化させることで、ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流などを抑制できる。
【０１０８】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長しやすくなってしまう。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、上記図２２でＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃとして示したようなＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長が発生してしまう。ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２に依存して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長することは、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。この金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長は、上述したように電界効果トランジスタのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりするので、電界効果トランジスタの性能や信頼性の向上のためには、このような金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を防止することが必要である。
【０１０９】
そこで、本発明者は、ステップＳ５の第２の熱処理と金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長との相間を調べたところ、次のことが分かった。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、金属膜１２を構成する金属元素ＭのダイシリサイドであるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）と、半導体基板１の格子サイズ（格子定数）とが一致する温度Ｔ３よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ３）ことが、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を防止するのに極めて有効であることが分かった。これは、熱処理中、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致した状態になると、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長が起こりやすくなるからである。なお、本願において、格子サイズとは格子定数（単位格子の長さ）を意味する。
【０１１０】
すなわち、半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズからかけ離れていると、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属元素ＭとＳｉの格子間で置換が生じにくいため、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）に金属元素Ｍは拡散しづらく、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）部分は生成されにくい。それに対して、半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズに近いと、金属元素ＭとＳｉの格子間で置換が生じやすくなるため、熱処理によりＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）に金属元素Ｍが拡散しやすく、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）部分が生成されやすい。このため、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致した状態にならないようにすれば、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を抑制または防止することができる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ３よりも低くし（Ｔ２＜Ｔ３）、それによって、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズが一致した状態にならないようにすることができる。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理により金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止でき、製造された半導体装置において、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長領域が生じるのを防止できる。
【０１１２】
次に、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板とし、金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とし、金属シリサイド層４１をニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）層とした場合への適用例について、より具体的に説明する。この場合、上記金属元素ＭはＮｉ（ニッケル）となり、上記ＭＳｉはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）となり、上記ＭＳｉ２はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）となる。
【０１１３】
図２４は、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。図２４のグラフの横軸は温度に対応し、図２４のグラフの縦軸は格子サイズまたは後述する格子サイズのミスマッチαに対応する。図２４のグラフには、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＳや長さＬ１に対応）の温度依存性が実線で示され、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＭや長さＬ２に対応）の温度依存性が一点鎖線で示されている。また、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとのミスマッチαの温度依存性が点線で示されている。
【０１１４】
単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）とは、いずれも温度の上昇と共に膨張するが、線膨張係数（熱膨張係数）は両者で異なる。図２４のグラフに示されるように、室温での格子サイズは、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が大きいが、線膨張係数は単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が大きいため、室温から温度を上昇させるにつれて、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）との格子サイズの差は縮まっていく。そして、温度Ｔ４で結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致する。更に、温度Ｔ４よりも高温になると、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が、格子サイズが大きくなる。単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の場合、格子サイズが一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）。
【０１１５】
半導体基板１の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズからかけ離れていると、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、ＮｉとＳｉの格子間で置換は生じにくいため、ＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）にＮｉは拡散しづらく、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）部分は生成されにくい。しかしながら、本実施の形態とは異なり、もしステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が温度Ｔ４以上（Ｔ２≧Ｔ４）だと、ステップＳ５の第２の熱処理の際に、半導体基板１の温度が温度Ｔ４に達した時点で、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズに一致する状態が発生する。このとき、ＮｉとＳｉの格子間で置換が生じやすくなり、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）から単結晶シリコン領域（半導体基板領域）にＮｉが拡散してＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の異常成長が促進されてしまう。
【０１１６】
このため、本実施の形態では、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を温度Ｔ４よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ４）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理の際には、第２の熱処理の開始から終了まで、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズは、常にＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズよりも大きく、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズに一致する状態は発生しなくなる。従って、ステップＳ５の第２の熱処理中にＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）からチャネル部へＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１１７】
上記のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）が一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）ため、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、温度Ｔ４すなわち５９０℃よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ４＝５９０℃）。
【０１１８】
次に、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板とし、金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）と白金（Ｐｔ）の合金膜、すなわちＮｉ−Ｐｔ合金膜とし、金属シリサイド層４１をニッケル白金シリサイド（Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ）層とした場合への適用例について、より具体的に説明する。この場合、上記金属元素ＭはＮｉおよびＰｔであり、上記ＭＳｉはＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉとなり、上記ＭＳｉ２はＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２となる。
【０１１９】
図２５は、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフであり、上記図２４に対応するものである。図２５のグラフの横軸は温度に対応し、図２５のグラフの縦軸は格子サイズまたは後述する格子サイズのミスマッチαに対応する。図２５のグラフには、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＳや長さＬ１に対応）の温度依存性が実線で示され、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＭや長さＬ２に対応）の温度依存性が一点鎖線で示されている。また、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズとのミスマッチαの温度依存性が点線で示されている。但し、図２５のグラフに示されているのは、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２においてｘ＝０．０２の場合、すなわちＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の場合である。このようにＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２のｘがｘ＝０．０２となるのは、金属膜１２を構成するＮｉ−Ｐｔ合金膜中のＰｔの比率が２．０原子％（Ｎｉの比率が９８原子％）である場合、すなわち金属膜１２がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜である場合に対応する。
【０１２０】
図２５に示される単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズの温度依存性は、上記図２４における単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズの温度依存性と同じである。一方、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）は、Ｖｅｇａｒｄの定理（Ｖｅｇａｒｄの法則）を用いて、求めることができる。ＮｉＳｉ２のＮｉサイトの一部（ここではＮｉのサイトに対して２％）がＰｔに置き換わっている分、図２４および図２５を比較すると分かるように、Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）は、ＮｉＳｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）よりも大きい。そして、Ｐｔ含有率が小さい場合、例えばＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２におけるｘが０．０２（ｘ＝０．０２）程度の場合には、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２（すなわちＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２）の線膨張係数（熱膨張係数）は、ＮｉＳｉ２の線膨張係数（熱膨張係数）とほぼ同じとみなすことができる。このようにして求められたＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２（図２５ではＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２）の格子サイズの温度依存性が、図２５のグラフに示されている。
【０１２１】
図２５のグラフにも示されるように、室温での格子サイズは、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が大きいが、線膨張係数は単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が大きいため、室温から温度を上昇させるにつれて、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２との格子サイズの差は縮まっていく。そして、温度Ｔ５で結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２との格子サイズが一致し、更に、温度Ｔ５よりも高温になると、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が、格子サイズが大きくなる。Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２におけるｘが０．０２の場合（すなわちＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の場合）、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５は、約４９５℃である（Ｔ５＝４９５℃）。
【０１２２】
本実施の形態では、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ５）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理の際には、第２の熱処理の開始から終了まで、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数）は、常にＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズよりも大きく、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズに一致する状態は発生しなくなる。従って、ステップＳ５の第２の熱処理中にＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ相のＰｔ含有ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）からチャネル部へＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１２３】
上記のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５は、約４９５℃である（Ｔ５＝４９５℃）。このため、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２膜（Ｎｉ含有率が９８原子％でＰｔ含有率が２．０原子％の合金膜をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２膜またはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜と表記している）とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、温度Ｔ５すなわち４９５℃よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ５＝４９５℃）。
【０１２４】
また、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合でも、金属膜１２中のＰｔ含有率に応じて上記の温度Ｔ５は変化する。Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％の場合は、上記温度Ｔ５は約４９５℃であるが、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％よりも少なければ、上記温度Ｔ５は約４９５℃よりも高温側にシフトし、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％よりも多ければ、上記温度Ｔ５は約４９５℃よりも低温側にシフトする。
【０１２５】
また、上記温度Ｔ４や上記温度Ｔ５は、上記温度Ｔ３に対応するものである。すなわち、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合の、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する温度Ｔ３が、上記温度Ｔ４である（Ｔ３＝Ｔ４）。また、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合の、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する温度Ｔ３が、上記温度Ｔ５である（Ｔ３＝Ｔ５）。
【０１２６】
また、金属膜１２がＮｉ膜の場合とＮｉ−Ｐｔ合金膜の場合とを例に挙げて説明したが、金属膜１２がＮｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜などの場合についても同様である。すなわち、金属膜１２がＮｉ１−ｘＰｔｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くしたが、金属膜１２がＮｉ１−ｘＰｄｘ合金膜の場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＰｄｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。また、金属膜１２がＮｉ１−ｘＹｂｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＹｂｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。また、金属膜１２がＮｉ１−ｘＥｒｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＥｒｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。
【０１２７】
このように、本実施の形態では、少なくとも、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわちミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３よりも低く（Ｔ２＜Ｔ３）する。その上で、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２におけるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとの差（の絶対値）が、半導体基板１の格子サイズの０．０１％以上（すなわちα≧０．０１％）であるようにすれば、より好ましく、半導体基板１の格子サイズの０．０２％以上（すなわちα≧０．０２％）であるようにすれば、更に好ましい。
【０１２８】
ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズＬＭ（後述の長さＬ２に対応）と半導体基板１の格子サイズＬＳ（後述の長さＬ１に対応）との差の半導体基板１の格子サイズＬＳに対する比率（割合）を百分率表示で表したものをミスマッチαとすると、このミスマッチαは、次式、
α＝［（ＬＳ−ＬＭ）／ＬＳ］×１００（単位は％）
で表される。
【０１２９】
上記図２４および図２５のグラフには、上記ミスマッチαの温度依存性を点線で示してある。図２４および図２５のいずれの場合も、上記式中のＬＳは単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズに対応するが、図２４の場合は、上記式中のＬＭはＮｉＳｉ２の格子サイズに対応し、図２５の場合は、上記式中のＬＭはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズに対応する。
【０１３０】
図２４の場合は、室温から温度の上昇と共に、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２との格子サイズの差が縮小していくので、上記ミスマッチαは小さくなっていき、温度Ｔ４（約５９０℃）で、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２との格子サイズが一致（ＬＳ＝ＬＭ）し、上記ミスマッチαはゼロ％（α＝０％）となる。一方、図２５の場合は、室温から温度の上昇と共に、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２との格子サイズの差が縮小していくので、上記ミスマッチαは小さくなっていき、温度Ｔ５（約４９５℃）で、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２との格子サイズが一致（ＬＳ＝ＬＭ）し、上記ミスマッチαはゼロ％（α＝０％）となる。
【０１３１】
ステップＳ５の第２の熱処理中に、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとが一致する状態を作らないようにするだけでなく、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差をある程度大きい状態を維持することで、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域への金属元素Ｍの拡散をより的確に抑制でき、チャネル部へのＭＳｉ２の異常成長をより的確に防止できるようになる。このため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２における上記ミスマッチαはゼロ％より大きい（α＞０％）ことが望ましいが、０．０１％以上（α≧０．０１％）であば、より好ましく、０．０２％以上（α≧０．０２％）であれば、更に好ましい。従って、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度を温度Ｔ６とし、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度を温度Ｔ７とすると、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）であることがより好ましく、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）であることが更に好ましい。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理において、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差がある程度大きい状態になっているので、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域への金属元素Ｍの拡散をより的確に抑制でき、チャネル部へのＭＳｉ２の異常成長をより的確に防止できるようになる。
【０１３２】
図２４のグラフのように半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合、すなわち金属シリサイド層４１がニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）層の場合、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６は約５７５℃（Ｔ６＝５７５℃）であり、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７は約５６０℃（Ｔ７＝５６０℃）である。従って、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、少なくとも上記ミスマッチαがゼロ％となる温度Ｔ４（約５９０℃）以下とするが、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下、すなわち約５７５℃以下（Ｔ２≦Ｔ６＝５７５℃）であることがより好ましい。そして、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下、すなわち約５６０℃以下（Ｔ２≦Ｔ７＝５６０℃）であれば更に好ましい。
【０１３３】
また、図２５のグラフのように半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜とした場合、すなわち金属シリサイド層４１がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ層の場合、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６は約４８０℃（Ｔ６＝４８０℃）であり、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７は約４７０℃（Ｔ７＝４７０℃）である。従って、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、少なくとも上記ミスマッチαがゼロ％となる温度Ｔ５（約４９５℃）以下とするが、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下、すなわち約４８０℃以下である（Ｔ２≦Ｔ６＝４８０℃）ことがより好ましい。そして、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下、すなわち約４７０℃以下（Ｔ２≦Ｔ７＝４７０℃）であれば更に好ましい。
【０１３４】
図２６は、リーク電流の分布（ばらつき）を示すグラフである。図２６には、本実施の形態のステップＳ１〜Ｓ５に従ってニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）を形成した場合（図２６では「第２の熱処理あり」として白丸で示してある）と、本実施の形態とは異なりステップＳ５の第２の熱処理を省略してニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）を形成した場合（図２６では「第２の熱処理なし」として黒丸で示してある）とが示されている。なお、図２６のグラフは、ｎ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合であり、第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は５５０℃にしてある。図２６のグラフの横軸はリーク電流値（arbitrary unit：任意単位）に対応し、図２６のグラフの縦軸は、確率分布に対応する。
【０１３５】
本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理を省略した場合、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）が不安定なＮｉＳｉ（ＭＳｉ）相となっていると考えられ、図２６のグラフにも示されるように、リーク電流が増加する可能性が高くなる。このようなリーク電流の増加は、ｐ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合よりも、ｎ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合に顕著であるが、これは、上記図２３からも分かるように、ｐ＋型シリコン領域よりもｎ＋型シリコン領域の方が、ＮｉＳｉ相が形成される温度が高いため、形成されるＮｉＳｉ層が不安定になり易いためと考えられる。
【０１３６】
それに対して、本実施の形態のようにステップＳ５の第２の熱処理を行った場合、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）内の組成がより均一化され、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）内のＮｉ（金属元素Ｍ）とＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなるなどして、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）を安定化できる。ステップＳ５の第２の熱処理によりニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）を安定化したことにより、図２６のグラフにも示されるように、リーク電流が増加してしまうのを防止できる。従って、ＭＩＳＦＥＴ毎の特性変動を防止でき、半導体装置の性能を向上することができる。
【０１３７】
図２７は、本実施の形態のステップＳ１〜Ｓ５に従って形成したニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）のシート抵抗の分布（ばらつき）を示すグラフである。なお、図２７のグラフは、ｐ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合である。図２７のグラフの横軸はシート抵抗値に対応し、図２７のグラフの縦軸は、確率分布に対応する。また、図２７のグラフには、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合（図２７のグラフの丸印で示されている）と、６００℃にした場合（図２７のグラフでは四角印で示されている）とが示されている。
【０１３８】
上述のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）。このため、図２７のグラフに示されるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合は、本実施の形態のようにステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも低く（Ｔ２＜Ｔ４すなわちＴ２＜Ｔ３）した場合（第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記温度Ｔ７よりも若干低くした場合）に対応する。一方、図２７のグラフに示されるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合は、本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも高く（Ｔ２＞Ｔ４すなわちＴ２＞Ｔ３）した場合に対応する。
【０１３９】
図２７のグラフからも分かるように、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合に比べて、５５０℃にした場合の方が、ニッケルシリサイド層のシート抵抗値のばらつきが小さい。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合に比べて、５５０℃にした場合の方が、ニッケルシリサイド層が高抵抗（高シート抵抗）になってしまう割合が低い。
【０１４０】
この理由は、次のように考えられる。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合には、熱処理温度Ｔ２が、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも高くなるため、ステップＳ５の第２の熱処理中にニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じてシート抵抗が高くなってしまう可能性が高くなる。それに対して、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合には、熱処理温度Ｔ２が、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも低くなるため、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じるのが抑制または防止されるためと考えられる。
【０１４１】
本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２をＭＳｉ２（ＮｉＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ３（Ｔ４）よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ３）ことにより、金属シリサイド層４１中にＭＳｉ２部分（ＮｉＳｉ２部分）が生じるのを抑制または防止できる。このため、金属シリサイド層４１の抵抗を、低抵抗のＭＳｉ相の抵抗値にするだけでなく、各金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減できる。従って、半導体基板１に複数のＭＩＳＦＥＴを形成して各ＭＩＳＦＥＴに金属シリサイド層４１を形成した際に、各ＭＩＳＦＥＴの金属シリサイド層４１の抵抗を均一にでき、ＭＩＳＦＥＴの特性の変動を防止できる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１４２】
