JP2000196086A - チタンポリサイドゲ―トの形成方法 - Google Patents
チタンポリサイドゲ―トの形成方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポリシリコン膜とチタンシリサイド膜の間の
良好な界面粗さを持つチタンポリサイドゲートの形成方
法を提供する。 【解決手段】 半導体基板21上にゲート酸化膜22と
ドープしたポリシリコン膜23を順次形成する段階と、
ポリシリコン膜の表面に非晶質シリコン膜23aが形成
されるように、ポリシリコン膜の表面に不純物をイオン
注入する段階と、非晶質シリコン膜上に非晶質チタンシ
リサイド膜25を形成する段階と、非晶質チタンシリサ
イド膜が結晶質チタンシリサイド膜25aに、かつ非晶
質シリコン膜が結晶質シリコン膜23bに相転移するよ
うに、非晶質チタンシリサイド膜及び非晶質シリコン膜
を熱処理する段階と、結晶質チタンシリサイド膜、結晶
質シリコン膜を含んだポリシリコン膜及びゲート酸化膜
をパターニングする段階とを含む。
良好な界面粗さを持つチタンポリサイドゲートの形成方
法を提供する。 【解決手段】 半導体基板21上にゲート酸化膜22と
ドープしたポリシリコン膜23を順次形成する段階と、
ポリシリコン膜の表面に非晶質シリコン膜23aが形成
されるように、ポリシリコン膜の表面に不純物をイオン
注入する段階と、非晶質シリコン膜上に非晶質チタンシ
リサイド膜25を形成する段階と、非晶質チタンシリサ
イド膜が結晶質チタンシリサイド膜25aに、かつ非晶
質シリコン膜が結晶質シリコン膜23bに相転移するよ
うに、非晶質チタンシリサイド膜及び非晶質シリコン膜
を熱処理する段階と、結晶質チタンシリサイド膜、結晶
質シリコン膜を含んだポリシリコン膜及びゲート酸化膜
をパターニングする段階とを含む。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタンポリサイド
ゲートの形成方法に関し、特にチタンシリサイド膜とポ
リシリコン膜が良好な界面粗さを持つチタンポリサイド
ゲートの形成方法に関する。
ゲートの形成方法に関し、特にチタンシリサイド膜とポ
リシリコン膜が良好な界面粗さを持つチタンポリサイド
ゲートの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSFETのゲートは、ポリシリコン
またはポリシリコン/タングステンシリサイド物質で形
成されてきた。ところが、素子の集積度が増加するにつ
れて前記ゲートの線幅が減少することで、前記ポリシリ
コンまたはポリシリコン/タングステンシリサイドのゲ
ート物質では微細線幅を持つ高集積素子で低抵抗を具現
することが困難であった。
またはポリシリコン/タングステンシリサイド物質で形
成されてきた。ところが、素子の集積度が増加するにつ
れて前記ゲートの線幅が減少することで、前記ポリシリ
コンまたはポリシリコン/タングステンシリサイドのゲ
ート物質では微細線幅を持つ高集積素子で低抵抗を具現
することが困難であった。
【0003】高集積素子で低抵抗を持つゲートを得る為
に、ゲート物質としてポリシリコンまたはポリシリコン
/タングステンシリサイドの代りに、チタンシリサイ
ド、コバルトシリサイドまたはニッケルシリサイドのう
ちで選択される一つの金属シリサイドとポリシリコンと
の積層物質が用いられる。特に、チタンシリサイドはゲ
ート物質として要求される特性、すなわち低い比抵抗、
高い溶融点、薄膜形成のしやすさ、ラインパターン形成
のしやすさ及び熱的安全性などを持つため、これに対す
る研究が進行しつつある。
に、ゲート物質としてポリシリコンまたはポリシリコン
/タングステンシリサイドの代りに、チタンシリサイ
ド、コバルトシリサイドまたはニッケルシリサイドのう
ちで選択される一つの金属シリサイドとポリシリコンと
の積層物質が用いられる。特に、チタンシリサイドはゲ
ート物質として要求される特性、すなわち低い比抵抗、
高い溶融点、薄膜形成のしやすさ、ラインパターン形成
のしやすさ及び熱的安全性などを持つため、これに対す
る研究が進行しつつある。
【0004】図1乃至図3は従来技術によるチタンポリ
サイドゲート形成方法を説明するための断面図である。
図1を参照すると、半導体基板1を備え、ゲート酸化膜
2とドープしたポリシリコン膜3が前記半導体基板1上
に順次形成される。前記ポリシリコン膜3は、MOSF