このように、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわち上記ミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３よりも低く（Ｔ２＜Ｔ３）、より好ましくは、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）、更に好ましくは、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）とする。このようにすることで、上記図２２に示されるＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃのようなＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止することができ、これは、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。また、ＭＳｉ２の異常成長に起因したＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流の増大やソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を抑制または防止することができる。また、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化できるので、ＭＩＳＦＥＴの特性変動（ＭＩＳＦＥＴ毎の特性変動）を防止することができる。従って、半導体装置の性能を向上することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態では、バリア膜１３を形成した状態でステップＳ３の第１の熱処理を行って金属膜１２を基板領域などと反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成しているが、上記のように、バリア膜１３は、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であることが好ましい。すなわち、バリア膜１３は、膜応力（膜自身の応力）は圧縮応力（スパッタリング法で成膜した窒化チタン膜の場合で例えば２ＧＰａ(ギガパスカル)程度の圧縮応力）が働き、作用・反作用で半導体基板１（ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域）に引張応力を生じさせる。このような半導体基板１に引っ張り応力を生じさせる膜（ここではバリア膜１３）として好ましいのは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜である。
【０１４４】
バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、膜の材料だけでなく成膜法にも依存する。バリア膜１３が窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合、プラズマＣＶＤ法で成膜すると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性があるが、スパッタリング法（ＰＶＤ法：Physical Vapor Deposition）で成膜することで、バリア膜１３を半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができる。一方、バリア膜１３がチタン（Ｔｉ）膜の場合、スパッタリング法で成膜すると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性があるが、プラズマＣＶＤ法で成膜することで、バリア膜１３を半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができる。このため、バリア膜１３が窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、スパッタリング法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましく、バリア膜１３がチタン（Ｔｉ）膜の場合は、プラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。
【０１４５】
また、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、成膜温度にも依存する。バリア膜１３がスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、成膜温度が低いほどバリア膜１３が半導体基板１に生じさせ得る引張応力が大きくなり、逆に成膜温度が高くなり過ぎると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性がある。このため、バリア膜１３がスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、バリア膜１３の成膜温度（基板温度）は３００℃以下であることが好ましく、これにより、バリア膜１３を半導体基板１に的確に引張応力を生じさせる膜とすることができる。また、成膜温度（基板温度）は、成膜装置に冷却機構を設けることで、室温以下とすることも可能である。
【０１４６】
一方、バリア膜１３がプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合も、成膜温度が低いほどバリア膜１３が半導体基板１に生じさせ得る引張応力が大きくなり、逆に成膜温度が高くなり過ぎると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性がある。また、成膜温度が高すぎると、バリア膜１３成膜時に金属膜１２とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とが過剰に反応する可能性がある。このため、バリア膜１３がプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合は、バリア膜１３の成膜温度（基板温度）は４５０℃以下であることが好ましい。これにより、バリア膜１３を半導体基板１に的確に引張応力を生じさせる膜とすることができるとともに、バリア膜１３成膜時に金属膜１２とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とが過剰に反応するのを抑制または防止できる。
【０１４７】
また、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜も半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができるので、バリア膜１３として用いることが可能である。但し、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜を用いた場合は、ステップＳ４のウェット洗浄処理の際にフッ酸（ＨＦ）を用いる必要が生じ、ウェット洗浄時にバリア膜１３および金属膜１２以外の部分までエッチングされてしまう可能性がある。このため、バリア膜１３としては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜やタンタル（Ｔａ）膜よりも、ステップＳ４のウェット洗浄処理による除去が容易な窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることがより好ましい。
【０１４８】
また、バリア膜１３は、金属膜１２と反応しがたい膜であり、ステップＳ３の第１の熱処理を行っても金属膜１２と反応しない膜であることが望ましい。ステップＳ３の第１の熱処理でバリア膜１３が金属膜１２と反応してしまうと、金属シリサイド層４１の形成が阻害されたり、金属シリサイド層４１の組成が変動してしまう可能性がある。本実施の形態では、バリア膜１３を金属膜１２と反応しがたい膜とすることで、ステップＳ３の第１の熱処理で金属膜１２とバリア膜１３とが反応するのを防止することができ、ステップＳ３の第１の熱処理で金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。このような金属膜１２と反応しがたいバリア膜１３として、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１４９】
また、形成された金属シリサイド層４１の厚みが厚すぎると、リーク電流の増加を招く可能性があり、また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも不利となる。このため、本実施の形態では、金属膜１２の膜厚をあまり厚くしない方がより好ましい。すなわち、本実施の形態では、ステップＳ１で形成される金属膜１２の膜厚（堆積膜厚、半導体基板１の主面に垂直な方向の厚み）は、１５ｎｍ以下であることが好ましい。また、金属膜１２が薄すぎると金属シリサイド層４１の厚みが薄くなりすぎて拡散抵抗が増大する。このため、ステップＳ１で形成される金属膜１２の膜厚（堆積膜厚、半導体基板１の主面に垂直な方向の厚み）は、３〜１５ｎｍであればより好ましく、６〜１２ｎｍであれば更に好ましく、例えば９ｎｍとすることができる。
【０１５０】
また、半導体基板１表面（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面）に自然酸化膜がある状態で金属膜１２を形成した場合、この自然酸化膜が金属膜１２とシリコン（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂのシリコン）との反応を阻害するように作用する。このため、半導体基板１表面に自然酸化膜がある状態で金属膜１２を形成する場合には、金属膜１２を厚く形成して金属膜１２の金属元素Ｍがシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に拡散しやすくする必要があるが、本実施の形態では、上記のように金属膜１２をあまり厚くしない方がよい。従って、本実施の形態では、半導体基板１表面（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面）に自然酸化膜がない状態で金属膜１２を形成することが好ましい。このため、半導体基板１の主面のゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面をドライクリーニングする工程（上記図１１の工程Ｐ２に対応）を行ってそれら表面の自然酸化膜を除去し、その後、半導体基板１を大気中（酸素含有雰囲気中）にさらすことなくステップＳ１（金属膜１２の堆積工程）およびステップＳ２（バリア膜１３の堆積工程）を行うことが好ましい。これにより、自然酸化膜がない状態で金属膜１２を形成でき、金属膜１２が厚くなくとも、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。従って、金属シリサイド層４１の厚みが厚くなり過ぎてリーク電流が増加するのを防止することができる。また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも有利となる。
【０１５１】
また、本実施の形態では、上記のように、ドライクリーニング処理の工程（上記図１１の工程Ｐ２）と半導体基板１の主面上に金属膜１２を堆積する工程（図９のステップＳ１すなわち図１１の工程Ｐ２）との間に、ドライクリーニング処理（処置）時に生成された生成物を除去することを目的とした１５０〜４００℃の熱処理が半導体基板１に施されている（図１１の工程Ｐ３）。このため、半導体基板１の主面上に堆積された金属膜１２の自己整合反応（ステップＳ３の第１の熱処理によるＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応）が、上記生成物によって阻害されることがなく、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面で均一に起こり、電気抵抗のばらつきの小さい金属シリサイド層４１を得ることができる。
【０１５２】
また、ドライクリーニング処理工程（上記図１１の工程Ｐ２）と金属膜１２堆積工程（図９のステップＳ１、図１１の工程Ｐ５）との間に、ドライクリーニング処理（処置）時に生成された生成物を除去することを目的とした熱処理が施されている（図１１の工程Ｐ３）ので、金属膜１２の自己整合反応が上記生成物によって阻害されることがなく、金属膜１２が厚くなくとも、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。従って、金属シリサイド層４１の厚みが厚くなり過ぎてリーク電流が増加するのを防止することができる。また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも有利となる。
【０１５３】
本実施の形態では、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層４１を形成する工程において、ドライクリーニング処理（処置）により半導体基板１の主面上に残留する生成物が１５０℃よりも高い温度の熱処理により除去されている。このため、シリコン（ゲート電極８ａを構成するｎ型多結晶シリコン、ゲート電極８ｂを構成するｐ型多結晶シリコン、ｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂが形成された半導体基板１を構成する単結晶シリコン）と金属膜１２との自己整合反応が生成物により阻害されることなく均一に起こり、電気的抵抗のばらつきの小さい金属シリサイド層４１を得ることができる。
【０１５４】
また、本実施の形態では、半導体装置の製造終了（例えば半導体基板１をダイシングなどにより個片化して半導体チップを形成した段階）まで、金属シリサイド層４１は、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相のままとされている。これは、製造された半導体装置において、金属シリサイド層４１を、ＭＳｉ２相およびＭ２Ｓｉ相よりも低抵抗率のＭＳｉ相とすることで、金属シリサイド層４１を低抵抗とし、コンタクト抵抗や、ソース・ドレインの拡散抵抗を低減でき、ＭＩＳＦＥＴが形成された半導体装置の性能を向上できるためである。このため、本実施の形態は、第１の条件として、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相およびＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相よりも、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相の方が低抵抗率であるような金属シリサイドにより、金属シリサイド層４１を形成する場合に適用すれば、効果が大きい。
【０１５５】
また、本実施の形態は、ＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止しながらＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成できるので、第２の条件として、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相が存在可能なシリサイドにより、金属シリサイド層４１を形成する場合に適用すれば、効果が大きい。
【０１５６】
また、本実施の形態は、熱処理工程での金属元素Ｍの不要（過剰）な拡散（移動）を防止してＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止しながらＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成できるので、第３の条件として、金属シリサイド形成時にＳｉ（シリコン）ではなく金属元素Ｍが拡散種となる場合に、本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。
【０１５７】
これら第１〜第３の条件を勘案すると、金属膜１２が、Ｎｉ（ニッケル）膜、Ｎｉ−Ｐｔ（ニッケル−白金）合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ（ニッケル−パラジウム）合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ（ニッケル−イッテルビウム）合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ（ニッケル−エルビウム）合金膜である場合に本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。金属膜１２が、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ合金膜であれば、金属シリサイド形成時にＳｉ（シリコン）ではなく金属元素Ｍが拡散種となり、ＭＳｉ２相が存在し、ＭＳｉ２相およびＭ２Ｓｉ相よりもＭＳｉ相の方が低抵抗率となる。但し、金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長の問題や、金属シリサイド層中のＭＳｉ２部分の形成による抵抗ばらつき増大の問題は、金属膜１２がＮｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜のいずれの場合にも生じるが、特に金属膜１２がＮｉ（ニッケル）膜の場合に最も顕著に現れる。このため、金属膜１２がＮｉ（ニッケル）膜である場合に本実施の形態を適用すれば、最も効果が大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１５８】
また、上記図２２に示されるようなＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部へのＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）異常成長領域１４１ｃは、ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴよりもｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴで形成されやすい。上記図２３からも分かるように、ｎ型シリコン領域よりもｐ型シリコン領域の方が、より低い温度でＮｉとＳｉの反応が進んでおり、ｎ型シリコン領域よりもｐ型シリコン領域の方が、Ｎｉが拡散しやすいと考えられる。このため、ＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃはｎ型ウエル６よりもＮｉが拡散しやすいｐ型ウエル５で生じ易い。このため、本実施の形態を適用したときの金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を防止できる効果は、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐよりもｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎにおいて、より大きくなる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１５９】
また、上記図２７に関連して説明したように、ニッケルシリサイド層のシート抵抗がばらつきやすいのは、ｎ型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜して熱処理することでニッケルシリサイド層を形成した場合よりも、ｐ型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜して熱処理することでニッケルシリサイド層を形成した場合である。これも、ｎ型領域よりもｐ型領域の方が、Ｎｉが拡散しやすく、ＮｉとＳｉの反応が進み易いため、形成されたＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じやすいためと考えられる。このため、本実施の形態を適用したときの金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減できる効果は、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎよりもｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐにおいて、より大きくなる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６０】
また、本実施の形態では、ソースまたはドレイン用の半導体領域（９ｂ，１０ｂ）上とゲート電極（８ａ，８ｂ）上とに金属シリサイド層４１を形成する場合について説明したが、他の形態として、ゲート電極８ａ，８ｂ上には金属シリサイド層４１を形成せずに、ソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成することもできる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６１】
また、本実施の形態では、最良の形態として、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成する場合について説明したが、他の形態として、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用以外の半導体領域上に、本実施の形態と同様の手法で金属シリサイド層４１を形成することもできる。その場合にも、本実施の形態のような金属シリサイド層４１形成法を用いたことにより、形成した金属シリサイド層中にＭＳｉ２部分が形成されるのを防止でき、金属シリサイド層の抵抗のばらつき低減効果を得ることができる。但し、本実施の形態のように、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成する場合であれば、金属シリサイド層４１中にＭＳｉ２部分が形成されるのを防止して金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減する効果に加えて、チャネル領域へのＭＳｉ２の異常成長防止効果を得ることができるので、効果が極めて大きい。
【０１６２】
また、本実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素Ｍ（例えばＮｉ）がソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）に拡散してＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。このため、半導体基板１は、シリコン（Ｓｉ）含有材料により構成されていることが好ましく、例えば単結晶シリコン、不純物をドープしたシリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ここで０＜ｘ＜１）またはカーボンドープシリコン（ＳｉｘＣ1-ｘ、ここで０．５＜ｘ＜１）などにより構成することができるが、単結晶シリコンであれば最も好ましい。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のように、絶縁基板上にシリコン（Ｓｉ）含有材料層を形成したものを半導体基板１に用いることもできる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６３】
また、本実施の形態は、素子分離領域４が、半導体基板１（素子分離領域４で規定された活性領域であり、ＭＩＳＦＥＴが形成される活性領域）に圧縮応力を生じさせるように作用する場合に適用すれば、効果が大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。その理由は次の通りである。
【０１６４】
素子分離領域４が半導体基板１に圧縮応力を生じさせると、この圧縮応力は、半導体基板１（活性領域）の格子サイズを小さくし、ＭＳｉ２の格子サイズに近づけるように作用する。このため、素子分離領域４に起因して半導体基板１に圧縮応力が生じた状態で熱処理を行うと、その圧縮応力によって半導体基板１の格子サイズが小さくなってＭＳｉ２の格子サイズに近くなった状態で熱処理が行われることになり、熱処理中に金属元素Ｍが拡散（移動）しやすくなるので、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じやすくなる。
【０１６５】
それに対して、本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であるバリア膜１３を金属膜１２上に設けた状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行って、金属膜１２とシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）とを反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成している。このため、バリア膜１３が、素子分離領域４に起因した圧縮応力（ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４が作用させている圧縮応力）を相殺するように作用する。バリア膜１３の引張応力により、素子分離領域４に起因する圧縮応力が半導体基板１の格子サイズを小さくするよう作用するのを抑制または防止できるので、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。
【０１６６】
更に、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわち上記ミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３未満（Ｔ２＜Ｔ３）とし、より好ましくは上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）、更に好ましくは上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）としている。このため、素子分離領域４に起因した圧縮応力が半導体基板１（活性領域）の格子サイズを小さくするように作用したとしても、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記のような温度に制御することにより、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１６７】
また、本実施の形態の場合のように、半導体基板１に形成した溝４ａ内を絶縁体材料（絶縁膜４ｂ，４ｃ）で埋め込むことで素子分離領域４を形成した場合、すなわち、ＳＴＩ法により素子分離領域４を形成した場合、ＬＯＣＯＳ法により素子分離を形成した場合に比べて、素子分離領域４の間の活性領域に作用する圧縮応力が大きくなる。これは、半導体基板１に形成した溝４ａの側壁が活性領域側を押すような圧縮応力が素子分離領域４の間の活性領域に作用するためである。また、特に、溝４ａ内を埋める素子分離領域４用の絶縁体材料（ここでは絶縁膜４ｃ）がプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）により成膜された絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）の場合には、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜（熱ＣＶＤ法で形成された絶縁膜）の場合などに比べて、焼き締め時の収縮が少ないため、ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４により働く圧縮応力が大きくなる。このように、ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４により働く圧縮応力が大きい場合に本実施の形態を適用すれば、効果が大きく、これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６８】
また、ＳＴＩ法により形成した素子分離領域４が半導体基板１（活性領域のうちの素子分離領域４に近い領域）に作用させる圧縮応力は、ＣＢＥＤ（収束電子線回折）法を用いた測定によると、−０．０３５ＧＰａ程度であった。このため、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力は、０．０３５ＧＰａ（ギガパスカル）以上であればより好ましく、これにより、ステップＳ３の第１の熱処理の際に、素子分離領域４に起因した圧縮応力の影響（ＭＳｉ２の異常成長など）を、的確に防止できる。また、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力が、２．５ＧＰａ（ギガパスカル）以下であれば更に好ましく、バリア膜１３の成膜が容易になる。従って、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力は、０．０３５〜２．５ＧＰａ（ギガパスカル）程度であれば、より好ましい。但し、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力の上記数値（上記０．０３５ＧＰａ〜２．５ＧＰａ）は、半導体基板１単体（ゲート電極や不純物拡散層のような構成物を形成していない状態の半導体基板）の一方の主面全面上にバリア膜１３を成膜したときの、半導体基板１とバリア膜１３全体の反り量（室温での反り量）から計算した値である。なお、バリア膜１３成膜面側を上に向けた状態で半導体基板１が上に凸型に反ったときに、半導体基板１には引張応力が生じている。
【０１６９】
また、素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体が、主としてプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成されている場合（すなわち絶縁膜４ｃがプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成されている場合）、成膜した段階で緻密な膜が形成され、成膜後の焼き締め時の収縮が少ない。このため、素子分離領域４が半導体基板１（素子分離領域４で規定された活性領域）に作用させる圧縮応力が大きくなり、この圧縮応力が金属シリサイド層形成時に影響を及ぼしやすくなる。本実施の形態は、素子分離領域４が半導体基板１に作用させる圧縮応力が大きくても、それが金属シリサイド層４１形成時に悪影響（例えばＭＳｉ２の異常成長）を及ぼすのを防止できる。このため、本実施の形態は、素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体（素子分離領域４を構成する絶縁体、ここでは絶縁膜４ｂ，４ｃ）が、主としてプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成された絶縁膜（ここでは絶縁膜４ｃ）からなる場合に適用すれば、その効果は極めて大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１７０】
次に、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長と結晶構造の関係について説明する。
【０１７１】
半導体基板１がシリコン（単結晶シリコン）の場合、シリコンの結晶構造は、ダイヤモンド構造であり、結晶系は立方晶系であり、空間群はＦｄ３ｍ（２２７）であり、この結晶構造の単位格子の長さが格子定数、すなわち格子サイズに対応する。
【０１７２】
図２８はシリコン（Ｓｉ）の結晶構造であるダイヤモンド構造を示す説明図（斜視図）である。図２８で示される立方体が、シリコン（Ｓｉ）の単位結晶となり、この立方体の一辺（単位格子）の長さＬ１が、シリコン（Ｓｉ）の格子定数、すなわちシリコン（Ｓｉ）の格子サイズとなる。従って、この長さＬ１が、半導体基板１がシリコン（単結晶シリコン）の場合の上記ＬＳに対応する（Ｌ１＝ＬＳ）。図２８において、球が配置された位置にＳｉ原子が配置される。
【０１７３】
一方、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）がＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の場合、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の結晶構造は、蛍石構造（ＣａＦ２型構造）であり、結晶系は立方晶系であり、空間群はＦｍ３ｍ（２２５）であり、この結晶構造の単位格子の長さが格子定数、すなわち格子サイズに対応する。
【０１７４】
図２９はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の結晶構造である蛍石構造を示す説明図（斜視図）である。図２９で示される立方体が、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の単位結晶となり、この立方体の一辺（単位格子）の長さＬ２が、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数、すなわちＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとなる。従って、この長さＬ２が、上記ＭＳｉ２がＮｉＳｉ２の場合の上記ＬＭに対応する（Ｌ２＝ＬＭ）。図２９において、球が配置された位置にＮｉ原子またはＳｉ原子が配置される。
【０１７５】
図２９に示される蛍石構造は、ＡＢ２（Ａ，Ｂはそれぞれ異なる元素）の組成を持つ化合物の構造であり、ＮｉＳｉ２は、前記ＡＢ２において、Ａ＝Ｎｉ，Ｂ＝Ｓｉに対応する。この蛍石構造は、Ａ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＮｉ）の面心立方構造（図３０（ａ）の構造）と、Ｂ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＳｉ）の単純立方構造（図３０（ｂ）の構造）の組み合わせとなっている。
【０１７６】
図３０の（ａ）は、ＡＢ２の組成を持つ蛍石構造におけるＡ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＮｉ）の結晶構造を示し、図３０の（ｂ）は、ＡＢ２の組成を持つ蛍石構造におけるＢ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＳｉ）の結晶構造を示す説明図（斜視図）である。
【０１７７】
図３０（ａ）に示される立方体において、球の位置にＮｉ元素が配置される。すなわち、図３０（ａ）は、立方体の各頂点と、立方体の各面の中心にＮｉ元素が配置する面心立方構造となっている。図３０（ａ）の面心立方構造の一辺（単位格子）の長さは、上記Ｌ２と同じであり、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数、すなわちＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズと同じになる。
【０１７８】
また、図３０（ｂ）に示される立方体において、球の位置にＳｉ元素が配置される。すなわち、図３０（ｂ）は、立方体の各頂点にＳｉ元素が配置する単純立方構造となっている。図３０（ｂ）の単純立方構造の一辺（単位格子）の長さＬ３は、上記の長さＬ２の半分であり、Ｌ２＝２Ｌ３の関係が成り立つ。
【０１７９】
図３０（ａ）の構造（面心立方構造）と図３０（ｂ）の構造（単純立方構造）とが、それぞれの重心が一致するように組み合わさって、図２９の蛍石構造が構成される。
【０１８０】
半導体基板１を構成する単結晶Ｓｉ（シリコン）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズが一致した状態とは、シリコン（Ｓｉ）の格子定数である上記長さＬ１と、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数である上記長さＬ２とが等しく（すなわちＬ１＝Ｌ２）なった状態に対応する。また、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する上記温度Ｔ４は、シリコン（Ｓｉ）の格子定数である上記長さＬ１とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数である上記長さＬ２とが一致する（等しくなる、すなわちＬ１＝Ｌ２になる）温度に対応する。
【０１８１】
図２８のダイヤモンド構造と図２９の蛍石構造とは、類似性が高い。すなわち、図２９の蛍石構造において、面心立方構造のＮｉのサイトにＮｉではなくＳｉを配置し、かつ、単純立方構造の８つのＳｉのサイトのうち、４つのサイト（図３０（ｂ）において符号５１で示される４つのサイト）にはＳｉを配置するが、残りの４つのサイト（図３０（ｂ）において符号５２で示される４つのサイト）にはＳｉを配置しないようにすれば、図２８のダイヤモンド構造と同じ構造になる。
【０１８２】
また、図２８のシリコンのダイヤモンド構造におけるＳｉの配置と図２９のＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＳｉの配置とに注目してみると、図２８のシリコンのダイヤモンド構造において、{４００}，｛２００｝，｛１００｝面に位置する［１１０］方向の２個のＳｉ原子の間の距離は（１／２）０．５×Ｌ１となる。一方、ＮｉＳｉ２の蛍石構造において、図３０（ｂ）のＳｉの単純立方構造の各面の対角線の距離（すなわち［１１０］方向のＳｉ原子間の距離）は、（２）０．５×Ｌ３＝（１／２）０．５×Ｌ２となる。Ｌ１＝Ｌ２の場合は、両者は一致する（等しくなる）。
【０１８３】
熱処理を施すことによりＳｉとＮｉが相互拡散する。ステップＳ５の第２の熱処理温度Ｔ２が、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２の格子サイズとが一致する上記温度Ｔ４に近いと、ステップＳ５の第２の熱処理の際に、ダイヤモンド構造と蛍石構造との高い類似性により、ダイヤモンド構造のＳｉがＮｉＳｉ２の蛍石構造内のＳｉと同じような配置をとる（特に{４００}面のＳｉ）。このため、ステップＳ５の第２の熱処理でＮｉとＳｉの格子間で置換が生じやすくなってＮｉＳｉ２部分が生成されやすくなると考えられる。
【０１８４】
従って、半導体基板１の結晶構造とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造の類似性が高い場合、特に、半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造をとり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造が蛍石構造をとる場合には、上述したような金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長の問題や、金属シリサイド層中のＭＳｉ２部分の形成による抵抗ばらつき増大の問題が顕著に発生することになる。
【０１８５】
このため、半導体基板１の結晶構造とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造の類似性が高い場合、特に、半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造をとり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造が蛍石構造をとる場合に、本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。従って、半導体基板１に単結晶シリコンを用いれば最も好ましいが、単結晶シリコン以外であっても、単結晶シリコンと同様にダイヤモンド構造型の結晶構造を有するものであれば、半導体基板１に好適に用いることができる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１８６】
また、金属膜１２としてＮｉ膜を用いれば、形成され得る上記ＭＳｉ２が蛍石構造のＮｉＳｉ２となるので、本実施の形態を適用する効果が大きいが、Ｎｉ膜以外であっても、形成され得るＭＳｉ２が蛍石構造型の結晶構造をとるような金属または合金を、金属膜１２に用いる場合にも、本実施の形態は有効である。例えば、金属膜１２が、ニッケル合金膜、特にＮｉ−Ｐｔ（ニッケル−白金）合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ（ニッケル−パラジウム）合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ（ニッケル−イッテルビウム）合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ（ニッケル−エルビウム）合金膜である場合には、形成されるＭＳｉ２が蛍石構造（但し、図３０（ａ）の面心立方構造のＮｉサイトの一部が、合金を構成する他の金属に置換される）となり得るので、本実施の形態を適用して、好適である。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１８７】
（実施の形態２）
図３１は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図であり、上記実施の形態１の図９に対応するものである。図３１には、上記図７の構造が得られた後、サリサイドプロセスによりゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層（金属・半導体反応層）を形成する工程の製造プロセスフローが示されている。図３２〜図３５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【０１８８】
本実施の形態の半導体装置の製造工程は、上記ステップＳ４でウェット洗浄処理を行うことによりバリア膜１３と、未反応の金属膜１２とを除去する工程までは、上記実施の形態１と同様であるので、ここではその説明を省略し、上記ステップＳ４に続く工程について説明する。
【０１８９】
上記実施の形態と同様にして上記ステップＳ４までの工程を行って、上記図１４にほぼ相当する図３２の構造を得た後、図３３に示されるように、金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１の主面（全面）上にバリア膜（第２バリア膜、応力制御膜、キャップ膜）１３ａを形成（堆積）する（図３１のステップＳ１１）。
【０１９０】
次に、上記実施の形態１と同様のステップＳ５の第２の熱処理を行う。本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理は、バリア膜１３ａが形成されている状態で行われるが、ステップＳ５の第２の熱処理の条件や役割については上記実施の形態１と同様である。
【０１９１】
従って、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ５の第２の熱処理は、金属シリサイド層４１の相変化（Ｍ２Ｓｉ相からＭＳｉ相への相変化）のために行うのではなく、金属シリサイド層４１の安定化のために行われる安定化アニールである。本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２については、上記実施の形態１におけるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２と同様であるので、ここではその説明は省略する。また、本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理時の雰囲気も上記実施の形態１と同様である。また、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ５の第２の熱処理の後は、半導体装置の製造終了（例えば半導体基板１を切断して半導体チップに個片化する）まで、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度よりも高い温度に半導体基板１がならないようにする。
【０１９２】
ステップＳ５の第２の熱処理の後、ウェット洗浄処理などを行うことにより、図３４に示されるように、バリア膜１３ａを除去する（図３１のステップＳ１２）。この際、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に金属シリサイド層４１を残存させる。ステップＳ１２のウェット洗浄処理は、硫酸を用いたウェット洗浄、または硫酸と過酸化水素水とを用いたウェット洗浄などにより行うことができる。
【０１９３】
それ以降の工程は、上記実施の形態１と同様である。すなわち、上記実施の形態１と同様にして、図３５に示されるように、絶縁膜４２および絶縁膜４３を形成し、絶縁膜４３，４２にコンタクトホール４４を形成し、コンタクトホール４４内にプラグ４５を形成し、プラグ４５が埋め込まれた絶縁膜４３上にストッパ絶縁膜５１および絶縁膜５２を形成し、配線溝５３を形成し、配線溝内５３にバリア導体膜５４および銅膜を埋め込んで配線５５を形成する。
【０１９４】
バリア膜１３ａは、バリア膜１３と同様に、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜である。このため、バリア膜１３と同様の膜を、バリア膜１３ａとして用いることができ、好ましくは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることができる。本実施の形態では、半導体基板１の活性領域に素子分離領域４が生じさせている圧縮応力を相殺するために、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成するので、バリア膜１３ａは応力制御膜（半導体基板１の活性領域の応力を制御する膜）とみなすこともできる。
【０１９５】
また、上記実施の形態１でバリア膜１３について説明したように、半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、膜の材料だけでなく成膜法にも依存するため、バリア膜１３と同様の理由により、バリア膜１３ａが窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、スパッタリング法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましく、バリア膜１３ａがチタン（Ｔｉ）膜の場合は、プラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。また、バリア膜１３と同様の理由により、バリア膜１３ａがスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、バリア膜１３ａの成膜温度（基板温度）は３００℃以下であることが好ましく、バリア膜１３ａがプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合は、バリア膜１３ａの成膜温度（基板温度）は４５０℃以下であることが好ましい。
【０１９６】
また、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜も半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができるので、バリア膜１３ａとして用いることが可能である。但し、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜を用いた場合は、ステップＳ１２のウェット洗浄処理の際にフッ酸（ＨＦ）を用いる必要が生じ、ウェット洗浄時にバリア膜１３ａ以外の部分までエッチングされてしまう可能性がある。このため、バリア膜１３ａとしては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜やタンタル（Ｔａ）膜よりも、ステップＳ１２のウェット洗浄処理による除去が容易な窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることがより好ましい。また、バリア膜１３ａの引張応力の好ましい範囲も、バリア膜１３と同様である。
【０１９７】
また、バリア膜１３と同様に、バリア膜１３ａも、酸素（Ｏ）を透過しない（透過しにくい）膜である。すなわち、バリア膜１３ａは酸素透過性が無い膜である。バリア膜１３ａが酸素（Ｏ）の透過を防止するので、ステップＳ５の第２の熱処理時に、金属シリサイド層４１に酸素（Ｏ）が供給されるのを防止できる。これにより、酸素に起因した欠陥が生成されるのを抑制または防止でき、酸素に起因した欠陥を通して金属元素Ｍが拡散するのを抑制または防止して、ステップＳ５の第２の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるのを更に的確に抑制または防止することができる。このような酸素（Ｏ）を透過しないバリア膜１３ａとして、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１９８】
また、バリア膜１３ａは、金属シリサイド層４１と反応しがたい膜であり、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても金属シリサイド層４１と反応しない膜である。ステップＳ５の第２の熱処理でバリア膜１３ａが金属シリサイド層４１と反応してしまうと、金属シリサイド層４１の組成が変動してしまう可能性があるが、本実施の形態では、バリア膜１３ａを金属シリサイド層４１と反応しがたい膜とすることで、ステップＳ５の第２の熱処理で金属シリサイド層４１とバリア膜１３ａとが反応するのを防止することができ、金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。このような金属シリサイド層４１と反応しがたいバリア膜１３ａとして、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１９９】
上記実施の形態１では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を制御することで、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止していた。しかしながら、半導体装置の更なる高性能化や高信頼性化を考えると、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長は可能な限り少なくすることが望ましい。このため、本実施の形態では、バリア膜１３および金属膜１２を除去して金属シリサイド層４１の表面を露出した後、ステップＳ１１として金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１の主面（全面）上にバリア膜１３ａを形成してから、金属シリサイド層４１がバリア膜１３ａで覆われた状態でステップＳ５の第２の熱処理を行っている。このバリア膜１３ａは、バリア膜１３同様、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜である。
【０２００】
本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成した状態でステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、バリア膜１３ａが作用させる引張応力に起因して、バリア膜１３ａが無い場合に比べて半導体基板１の格子サイズを大きくすることができ、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差を大きくして、金属元素Ｍの異常拡散をより的確に防止できる。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２が異常成長するのを、より的確に防止できる。
【０２０１】
また、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記実施の形態１で説明したような温度に制御するだけでなく、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成した状態でステップＳ５の第２の熱処理を行うので、バリア膜１３ａが、素子分離領域４に起因した圧縮応力を相殺するように作用する。素子分離領域４に起因する圧縮応力が半導体基板１の格子サイズを小さくするよう作用するのを、バリア膜１３ａの引張応力により抑制または防止できるので、たとえ素子分離領域４が半導体基板１（活性領域）に圧縮応力を生じさせるように作用していても、ステップＳ５の第２の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを、より的確に防止できる。
【０２０２】
このように、本実施の形態では、上記実施の形態１の効果を得られるのに加えて、ステップＳ５の第２の熱処理中の金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を更に的確に防止できる。また、金属シリサイド層４１中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じるのを更に的確に防止して、金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを更に的確に低減できる。従って、半導体装置の性能や信頼性を更に向上させることができる。
【０２０３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明は、金属シリサイド層を有する半導体素子を備えた半導体装置の製造技術に適用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２】図１に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３】図２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図４】図３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図５】図４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図１０】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜装置の概略平面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜工程図である。
【図１２】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバの概略断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ本発明の実施の形態１によるシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバにおける半導体ウエハの処理工程を説明するためのチャンバの概略断面図である。
【図１４】図８に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１５】図１４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１６】図１５に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１７】図１６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１８】比較例の半導体装置におけるＮｉＳｉ層の形成工程を示すプロセスフロー図である。
【図１９】比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２０】図１９に続く比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２１】図２０に続く比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２２】比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２３】ニッケルシリサイド層のシート抵抗の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図２４】単結晶ＳｉとＮｉＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。
【図２５】単結晶ＳｉとＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。
【図２６】第２の熱処理を行ってニッケルシリサイド層を形成した場合と、第２の熱処理を行うことなしにニッケルシリサイド層を形成した場合の、リーク電流の分布を示すグラフである。
【図２７】ニッケルシリサイド層のシート抵抗の分布を示すグラフである。
【図２８】シリコンの結晶構造であるダイヤモンド構造を示す説明図である。
【図２９】ＮｉＳｉ２の結晶構造である蛍石構造を示す説明図である。
【図３０】（ａ）はＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＮｉの結晶構造を示し、（ｂ）はＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＳｉの結晶構造を示す説明図である。
【図３１】本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図３２】本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３３】図３２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３４】図３３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３５】図３４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【符号の説明】
【０２０６】
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
３ 絶縁膜
４ 素子分離領域
４ａ 溝
４ｂ 絶縁膜
４ｃ 絶縁膜
５ ｐ型ウエル
６ ｎ型ウエル
７ ゲート絶縁膜
８ シリコン膜
８ａ，８ｂ ゲート電極
９ａ ｎ−型半導体領域
９ｂ ｎ＋型半導体領域
１０ａ ｐ−型半導体領域
１０ｂ ｐ＋型半導体領域
１１ サイドウォール
１２ 金属膜
１３，１３ａ バリア膜
２０ 成膜装置
２１ａ 第１搬送室
２１ｂ 第２搬送室
２２ ゲートバルブ
２３ ロードロック室
２４ ロードロック室
２５，２６，２７ チャンバ
２７ａ ウエハステージ
２７ｂ ウエハリフトピン
２７ｃ，２７ＣＨ シャワーヘッド
２７ｄ リモートプラズマ発生装置
２７ｅ シーリング
２７ｆ シャドウリング
２７ｇ 排気室
２８，２９，３０，３１ チャンバ
３２ａ，３２ｂ 搬送用ロボット
３３ ウエハ搬入出室
３４ フープ
３５ ポート
３６ 搬送用ロボット
４１ 金属シリサイド層
４２，４３ 絶縁膜
４４ コンタクトホール
４５ プラグ
５１ ストッパ絶縁膜
５２ 絶縁膜
５３ 配線溝
５４ バリア導体膜
５５ 配線
１１２ Ｎｉ膜
１１３ 窒化チタン膜
１４１ａ Ｎｉ２Ｓｉ層
１４１ｂ ＮｉＳｉ層
１４１ｃ ＮｉＳｉ２異常成長領域
Ｑｎ，Ｑｐ ＭＩＳＦＥＴ
ＳＷ 半導体ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、金属シリサイド層を有する半導体素子の製造に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化が進むにつれて、電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）はスケーリング則に従い微細化されるが、ゲートやソース・ドレインの抵抗が増大して電界効果トランジスタを微細化しても高速動作が得られないという問題が生ずる。そこで、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面に自己整合により低抵抗の金属シリサイド層、例えばニッケルシリサイド層またはコバルトシリサイド層などを形成することにより、ゲートやソース・ドレインを低抵抗化するサリサイド技術が検討されている。
【０００３】
特開２００５−１０９５０４号公報（特許文献１）には、ゲート電極およびソース／ドレイン領域の上にメタル層を形成する段階と、Ａｒプラズマを利用して前記メタル層の表面処理を行う段階と、前記メタル層が形成されたシリコン基板を所定の温度でアニール処理してシリサイド薄膜を形成する段階とを含む半導体素子の製造方法に関する技術が記載されている。
【０００４】
特開２００６−２９４８６１号公報（特許文献２）には、Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、プラズマによる処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、化学的表面処理が施されたＳｉ含有部分上に金属含有膜を成膜する成膜工程とを具備する、Ｓｉ含有部分表面に金属含有膜を成膜する方法に関する技術が記載されている。
【０００５】
特開２００３−１１９５６４号公報（特許文献３）には、プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内でＳｉ基板の表面にある自然酸化膜の除去後、該自然酸化膜が除去されたＳｉ基板を大気に晒すことなく、エッチングと成膜を最適化された同一チャンバ内で連続して自然酸化膜が除去されたＳｉ基板上に高融点金属を含む膜を成膜する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１０９５０４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４８６１号公報
【特許文献３】特開２００３−１１９５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
【０００７】
ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面にサリサイドプロセスにより形成する金属シリサイド層は、微細化による低抵抗化の要求から、コバルトシリサイドよりも、ニッケルシリサイドからなることが好ましい。金属シリサイド層をコバルトシリサイドではなくニッケルシリサイドとすることで、金属シリサイド層の抵抗をより低くすることができ、ソース・ドレインの拡散抵抗や、コンタクト抵抗などをより低減できる。また、金属シリサイド層をコバルトシリサイドではなくニッケルシリサイドとすることで、金属シリサイド層を薄く形成することができ、ソース・ドレインの接合深さを浅くできるので、電界効果トランジスタの微細化に有利となる。
【０００８】
サリサイドプロセスで形成する金属シリサイド層がコバルトシリサイドの場合、ＣｏＳｉ相よりもＣｏＳｉ２相の方が低抵抗であるため、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面には、ＣｏＳｉ２からなる金属シリサイドを形成する必要がある。それに対して、サリサイドプロセスで形成する金属シリサイド層がニッケルシリサイドの場合、ＮｉＳｉ２相よりもＮｉＳｉ相の方が低抵抗であるため、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面には、ＮｉＳｉからなる金属シリサイド層を形成する必要がある。
【０００９】
コバルトシリサイド形成の場合は、Ｓｉ（シリコン）が拡散種であり、Ｃｏ膜中へＳｉが移動することによりコバルトシリサイドが形成されるのに対して、ニッケルシリサイド形成の場合は、Ｎｉ（ニッケル）が拡散種であり、シリコン領域側にＮｉ（ニッケル）が移動することによってニッケルシリサイドが形成される。
【００１０】
このため、熱処理の際にＮｉ（ニッケル）が過剰に拡散するなどして不要なＮｉＳｉ２部分が形成され、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層の電気抵抗がばらつく可能性があることが、本発明者の検討により分かった。電界効果トランジスタの更なる性能向上のためには、電界効果トランジスタ毎の金属シリサイド層の電気抵抗のばらつきを低減し、電界効果トランジスタの特性の変動を防止することが望まれる。
【００１１】
また、熱処理の際にＮｉＳｉ層からチャネル部へのＮｉＳｉ２の異常成長が生じる可能性があることも、本発明者の検討により分かった。ＮｉＳｉ層からチャネル部にＮｉＳｉ２が異常成長していると、電界効果トランジスタのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりするため、電界効果トランジスタの更なる性能向上のためには、このようなＮｉＳｉ層からチャネル部へのＮｉＳｉ２の異常成長を防止することが望まれる。
【００１２】
本発明の目的は、半導体装置の性能を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
本発明は、半導体基板に半導体領域を形成してから、半導体基板の主面の半導体領域の表面をドライクリーニングにより清浄化し、半導体基板上に金属膜を形成し、第１の熱処理を行って前記金属膜と前記半導体領域とを反応させて前記金属膜を構成する金属元素ＭのモノシリサイドＭＳｉからなる金属シリサイド層を形成してから、未反応の前記金属膜を除去し、その後、第２の熱処理を行う。そして、前記第２の熱処理の熱処理温度を、前記第１の熱処理の熱処理温度よりも高く、かつ、前記金属元素ＭのダイシリサイドＭＳｉ２の格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとが一致する第１の温度よりも低くするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
半導体装置の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２０】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２１】
また、ドライクリーニング技術に関しては、二瀬らの日本国特許出願第２００６−１０７７８０号（２００６.４.１０出願）、二瀬らの日本国特許出願第２００７−８１１４７号（２００７．３．２７出願）に開示されている。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図１〜図８は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばＣＭＩＳＦＥＴ（Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）を有する半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【００２３】
まず、図１に示されるように、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）１を準備する。次に、この半導体基板１を熱酸化してその表面に例えば厚さ１０ｎｍ程度の絶縁膜２を形成した後、その上層にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより、例えば厚さ１００ｎｍ程度の絶縁膜３を堆積する。絶縁膜２は酸化シリコンなどからなり、絶縁膜３は窒化シリコン膜などからなる。それから、図２に示されるように、フォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして絶縁膜３、絶縁膜２および半導体基板１を順次ドライエッチングすることにより、素子分離形成予定領域の半導体基板１に例えば深さ３００ｎｍ程度の溝（素子分離用の溝）４ａを形成する。溝４ａは、素子分離用の溝であり、すなわち後述する素子分離領域４形成用の溝である。
【００２４】
次に、図３に示されるように、熱リン酸などを用いたウェットエッチングにより絶縁膜３を除去した後、溝４ａの内部（側壁および底部）を含む半導体基板１の主面上に例えば厚み１０ｎｍ程度の絶縁膜４ｂを形成する。それから、半導体基板１の主面上（すなわち絶縁膜４ｂ上）に、溝４ａ内を埋めるように、絶縁膜４ｃをＣＶＤ法などにより形成（堆積）する。
【００２５】
絶縁膜４ｂは、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜からなる。絶縁膜４ｂが酸窒化シリコン膜の場合には、絶縁膜４ｂ形成工程以降の熱処理によって溝４ａの側壁が酸化することによる体積膨張を防止でき、半導体基板１に働く圧縮応力を低減できる効果がある。
【００２６】
絶縁膜４ｃは、ＨＤＰ−ＣＶＤ（High Density Plasma CVD：高密度プラズマＣＶＤ）法により成膜された酸化シリコン膜、またはＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜などである。なお、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜とは、Ｏ３（オゾン）およびＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、Tetra Ethyl Ortho Silicateとも言う）を原料ガス（ソースガス）として用いて熱ＣＶＤ法により形成した酸化シリコン膜である。絶縁膜４ｃがＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の場合、絶縁膜４ｂは、絶縁膜４ｃを堆積する際の半導体基板１へのダメージ防止の効果がある。
【００２７】
次に、図４に示されるように、絶縁膜４ｃをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨して、溝４ａの外部の絶縁膜４ｃを除去し、溝４ａの内部に絶縁膜４ｂ，４ｃを残すことにより、素子分離（素子分離領域）４を形成する。
【００２８】
それから、半導体基板１を例えば１０００℃程度で熱処理することにより、溝４ａに埋め込んだ絶縁膜４ｃを焼き締める。焼き締め前の状態では、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜よりもＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の方が緻密である。このため、絶縁膜４ｃがＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜の場合、焼き締めによる絶縁膜４ｃの収縮により、半導体基板１に働く圧縮応力を低減できる効果がある。一方、絶縁膜４ｃがＨＤＰ−ＣＶＤ法により成膜された酸化シリコン膜の場合には、絶縁膜４ｃがＯ３−ＴＥＯＳ酸化膜の場合に比べて、焼き締め時の絶縁膜４ｃの収縮が少ないため、素子分離領域４によって半導体基板１に働く圧縮応力が大きくなる。
【００２９】
このようにして、溝４ａ内に埋め込まれた絶縁膜４ｂ，４ｃからなる素子分離領域４が形成される。本実施の形態では、素子分離領域４は、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidization of Silicon）法ではなく、好ましくはＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により形成される。すなわち、本実施の形態の素子分離領域４は、好ましくは、半導体基板１に形成された素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体（ここでは絶縁膜４ｂ，４ｃ）からなる。後述するｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎ（すなわちｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎを構成するゲート絶縁膜７、ゲート電極８ａおよびソース・ドレイン用のｎ−型半導体領域９ａおよびｎ＋型半導体領域９ｂ）は、素子分離領域４で規定された（囲まれた）活性領域に形成される。また、後述するｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐ（すなわちｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐを構成するゲート絶縁膜７、ゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン用のｐ−型半導体領域１０ａおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）も、素子分離領域４で規定された（囲まれた）活性領域に形成される。
【００３０】