ETのチャンネル導電型によってリン(P)またはヒ素
(As)でドープする。非晶質チタンシリサイド膜(T
iSix)4が物理的気相蒸着(Physical Vapor Depos
ition;以下、PVDと記す)法により前記ポリシリコ
ン膜3上に蒸着される。
サイドゲート形成方法を説明するための断面図である。
図1を参照すると、半導体基板1を備え、ゲート酸化膜
2とドープしたポリシリコン膜3が前記半導体基板1上
に順次形成される。前記ポリシリコン膜3は、MOSF
ETのチャンネル導電型によってリン(P)またはヒ素
(As)でドープする。非晶質チタンシリサイド膜(T
iSix)4が物理的気相蒸着(Physical Vapor Depos
ition;以下、PVDと記す)法により前記ポリシリコ
ン膜3上に蒸着される。
【0005】図2を参照すると、前記非晶質チタンシリ
サイド膜4が結晶質チタンシリサイド膜(TiSi2)
4aに相転移するように前記非晶質チタンシリサイド膜
4を熱処理する。
サイド膜4が結晶質チタンシリサイド膜(TiSi2)
4aに相転移するように前記非晶質チタンシリサイド膜
4を熱処理する。
【0006】図3を参照すると、酸化膜または窒化膜か
らなるマスクパターン6が前記結晶質チタンシリサイド
膜4a上に形成され、結晶質チタンシリサイド膜4a、
ポリシリコン膜3及びゲート酸化膜2は、エッチングに
よって、前記ポリシリコン膜3と結晶質チタンシリサイ
ド膜4aの積層されたポリサイドゲート10が形成され
る。
らなるマスクパターン6が前記結晶質チタンシリサイド
膜4a上に形成され、結晶質チタンシリサイド膜4a、
ポリシリコン膜3及びゲート酸化膜2は、エッチングに
よって、前記ポリシリコン膜3と結晶質チタンシリサイ
ド膜4aの積層されたポリサイドゲート10が形成され
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、次工程
が進行されるに従い、前記チタンポリサイドゲート10
の特性は低下する。例えば、チタンポリサイドゲート1
0は、図4に示すように、ソース/ドレイン領域12及
び層間絶縁膜14の形成時に必ず伴う熱工程により、ポ
リシリコン膜3と結晶質チタンシリサイド膜4aの間の
不良な界面粗さ(Interface Roughness)を持つことに
なり、チタンポリサイドゲート10の特性は低下する。
これはチタンシリサイド膜4aのチタンとポリシリコン
膜3のシリコンが反応するためである。
が進行されるに従い、前記チタンポリサイドゲート10
の特性は低下する。例えば、チタンポリサイドゲート1
0は、図4に示すように、ソース/ドレイン領域12及
び層間絶縁膜14の形成時に必ず伴う熱工程により、ポ
リシリコン膜3と結晶質チタンシリサイド膜4aの間の
不良な界面粗さ(Interface Roughness)を持つことに
なり、チタンポリサイドゲート10の特性は低下する。
これはチタンシリサイド膜4aのチタンとポリシリコン
膜3のシリコンが反応するためである。
【0008】すなわち、ポリシリコン膜3は結晶粒(Gr
ain)間に粒界(Grain Boundary)を有し、結晶粒より
粒界を通した物質移動が大きく、特にチタンポリサイド
ゲート10用ポリシリコン膜3は大きな結晶粒を持つ柱
状構造(Columnar Structure)からなる。よって、前記
ポリシリコン膜3での粒界を通した物質移動は、微細結
晶粒を持つ他のポリシリコン膜でのそれより大きい。結
果的に、前記ポリシリコン膜3が柱状構造を持つため、
前記ポリシリコン膜3とチタンシリサイド膜4aの間の
界面を通した物質移動は大きくなり、それにより、界面
粗さは不良となり、チタンポリサイドゲート10の特性
は低下する。
ain)間に粒界(Grain Boundary)を有し、結晶粒より
粒界を通した物質移動が大きく、特にチタンポリサイド
ゲート10用ポリシリコン膜3は大きな結晶粒を持つ柱
状構造(Columnar Structure)からなる。よって、前記
ポリシリコン膜3での粒界を通した物質移動は、微細結
晶粒を持つ他のポリシリコン膜でのそれより大きい。結
果的に、前記ポリシリコン膜3が柱状構造を持つため、
前記ポリシリコン膜3とチタンシリサイド膜4aの間の
界面を通した物質移動は大きくなり、それにより、界面
粗さは不良となり、チタンポリサイドゲート10の特性
は低下する。
【0009】しかも、前記ポリシリコン膜3とチタンシ
リサイド膜4aの間が過度に反応すれば、前記チタンシ
リサイド膜4aがゲート酸化膜2と接するため、前記ゲ
ート酸化膜2の重要な特性であるGOI(Gate Oxide I
ntegrity)が低下する。
リサイド膜4aの間が過度に反応すれば、前記チタンシ
リサイド膜4aがゲート酸化膜2と接するため、前記ゲ
ート酸化膜2の重要な特性であるGOI(Gate Oxide I
ntegrity)が低下する。
【0010】従って、本発明の目的は、ポリシリコン膜
とチタンシリサイド膜が良好な界面粗さを持つようにす
るチタンポリサイドゲートの形成方法を提供することに
ある。
とチタンシリサイド膜が良好な界面粗さを持つようにす
るチタンポリサイドゲートの形成方法を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のチタンポリサイ
ドゲートの形成方法は、半導体基板上にゲート酸化膜と
ドープしたポリシリコン膜を順次形成する段階と、前記
ポリシリコン膜の表面に非晶質シリコン膜が形成される
ように、前記ポリシリコン膜の表面に不純物をイオン注
入する段階と、前記非晶質シリコン膜上に非晶質チタン
シリサイド膜を形成する段階と、前記非晶質チタンシリ
サイド膜が結晶質チタンシリサイド膜に、かつ前記非晶
質シリコン膜が結晶質シリコン膜に相転移するように、
前記非晶質チタンシリサイド膜及び前記非晶質シリコン
膜を熱処理する段階と、前記結晶質チタンシリサイド
膜、前記結晶質シリコン膜を含んだ前記ポリシリコン膜
及びゲート酸化膜をパターニングする段階とを含むこと
を特徴とする。
ドゲートの形成方法は、半導体基板上にゲート酸化膜と
ドープしたポリシリコン膜を順次形成する段階と、前記
ポリシリコン膜の表面に非晶質シリコン膜が形成される
ように、前記ポリシリコン膜の表面に不純物をイオン注
入する段階と、前記非晶質シリコン膜上に非晶質チタン
シリサイド膜を形成する段階と、前記非晶質チタンシリ
サイド膜が結晶質チタンシリサイド膜に、かつ前記非晶
質シリコン膜が結晶質シリコン膜に相転移するように、
前記非晶質チタンシリサイド膜及び前記非晶質シリコン
膜を熱処理する段階と、前記結晶質チタンシリサイド
膜、前記結晶質シリコン膜を含んだ前記ポリシリコン膜
及びゲート酸化膜をパターニングする段階とを含むこと
を特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる、チタンポ
リサイドゲートの形成方法の実施の形態の具体例を図面
を参照しながら説明する。図5乃至図8は、本発明の実
施例によるチタンポリサイドゲートの形成方法を説明す
るための断面図である。図5を参照すると、半導体基板
21を備え、ゲート酸化膜22は前記半導体基板21の
表面の熱酸化により形成される。リン(P)またはヒ素
(As)でドープしたポリシリコン膜23が前記ゲート
酸化膜22上に所定厚さに形成される。ゲルマニウム
(Ge)、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)のうちで
選択される一つの不純物24が、1014〜1015i
ons/cm2の濃度及び40〜70keVのエネルギ
ーで前記ポリシリコン膜23の表面にイオン注入される
ことで、前記ポリシリコン膜23が表面の非晶質化し、
それで前記ポリシリコン膜23の表面に非晶質シリコン
膜23aが形成される。
リサイドゲートの形成方法の実施の形態の具体例を図面
を参照しながら説明する。図5乃至図8は、本発明の実
施例によるチタンポリサイドゲートの形成方法を説明す
るための断面図である。図5を参照すると、半導体基板
21を備え、ゲート酸化膜22は前記半導体基板21の
表面の熱酸化により形成される。リン(P)またはヒ素
(As)でドープしたポリシリコン膜23が前記ゲート
酸化膜22上に所定厚さに形成される。ゲルマニウム
(Ge)、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)のうちで
選択される一つの不純物24が、1014〜1015i
ons/cm2の濃度及び40〜70keVのエネルギ
ーで前記ポリシリコン膜23の表面にイオン注入される
ことで、前記ポリシリコン膜23が表面の非晶質化し、
それで前記ポリシリコン膜23の表面に非晶質シリコン
膜23aが形成される。
【0013】図6を参照すると、チタンシリサイド膜2