次に、図５に示されるように、半導体基板１の主面から所定の深さに渡ってｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６を形成する。ｐ型ウエル５は、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域を覆うフォトレジスト膜（図示せず）をイオン注入阻止マスクとして、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域の半導体基板１に例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。また、ｎ型ウエル６は、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域を覆う他のフォトレジスト膜（図示せず）をイオン注入阻止マスクとして、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域の半導体基板１に例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。
【００３１】
次に、例えばフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板１の表面を清浄化（洗浄）した後、半導体基板１の表面（すなわちｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６の表面）上にゲート絶縁膜７を形成する。ゲート絶縁膜７は、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。
【００３２】
次に、半導体基板１上（すなわちｐ型ウエル５およびｎ型ウエル６のゲート絶縁膜７上）に、ゲート電極形成用の導体膜として、多結晶シリコン膜のようなシリコン膜８を形成する。シリコン膜８のうちのｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域（後述するゲート電極８ａとなる領域）は、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして用いてリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のｎ型半導体膜（ドープトポリシリコン膜）とされている。また、シリコン膜８のうちのｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ形成予定領域（後述するゲート電極８ｂとなる領域）は、他のフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして用いてホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のｐ型半導体膜（ドープトポリシリコン膜）とされている。また、導体膜８は、成膜時にはアモルファスシリコン膜であったものを、成膜後（イオン注入後）の熱処理により多結晶シリコン膜に変えることもできる。
【００３３】
次に、図６に示されるように、シリコン膜８をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、ゲート電極８ａ，８ｂを形成する。
【００３４】
ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極となるゲート電極８ａは、ｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン（ｎ型半導体膜、ドープトポリシリコン膜）からなり、ｐ型ウエル５上にゲート絶縁膜７を介して形成される。すなわち、ゲート電極８ａは、ｐ型ウエル５のゲート絶縁膜７上に形成される。また、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極となるゲート電極８ｂは、ｐ型の不純物を導入した多結晶シリコン（ｐ型半導体膜、ドープトポリシリコン膜）からなり、ｎ型ウエル６上にゲート絶縁膜７を介して形成される。すなわち、ゲート電極８ｂは、ｎ型ウエル６のゲート絶縁膜７上に形成される。ゲート電極８ａ，８ｂのゲート長は、必要に応じて変更できるが、例えば５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３５】
次に、図７に示されるように、ｐ型ウエル５のゲート電極８ａの両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより、（一対の）ｎ−型半導体領域９ａを形成し、ｎ型ウエル６のゲート電極８ｂの両側の領域にホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することにより、（一対の）ｐ−型半導体領域１０ａを形成する。ｎ−型半導体領域９ａおよびｐ−型半導体領域１０ａの深さ（接合深さ）は、例えば３０ｎｍ程度とすることができる。
【００３６】
次に、ゲート電極８ａ，８ｂの側壁上に、絶縁膜として、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれら絶縁膜の積層膜などからなる側壁スペーサまたはサイドウォール（側壁絶縁膜）１１を形成する。サイドウォール１１は、例えば、半導体基板１上に酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜を堆積し、この酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などにより異方性エッチングすることによって形成することができる。
【００３７】
サイドウォール１１の形成後、（一対の）ｎ＋型半導体領域９ｂ（ソース、ドレイン）を、例えば、ｐ型ウエル５のゲート電極８ａおよびサイドウォール１１の両側の領域にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物をイオン注入することにより形成する。また、（一対の）ｐ＋型半導体領域１０ｂ（ソース、ドレイン）を、例えば、ｎ型ウエル６のゲート電極８ｂおよびサイドウォール１１の両側の領域にホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物をイオン注入することにより形成する。ｎ＋型半導体領域９ｂを先に形成しても、あるいはｐ＋型半導体領域１０ｂを先に形成してもよい。イオン注入後、導入した不純物の活性化のためのアニール処理を行うこともできる。ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの深さ（接合深さ）は、例えば８０ｎｍ程度とすることができる。
【００３８】
ｎ＋型半導体領域９ｂは、ｎ−型半導体領域９ａよりも不純物濃度が高く、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ｐ−型半導体領域１０ａよりも不純物濃度が高い。これにより、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソースまたはドレインとして機能するｎ型の半導体領域（不純物拡散層）が、ｎ＋型半導体領域（不純物拡散層）９ｂおよびｎ−型半導体領域９ａにより形成され、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソースまたはドレインとして機能するｐ型の半導体領域（不純物拡散層）が、ｐ＋型半導体領域（不純物拡散層）１０ｂおよびｐ−型半導体領域１０ａにより形成される。従って、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴおよびｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン領域は、ＬＤＤ（Lightly doped Drain）構造を有している。ｎ−型半導体領域９ａは、ゲート電極８ａに対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域９ｂは、ゲート電極８ａの側壁上に形成されたサイドウォール１１に対して自己整合的に形成され、ｐ−型半導体領域１０ａは、ゲート電極８ｂに対して自己整合的に形成され、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ゲート電極８ｂの側壁上に形成されたサイドウォール１１に対して自己整合的に形成される。このようにして、ｐ型ウエル５にｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）Ｑｎが形成され、ｎ型ウエル６にｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）Ｑｐが形成され、図７の構造が得られる。なお、ｎ＋型半導体領域９ｂは、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのソースまたはドレイン用の半導体領域とみなすことができ、ｐ＋型半導体領域１０ｂは、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソースまたはドレイン用の半導体領域とみなすことができる。
【００３９】
次に、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）技術により、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのゲート電極８ａおよびソース・ドレイン領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ）の表面と、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン領域（ここではｐ＋型半導体領域１０ｂ）の表面とに、低抵抗の金属シリサイド層（後述の金属シリサイド層４１に対応）を形成する。以下に、この金属シリサイド層の形成工程について説明する。
【００４０】
図９は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図であり、図７の構造が得られた後、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）プロセスによりゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層（金属・半導体反応層）を形成する工程の製造プロセスフローが示されている。図１０はシリサイド材料（金属シリサイド層４１形成用の材料膜、ここでは金属膜１２およびバリア膜１３に対応）の成膜装置の概略平面図、図１１はシリサイド材料の成膜工程図、図１２はシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバの概略断面図、図１３はシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバにおける半導体ウエハの処理工程を説明するためのチャンバの概略断面図である。図１４〜図１７は、図８に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。なお、図９は、図８および図１４の工程の製造プロセスフローに対応し、図１１は図８の工程の製造プロセスフローに対応する。
【００４１】
上記のようにして図７の構造が得られた後、図８に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面を露出させてから、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面（全面）上に金属膜１２を、例えばスパッタリング法を用いて形成（堆積）する（図９のステップＳ１）。すなわち、ステップＳ１では、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１上に、ゲート電極８ａ，８ｂを覆うように、金属膜１２が形成される。
【００４２】
それから、金属膜１２上にバリア膜（第１バリア膜、応力制御膜、酸化防止膜、キャップ膜）１３を形成（堆積）する（図９のステップＳ２）。
【００４３】
また、ステップＳ１（金属膜１２堆積工程）の前に、ＨＦガス、ＮＦ３ガス、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスのうち少なくともいずれか一つを用いたドライクリーニング処理（後述する工程Ｐ２に対応）を行って、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂの表面の自然酸化膜を除去した後、半導体基板１を大気中（酸素含有雰囲気中）にさらすことなく、ステップＳ１およびステップＳ２を行えば、より好ましい。
【００４４】
金属膜１２は、例えばニッケル（Ｎｉ）膜からなり、その厚さ（堆積膜厚）は、例えば９ｎｍ程度とすることができる。Ｎｉ（ニッケル）膜以外にも、例えばＮｉ−Ｐｔ合金膜（ＮｉとＰｔの合金膜）、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜（ＮｉとＰｄの合金膜）、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜（ＮｉとＹｂの合金膜）またはＮｉ−Ｅｒ合金膜（ＮｉとＥｒの合金膜）のようなニッケル合金膜などを金属膜１２として用いることができる。バリア膜１３は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜からなり、その厚さ（堆積膜厚）は、例えば１５ｎｍ程度とすることができる。バリア膜１３は、詳細は後述するが、半導体基板１に働く応力の制御や金属膜１２の酸化防止などのために金属膜１２上に設けられる。以下に、金属膜１２およびバリア膜１３の好ましい形成方法の一例について説明する。
【００４５】
金属膜１２およびバリア膜１３の成膜には、図１０に示されるシリサイド材料の成膜装置２０が用いられる。
【００４６】
図１０に示されるように、成膜装置２０は、第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂの２つの搬送室が配置され、第１搬送室２１ａの周囲に開閉手段であるゲートバルブ２２を介してロードロック室２３，２４および３つのチャンバ２５，２６，２７が備わり、第２搬送室２１ｂの周囲に開閉手段であるゲートバルブ２２を介して２つのチャンバ２８，２９が備わったマルチチャンバタイプである。さらに、第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間には２つの搬送用のチャンバ３０，３１が備わっている。第１搬送室２１ａは排気機構等により所定の真空度に保持され、その中央部には半導体ウエハＳＷを搬送するための多関節アーム構造の搬送用ロボット３２ａが設けられている。同様に、第２搬送室２１ｂは排気機構等により所定の真空度に保持され、その中央部には半導体ウエハＳＷを搬送するための多関節アーム構造の搬送用ロボット３２ｂが設けられている。
【００４７】
第１搬送室２１ａに備わるチャンバ２５，２６は相対的に高温の加熱処理を行う加熱処理用チャンバ、チャンバ２７はドライクリーニング処理（処置）用チャンバである。第２搬送室２１ｂに備わるチャンバ２８はスパッタリング法により金属膜１２（例えばニッケル膜）を成膜する成膜用チャンバ、チャンバ２９はスパッタリング法によりバリア膜１３（例えば窒化チタン膜）を成膜する成膜用チャンバである。また、バリア膜１３をプラズマＣＶＤ法で成膜する場合は、チャンバ２９はプラズマＣＶＤ法によりバリア膜１３（例えばチタン膜）を成膜する成膜用チャンバとなる。
【００４８】
第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間に備わるチャンバ３０，３１は第１搬送室２１ａと第２搬送室２１ｂとの間での半導体ウエハＳＷの受け渡しを行う受渡用チャンバであり、また半導体ウエハＳＷの冷却にも用いられる冷却用チャンバである。なお、成膜装置２０では、第１搬送室２１ａのみに備わるチャンバを３つとし、第２搬送室２１ｂのみに備わるチャンバを２つとしたが、これに限定されるものではなく、同じ用途のチャンバまたは他の用途のチャンバを追加することも可能である。
【００４９】
まず、１枚の半導体ウエハＳＷをウエハ搬入出室３３内に設置された搬送用ロボット３６によっていずれかのフープ３４から取り出し（図１１の工程Ｐ１）、いずれかのロードロック室２３または２４へ搬入する。フープ３４は半導体ウエハＳＷのバッチ搬送用の密閉収納容器であり、通常２５枚、１２枚、６枚等のバッチ単位で半導体ウエハＳＷを収納する。フープ３４の容器外壁は微細な通気フィルタ部を除いて機密構造になっており、塵埃はほぼ完全に排除される。従って、クラス１０００の雰囲気で搬送しても、内部はクラス１の清浄度が保てるようになっている。成膜装置２０とのドッキングは、フープ３４の扉をポート３５に取り付けて、ウエハ搬入出室３３の内部に引き込むことによって清浄さを保持した状態で行われる。続いてロードロック室２３内を真空引きした後、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを第１搬送室２１ａからドライクリーニング処理用のチャンバ２７へ真空搬送する（図１１の工程Ｐ２）。図１２にチャンバ２７の概略断面図が示されている。図１２に示されるように、チャンバ２７は主としてウエハステージ２７ａ、ウエハリフトピン２７ｂ、シャワーヘッド２７ｃおよびリモートプラズマ発生装置２７ｄによって構成される。ウエハステージ２７ａおよびウエハリフトピン２７ｂは独立した昇降機構を持ち、シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離および半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離を任意に制御することができる。また、ウエハステージ２７ａの上方に設置されたシャワーヘッド２７ｃは常に一定温度に維持されており、その温度は例えば１８０℃である。
【００５０】
チャンバ２７へ半導体ウエハＳＷを搬入する時は、図１３（ａ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを下降させ、ウエハリフトピン２７ｂを上昇させて、ウエハリフトピン２７ｂ上に半導体ウエハＳＷを載せる。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば１６．５±１２．７ｍｍ、半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離は、例えば２５．４±１７．８ｍｍに設定される。
【００５１】
続いて半導体ウエハＳＷの主面上をドライクリーニング処理する時は、図１３（ｂ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを上昇させ、ウエハリフトピン２７ｂを下降させて、ウエハステージ２７ａ上に半導体ウエハＳＷを載せる。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば１７．８±５．１ｍｍに設定される。
【００５２】
ドライクリーニング処理時には、リモートプラズマ発生装置２７ｄにおいて還元ガス、例えばＮＦ３ガスおよびＮＨ３ガスを添加したＡｒガスを励起させてプラズマを生成し、このプラズマをチャンバ２７内へ導入する。チャンバ２７内に導入されたプラズマをシャワーヘッド２７ｃを介して半導体ウエハＳＷの主面上に供給することにより、プラズマとシリコン（ゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコンとｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂが形成された半導体基板１を構成する単結晶シリコン）の表面に形成された自然酸化膜との間で起きる、例えば式（１）に示す還元反応によって自然酸化膜が除去される。ドライクリーニング処理時におけるプロセス条件は、例えばシャワーヘッド温度１８０℃、ＮＦ３ガス流量１４ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量７０ｓｃｃｍ、圧力４００Ｐａ、プラズマパワー３０Ｗである。
【００５３】
ＳｉＯ２＋ＮＦ３＋ＮＨ３→ （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋Ｏ２ 式（１）
この時、還元反応により生成された生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が半導体ウエハＳＷの主面上に残留する。さらに、半導体ウエハＳＷはウエハステージ２７ａ上に載せてあるだけであり、上記生成物は半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部にも残留する。半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部に残留する生成物は、半導体ウエハＳＷを他のチャンバへ搬送する場合などにおいて剥がれ、汚染や発塵の原因となる。そこで、ドライクリーニング処理（処置）に続いて、チャンバ２７内において半導体ウエハＳＷに熱処理を施すことにより、半導体ウエハＳＷの主面上に残留する生成物を除去すると同時に、半導体ウエハＳＷの側面および裏面の一部に残留する生成物を除去する。
【００５４】
続いて半導体ウエハＳＷを熱処理する時は、図１３（ｃ）に示されるように、ウエハステージ２７ａを下降させ、ウエハリフトピン２７ｂを上昇させて、半導体ウエハＳＷを温度１８０℃に設定されたシャワーヘッド２７ｃへ近づける。シャワーヘッド２７ｃと半導体ウエハＳＷとの距離は、例えば３．８±２．６ｍｍ、半導体ウエハＳＷとウエハステージ２７ａとの距離は、例えば５．９ｍｍ以上に設定される。
【００５５】
熱処理時には、シャワーヘッド２７ｃの加熱温度（１８０℃）を利用して半導体ウエハＳＷが加熱される。半導体ウエハＳＷの温度は１００から１５０℃となり、上記ドライクリーニング処理（処置）時に半導体ウエハＳＷの主面上に形成された生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が、例えば式（２）に示す反応によって昇華し除去される。さらに、この熱処理によって半導体ウエハＳＷの側面および裏面も加熱されて、側面および裏面の一部に残留した生成物も除去される。
【００５６】
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ 式（２）
しかしながら、上記ドライクリーニング処理時に半導体ウエハＳＷに形成された生成物の組成が（ＮＨ４）２ＳｉＦ６から僅かでもずれていると、温度１００から１５０℃の熱処理では式（２）の反応が起こり難く、完全に生成物を除去することができなくなり、極微少の生成物が半導体ウエハＳＷの主面上に残留する。前述したように、半導体ウエハＳＷの主面上に微少な生成物が残留していると、その後半導体ウエハＳＷの主面上に形成される金属シリサイド層（例えばニッケルシリサイド層）の電気抵抗にばらつきが生じる。そこで、次工程において、半導体ウエハＳＷに１５０℃よりも高い温度の熱処理を施して、半導体ウエハＳＷの主面上に残留した微少の生成物を除去する。
【００５７】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷをドライクリーニング処理用のチャンバ２７から加熱処理用のチャンバ２５（またはチャンバ２６）へ第１搬送室２１ａを介して真空搬送し、チャンバ２５（またはチャンバ２６）に備わるステージ上に載せる（図１１の工程Ｐ３）。チャンバ２５（またはチャンバ２６）のステージ上に半導体ウエハＳＷを載せることにより、半導体ウエハＳＷを所定の温度で加熱し、１００から１５０℃の温度では昇華せずに半導体ウエハＳＷの主面上に残留した生成物を昇華させて除去する。半導体ウエハＳＷの主面上での温度は、例えば１５０から４００℃が適切な範囲と考えられる（他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもとよりである）。また、量産に適した範囲としては１６５から３５０℃が考えられるが、さらに１８０から２２０℃等の２００℃を中心値とする範囲が最も好適と考えられる。
【００５８】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを加熱処理用のチャンバ２５（またはチャンバ２６）から冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）へ第１搬送室２１ａを介して真空搬送し、チャンバ３０（またはチャンバ３１）に備わるステージ上に載せる（図１１の工程Ｐ４）。チャンバ３０（またはチャンバ３１）のステージ上に半導体ウエハＳＷを載せることにより、半導体ウエハＳＷは冷却される。
【００５９】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷを冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）から金属膜１２成膜用のチャンバ２８へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ５）。チャンバ２８内を排気機構により所定の真空度、例えば１．３３×１０−６Ｐａ程度とした後、半導体ウエハＳＷを所定の温度に加熱し、チャンバ２８内へＡｒガスを所定の流量により導入してスパッタリング法により半導体ウエハＳＷの主面上へ金属膜１２（例えばニッケル膜）を堆積する。この金属膜１２の堆積工程が、上記ステップＳ１（図９のステップＳ１）に対応する。金属膜１２の厚さは、例えば９ｎｍであり、成膜時におけるスパッタリング条件は、例えば成膜温度４０℃、Ａｒガス流量１３ｓｃｃｍである。
【００６０】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷを金属膜１２成膜用のチャンバ２８からバリア膜１３成膜用のチャンバ２９へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ６）。チャンバ２９内を排気機構により所定の真空度とした後、半導体ウエハＳＷを所定の温度に加熱し、チャンバ２９内へＡｒガスおよびＮ２ガスを所定の流量により導入してスパッタリング法により半導体ウエハＳＷの主面上へ窒化チタン膜などからなるバリア膜１３を堆積する。このバリア膜１３の堆積工程が、上記ステップＳ２（図９のステップＳ２）に対応する。バリア膜１３の厚さは、例えば１５ｎｍであり、成膜時におけるスパッタリング条件は、例えば成膜温度４０℃、Ａｒガス流量２８ｓｃｃｍ、窒素ガス流量８０ｓｃｃｍである。
【００６１】
次に、搬送用ロボット３２ｂによって半導体ウエハＳＷをバリア膜１３成膜用のチャンバ２９から冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）へ第２搬送室２１ｂを介して真空搬送する（図１１の工程Ｐ７）。
【００６２】
次に、搬送用ロボット３２ａによって半導体ウエハＳＷを冷却・受渡用のチャンバ３０（またはチャンバ３１）からいずれかのロードロック室２３または２４へ真空搬出し、さらに搬送用ロボット３６によって半導体ウエハＳＷをロードロック室２３または２４からウエハ搬入出室３３を介していずれかのフープ３４へ戻す（図１１の工程Ｐ８）。
【００６３】
なお、上記ドライクリーニング処理では、リモートプラズマ発生装置２７ｄにおいて還元ガス、例えばＮＦ３ガスおよびＮＨ３ガスを添加したＡｒガス（プラズマ励起用のガスとしてはＡｒガスが多用されるが、その他の希ガスまたはそれらの混合ガスでもよい）を励起させてプラズマを生成し、このプラズマをチャンバ２７内へ導入して自然酸化膜を還元反応により除去した。他の形態として、プラズマを用いずに、ＨＦガスとＮＨ３ガスまたはＮＦ３ガスとＮＨ３ガス等の還元ガスをチャンバ２７内へ導入して自然酸化膜を還元反応により除去してもよい。
【００６４】
また、リモートプラズマ装置に限定されるものではなく、その他の特性に問題がなければ、通常のプラズマ装置を用いても問題はない。リモートプラズマは基板に損傷を与えない利点がある。
【００６５】
また、プラズマを用いて処理する場合は、上記ガスの組み合わせに限らず、窒素、水素、フッ素（これらの複合ラジカルを含む）のそれぞれのラジカルまたは反応種を生成するものであれば、特にこのプロセスに対して有害なものでなければ、その他のガスの組み合わせでもよい。すなわち、窒素、水素およびフッ素ラジカル生成ガス（混合ガスを含む）とプラズマ励起ガスとその他の添加ガス等との混合ガス雰囲気を適宜用いればよい。
【００６６】
また、還元ガス等の反応ガスは上記ガスに限らず、シリコン表面の酸化膜と比較的低温で反応して気化する反応種を生成するものであればよい。
【００６７】
このようにして、金属膜１２およびバリア膜１３を形成した後、半導体基板１に第１の熱処理（アニール処理）を施す（図９のステップＳ３）。ステップＳ３の第１の熱処理は、不活性ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガス）または窒素（Ｎ２）ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことが好ましい。また、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合には、ステップＳ３の第１の熱処理は、４００〜５００℃で行うことが好ましい。例えば、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中でＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）法を用いて、４１０℃程度の温度にて、１０秒以上、１分以下の熱処理を半導体基板１に施すことにより、ステップＳ３の第１の熱処理を行うことができ、金属膜１２にかかる熱量を半導体基板１の主面の全領域において均一にするため、昇温レートを低く(３℃／秒以上で１０℃／秒以下程度)設定すればより好ましい。
【００６８】
ステップＳ３の第１の熱処理により、図１４に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコン膜と金属膜１２、およびｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂを構成する単結晶シリコンと金属膜１２を選択的に反応させて、金属・半導体反応層である金属シリサイド層４１を形成する。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのモノシリサイド（すなわちＭＳｉ）からなる金属シリサイド層４１が形成される。また、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの各上部（上層部）と金属膜１２とが反応することにより金属シリサイド層４１が形成されるので、金属シリサイド層４１は、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの各表面（上層部）に形成される。
【００６９】
すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとゲート電極８ａ，８ｂを構成する多結晶シリコンのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてゲート電極８ａ，８ｂの表面上（ゲート電極８ａ，８ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。また、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとｎ＋型半導体領域９ｂのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてｎ＋型半導体領域９ｂの表面上（ｎ＋型半導体領域９ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。また、ステップＳ３の第１の熱処理により、金属膜１２を構成する金属元素Ｍとｐ＋型半導体領域１０ｂのＳｉ（シリコン）とを反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）させてｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上（ｐ＋型半導体領域１０ｂの上層部）にＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。
【００７０】
このように、ステップＳ３の第１の熱処理で、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）と金属膜１２を選択的に反応させて、金属シリサイド層４１を形成するが、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で金属シリサイド層４１をＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とし、Ｍ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相やＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相とはしない。ここで、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）は、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのモノシリサイドであり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）は、金属膜１２を構成する金属元素Ｍのダイシリサイドである。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜であった場合は、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相とし、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相やＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）相とはしない。
【００７１】
なお、本実施の形態および以下の実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素を化学式ではＭ、カタカナ表記では「メタル」と表記している。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜である場合は、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉであり、上記ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）はＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）であり、上記Ｍ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）はＮｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）であり、上記ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）である。金属膜１２が、Ｎｉが９８原子％でＰｔが２原子％のＮｉ−Ｐｔ合金膜（Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜）の場合、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉ及びＰｔ(但しＮｉとＰｔの組成比を勘案すると上記ＭはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２)であり、上記ＭＳｉはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉであり、上記Ｍ２Ｓｉは（Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２）２Ｓｉであり、上記ＭＳｉ２はＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２である。金属膜１２が、Ｎｉが９９原子％でＰｄが１原子％のＮｉ−Ｐｄ合金膜（Ｎｉ０．９９Ｐｔ０．０１合金膜）の場合、上記Ｍ（金属膜１２を構成する金属元素Ｍ）はＮｉ及びＰｄ(但しＮｉとＰｄの組成比を勘案すると上記ＭはＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１)であり、上記ＭＳｉはＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１Ｓｉであり、上記Ｍ２Ｓｉは（Ｎｉ０．９９Ｐｄ０．０１）２Ｓｉであり、上記ＭＳｉ２はＮｉ０．９９Ｐｄ０．０１Ｓｉ２である。金属膜１２が他の組成の合金膜の場合も、同様に考えることができる。