5がTiSixターゲットを用いたPVD工程により前
記非晶質シリコン膜23a上に所定厚さに形成される。
前記チタンシリサイド膜25は非晶質状態である。
5がTiSixターゲットを用いたPVD工程により前
記非晶質シリコン膜23a上に所定厚さに形成される。
前記チタンシリサイド膜25は非晶質状態である。
【0014】図7を参照すると、700〜1000℃で
10〜30秒間の急速熱処理(Rapid Thermal Annealin
g)により、非晶質チタンシリサイド膜25が結晶質チ
タンシリサイド膜25aに相転移する。このとき、前記
非晶質シリコン膜23aも結晶質シリコン膜23bに相
転移する。
10〜30秒間の急速熱処理(Rapid Thermal Annealin
g)により、非晶質チタンシリサイド膜25が結晶質チ
タンシリサイド膜25aに相転移する。このとき、前記
非晶質シリコン膜23aも結晶質シリコン膜23bに相
転移する。
【0015】図8を参照すると、酸化膜または窒化膜か
らなるマスクパターン26が前記結晶質チタンシリサイ
ド膜25a上に形成され、前記結晶質チタンシリサイド
膜25a、結晶質シリコン膜23bを含んだポリシリコ
ン膜23及びゲート酸化膜22のエッチングにより、チ
タンポリサイドゲート30が形成される。
らなるマスクパターン26が前記結晶質チタンシリサイ
ド膜25a上に形成され、前記結晶質チタンシリサイド
膜25a、結晶質シリコン膜23bを含んだポリシリコ
ン膜23及びゲート酸化膜22のエッチングにより、チ
タンポリサイドゲート30が形成される。
【0016】前記工程にて形成されたチタンポリサイド
ゲート30において、前記結晶質シリコン膜23bは急
速熱処理により形成されるため、前記結晶質シリコン膜
23bの結晶粒は極小である。これは結晶粒が短時間に
速く成長するためである。よって、結晶質チタンシリサ
イド膜25aと接する前記結晶質シリコン膜23bは大
きな結晶粒の柱状構造ではない微細結晶構造を持つ。よ
って、ソース/ドレイン領域形成及び層間絶縁膜の平坦
化のための後続の熱工程を行っても、前記結晶質シリコ
ン膜23bの結晶粒を通した物質移動が少ないため、前
記結晶質チタンシリサイド膜25aと前記結晶質シリコ
ン膜23bの間の界面粗さは良好である。一方、結晶質
シリコン膜23bとポリシリコン膜23は良好な界面粗
さを有し、後続熱工程にあまり影響を受けない。
ゲート30において、前記結晶質シリコン膜23bは急
速熱処理により形成されるため、前記結晶質シリコン膜
23bの結晶粒は極小である。これは結晶粒が短時間に
速く成長するためである。よって、結晶質チタンシリサ
イド膜25aと接する前記結晶質シリコン膜23bは大
きな結晶粒の柱状構造ではない微細結晶構造を持つ。よ
って、ソース/ドレイン領域形成及び層間絶縁膜の平坦
化のための後続の熱工程を行っても、前記結晶質シリコ
ン膜23bの結晶粒を通した物質移動が少ないため、前
記結晶質チタンシリサイド膜25aと前記結晶質シリコ
ン膜23bの間の界面粗さは良好である。一方、結晶質
シリコン膜23bとポリシリコン膜23は良好な界面粗
さを有し、後続熱工程にあまり影響を受けない。
【0017】尚、本発明は、本実施例に限られるもので
はない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変
更実施することが可能である。
はない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変
更実施することが可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、非晶質チタンシリサイ
ド膜が結晶質チタンシリサイド膜に相転移し、かつ下部
に配置された非晶質シリコン膜が微細結晶粒の結晶質チ
タンシリサイド膜に相転移するので、前記結晶質チタン
シリサイド膜と結晶質シリコン膜の間の反応は、界面特
性の向上のために最小化することができる。よって、チ
タンポリサイドゲートの特性及び信頼性が確保され、高
集積素子の製造が可能となる。
ド膜が結晶質チタンシリサイド膜に相転移し、かつ下部
に配置された非晶質シリコン膜が微細結晶粒の結晶質チ
タンシリサイド膜に相転移するので、前記結晶質チタン
シリサイド膜と結晶質シリコン膜の間の反応は、界面特
性の向上のために最小化することができる。よって、チ