【００７２】
次に、ウェット洗浄処理を行うことにより、バリア膜１３と、未反応の金属膜１２（すなわちゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂと反応しなかった金属膜１２）とを除去する（図９のステップＳ４）。この際、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に金属シリサイド層４１を残存させる。ステップＳ４のウェット洗浄処理は、硫酸を用いたウェット洗浄、または硫酸と過酸化水素水とを用いたウェット洗浄などにより行うことができる。
【００７３】
次に、半導体基板１に第２の熱処理（アニール処理）を施す（図９のステップＳ５）。ステップＳ５の第２の熱処理は、不活性ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガス）または窒素（Ｎ２）ガス雰囲気で満たされた、常圧下で行うことが好ましい。また、ステップＳ５の第２の熱処理は、上記ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度よりも高い熱処理温度で行う。例えば不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で半導体基板１にＲＴＡ法を用いて、１０秒以上、１分以下の熱処理を施すことにより、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことができる。
【００７４】
このステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化することができる。すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理でＭＳｉ相の金属シリサイド層４１が形成され、この金属シリサイド層４１は、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、変わらずＭＳｉ相のままであるが、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１内の組成がより均一化され、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化できる。なお、ＭＳｉ相は、Ｍ２Ｓｉ相およびＭＳｉ２相よりも低抵抗率であり、ステップＳ５以降も（半導体装置の製造終了まで）金属シリサイド層４１は低抵抗のＭＳｉ相のまま維持され、製造された半導体装置では（例えば半導体基板１を個片化して半導体チップとなった状態でも）、金属シリサイド層４１は低抵抗のＭＳｉ相となっている。
【００７５】
ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりもステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が低いと、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はほとんど変化せず、金属シリサイド層４１の安定化効果を見込めないため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）する。ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高い熱処理温度Ｔ２で（すなわちＴ２＞Ｔ１）ステップＳ５の第２の熱処理を行うことにより、金属シリサイド層４１内の組成を均一化させ、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化させることができる。
【００７６】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散するなどして、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長しやすいことが、本発明者の検討により分かった。また、不要なＭＳｉ２部分が形成され、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層４１の電気抵抗がばらつく可能性があることも分かった。
【００７７】
このため、本実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素ＭのダイシリサイドであるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）と、半導体基板１の格子サイズ（格子定数）とが一致する温度Ｔ３（第１の温度）よりも、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を低くする（Ｔ３＞Ｔ２）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を抑制または防止することができ、また、不要なＭＳｉ２部分の形成を抑制または防止して各金属シリサイド層４１の電気抵抗のばらつきを低減できる。このことについては、後でより詳細に説明する。
【００７８】
このようにして、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのゲート電極８ａおよびソース・ドレイン領域（ｎ＋型半導体領域９ｂ）の表面（上層部）と、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのゲート電極８ｂおよびソース・ドレイン領域（ｐ＋型半導体領域１０ｂ）の表面（上層部）とに、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）からなる金属シリサイド層４１が形成される。また、金属膜１２の膜厚によるが、金属膜１２の膜厚が例えば９ｎｍ程度の場合、金属シリサイド層４１の膜厚は、例えば１９ｎｍ程度である。
【００７９】
次に、図１５に示されるように、半導体基板１の主面上に絶縁膜４２を形成する。すなわち、ゲート電極８ａ，８ｂを覆うように、金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１上に絶縁膜４２を形成する。絶縁膜４２は例えば窒化シリコン膜からなり、成膜温度（基板温度）４５０℃程度のプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。それから、絶縁膜４２上に絶縁膜４２よりも厚い絶縁膜４３を形成する。絶縁膜４３は例えば酸化シリコン膜などからなり、ＴＥＯＳ(Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、またはTetra Ethyl Ortho Silicateとも言う)を用いてプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。これにより、絶縁膜４２，４３からなる層間絶縁膜が形成される。その後、絶縁膜４３の表面をＣＭＰ法により研磨するなどして、絶縁膜４３の上面を平坦化する。下地段差に起因して絶縁膜４２の表面に凹凸形状が形成されていても、絶縁膜４３の表面をＣＭＰ法により研磨することにより、その表面が平坦化された層間絶縁膜を得ることができる。
【００８０】
次に、図１６に示されるように、絶縁膜４３上に形成したフォトレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜４３，４２をドライエッチングすることにより、絶縁膜４２，４３にコンタクトホール（貫通孔、孔）４４を形成する。この際、まず絶縁膜４２に比較して絶縁膜４３がエッチングされやすい条件で絶縁膜４３のドライエッチングを行い、絶縁膜４２をエッチングストッパ膜として機能させることで、絶縁膜４３にコンタクトホール４４を形成してから、絶縁膜４３に比較して絶縁膜４２がエッチングされやすい条件でコンタクトホール４４の底部の絶縁膜４２をドライエッチングして除去する。コンタクトホール４４の底部では、半導体基板１の主面の一部、例えばｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上の金属シリサイド層４１の一部や、ゲート電極８ａ，８ｂの表面上の金属シリサイド層４１の一部などが露出される。
【００８１】
次に、コンタクトホール４４内に、タングステン（Ｗ）などからなるプラグ（接続用導体部、埋め込みプラグ、埋め込み導体部）４５を形成する。プラグ４５を形成するには、例えば、コンタクトホール４４の内部（底部および側壁上）を含む絶縁膜４３上に、成膜温度（基板温度）４４０℃以上４６０℃以下程度のプラズマＣＶＤ法によりバリア導体膜４５ａ（例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜）を形成する。それから、タングステン膜などからなる主導体膜４５ｂをＣＶＤ法などによってバリア導体膜４５ａ上にコンタクトホール４４を埋めるように形成し、絶縁膜４３上の不要な主導体膜４５ｂおよびバリア導体膜４５ａをＣＭＰ法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグ４５を形成することができる。ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂ上に形成されたプラグ４５は、その底部でゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂまたはｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上の金属シリサイド層４１と接して、電気的に接続される。
【００８２】
次に、図１７に示されるように、プラグ４５が埋め込まれた絶縁膜４３上に、ストッパ絶縁膜５１および配線形成用の絶縁膜５２を順次形成する。ストッパ絶縁膜５１は絶縁膜５２への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜５２に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜５１は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とし、絶縁膜５２は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜５１と絶縁膜５２には次に説明する第１層目の配線が形成される。
【００８３】
次に、シングルダマシン法により第１層目の配線を形成する。まず、レジストパターン（図示せず）をマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜５２およびストッパ絶縁膜５１の所定の領域に配線溝５３を形成した後、半導体基板１の主面上（すなわち配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜５２上）にバリア導体膜（バリアメタル膜）５４を形成する。バリア導体膜５４は、例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などを用いることができる。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜５４上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成する。銅めっき膜により配線溝５３の内部を埋め込む。それから、配線溝５３以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜５４をＣＭＰ法により除去して、銅を主導電材料とする第１層目の配線５５を形成する。配線５５は、プラグ４５を介してｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソースまたはドレイン用のｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂやゲート電極８ａ，８ｂなどと電気的に接続されている。その後、デュアルダマシン法により２層目の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。
【００８４】
次に、本実施の形態の効果について、より詳細に説明する。図１８は、比較例の半導体装置におけるＮｉＳｉ層１４１ｂの形成工程を示すプロセスフロー図であり、本実施の形態の図９に対応するものである。図１９〜図２１は、比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図２２は、比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、図２１に対応する工程段階のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴが形成された領域が示されている。
【００８５】
図１８〜図２２の比較例の半導体装置は、本実施の形態の金属シリサイド層４１に相当するＮｉＳｉ層１４１ｂが本実施の形態とは異なる工程で形成されている以外は、本実施の形態の半導体装置と同様にして製造されている。
【００８６】
比較例の半導体装置を製造するには、本実施の形態の上記図７に相当する構造が得られた後、図１９に示されるように、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面上にＮｉ膜１１２（本実施の形態の金属膜１２に相当するもの）を堆積（図１８のステップＳ１０１）させる。それから、Ｎｉ膜１１２上に窒化チタン膜１１３（本実施の形態のバリア膜１３に相当するもの）を堆積させる（図１８のステップＳ１０２）。その後、図２０に示されるように、ＲＴＡ法で３２０℃程度の熱処理を３０秒程度行うことで、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とＮｉ膜１１２を選択的に反応させて、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上にＮｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）層１４１ａを形成する（図１８のステップＳ１０３）。
【００８７】
次に、ウェット洗浄処理を行うことにより、窒化チタン膜１１３と、未反応のＮｉ膜１１２とを除去（図１８のステップＳ１０４）してから、ＲＴＡ法で５５０℃程度の熱処理を３０秒程度行う（図１８のステップＳ１０５）。Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａと、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂのシリコン（Ｓｉ）とを、ステップＳ１０５の熱処理で更に反応させて（Ｎｉ２Ｓｉ＋Ｓｉ→２ＮｉＳｉの反応をさせて）、図２１に示されるように、Ｎｉ２Ｓｉ相より安定で低抵抗率のＮｉＳｉ相からなるＮｉＳｉ層１４１ｂをゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に形成する。すなわち、先のステップＳ１０３の熱処理で一旦Ｎｉ２Ｓｉ相（Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａ）を形成し、これをその後のステップＳ１０５の熱処理でＮｉＳｉ相（ＮｉＳｉ層１４１ｂ）に変化させる。その後、比較例の半導体装置でも、本実施の形態と同様に、絶縁膜４２，４３、コンタクトホール４４、プラグ４５、配線４６および絶縁膜４７を形成するが、ここではその図示および説明は省略する。このようにして、比較例の半導体装置が製造される。
【００８８】
コバルトシリサイド形成の場合は、Ｓｉ（シリコン）が拡散種であり、Ｃｏ膜中へＳｉが移動することによりコバルトシリサイドが形成されるのに対して、ニッケルシリサイド形成の場合は、Ｎｉ（ニッケル）が拡散種であり、シリコン領域側にＮｉ（ニッケル）が移動することによってニッケルシリサイドが形成される。
【００８９】
本発明者が、上記のようにして製造した比較例の半導体装置を丹念に調べたところ、ＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部にＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）が異常成長しやすいことが分かった。図２２では、ＮｉＳｉ２が異常成長しやすい領域を、ＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃとして模式的に示してある。このようなＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃの発生は、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。そして、ＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部にＮｉＳｉ２が異常成長していると、ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりすることも分かった。
【００９０】
そこで、本実施の形態では、上述したように、ステップＳ１としてゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ上を含む半導体基板１の主面上に金属膜１２を堆積してから、ステップＳ２として金属膜１２上にバリア膜１３を堆積させ、それから、ステップＳ３として第１の熱処理を行うが、この第１の熱処理により、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相の金属シリサイド層４１が形成されるようにする。すなわち、ステップＳ３の第１の熱処理で、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）と金属膜１２を選択的に反応させて、金属シリサイド層４１を形成するが、このステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相やＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相ではなく、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とする。例えば、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜であった場合は、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１を、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相やＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）相ではなく、ＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相とする。このため、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理を、上記比較例のステップＳ１０３の熱処理よりも高い熱処理温度で行う。金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度は、４００〜５００℃の範囲内であることが好ましく、例えば４１０℃とすることができる。
【００９１】
図２３は、半導体基板にｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域を形成し、その上にＮｉ膜を１０ｎｍ程度およびＴｉＮ（窒化チタン）膜を１５ｎｍ程度形成してから、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域とを反応させてニッケルシリサイド層を形成し、未反応Ｎｉ膜及びＴｉＮ膜を除去したときの、形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗の熱処理温度依存性を示すグラフである。図２３のグラフの横軸は、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域とを反応させるための熱処理温度に対応し、図２３のグラフの縦軸は、その熱処理によって形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値に対応する。図２３の場合に行った熱処理はＲＴＡで３０秒程度である。また、図２３のグラフには、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域とを反応させて形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値を白丸（ｐ＋型シリコン領域＋Ｎｉ膜）で示し、熱処理によりＮｉ膜とｎ＋型シリコン領域とを反応させて形成されたニッケルシリサイド層のシート抵抗値を黒丸（ｎ＋型シリコン領域＋Ｎｉ膜）で示してある。
【００９２】
図２３のグラフにも示されるように、ニッケルシリサイド層は、Ｎｉ２Ｓｉ（ダイニッケルシリサイド）相よりもＮｉＳｉ（ニッケルモノシリサイド）相の方が、シート抵抗が低い（Ｎｉ２Ｓｉ相だと３０Ω／□程度、ＮｉＳｉ相だと１０Ω／□程度）。図２３のグラフからも分かるように、熱処理温度が低いと、形成されるニッケルシリサイド層は高抵抗のＮｉ２Ｓｉ相であるが、熱処理温度を高くすると、形成されるニッケルシリサイド層は低抵抗のＮｉＳｉ相となる。また、熱処理によりＮｉ膜とｎ＋型シリコン領域とが反応して形成されたニッケルシリサイド層（図２３のグラフの黒丸に示されたものに対応）に比べて、熱処理によりＮｉ膜とｐ＋型シリコン領域とが反応して形成されたニッケルシリサイド層（図２３のグラフの白丸に示されたものに対応）の方が、Ｎｉ２Ｓｉ相からＮｉＳｉ相へ変化する温度が低い（すなわちより低い熱処理温度でＮｉＳｉ相が形成できる）。熱処理温度が４００℃以上であれば、ｐ＋型シリコン領域およびｎ＋型シリコン領域のいずれであっても、ＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層を形成することができる。
【００９３】
上記比較例では、ステップＳ１０３の熱処理でＮｉ２Ｓｉ層１４１ａを形成するため、ステップＳ１０３の熱処理温度は、ＮｉＳｉ相が形成される温度よりも低い温度、例えば３２０℃程度で行う。それに対して、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理によりＭ２Ｓｉ相ではなくＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成するため、ステップＳ３の第１の熱処理は、ＭＳｉ相を形成できる熱処理温度（ＭＳｉ相を形成できる最低熱処理温度よりも高い温度）で行う。例えば金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、図２３からも分かるように、ステップＳ３の第１の熱処理は、４００℃以上の温度で行うことが好ましく、例えば４１０℃程度で行う。これにより、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で、金属シリサイド層４１をＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相ではなく、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相とすることができる。
【００９４】
但し、ステップＳ３の第１の熱処理では、金属元素Ｍの移動を伴うＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応を生じさせており、金属元素Ｍが移動しやすい状態のため、熱処理温度が高すぎると、バリア膜１３が存在していても金属元素Ｍが過剰に拡散（移動）してしまい、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が部分的に形成されてしまう可能性がある。更に、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度が、ＭＳｉ相からＭＳｉ２相へ変化する温度よりも高いと、金属シリサイド層４１全体がＭＳｉ２相となってしまう。このため、例えば金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度を好ましくは５００℃以下、より好ましくは４５０℃以下とし、それによって、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１形成時にＭＳｉ２が形成されるのを防止することができる。従って、金属膜１２がニッケル（Ｎｉ）膜の場合は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度は、４００〜５００℃の範囲内であることが好ましい。
【００９５】
金属元素Ｍが拡散（移動）する反応を伴う熱処理の際には、金属元素Ｍが異常拡散して金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じ易い。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理では、金属元素Ｍの移動を伴うＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応を生じさせており、金属元素Ｍが移動しやすい状態のため、金属元素Ｍが異常拡散して金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるおそれがあるが、バリア膜１３がそれを防止している。
【００９６】
すなわち、上記比較例のように、ニッケルシリサイド層がバリア膜で覆われてない状態でニッケルシリサイド層の相が変化する（Ｎｉ２Ｓｉ層１４１ａをＮｉＳｉ層１４１ｂとする）ような熱処理（上記ステップＳ１０５の熱処理）が行われた場合、ＮｉＳｉ相形成時に表面に酸素（Ｏ）が存在することになる。このため、酸素に起因した欠陥が増え、生じた欠陥を通してＮｉが拡散しやすくなるので、ＮｉＳｉ層１４１ｂ形成のための熱処理中にＮｉＳｉ２の異常成長が促進されてしまう。
【００９７】
それに対して、本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理によってＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する際に、バリア膜１３が酸素（Ｏ）の透過を抑制または防止して、金属シリサイド層４１に酸素（Ｏ）が供給されるのを防止できる。これにより、ステップＳ３の第１の熱処理によってＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する際に、酸素に起因した欠陥が生成されるのを抑制または防止でき、酸素に起因した欠陥を通して金属元素Ｍが拡散するのを抑制または防止できる。従って、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。このような効果を高めるためには、バリア膜１３は、酸素（Ｏ）を透過しない（透過しにくい）膜、すなわち、バリア膜１３は酸素透過性が無い膜であることが好ましく、そのようなバリア膜１３として、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【００９８】
また、本実施の形態では、バリア膜１３は、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であることが好ましい。すなわち、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であるバリア膜１３を金属膜１２上に設けた状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行って、金属膜１２とシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）とを反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成する。
【００９９】
半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズに近い状態で、金属元素Ｍが拡散（移動）する反応を伴う熱処理を行うと、金属元素ＭとＳｉ（半導体基板１を構成するＳｉ）の格子間での置換が生じやすくなるため、熱処理中に金属元素Ｍが異常拡散しやすくなり、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じやすくなる。
【０１００】
それに対して、本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３を形成した状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行うことで、バリア膜１３が作用させる引張応力に起因して、バリア膜１３が無い場合に比べて半導体基板１の格子サイズを大きくすることができ、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとの差を大きくすることができる。このため、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。
【０１０１】
また、本実施の形態では、上述のように、ステップＳ３の第１の熱処理を行ってＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成した後、ステップＳ４としてウェット洗浄処理を行うことによりバリア膜１３と、未反応の金属膜１２とを除去し、それから、ステップＳ５として第２の熱処理を行う。本実施の形態では、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階で金属シリサイド層４１は既にＭＳｉ相となっており、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はＭＳｉ相のままであり、ステップＳ５の第２の熱処理の前後で金属シリサイド層４１の相（ＭＳｉ相）は変わらない。比較例のステップＳ１０５の熱処理とは異なり、本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理は、金属シリサイド層４１の相変化（Ｍ２Ｓｉ相からＭＳｉ相への相変化）のために行うのではなく、金属シリサイド層４１の安定化のために行われる安定化アニールである。ステップＳ５の第２の熱処理の後は、半導体装置の製造終了まで（例えば半導体基板１を切断して半導体チップに個片化するまで）、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高い温度に半導体基板１がならないようにする。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理よりも後の種々の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）で、半導体基板１の温度がステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高い温度にならないようにして、ステップＳ５の第２の熱処理の後には、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高温となるような処理が行われないようにする。換言すれば、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ステップＳ５よりも後の全ての加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）での半導体基板１の加熱温度よりも高くしておく。これにより、ステップＳ５よりも後の工程での熱印加（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程）によって金属シリサイド層４１（ＭＳｉ相）を構成する金属元素Ｍが半導体基板１（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に拡散してＭＩＳＦＥＴの特性変動を招くのを防止することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理を行わなかった場合には、その後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件に依存して金属シリサイド層４１の特性が変わってしまう可能性があるため、半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しは、慎重に行う必要がある。それに対して、本願発明では、ステップＳ５の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化しているので、ステップＳ５よりも後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件に依存して金属シリサイド層４１の特性が変わるのを抑制または防止でき、半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しが容易になる。
【０１０３】
また、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ５よりも後の全ての加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）での半導体基板１の加熱温度よりも高くしておくことが好ましく、これにより、ステップＳ５の後には、半導体基板１の温度が第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２よりも高温となるような処理が行われないことになる。このようにすれば、ステップＳ５よりも後の加熱工程（例えば種々の絶縁膜や導体膜の成膜工程のように半導体基板１の加熱を伴う工程）の条件の変動に金属シリサイド層４１の特性が影響されなくなる。従って、ステップＳ５よりも後の半導体基板１の加熱を伴う工程の管理や見直しが極めて容易になる。
【０１０４】
このように、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１の安定化効果や特性変動防止効果などを得ることができる。
【０１０５】
ステップＳ３の第１の熱処理では、Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応が生じるため金属元素Ｍがシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ及びｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に大きく拡散（移動）するが、それに比べると、ステップＳ５の第２の熱処理では、そのような反応（Ｍ＋Ｓｉ→ＭＳｉ）は生じないため、金属シリサイド層４１中の金属元素Ｍはシリコン領域中へ拡散（移動）しにくい。また、ステップＳ３の第１の熱処理は、金属膜１２が形成された状態で行われるので、金属膜１２から金属元素Ｍが供給されるが、ステップＳ５の第２の熱処理は、金属膜１２が除去された状態で行われるので、金属元素Ｍは新たに供給されない。このため、ステップＳ３の第１の熱処理を行った段階でのＭＳｉ相の金属シリサイド層４１の安定性を高めようとステップＳ３の第１の熱処理を高くするよりも、ステップＳ５の第２の熱処理によりＭＳｉ相の金属シリサイド層４１の安定性を高める方が、最終的な金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を防止するには有効である。
【０１０６】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理でも、熱処理温度Ｔ２に依存して、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長する可能性があることが、本発明者の検討により分かった。また、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２に依存して、不要なＭＳｉ２部分が形成されて、電界効果トランジスタ毎に金属シリサイド層４１の電気抵抗がばらつく可能性があることも、本発明者の検討により分かった。このステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２について、更に詳細に説明する。
【０１０７】
ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりもステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が低いと、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属シリサイド層４１はほとんど変化せず、金属シリサイド層４１の安定化効果を得られないため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、ステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）することが必要である。ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２をステップＳ３の第１の熱処理の熱処理温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）することで、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１内の組成がより均一化され、金属シリサイド層４１内の金属元素ＭとＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなり、金属シリサイド層４１を安定化させることができる。金属シリサイド層４１を安定化させることで、ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流などを抑制できる。
【０１０８】
しかしながら、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、ステップＳ５の第２の熱処理により、金属シリサイド層４１を構成する金属元素Ｍが過剰に拡散して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長しやすくなってしまう。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が高すぎると、上記図２２でＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃとして示したようなＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長が発生してしまう。ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２に依存して、金属シリサイド層４１からチャネル部にＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長することは、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。この金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長は、上述したように電界効果トランジスタのソース・ドレイン間のリーク電流の増大を招いたり、ソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を招いたりするので、電界効果トランジスタの性能や信頼性の向上のためには、このような金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を防止することが必要である。
【０１０９】
そこで、本発明者は、ステップＳ５の第２の熱処理と金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長との相間を調べたところ、次のことが分かった。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、金属膜１２を構成する金属元素ＭのダイシリサイドであるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）と、半導体基板１の格子サイズ（格子定数）とが一致する温度Ｔ３よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ３）ことが、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を防止するのに極めて有効であることが分かった。これは、熱処理中、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致した状態になると、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長が起こりやすくなるからである。なお、本願において、格子サイズとは格子定数（単位格子の長さ）を意味する。
【０１１０】
すなわち、半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズからかけ離れていると、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、金属元素ＭとＳｉの格子間で置換が生じにくいため、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）に金属元素Ｍは拡散しづらく、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）部分は生成されにくい。それに対して、半導体基板１の格子サイズがＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズに近いと、金属元素ＭとＳｉの格子間で置換が生じやすくなるため、熱処理によりＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）に金属元素Ｍが拡散しやすく、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）部分が生成されやすい。このため、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致した状態にならないようにすれば、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長を抑制または防止することができる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ３よりも低くし（Ｔ２＜Ｔ３）、それによって、ステップＳ５の第２の熱処理を行った際に、半導体基板１とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）との格子サイズが一致した状態にならないようにすることができる。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理により金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止でき、製造された半導体装置において、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長領域が生じるのを防止できる。
【０１１２】
次に、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板とし、金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とし、金属シリサイド層４１をニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）層とした場合への適用例について、より具体的に説明する。この場合、上記金属元素ＭはＮｉ（ニッケル）となり、上記ＭＳｉはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）となり、上記ＭＳｉ２はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）となる。
【０１１３】
図２４は、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。図２４のグラフの横軸は温度に対応し、図２４のグラフの縦軸は格子サイズまたは後述する格子サイズのミスマッチαに対応する。図２４のグラフには、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＳや長さＬ１に対応）の温度依存性が実線で示され、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＭや長さＬ２に対応）の温度依存性が一点鎖線で示されている。また、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとのミスマッチαの温度依存性が点線で示されている。
【０１１４】
単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）とは、いずれも温度の上昇と共に膨張するが、線膨張係数（熱膨張係数）は両者で異なる。図２４のグラフに示されるように、室温での格子サイズは、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が大きいが、線膨張係数は単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が大きいため、室温から温度を上昇させるにつれて、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）との格子サイズの差は縮まっていく。そして、温度Ｔ４で結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）との格子サイズ（格子定数）が一致する。更に、温度Ｔ４よりも高温になると、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の方が、格子サイズが大きくなる。単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の場合、格子サイズが一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）。
【０１１５】
半導体基板１の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズからかけ離れていると、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、ＮｉとＳｉの格子間で置換は生じにくいため、ＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）から半導体基板領域（単結晶シリコン領域）にＮｉは拡散しづらく、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）部分は生成されにくい。しかしながら、本実施の形態とは異なり、もしステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が温度Ｔ４以上（Ｔ２≧Ｔ４）だと、ステップＳ５の第２の熱処理の際に、半導体基板１の温度が温度Ｔ４に達した時点で、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズに一致する状態が発生する。このとき、ＮｉとＳｉの格子間で置換が生じやすくなり、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）から単結晶シリコン領域（半導体基板領域）にＮｉが拡散してＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の異常成長が促進されてしまう。
【０１１６】
このため、本実施の形態では、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を温度Ｔ４よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ４）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理の際には、第２の熱処理の開始から終了まで、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズは、常にＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズよりも大きく、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズに一致する状態は発生しなくなる。従って、ステップＳ５の第２の熱処理中にＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）からチャネル部へＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１１７】
上記のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズ（格子定数）が一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）ため、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、温度Ｔ４すなわち５９０℃よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ４＝５９０℃）。
【０１１８】
次に、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板とし、金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）と白金（Ｐｔ）の合金膜、すなわちＮｉ−Ｐｔ合金膜とし、金属シリサイド層４１をニッケル白金シリサイド（Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ）層とした場合への適用例について、より具体的に説明する。この場合、上記金属元素ＭはＮｉおよびＰｔであり、上記ＭＳｉはＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉとなり、上記ＭＳｉ２はＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２となる。
【０１１９】
図２５は、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフであり、上記図２４に対応するものである。図２５のグラフの横軸は温度に対応し、図２５のグラフの縦軸は格子サイズまたは後述する格子サイズのミスマッチαに対応する。図２５のグラフには、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＳや長さＬ１に対応）の温度依存性が実線で示され、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズ（格子定数、後述の格子サイズＬＭや長さＬ２に対応）の温度依存性が一点鎖線で示されている。また、単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズとのミスマッチαの温度依存性が点線で示されている。但し、図２５のグラフに示されているのは、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２においてｘ＝０．０２の場合、すなわちＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の場合である。このようにＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２のｘがｘ＝０．０２となるのは、金属膜１２を構成するＮｉ−Ｐｔ合金膜中のＰｔの比率が２．０原子％（Ｎｉの比率が９８原子％）である場合、すなわち金属膜１２がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜である場合に対応する。
【０１２０】
図２５に示される単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズの温度依存性は、上記図２４における単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズの温度依存性と同じである。一方、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）は、Ｖｅｇａｒｄの定理（Ｖｅｇａｒｄの法則）を用いて、求めることができる。ＮｉＳｉ２のＮｉサイトの一部（ここではＮｉのサイトに対して２％）がＰｔに置き換わっている分、図２４および図２５を比較すると分かるように、Ｎｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）は、ＮｉＳｉ２の格子サイズ（室温での格子サイズ）よりも大きい。そして、Ｐｔ含有率が小さい場合、例えばＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２におけるｘが０．０２（ｘ＝０．０２）程度の場合には、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２（すなわちＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２）の線膨張係数（熱膨張係数）は、ＮｉＳｉ２の線膨張係数（熱膨張係数）とほぼ同じとみなすことができる。このようにして求められたＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２（図２５ではＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２）の格子サイズの温度依存性が、図２５のグラフに示されている。
【０１２１】
図２５のグラフにも示されるように、室温での格子サイズは、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が大きいが、線膨張係数は単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が大きいため、室温から温度を上昇させるにつれて、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２との格子サイズの差は縮まっていく。そして、温度Ｔ５で結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２との格子サイズが一致し、更に、温度Ｔ５よりも高温になると、単結晶シリコン（Ｓｉ）よりもＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の方が、格子サイズが大きくなる。Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２におけるｘが０．０２の場合（すなわちＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の場合）、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５は、約４９５℃である（Ｔ５＝４９５℃）。
【０１２２】
本実施の形態では、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ５）。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理の際には、第２の熱処理の開始から終了まで、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズ（格子定数）は、常にＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズよりも大きく、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズがＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズに一致する状態は発生しなくなる。従って、ステップＳ５の第２の熱処理中にＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ相のＰｔ含有ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）からチャネル部へＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１２３】
上記のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ５は、約４９５℃である（Ｔ５＝４９５℃）。このため、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２膜（Ｎｉ含有率が９８原子％でＰｔ含有率が２．０原子％の合金膜をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２膜またはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜と表記している）とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、温度Ｔ５すなわち４９５℃よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ５＝４９５℃）。
【０１２４】
また、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合でも、金属膜１２中のＰｔ含有率に応じて上記の温度Ｔ５は変化する。Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％の場合は、上記温度Ｔ５は約４９５℃であるが、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％よりも少なければ、上記温度Ｔ５は約４９５℃よりも高温側にシフトし、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜（金属膜１２）中のＰｔ含有率が２．０原子％よりも多ければ、上記温度Ｔ５は約４９５℃よりも低温側にシフトする。
【０１２５】
また、上記温度Ｔ４や上記温度Ｔ５は、上記温度Ｔ３に対応するものである。すなわち、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合の、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する温度Ｔ３が、上記温度Ｔ４である（Ｔ３＝Ｔ４）。また、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ−Ｐｔ合金膜とした場合の、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する温度Ｔ３が、上記温度Ｔ５である（Ｔ３＝Ｔ５）。
【０１２６】
また、金属膜１２がＮｉ膜の場合とＮｉ−Ｐｔ合金膜の場合とを例に挙げて説明したが、金属膜１２がＮｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜などの場合についても同様である。すなわち、金属膜１２がＮｉ１−ｘＰｔｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くしたが、金属膜１２がＮｉ１−ｘＰｄｘ合金膜の場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＰｄｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。また、金属膜１２がＮｉ１−ｘＹｂｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＹｂｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。また、金属膜１２がＮｉ１−ｘＥｒｘ合金膜の場合は、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、Ｎｉ１−ｘＥｒｘＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度よりも低くする。
【０１２７】
このように、本実施の形態では、少なくとも、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわちミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３よりも低く（Ｔ２＜Ｔ３）する。その上で、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２におけるＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとの差（の絶対値）が、半導体基板１の格子サイズの０．０１％以上（すなわちα≧０．０１％）であるようにすれば、より好ましく、半導体基板１の格子サイズの０．０２％以上（すなわちα≧０．０２％）であるようにすれば、更に好ましい。
【０１２８】
ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の格子サイズＬＭ（後述の長さＬ２に対応）と半導体基板１の格子サイズＬＳ（後述の長さＬ１に対応）との差の半導体基板１の格子サイズＬＳに対する比率（割合）を百分率表示で表したものをミスマッチαとすると、このミスマッチαは、次式、
α＝［（ＬＳ−ＬＭ）／ＬＳ］×１００（単位は％）
で表される。
【０１２９】
上記図２４および図２５のグラフには、上記ミスマッチαの温度依存性を点線で示してある。図２４および図２５のいずれの場合も、上記式中のＬＳは単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズに対応するが、図２４の場合は、上記式中のＬＭはＮｉＳｉ２の格子サイズに対応し、図２５の場合は、上記式中のＬＭはＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２の格子サイズに対応する。
【０１３０】
図２４の場合は、室温から温度の上昇と共に、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２との格子サイズの差が縮小していくので、上記ミスマッチαは小さくなっていき、温度Ｔ４（約５９０℃）で、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２との格子サイズが一致（ＬＳ＝ＬＭ）し、上記ミスマッチαはゼロ％（α＝０％）となる。一方、図２５の場合は、室温から温度の上昇と共に、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２との格子サイズの差が縮小していくので、上記ミスマッチαは小さくなっていき、温度Ｔ５（約４９５℃）で、結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ２との格子サイズが一致（ＬＳ＝ＬＭ）し、上記ミスマッチαはゼロ％（α＝０％）となる。
【０１３１】
ステップＳ５の第２の熱処理中に、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとが一致する状態を作らないようにするだけでなく、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差をある程度大きい状態を維持することで、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域への金属元素Ｍの拡散をより的確に抑制でき、チャネル部へのＭＳｉ２の異常成長をより的確に防止できるようになる。このため、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２における上記ミスマッチαはゼロ％より大きい（α＞０％）ことが望ましいが、０．０１％以上（α≧０．０１％）であば、より好ましく、０．０２％以上（α≧０．０２％）であれば、更に好ましい。従って、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度を温度Ｔ６とし、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度を温度Ｔ７とすると、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）であることがより好ましく、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）であることが更に好ましい。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理において、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差がある程度大きい状態になっているので、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１から半導体基板領域への金属元素Ｍの拡散をより的確に抑制でき、チャネル部へのＭＳｉ２の異常成長をより的確に防止できるようになる。
【０１３２】
図２４のグラフのように半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合、すなわち金属シリサイド層４１がニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）層の場合、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６は約５７５℃（Ｔ６＝５７５℃）であり、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７は約５６０℃（Ｔ７＝５６０℃）である。従って、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をニッケル（Ｎｉ）膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、少なくとも上記ミスマッチαがゼロ％となる温度Ｔ４（約５９０℃）以下とするが、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下、すなわち約５７５℃以下（Ｔ２≦Ｔ６＝５７５℃）であることがより好ましい。そして、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下、すなわち約５６０℃以下（Ｔ２≦Ｔ７＝５６０℃）であれば更に好ましい。
【０１３３】
また、図２５のグラフのように半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜とした場合、すなわち金属シリサイド層４１がＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２Ｓｉ層の場合、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６は約４８０℃（Ｔ６＝４８０℃）であり、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７は約４７０℃（Ｔ７＝４７０℃）である。従って、半導体基板１を単結晶シリコン（Ｓｉ）基板としかつ金属膜１２をＮｉ０．９８Ｐｔ０．０２合金膜とした場合には、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は、少なくとも上記ミスマッチαがゼロ％となる温度Ｔ５（約４９５℃）以下とするが、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下、すなわち約４８０℃以下である（Ｔ２≦Ｔ６＝４８０℃）ことがより好ましい。そして、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２が、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下、すなわち約４７０℃以下（Ｔ２≦Ｔ７＝４７０℃）であれば更に好ましい。
【０１３４】
図２６は、リーク電流の分布（ばらつき）を示すグラフである。図２６には、本実施の形態のステップＳ１〜Ｓ５に従ってニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）を形成した場合（図２６では「第２の熱処理あり」として白丸で示してある）と、本実施の形態とは異なりステップＳ５の第２の熱処理を省略してニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）を形成した場合（図２６では「第２の熱処理なし」として黒丸で示してある）とが示されている。なお、図２６のグラフは、ｎ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合であり、第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２は５５０℃にしてある。図２６のグラフの横軸はリーク電流値（arbitrary unit：任意単位）に対応し、図２６のグラフの縦軸は、確率分布に対応する。
【０１３５】
本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理を省略した場合、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）が不安定なＮｉＳｉ（ＭＳｉ）相となっていると考えられ、図２６のグラフにも示されるように、リーク電流が増加する可能性が高くなる。このようなリーク電流の増加は、ｐ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合よりも、ｎ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合に顕著であるが、これは、上記図２３からも分かるように、ｐ＋型シリコン領域よりもｎ＋型シリコン領域の方が、ＮｉＳｉ相が形成される温度が高いため、形成されるＮｉＳｉ層が不安定になり易いためと考えられる。
【０１３６】
それに対して、本実施の形態のようにステップＳ５の第２の熱処理を行った場合、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）内の組成がより均一化され、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）内のＮｉ（金属元素Ｍ）とＳｉとの組成比が１：１の化学量論比により近くなるなどして、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）を安定化できる。ステップＳ５の第２の熱処理によりニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１）を安定化したことにより、図２６のグラフにも示されるように、リーク電流が増加してしまうのを防止できる。従って、ＭＩＳＦＥＴ毎の特性変動を防止でき、半導体装置の性能を向上することができる。
【０１３７】
図２７は、本実施の形態のステップＳ１〜Ｓ５に従って形成したニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）のシート抵抗の分布（ばらつき）を示すグラフである。なお、図２７のグラフは、ｐ＋型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜してニッケルシリサイド層を形成した場合である。図２７のグラフの横軸はシート抵抗値に対応し、図２７のグラフの縦軸は、確率分布に対応する。また、図２７のグラフには、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合（図２７のグラフの丸印で示されている）と、６００℃にした場合（図２７のグラフでは四角印で示されている）とが示されている。
【０１３８】
上述のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）とＮｉＳｉ２の格子サイズが一致する温度Ｔ４は、約５９０℃である（Ｔ４＝５９０℃）。このため、図２７のグラフに示されるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合は、本実施の形態のようにステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも低く（Ｔ２＜Ｔ４すなわちＴ２＜Ｔ３）した場合（第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記温度Ｔ７よりも若干低くした場合）に対応する。一方、図２７のグラフに示されるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合は、本実施の形態とは異なり、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも高く（Ｔ２＞Ｔ４すなわちＴ２＞Ｔ３）した場合に対応する。