タンポリサイドゲートの特性及び信頼性が確保され、高
集積素子の製造が可能となる。
【図1】従来技術によるチタンポリサイドゲート形成方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図2】従来技術によるチタンポリサイドゲート形成方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図3】従来技術によるチタンポリサイドゲート形成方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図4】従来技術によって形成されたチタンポリサイド
ゲートの問題点を説明するための断面図である。
ゲートの問題点を説明するための断面図である。
【図5】本発明の実施例によるチタンポリサイドゲート
形成方法を説明するための断面図である。
形成方法を説明するための断面図である。
【図6】本発明の実施例によるチタンポリサイドゲート
形成方法を説明するための断面図である。
形成方法を説明するための断面図である。
【図7】本発明の実施例によるチタンポリサイドゲート
形成方法を説明するための断面図である。
形成方法を説明するための断面図である。
【図8】本発明の実施例によるチタンポリサイドゲート
形成方法を説明するための断面図である。
形成方法を説明するための断面図である。
21 半導体基板 22 ゲート酸化膜 23 ポリシリコン膜 23a 非晶質シリコン膜 23b 結晶質シリコン膜 24 不純物 25 非晶質チタンシリサイド膜 25a 結晶質チタンシリサイド膜 26 マスクパターン 30 チタンポリサイドゲート
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜とドープし
たポリシリコン膜を順次形成する段階と、 前記ポリシリコン膜の表面に非晶質シリコン膜が形成さ
れるように、前記ポリシリコン膜の表面に不純物をイオ
ン注入する段階と、 前記非晶質シリコン膜上に非晶質チタンシリサイド膜を
形成する段階と、 前記非晶質チタンシリサイド膜が結晶質チタンシリサイ
ド膜に、かつ前記非晶質シリコン膜が結晶質シリコン膜
に相転移するように、前記非晶質チタンシリサイド膜及
び前記非晶質シリコン膜を熱処理する段階と、 前記結晶質チタンシリサイド膜、前記結晶質シリコン膜
を含んだ前記ポリシリコン膜及びゲート酸化膜をパター
ニングする段階とを含むことを特徴とするチタンポリサ
イドゲートの形成方法。 - 【請求項2】 前記不純物は、ゲルマニウム(Ge)、ア
ンチモン(Sb)、ヒ素(As)のうちで選択される一つで
あることを特徴とする請求項1記載のチタンポリサイド
ゲートの形成方法。 - 【請求項3】 前記不純物は、1014〜1015io
ns/cm2の濃度及び40〜70keVのエネルギー
でイオン注入することを特徴とする請求項2記載のチタ
ンポリサイドゲートの形成方法。 - 【請求項4】 前記熱処理は、急速熱処理工程に行われ
ることを特徴とする請求項1記載のチタンポリサイドゲ
ートの形成方法。 - 【請求項5】 前記急速熱処理は、700〜1000℃
で10〜30秒間行われることを特徴とする請求項4記
載のチタンポリサイドゲートの形成方法。
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US5858831A (en) | 1998-02-27 | 1999-01-12 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Process for fabricating a high performance logic and embedded dram devices on a single semiconductor chip |
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-
1999
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- 1999-12-23 US US09/471,596 patent/US6284635B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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