【０１３９】
図２７のグラフからも分かるように、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合に比べて、５５０℃にした場合の方が、ニッケルシリサイド層のシート抵抗値のばらつきが小さい。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合に比べて、５５０℃にした場合の方が、ニッケルシリサイド層が高抵抗（高シート抵抗）になってしまう割合が低い。
【０１４０】
この理由は、次のように考えられる。すなわち、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を６００℃にした場合には、熱処理温度Ｔ２が、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも高くなるため、ステップＳ５の第２の熱処理中にニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じてシート抵抗が高くなってしまう可能性が高くなる。それに対して、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を５５０℃にした場合には、熱処理温度Ｔ２が、ＮｉＳｉ２（ＭＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ４（Ｔ３）よりも低くなるため、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても、ニッケルシリサイド層（金属シリサイド層４１に対応するもの）中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じるのが抑制または防止されるためと考えられる。
【０１４１】
本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２をＭＳｉ２（ＮｉＳｉ２）の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する温度Ｔ３（Ｔ４）よりも低くする（Ｔ２＜Ｔ３）ことにより、金属シリサイド層４１中にＭＳｉ２部分（ＮｉＳｉ２部分）が生じるのを抑制または防止できる。このため、金属シリサイド層４１の抵抗を、低抵抗のＭＳｉ相の抵抗値にするだけでなく、各金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減できる。従って、半導体基板１に複数のＭＩＳＦＥＴを形成して各ＭＩＳＦＥＴに金属シリサイド層４１を形成した際に、各ＭＩＳＦＥＴの金属シリサイド層４１の抵抗を均一にでき、ＭＩＳＦＥＴの特性の変動を防止できる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１４２】
このように、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわち上記ミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３よりも低く（Ｔ２＜Ｔ３）、より好ましくは、上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）、更に好ましくは、上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）とする。このようにすることで、上記図２２に示されるＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃのようなＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止することができ、これは、本発明者の実験（半導体装置の断面観察および断面の組成分析など）により確認された。また、ＭＳｉ２の異常成長に起因したＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン間のリーク電流の増大やソース・ドレイン領域の拡散抵抗の増大を抑制または防止することができる。また、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、金属シリサイド層４１を安定化できるので、ＭＩＳＦＥＴの特性変動（ＭＩＳＦＥＴ毎の特性変動）を防止することができる。従って、半導体装置の性能を向上することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態では、バリア膜１３を形成した状態でステップＳ３の第１の熱処理を行って金属膜１２を基板領域などと反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成しているが、上記のように、バリア膜１３は、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であることが好ましい。すなわち、バリア膜１３は、膜応力（膜自身の応力）は圧縮応力（スパッタリング法で成膜した窒化チタン膜の場合で例えば２ＧＰａ(ギガパスカル)程度の圧縮応力）が働き、作用・反作用で半導体基板１（ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域）に引張応力を生じさせる。このような半導体基板１に引っ張り応力を生じさせる膜（ここではバリア膜１３）として好ましいのは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜である。
【０１４４】
バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、膜の材料だけでなく成膜法にも依存する。バリア膜１３が窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合、プラズマＣＶＤ法で成膜すると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性があるが、スパッタリング法（ＰＶＤ法：Physical Vapor Deposition）で成膜することで、バリア膜１３を半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができる。一方、バリア膜１３がチタン（Ｔｉ）膜の場合、スパッタリング法で成膜すると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性があるが、プラズマＣＶＤ法で成膜することで、バリア膜１３を半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができる。このため、バリア膜１３が窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、スパッタリング法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましく、バリア膜１３がチタン（Ｔｉ）膜の場合は、プラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。
【０１４５】
また、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、成膜温度にも依存する。バリア膜１３がスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、成膜温度が低いほどバリア膜１３が半導体基板１に生じさせ得る引張応力が大きくなり、逆に成膜温度が高くなり過ぎると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性がある。このため、バリア膜１３がスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、バリア膜１３の成膜温度（基板温度）は３００℃以下であることが好ましく、これにより、バリア膜１３を半導体基板１に的確に引張応力を生じさせる膜とすることができる。また、成膜温度（基板温度）は、成膜装置に冷却機構を設けることで、室温以下とすることも可能である。
【０１４６】
一方、バリア膜１３がプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合も、成膜温度が低いほどバリア膜１３が半導体基板１に生じさせ得る引張応力が大きくなり、逆に成膜温度が高くなり過ぎると、バリア膜１３が半導体基板１に圧縮応力を生じさせる膜となる可能性がある。また、成膜温度が高すぎると、バリア膜１３成膜時に金属膜１２とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とが過剰に反応する可能性がある。このため、バリア膜１３がプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合は、バリア膜１３の成膜温度（基板温度）は４５０℃以下であることが好ましい。これにより、バリア膜１３を半導体基板１に的確に引張応力を生じさせる膜とすることができるとともに、バリア膜１３成膜時に金属膜１２とゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ（を構成するシリコン）とが過剰に反応するのを抑制または防止できる。
【０１４７】
また、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜も半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができるので、バリア膜１３として用いることが可能である。但し、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜を用いた場合は、ステップＳ４のウェット洗浄処理の際にフッ酸（ＨＦ）を用いる必要が生じ、ウェット洗浄時にバリア膜１３および金属膜１２以外の部分までエッチングされてしまう可能性がある。このため、バリア膜１３としては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜やタンタル（Ｔａ）膜よりも、ステップＳ４のウェット洗浄処理による除去が容易な窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることがより好ましい。
【０１４８】
また、バリア膜１３は、金属膜１２と反応しがたい膜であり、ステップＳ３の第１の熱処理を行っても金属膜１２と反応しない膜であることが望ましい。ステップＳ３の第１の熱処理でバリア膜１３が金属膜１２と反応してしまうと、金属シリサイド層４１の形成が阻害されたり、金属シリサイド層４１の組成が変動してしまう可能性がある。本実施の形態では、バリア膜１３を金属膜１２と反応しがたい膜とすることで、ステップＳ３の第１の熱処理で金属膜１２とバリア膜１３とが反応するのを防止することができ、ステップＳ３の第１の熱処理で金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。このような金属膜１２と反応しがたいバリア膜１３として、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１４９】
また、形成された金属シリサイド層４１の厚みが厚すぎると、リーク電流の増加を招く可能性があり、また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも不利となる。このため、本実施の形態では、金属膜１２の膜厚をあまり厚くしない方がより好ましい。すなわち、本実施の形態では、ステップＳ１で形成される金属膜１２の膜厚（堆積膜厚、半導体基板１の主面に垂直な方向の厚み）は、１５ｎｍ以下であることが好ましい。また、金属膜１２が薄すぎると金属シリサイド層４１の厚みが薄くなりすぎて拡散抵抗が増大する。このため、ステップＳ１で形成される金属膜１２の膜厚（堆積膜厚、半導体基板１の主面に垂直な方向の厚み）は、３〜１５ｎｍであればより好ましく、６〜１２ｎｍであれば更に好ましく、例えば９ｎｍとすることができる。
【０１５０】
また、半導体基板１表面（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面）に自然酸化膜がある状態で金属膜１２を形成した場合、この自然酸化膜が金属膜１２とシリコン（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂのシリコン）との反応を阻害するように作用する。このため、半導体基板１表面に自然酸化膜がある状態で金属膜１２を形成する場合には、金属膜１２を厚く形成して金属膜１２の金属元素Ｍがシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）中に拡散しやすくする必要があるが、本実施の形態では、上記のように金属膜１２をあまり厚くしない方がよい。従って、本実施の形態では、半導体基板１表面（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面）に自然酸化膜がない状態で金属膜１２を形成することが好ましい。このため、半導体基板１の主面のゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面をドライクリーニングする工程（上記図１１の工程Ｐ２に対応）を行ってそれら表面の自然酸化膜を除去し、その後、半導体基板１を大気中（酸素含有雰囲気中）にさらすことなくステップＳ１（金属膜１２の堆積工程）およびステップＳ２（バリア膜１３の堆積工程）を行うことが好ましい。これにより、自然酸化膜がない状態で金属膜１２を形成でき、金属膜１２が厚くなくとも、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。従って、金属シリサイド層４１の厚みが厚くなり過ぎてリーク電流が増加するのを防止することができる。また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも有利となる。
【０１５１】
また、本実施の形態では、上記のように、ドライクリーニング処理の工程（上記図１１の工程Ｐ２）と半導体基板１の主面上に金属膜１２を堆積する工程（図９のステップＳ１すなわち図１１の工程Ｐ２）との間に、ドライクリーニング処理（処置）時に生成された生成物を除去することを目的とした１５０〜４００℃の熱処理が半導体基板１に施されている（図１１の工程Ｐ３）。このため、半導体基板１の主面上に堆積された金属膜１２の自己整合反応（ステップＳ３の第１の熱処理によるＭ＋Ｓｉ→ＭＳｉの反応）が、上記生成物によって阻害されることがなく、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面で均一に起こり、電気抵抗のばらつきの小さい金属シリサイド層４１を得ることができる。
【０１５２】
また、ドライクリーニング処理工程（上記図１１の工程Ｐ２）と金属膜１２堆積工程（図９のステップＳ１、図１１の工程Ｐ５）との間に、ドライクリーニング処理（処置）時に生成された生成物を除去することを目的とした熱処理が施されている（図１１の工程Ｐ３）ので、金属膜１２の自己整合反応が上記生成物によって阻害されることがなく、金属膜１２が厚くなくとも、ＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。従って、金属シリサイド層４１の厚みが厚くなり過ぎてリーク電流が増加するのを防止することができる。また、ＭＩＳＦＥＴの微細化にも有利となる。
【０１５３】
本実施の形態では、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層４１を形成する工程において、ドライクリーニング処理（処置）により半導体基板１の主面上に残留する生成物が１５０℃よりも高い温度の熱処理により除去されている。このため、シリコン（ゲート電極８ａを構成するｎ型多結晶シリコン、ゲート電極８ｂを構成するｐ型多結晶シリコン、ｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂが形成された半導体基板１を構成する単結晶シリコン）と金属膜１２との自己整合反応が生成物により阻害されることなく均一に起こり、電気的抵抗のばらつきの小さい金属シリサイド層４１を得ることができる。
【０１５４】
また、本実施の形態では、半導体装置の製造終了（例えば半導体基板１をダイシングなどにより個片化して半導体チップを形成した段階）まで、金属シリサイド層４１は、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相のままとされている。これは、製造された半導体装置において、金属シリサイド層４１を、ＭＳｉ２相およびＭ２Ｓｉ相よりも低抵抗率のＭＳｉ相とすることで、金属シリサイド層４１を低抵抗とし、コンタクト抵抗や、ソース・ドレインの拡散抵抗を低減でき、ＭＩＳＦＥＴが形成された半導体装置の性能を向上できるためである。このため、本実施の形態は、第１の条件として、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相およびＭ２Ｓｉ（ダイメタルシリサイド）相よりも、ＭＳｉ（メタルモノシリサイド）相の方が低抵抗率であるような金属シリサイドにより、金属シリサイド層４１を形成する場合に適用すれば、効果が大きい。
【０１５５】
また、本実施の形態は、ＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止しながらＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成できるので、第２の条件として、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）相が存在可能なシリサイドにより、金属シリサイド層４１を形成する場合に適用すれば、効果が大きい。
【０１５６】
また、本実施の形態は、熱処理工程での金属元素Ｍの不要（過剰）な拡散（移動）を防止してＭＳｉ２の異常成長を抑制または防止しながらＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成できるので、第３の条件として、金属シリサイド形成時にＳｉ（シリコン）ではなく金属元素Ｍが拡散種となる場合に、本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。
【０１５７】
これら第１〜第３の条件を勘案すると、金属膜１２が、Ｎｉ（ニッケル）膜、Ｎｉ−Ｐｔ（ニッケル−白金）合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ（ニッケル−パラジウム）合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ（ニッケル−イッテルビウム）合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ（ニッケル−エルビウム）合金膜である場合に本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。金属膜１２が、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ合金膜であれば、金属シリサイド形成時にＳｉ（シリコン）ではなく金属元素Ｍが拡散種となり、ＭＳｉ２相が存在し、ＭＳｉ２相およびＭ２Ｓｉ相よりもＭＳｉ相の方が低抵抗率となる。但し、金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長の問題や、金属シリサイド層中のＭＳｉ２部分の形成による抵抗ばらつき増大の問題は、金属膜１２がＮｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜のいずれの場合にも生じるが、特に金属膜１２がＮｉ（ニッケル）膜の場合に最も顕著に現れる。このため、金属膜１２がＮｉ（ニッケル）膜である場合に本実施の形態を適用すれば、最も効果が大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１５８】
また、上記図２２に示されるようなＮｉＳｉ層１４１ｂからチャネル部へのＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）異常成長領域１４１ｃは、ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴよりもｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴで形成されやすい。上記図２３からも分かるように、ｎ型シリコン領域よりもｐ型シリコン領域の方が、より低い温度でＮｉとＳｉの反応が進んでおり、ｎ型シリコン領域よりもｐ型シリコン領域の方が、Ｎｉが拡散しやすいと考えられる。このため、ＮｉＳｉ２異常成長領域１４１ｃはｎ型ウエル６よりもＮｉが拡散しやすいｐ型ウエル５で生じ易い。このため、本実施の形態を適用したときの金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を防止できる効果は、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐよりもｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎにおいて、より大きくなる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１５９】
また、上記図２７に関連して説明したように、ニッケルシリサイド層のシート抵抗がばらつきやすいのは、ｎ型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜して熱処理することでニッケルシリサイド層を形成した場合よりも、ｐ型シリコン領域上にＮｉ膜を成膜して熱処理することでニッケルシリサイド層を形成した場合である。これも、ｎ型領域よりもｐ型領域の方が、Ｎｉが拡散しやすく、ＮｉとＳｉの反応が進み易いため、形成されたＮｉＳｉ相のニッケルシリサイド層中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じやすいためと考えられる。このため、本実施の形態を適用したときの金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減できる効果は、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎよりもｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐにおいて、より大きくなる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６０】
また、本実施の形態では、ソースまたはドレイン用の半導体領域（９ｂ，１０ｂ）上とゲート電極（８ａ，８ｂ）上とに金属シリサイド層４１を形成する場合について説明したが、他の形態として、ゲート電極８ａ，８ｂ上には金属シリサイド層４１を形成せずに、ソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成することもできる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６１】
また、本実施の形態では、最良の形態として、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成する場合について説明したが、他の形態として、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用以外の半導体領域上に、本実施の形態と同様の手法で金属シリサイド層４１を形成することもできる。その場合にも、本実施の形態のような金属シリサイド層４１形成法を用いたことにより、形成した金属シリサイド層中にＭＳｉ２部分が形成されるのを防止でき、金属シリサイド層の抵抗のばらつき低減効果を得ることができる。但し、本実施の形態のように、半導体基板１に形成したソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）上に金属シリサイド層４１を形成する場合であれば、金属シリサイド層４１中にＭＳｉ２部分が形成されるのを防止して金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを低減する効果に加えて、チャネル領域へのＭＳｉ２の異常成長防止効果を得ることができるので、効果が極めて大きい。
【０１６２】
また、本実施の形態では、金属膜１２を構成する金属元素Ｍ（例えばＮｉ）がソースまたはドレイン用の半導体領域（ここではｎ＋型半導体領域９ｂ、ｐ＋型半導体領域１０ｂ）に拡散してＭＳｉからなる金属シリサイド層４１を形成する。このため、半導体基板１は、シリコン（Ｓｉ）含有材料により構成されていることが好ましく、例えば単結晶シリコン、不純物をドープしたシリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ここで０＜ｘ＜１）またはカーボンドープシリコン（ＳｉｘＣ1-ｘ、ここで０．５＜ｘ＜１）などにより構成することができるが、単結晶シリコンであれば最も好ましい。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のように、絶縁基板上にシリコン（Ｓｉ）含有材料層を形成したものを半導体基板１に用いることもできる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６３】
また、本実施の形態は、素子分離領域４が、半導体基板１（素子分離領域４で規定された活性領域であり、ＭＩＳＦＥＴが形成される活性領域）に圧縮応力を生じさせるように作用する場合に適用すれば、効果が大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。その理由は次の通りである。
【０１６４】
素子分離領域４が半導体基板１に圧縮応力を生じさせると、この圧縮応力は、半導体基板１（活性領域）の格子サイズを小さくし、ＭＳｉ２の格子サイズに近づけるように作用する。このため、素子分離領域４に起因して半導体基板１に圧縮応力が生じた状態で熱処理を行うと、その圧縮応力によって半導体基板１の格子サイズが小さくなってＭＳｉ２の格子サイズに近くなった状態で熱処理が行われることになり、熱処理中に金属元素Ｍが拡散（移動）しやすくなるので、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じやすくなる。
【０１６５】
それに対して、本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜であるバリア膜１３を金属膜１２上に設けた状態で、ステップＳ３の第１の熱処理を行って、金属膜１２とシリコン領域（ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂ）とを反応させて、ＭＳｉ相の金属シリサイド層４１を形成している。このため、バリア膜１３が、素子分離領域４に起因した圧縮応力（ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４が作用させている圧縮応力）を相殺するように作用する。バリア膜１３の引張応力により、素子分離領域４に起因する圧縮応力が半導体基板１の格子サイズを小さくするよう作用するのを抑制または防止できるので、ステップＳ３の第１の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを抑制または防止することができる。
【０１６６】
更に、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を、ＭＳｉ２の格子サイズと半導体基板１の格子サイズとが一致する（すなわち上記ミスマッチαがゼロ％となる）温度Ｔ３未満（Ｔ２＜Ｔ３）とし、より好ましくは上記ミスマッチαが０．０１％となる温度Ｔ６以下（Ｔ２≦Ｔ６）、更に好ましくは上記ミスマッチαが０．０２％となる温度Ｔ７以下（Ｔ２≦Ｔ７）としている。このため、素子分離領域４に起因した圧縮応力が半導体基板１（活性領域）の格子サイズを小さくするように作用したとしても、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記のような温度に制御することにより、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止することができる。
【０１６７】
また、本実施の形態の場合のように、半導体基板１に形成した溝４ａ内を絶縁体材料（絶縁膜４ｂ，４ｃ）で埋め込むことで素子分離領域４を形成した場合、すなわち、ＳＴＩ法により素子分離領域４を形成した場合、ＬＯＣＯＳ法により素子分離を形成した場合に比べて、素子分離領域４の間の活性領域に作用する圧縮応力が大きくなる。これは、半導体基板１に形成した溝４ａの側壁が活性領域側を押すような圧縮応力が素子分離領域４の間の活性領域に作用するためである。また、特に、溝４ａ内を埋める素子分離領域４用の絶縁体材料（ここでは絶縁膜４ｃ）がプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）により成膜された絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）の場合には、Ｏ３−ＴＥＯＳ酸化膜（熱ＣＶＤ法で形成された絶縁膜）の場合などに比べて、焼き締め時の収縮が少ないため、ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４により働く圧縮応力が大きくなる。このように、ＭＩＳＦＥＴを形成する活性領域に素子分離領域４により働く圧縮応力が大きい場合に本実施の形態を適用すれば、効果が大きく、これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１６８】
また、ＳＴＩ法により形成した素子分離領域４が半導体基板１（活性領域のうちの素子分離領域４に近い領域）に作用させる圧縮応力は、ＣＢＥＤ（収束電子線回折）法を用いた測定によると、−０．０３５ＧＰａ程度であった。このため、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力は、０．０３５ＧＰａ（ギガパスカル）以上であればより好ましく、これにより、ステップＳ３の第１の熱処理の際に、素子分離領域４に起因した圧縮応力の影響（ＭＳｉ２の異常成長など）を、的確に防止できる。また、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力が、２．５ＧＰａ（ギガパスカル）以下であれば更に好ましく、バリア膜１３の成膜が容易になる。従って、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力は、０．０３５〜２．５ＧＰａ（ギガパスカル）程度であれば、より好ましい。但し、バリア膜１３が半導体基板１に生じさせる引張応力の上記数値（上記０．０３５ＧＰａ〜２．５ＧＰａ）は、半導体基板１単体（ゲート電極や不純物拡散層のような構成物を形成していない状態の半導体基板）の一方の主面全面上にバリア膜１３を成膜したときの、半導体基板１とバリア膜１３全体の反り量（室温での反り量）から計算した値である。なお、バリア膜１３成膜面側を上に向けた状態で半導体基板１が上に凸型に反ったときに、半導体基板１には引張応力が生じている。
【０１６９】
また、素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体が、主としてプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成されている場合（すなわち絶縁膜４ｃがプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成されている場合）、成膜した段階で緻密な膜が形成され、成膜後の焼き締め時の収縮が少ない。このため、素子分離領域４が半導体基板１（素子分離領域４で規定された活性領域）に作用させる圧縮応力が大きくなり、この圧縮応力が金属シリサイド層形成時に影響を及ぼしやすくなる。本実施の形態は、素子分離領域４が半導体基板１に作用させる圧縮応力が大きくても、それが金属シリサイド層４１形成時に悪影響（例えばＭＳｉ２の異常成長）を及ぼすのを防止できる。このため、本実施の形態は、素子分離用の溝４ａ内に埋め込まれた絶縁体（素子分離領域４を構成する絶縁体、ここでは絶縁膜４ｂ，４ｃ）が、主としてプラズマＣＶＤ法（特にＨＤＰ−ＣＶＤ法）で形成された絶縁膜（ここでは絶縁膜４ｃ）からなる場合に適用すれば、その効果は極めて大きい。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１７０】
次に、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の異常成長と結晶構造の関係について説明する。
【０１７１】
半導体基板１がシリコン（単結晶シリコン）の場合、シリコンの結晶構造は、ダイヤモンド構造であり、結晶系は立方晶系であり、空間群はＦｄ３ｍ（２２７）であり、この結晶構造の単位格子の長さが格子定数、すなわち格子サイズに対応する。
【０１７２】
図２８はシリコン（Ｓｉ）の結晶構造であるダイヤモンド構造を示す説明図（斜視図）である。図２８で示される立方体が、シリコン（Ｓｉ）の単位結晶となり、この立方体の一辺（単位格子）の長さＬ１が、シリコン（Ｓｉ）の格子定数、すなわちシリコン（Ｓｉ）の格子サイズとなる。従って、この長さＬ１が、半導体基板１がシリコン（単結晶シリコン）の場合の上記ＬＳに対応する（Ｌ１＝ＬＳ）。図２８において、球が配置された位置にＳｉ原子が配置される。
【０１７３】
一方、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）がＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の場合、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の結晶構造は、蛍石構造（ＣａＦ２型構造）であり、結晶系は立方晶系であり、空間群はＦｍ３ｍ（２２５）であり、この結晶構造の単位格子の長さが格子定数、すなわち格子サイズに対応する。
【０１７４】
図２９はＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の結晶構造である蛍石構造を示す説明図（斜視図）である。図２９で示される立方体が、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の単位結晶となり、この立方体の一辺（単位格子）の長さＬ２が、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数、すなわちＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとなる。従って、この長さＬ２が、上記ＭＳｉ２がＮｉＳｉ２の場合の上記ＬＭに対応する（Ｌ２＝ＬＭ）。図２９において、球が配置された位置にＮｉ原子またはＳｉ原子が配置される。
【０１７５】
図２９に示される蛍石構造は、ＡＢ２（Ａ，Ｂはそれぞれ異なる元素）の組成を持つ化合物の構造であり、ＮｉＳｉ２は、前記ＡＢ２において、Ａ＝Ｎｉ，Ｂ＝Ｓｉに対応する。この蛍石構造は、Ａ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＮｉ）の面心立方構造（図３０（ａ）の構造）と、Ｂ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＳｉ）の単純立方構造（図３０（ｂ）の構造）の組み合わせとなっている。
【０１７６】
図３０の（ａ）は、ＡＢ２の組成を持つ蛍石構造におけるＡ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＮｉ）の結晶構造を示し、図３０の（ｂ）は、ＡＢ２の組成を持つ蛍石構造におけるＢ元素（ＮｉＳｉ２の場合はＳｉ）の結晶構造を示す説明図（斜視図）である。
【０１７７】
図３０（ａ）に示される立方体において、球の位置にＮｉ元素が配置される。すなわち、図３０（ａ）は、立方体の各頂点と、立方体の各面の中心にＮｉ元素が配置する面心立方構造となっている。図３０（ａ）の面心立方構造の一辺（単位格子）の長さは、上記Ｌ２と同じであり、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数、すなわちＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズと同じになる。
【０１７８】
また、図３０（ｂ）に示される立方体において、球の位置にＳｉ元素が配置される。すなわち、図３０（ｂ）は、立方体の各頂点にＳｉ元素が配置する単純立方構造となっている。図３０（ｂ）の単純立方構造の一辺（単位格子）の長さＬ３は、上記の長さＬ２の半分であり、Ｌ２＝２Ｌ３の関係が成り立つ。
【０１７９】
図３０（ａ）の構造（面心立方構造）と図３０（ｂ）の構造（単純立方構造）とが、それぞれの重心が一致するように組み合わさって、図２９の蛍石構造が構成される。
【０１８０】
半導体基板１を構成する単結晶Ｓｉ（シリコン）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズが一致した状態とは、シリコン（Ｓｉ）の格子定数である上記長さＬ１と、ＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数である上記長さＬ２とが等しく（すなわちＬ１＝Ｌ２）なった状態に対応する。また、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子サイズとが一致する上記温度Ｔ４は、シリコン（Ｓｉ）の格子定数である上記長さＬ１とＮｉＳｉ２（ニッケルダイシリサイド）の格子定数である上記長さＬ２とが一致する（等しくなる、すなわちＬ１＝Ｌ２になる）温度に対応する。
【０１８１】
図２８のダイヤモンド構造と図２９の蛍石構造とは、類似性が高い。すなわち、図２９の蛍石構造において、面心立方構造のＮｉのサイトにＮｉではなくＳｉを配置し、かつ、単純立方構造の８つのＳｉのサイトのうち、４つのサイト（図３０（ｂ）において符号５１で示される４つのサイト）にはＳｉを配置するが、残りの４つのサイト（図３０（ｂ）において符号５２で示される４つのサイト）にはＳｉを配置しないようにすれば、図２８のダイヤモンド構造と同じ構造になる。
【０１８２】
また、図２８のシリコンのダイヤモンド構造におけるＳｉの配置と図２９のＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＳｉの配置とに注目してみると、図２８のシリコンのダイヤモンド構造において、{４００}，｛２００｝，｛１００｝面に位置する［１１０］方向の２個のＳｉ原子の間の距離は（１／２）０．５×Ｌ１となる。一方、ＮｉＳｉ２の蛍石構造において、図３０（ｂ）のＳｉの単純立方構造の各面の対角線の距離（すなわち［１１０］方向のＳｉ原子間の距離）は、（２）０．５×Ｌ３＝（１／２）０．５×Ｌ２となる。Ｌ１＝Ｌ２の場合は、両者は一致する（等しくなる）。
【０１８３】
熱処理を施すことによりＳｉとＮｉが相互拡散する。ステップＳ５の第２の熱処理温度Ｔ２が、半導体基板１を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）の格子サイズとＮｉＳｉ２の格子サイズとが一致する上記温度Ｔ４に近いと、ステップＳ５の第２の熱処理の際に、ダイヤモンド構造と蛍石構造との高い類似性により、ダイヤモンド構造のＳｉがＮｉＳｉ２の蛍石構造内のＳｉと同じような配置をとる（特に{４００}面のＳｉ）。このため、ステップＳ５の第２の熱処理でＮｉとＳｉの格子間で置換が生じやすくなってＮｉＳｉ２部分が生成されやすくなると考えられる。
【０１８４】
従って、半導体基板１の結晶構造とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造の類似性が高い場合、特に、半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造をとり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造が蛍石構造をとる場合には、上述したような金属シリサイド層からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長の問題や、金属シリサイド層中のＭＳｉ２部分の形成による抵抗ばらつき増大の問題が顕著に発生することになる。
【０１８５】
このため、半導体基板１の結晶構造とＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造の類似性が高い場合、特に、半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造をとり、ＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）の結晶構造が蛍石構造をとる場合に、本実施の形態を適用すれば、効果が大きい。従って、半導体基板１に単結晶シリコンを用いれば最も好ましいが、単結晶シリコン以外であっても、単結晶シリコンと同様にダイヤモンド構造型の結晶構造を有するものであれば、半導体基板１に好適に用いることができる。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１８６】
また、金属膜１２としてＮｉ膜を用いれば、形成され得る上記ＭＳｉ２が蛍石構造のＮｉＳｉ２となるので、本実施の形態を適用する効果が大きいが、Ｎｉ膜以外であっても、形成され得るＭＳｉ２が蛍石構造型の結晶構造をとるような金属または合金を、金属膜１２に用いる場合にも、本実施の形態は有効である。例えば、金属膜１２が、ニッケル合金膜、特にＮｉ−Ｐｔ（ニッケル−白金）合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ（ニッケル−パラジウム）合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ（ニッケル−イッテルビウム）合金膜、またはＮｉ−Ｅｒ（ニッケル−エルビウム）合金膜である場合には、形成されるＭＳｉ２が蛍石構造（但し、図３０（ａ）の面心立方構造のＮｉサイトの一部が、合金を構成する他の金属に置換される）となり得るので、本実施の形態を適用して、好適である。これは、以下の実施の形態２についても同様である。
【０１８７】
（実施の形態２）
図３１は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図であり、上記実施の形態１の図９に対応するものである。図３１には、上記図７の構造が得られた後、サリサイドプロセスによりゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面に金属シリサイド層（金属・半導体反応層）を形成する工程の製造プロセスフローが示されている。図３２〜図３５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【０１８８】
本実施の形態の半導体装置の製造工程は、上記ステップＳ４でウェット洗浄処理を行うことによりバリア膜１３と、未反応の金属膜１２とを除去する工程までは、上記実施の形態１と同様であるので、ここではその説明を省略し、上記ステップＳ４に続く工程について説明する。
【０１８９】
上記実施の形態と同様にして上記ステップＳ４までの工程を行って、上記図１４にほぼ相当する図３２の構造を得た後、図３３に示されるように、金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１の主面（全面）上にバリア膜（第２バリア膜、応力制御膜、キャップ膜）１３ａを形成（堆積）する（図３１のステップＳ１１）。
【０１９０】
次に、上記実施の形態１と同様のステップＳ５の第２の熱処理を行う。本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理は、バリア膜１３ａが形成されている状態で行われるが、ステップＳ５の第２の熱処理の条件や役割については上記実施の形態１と同様である。
【０１９１】
従って、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ５の第２の熱処理は、金属シリサイド層４１の相変化（Ｍ２Ｓｉ相からＭＳｉ相への相変化）のために行うのではなく、金属シリサイド層４１の安定化のために行われる安定化アニールである。本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２については、上記実施の形態１におけるステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２と同様であるので、ここではその説明は省略する。また、本実施の形態のステップＳ５の第２の熱処理時の雰囲気も上記実施の形態１と同様である。また、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、ステップＳ５の第２の熱処理の後は、半導体装置の製造終了（例えば半導体基板１を切断して半導体チップに個片化する）まで、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度よりも高い温度に半導体基板１がならないようにする。
【０１９２】
ステップＳ５の第２の熱処理の後、ウェット洗浄処理などを行うことにより、図３４に示されるように、バリア膜１３ａを除去する（図３１のステップＳ１２）。この際、ゲート電極８ａ，８ｂ、ｎ＋型半導体領域９ｂおよびｐ＋型半導体領域１０ｂの表面上に金属シリサイド層４１を残存させる。ステップＳ１２のウェット洗浄処理は、硫酸を用いたウェット洗浄、または硫酸と過酸化水素水とを用いたウェット洗浄などにより行うことができる。
【０１９３】
それ以降の工程は、上記実施の形態１と同様である。すなわち、上記実施の形態１と同様にして、図３５に示されるように、絶縁膜４２および絶縁膜４３を形成し、絶縁膜４３，４２にコンタクトホール４４を形成し、コンタクトホール４４内にプラグ４５を形成し、プラグ４５が埋め込まれた絶縁膜４３上にストッパ絶縁膜５１および絶縁膜５２を形成し、配線溝５３を形成し、配線溝内５３にバリア導体膜５４および銅膜を埋め込んで配線５５を形成する。
【０１９４】
バリア膜１３ａは、バリア膜１３と同様に、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜である。このため、バリア膜１３と同様の膜を、バリア膜１３ａとして用いることができ、好ましくは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることができる。本実施の形態では、半導体基板１の活性領域に素子分離領域４が生じさせている圧縮応力を相殺するために、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成するので、バリア膜１３ａは応力制御膜（半導体基板１の活性領域の応力を制御する膜）とみなすこともできる。
【０１９５】
また、上記実施の形態１でバリア膜１３について説明したように、半導体基板１に生じさせる応力の方向や大きさは、膜の材料だけでなく成膜法にも依存するため、バリア膜１３と同様の理由により、バリア膜１３ａが窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、スパッタリング法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましく、バリア膜１３ａがチタン（Ｔｉ）膜の場合は、プラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。また、バリア膜１３と同様の理由により、バリア膜１３ａがスパッタリング法（ＰＶＤ法）を用いた窒化チタン（ＴｉＮ）膜の場合は、バリア膜１３ａの成膜温度（基板温度）は３００℃以下であることが好ましく、バリア膜１３ａがプラズマＣＶＤ法を用いたチタン（Ｔｉ）膜の場合は、バリア膜１３ａの成膜温度（基板温度）は４５０℃以下であることが好ましい。
【０１９６】
また、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜も半導体基板１に引張応力を生じさせる膜とすることができるので、バリア膜１３ａとして用いることが可能である。但し、窒化タンタル（ＴａＮ）膜またはタンタル（Ｔａ）膜を用いた場合は、ステップＳ１２のウェット洗浄処理の際にフッ酸（ＨＦ）を用いる必要が生じ、ウェット洗浄時にバリア膜１３ａ以外の部分までエッチングされてしまう可能性がある。このため、バリア膜１３ａとしては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜やタンタル（Ｔａ）膜よりも、ステップＳ１２のウェット洗浄処理による除去が容易な窒化チタン（ＴｉＮ）膜またはチタン（Ｔｉ）膜を用いることがより好ましい。また、バリア膜１３ａの引張応力の好ましい範囲も、バリア膜１３と同様である。
【０１９７】
また、バリア膜１３と同様に、バリア膜１３ａも、酸素（Ｏ）を透過しない（透過しにくい）膜である。すなわち、バリア膜１３ａは酸素透過性が無い膜である。バリア膜１３ａが酸素（Ｏ）の透過を防止するので、ステップＳ５の第２の熱処理時に、金属シリサイド層４１に酸素（Ｏ）が供給されるのを防止できる。これにより、酸素に起因した欠陥が生成されるのを抑制または防止でき、酸素に起因した欠陥を通して金属元素Ｍが拡散するのを抑制または防止して、ステップＳ５の第２の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長が生じるのを更に的確に抑制または防止することができる。このような酸素（Ｏ）を透過しないバリア膜１３ａとして、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１９８】
また、バリア膜１３ａは、金属シリサイド層４１と反応しがたい膜であり、ステップＳ５の第２の熱処理を行っても金属シリサイド層４１と反応しない膜である。ステップＳ５の第２の熱処理でバリア膜１３ａが金属シリサイド層４１と反応してしまうと、金属シリサイド層４１の組成が変動してしまう可能性があるが、本実施の形態では、バリア膜１３ａを金属シリサイド層４１と反応しがたい膜とすることで、ステップＳ５の第２の熱処理で金属シリサイド層４１とバリア膜１３ａとが反応するのを防止することができ、金属シリサイド層４１を的確に形成できるようになる。このような金属シリサイド層４１と反応しがたいバリア膜１３ａとして、窒化チタン（ＴｉＮ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は好ましい。
【０１９９】
上記実施の形態１では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を制御することで、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２（メタルダイシリサイド）が異常成長するのを抑制または防止していた。しかしながら、半導体装置の更なる高性能化や高信頼性化を考えると、金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長は可能な限り少なくすることが望ましい。このため、本実施の形態では、バリア膜１３および金属膜１２を除去して金属シリサイド層４１の表面を露出した後、ステップＳ１１として金属シリサイド層４１上を含む半導体基板１の主面（全面）上にバリア膜１３ａを形成してから、金属シリサイド層４１がバリア膜１３ａで覆われた状態でステップＳ５の第２の熱処理を行っている。このバリア膜１３ａは、バリア膜１３同様、半導体基板１に引張応力を生じさせる膜である。
【０２００】
本実施の形態では、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成した状態でステップＳ５の第２の熱処理を行うことで、バリア膜１３ａが作用させる引張応力に起因して、バリア膜１３ａが無い場合に比べて半導体基板１の格子サイズを大きくすることができ、半導体基板１の格子サイズとＭＳｉ２の格子サイズとの差を大きくして、金属元素Ｍの異常拡散をより的確に防止できる。これにより、ステップＳ５の第２の熱処理中に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２が異常成長するのを、より的確に防止できる。
【０２０１】
また、本実施の形態では、ステップＳ５の第２の熱処理の熱処理温度Ｔ２を上記実施の形態１で説明したような温度に制御するだけでなく、半導体基板１に引張応力を生じさせるバリア膜１３ａを形成した状態でステップＳ５の第２の熱処理を行うので、バリア膜１３ａが、素子分離領域４に起因した圧縮応力を相殺するように作用する。素子分離領域４に起因する圧縮応力が半導体基板１の格子サイズを小さくするよう作用するのを、バリア膜１３ａの引張応力により抑制または防止できるので、たとえ素子分離領域４が半導体基板１（活性領域）に圧縮応力を生じさせるように作用していても、ステップＳ５の第２の熱処理時に金属シリサイド層４１からチャネル部へＭＳｉ２の異常成長が生じるのを、より的確に防止できる。
【０２０２】
このように、本実施の形態では、上記実施の形態１の効果を得られるのに加えて、ステップＳ５の第２の熱処理中の金属シリサイド層４１からチャネル部へのＭＳｉ２の異常成長を更に的確に防止できる。また、金属シリサイド層４１中に高抵抗のＮｉＳｉ２部分が生じるのを更に的確に防止して、金属シリサイド層４１の抵抗のばらつきを更に的確に低減できる。従って、半導体装置の性能や信頼性を更に向上させることができる。
【０２０３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明は、金属シリサイド層を有する半導体素子を備えた半導体装置の製造技術に適用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２】図１に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３】図２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図４】図３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図５】図４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図１０】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜装置の概略平面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜工程図である。
【図１２】本発明の一実施の形態によるシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバの概略断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ本発明の実施の形態１によるシリサイド材料の成膜装置に備わるドライクリーニング処理用チャンバにおける半導体ウエハの処理工程を説明するためのチャンバの概略断面図である。
【図１４】図８に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１５】図１４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１６】図１５に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１７】図１６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図１８】比較例の半導体装置におけるＮｉＳｉ層の形成工程を示すプロセスフロー図である。
【図１９】比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２０】図１９に続く比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２１】図２０に続く比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２２】比較例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図２３】ニッケルシリサイド層のシート抵抗の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図２４】単結晶ＳｉとＮｉＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。
【図２５】単結晶ＳｉとＮｉ１−ｘＰｔｘＳｉ２の格子サイズの温度依存性を示すグラフである。
【図２６】第２の熱処理を行ってニッケルシリサイド層を形成した場合と、第２の熱処理を行うことなしにニッケルシリサイド層を形成した場合の、リーク電流の分布を示すグラフである。
【図２７】ニッケルシリサイド層のシート抵抗の分布を示すグラフである。
【図２８】シリコンの結晶構造であるダイヤモンド構造を示す説明図である。
【図２９】ＮｉＳｉ２の結晶構造である蛍石構造を示す説明図である。
【図３０】（ａ）はＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＮｉの結晶構造を示し、（ｂ）はＮｉＳｉ２の蛍石構造におけるＳｉの結晶構造を示す説明図である。
【図３１】本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示す製造プロセスフロー図である。
【図３２】本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３３】図３２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３４】図３３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図３５】図３４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【符号の説明】
【０２０６】
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
３ 絶縁膜
４ 素子分離領域
４ａ 溝
４ｂ 絶縁膜
４ｃ 絶縁膜
５ ｐ型ウエル
６ ｎ型ウエル
７ ゲート絶縁膜
８ シリコン膜
８ａ，８ｂ ゲート電極
９ａ ｎ−型半導体領域
９ｂ ｎ＋型半導体領域
１０ａ ｐ−型半導体領域
１０ｂ ｐ＋型半導体領域
１１ サイドウォール
１２ 金属膜
１３，１３ａ バリア膜
２０ 成膜装置
２１ａ 第１搬送室
２１ｂ 第２搬送室
２２ ゲートバルブ
２３ ロードロック室
２４ ロードロック室
２５，２６，２７ チャンバ
２７ａ ウエハステージ
２７ｂ ウエハリフトピン
２７ｃ，２７ＣＨ シャワーヘッド
２７ｄ リモートプラズマ発生装置
２７ｅ シーリング
２７ｆ シャドウリング
２７ｇ 排気室
２８，２９，３０，３１ チャンバ
３２ａ，３２ｂ 搬送用ロボット
３３ ウエハ搬入出室
３４ フープ
３５ ポート
３６ 搬送用ロボット
４１ 金属シリサイド層
４２，４３ 絶縁膜
４４ コンタクトホール
４５ プラグ
５１ ストッパ絶縁膜
５２ 絶縁膜
５３ 配線溝
５４ バリア導体膜
５５ 配線
１１２ Ｎｉ膜
１１３ 窒化チタン膜
１４１ａ Ｎｉ２Ｓｉ層
１４１ｂ ＮｉＳｉ層
１４１ｃ ＮｉＳｉ２異常成長領域
Ｑｎ，Ｑｐ ＭＩＳＦＥＴ
ＳＷ 半導体ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記半導体基板に半導体領域を形成する工程、
（ｃ）前記半導体領域上を含む前記半導体基板上に金属膜を形成する工程、
（ｄ）第１の熱処理を行って前記金属膜と前記半導体領域とを反応させて、前記金属膜を構成する金属元素のモノシリサイドからなる金属シリサイド層を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程後に、未反応の前記金属膜を除去し、前記半導体領域上に前記金属シリサイド層を残す工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程後に、前記第１の熱処理よりも熱処理温度が高い第２の熱処理を行う工程、
（ｇ）前記（ｆ）工程後に、前記金属シリサイド層上を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程、
を有し、
前記（ｆ）工程の前記第２の熱処理の熱処理温度は、前記金属膜を構成する前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと、前記半導体基板の格子サイズとが一致する第１の温度よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜は、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程の後には、前記半導体基板の温度が前記第２の熱処理の熱処理温度よりも高温となるような処理は行われないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜はＮｉ膜であり、前記第１の温度は５９０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜を構成する前記金属元素のダイシリサイド相よりも、前記金属膜を構成する前記金属元素のモノシリサイド相の方が低抵抗率であり、
前記（ｆ）工程の前記第２の熱処理後も、前記金属シリサイド層は、前記金属元素のモノシリサイド相のままであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理は、前記金属シリサイド層の安定化のために行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板は、シリコン含有材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の結晶構造がダイヤモンド構造であり、前記金属元素のダイシリサイドの結晶構造が蛍石構造であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理の熱処理温度における前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとの差は、前記半導体基板の格子サイズの０．０１％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理の熱処理温度における前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとの差は、前記半導体基板の格子サイズの０．０２％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程では、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で前記第２の熱処理が行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体領域は、ソースまたはドレイン用の半導体領域であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程後に、
（ａ１）前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、
（ａ２）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｃ）工程では、前記半導体領域上を含む前記半導体基板上に、前記ゲート電極を覆うように、前記金属膜が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程後で前記（ｄ）工程前に、
（ｃ１）前記金属膜上に第１バリア膜を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｅ）工程では、前記第１バリア膜および未反応の前記金属膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜は、前記半導体基板に引張応力を生じさせる膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜は、前記第１の熱処理を行っても前記金属膜と反応しない膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程前に、
（ｃ２）前記半導体基板の主面の前記半導体領域の表面をドライクリーニングする工程、
を更に有し、
前記（ｃ２）工程後、前記半導体基板を大気中にさらすことなく前記（ｃ）工程および前記（ｃ１）工程が行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程の後に、
（ａ３）前記半導体基板に素子分離用の溝を形成する工程、
（ａ４）前記素子分離用の溝内に埋め込まれた絶縁体からなる素子分離領域を形成する工程、
を更に有し、
前記（ａ４）工程で形成された前記素子分離領域は、前記半導体基板に圧縮応力を生じさせるように作用し、
前記素子分離領域で規定された活性領域に、前記半導体領域が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程後で前記（ｆ）工程前に、
（ｅ１）前記金属シリサイド層上を含む前記半導体基板上に第２バリア膜を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｆ）工程後で前記（ｇ）工程前に、
（ｆ１）前記第２バリア膜を除去する工程、
を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜および前記第２バリア膜は、前記半導体基板に引張応力を生じさせる膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
（ａ）半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記半導体基板に半導体領域を形成する工程、
（ｃ）前記半導体領域上を含む前記半導体基板上に金属膜を形成する工程、
（ｄ）第１の熱処理を行って前記金属膜と前記半導体領域とを反応させて、前記金属膜を構成する金属元素のモノシリサイドからなる金属シリサイド層を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程後に、未反応の前記金属膜を除去し、前記半導体領域上に前記金属シリサイド層を残す工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程後に、前記第１の熱処理よりも熱処理温度が高い第２の熱処理を行う工程、
（ｇ）前記（ｆ）工程後に、前記金属シリサイド層上を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程、
を有し、
前記（ｆ）工程の前記第２の熱処理の熱処理温度は、前記金属膜を構成する前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと、前記半導体基板の格子サイズとが一致する第１の温度よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜は、Ｎｉ膜、Ｎｉ−Ｐｔ合金膜、Ｎｉ−Ｐｄ合金膜、Ｎｉ−Ｙｂ合金膜またはＮｉ−Ｅｒ合金膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程の後には、前記半導体基板の温度が前記第２の熱処理の熱処理温度よりも高温となるような処理は行われないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜はＮｉ膜であり、前記第１の温度は５９０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属膜を構成する前記金属元素のダイシリサイド相よりも、前記金属膜を構成する前記金属元素のモノシリサイド相の方が低抵抗率であり、
前記（ｆ）工程の前記第２の熱処理後も、前記金属シリサイド層は、前記金属元素のモノシリサイド相のままであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理は、前記金属シリサイド層の安定化のために行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板は、シリコン含有材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の結晶構造がダイヤモンド構造であり、前記金属元素のダイシリサイドの結晶構造が蛍石構造であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理の熱処理温度における前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとの差は、前記半導体基板の格子サイズの０．０１％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の熱処理の熱処理温度における前記金属元素のダイシリサイドの格子サイズと前記半導体基板の格子サイズとの差は、前記半導体基板の格子サイズの０．０２％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ）工程では、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で前記第２の熱処理が行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体領域は、ソースまたはドレイン用の半導体領域であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程後に、
（ａ１）前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程、
（ａ２）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｃ）工程では、前記半導体領域上を含む前記半導体基板上に、前記ゲート電極を覆うように、前記金属膜が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程後で前記（ｄ）工程前に、
（ｃ１）前記金属膜上に第１バリア膜を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｅ）工程では、前記第１バリア膜および未反応の前記金属膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜は、前記半導体基板に引張応力を生じさせる膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜は、前記第１の熱処理を行っても前記金属膜と反応しない膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程前に、
（ｃ２）前記半導体基板の主面の前記半導体領域の表面をドライクリーニングする工程、
を更に有し、
前記（ｃ２）工程後、前記半導体基板を大気中にさらすことなく前記（ｃ）工程および前記（ｃ１）工程が行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程の後に、
（ａ３）前記半導体基板に素子分離用の溝を形成する工程、
（ａ４）前記素子分離用の溝内に埋め込まれた絶縁体からなる素子分離領域を形成する工程、
を更に有し、
前記（ａ４）工程で形成された前記素子分離領域は、前記半導体基板に圧縮応力を生じさせるように作用し、
前記素子分離領域で規定された活性領域に、前記半導体領域が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程後で前記（ｆ）工程前に、
（ｅ１）前記金属シリサイド層上を含む前記半導体基板上に第２バリア膜を形成する工程、
を更に有し、
前記（ｆ）工程後で前記（ｇ）工程前に、
（ｆ１）前記第２バリア膜を除去する工程、
を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１バリア膜および前記第２バリア膜は、前記半導体基板に引張応力を生じさせる膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２００９−１６５００（Ｐ２００９−１６５００Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７５５０１（Ｐ２００７−１７５５０１）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
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