JP2001250794A - 半導体装置および導電構造を形成するためのプロセス - Google Patents
半導体装置および導電構造を形成するためのプロセスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い信頼性および性能を有する半導体装置お
よび導電構造を実現する。 【解決手段】 半導体装置および導電構造が金属層を有
して形成される。一実施形態では、半導体装置はアモル
ファス金属層２２および結晶金属層４２を含む。アモル
ファス金属層２２はアモルファス金属層２２を通って汚
染物が浸透する可能性を低減する。抵抗率を相対的に低
く保つためアモルファス金属層２２の上により導電性の
結晶金属層４２を形成することができる。導電構造を形
成する場合、金属含有前駆物質ガスおよびスカベンジャ
ーガスが少なくとも一時点の間に同時に流れる。前記導
電構造はゲート電極の一部とすることができる。
よび導電構造を実現する。 【解決手段】 半導体装置および導電構造が金属層を有
して形成される。一実施形態では、半導体装置はアモル
ファス金属層２２および結晶金属層４２を含む。アモル
ファス金属層２２はアモルファス金属層２２を通って汚
染物が浸透する可能性を低減する。抵抗率を相対的に低
く保つためアモルファス金属層２２の上により導電性の
結晶金属層４２を形成することができる。導電構造を形
成する場合、金属含有前駆物質ガスおよびスカベンジャ
ーガスが少なくとも一時点の間に同時に流れる。前記導
電構造はゲート電極の一部とすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的には半導体装
置に関し、かつより特定的には半導体装置を形成するた
めのプロセスに関する。
置に関し、かつより特定的には半導体装置を形成するた
めのプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】より小さな半導体装置はより高い性能の
半導体トランジスタを作成するために新しい材料が使用
されることを要求する。中心となる２つの分野は高ｋ
（ｈｉｇｈ−ｋ）ゲート誘電体材料および金属ゲートを
使用することを含む。金属電極として使用するために中
バンドギャップ・レベル（Ｍｉｄ−ｂａｎｄ ｇａｐ
ｌｅｖｅｌ）の材料が研究されている。これらの金属ゲ
ートのために研究されている材料はチタン、タンタルお
よびタングステン化合物のような高融点金属（ｒｅｆｒ
ａｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌｓ）を含む。タングステンは
それが典型的には六フッ化タングステン（ＷＦ６）およ
び水素分子（Ｈ２）ガスの反応によって形成される点に
おいて問題を有する。該反応の間に、かなりの量のフッ
素が膜内に、該膜が被着される時に、導入される。ウェ
ハーがさらに処理されると、フッ素はタングステンを離
れかつゲート誘電体内に拡散することができる。ゲート
誘電体においては、フッ素はゲート誘電体の品質を低下
させかつその誘電率を低下させる可能性がある。高ｋの
ゲート誘電体が使用されるべき装置においては、フッ素
は高ｋゲート誘電体の効果を妨げることになる。さら
に、二酸化シリコンゲートが使用されても、前記膜の実
効誘電率は低減されかつゲート電極と下に横たわる半導
体基板との間の容量結合の量を低下させる。ＷＦ６およ
びＨ２の反応を使用することに伴う他の問題は、あまり
にも多くのフッ素が、形成されるトランジスタに対する
より高いリーケージ電流に加えて、酸化物層と金属層と
の間の接着問題を生じる可能性があることである。
半導体トランジスタを作成するために新しい材料が使用
されることを要求する。中心となる２つの分野は高ｋ
（ｈｉｇｈ−ｋ）ゲート誘電体材料および金属ゲートを
使用することを含む。金属電極として使用するために中
バンドギャップ・レベル（Ｍｉｄ−ｂａｎｄ ｇａｐ
ｌｅｖｅｌ）の材料が研究されている。これらの金属ゲ
ートのために研究されている材料はチタン、タンタルお
よびタングステン化合物のような高融点金属（ｒｅｆｒ
ａｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌｓ）を含む。タングステンは
それが典型的には六フッ化タングステン（ＷＦ６）およ
び水素分子（Ｈ２）ガスの反応によって形成される点に
おいて問題を有する。該反応の間に、かなりの量のフッ
素が膜内に、該膜が被着される時に、導入される。ウェ
ハーがさらに処理されると、フッ素はタングステンを離
れかつゲート誘電体内に拡散することができる。ゲート
誘電体においては、フッ素はゲート誘電体の品質を低下
させかつその誘電率を低下させる可能性がある。高ｋの
ゲート誘電体が使用されるべき装置においては、フッ素
は高ｋゲート誘電体の効果を妨げることになる。さら
に、二酸化シリコンゲートが使用されても、前記膜の実
効誘電率は低減されかつゲート電極と下に横たわる半導
体基板との間の容量結合の量を低下させる。ＷＦ６およ
びＨ２の反応を使用することに伴う他の問題は、あまり
にも多くのフッ素が、形成されるトランジスタに対する
より高いリーケージ電流に加えて、酸化物層と金属層と
の間の接着問題を生じる可能性があることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】いくつかの高融点金属
窒化物の使用は、それら自体により、前記フッ素の浸透
を阻止するには不十分である可能性がある。例えば、も
し典型的な窒化チタン層が伝統的に形成されるタングス
テン層によって覆われれば、フッ素は依然としてその後
のアニール工程の間に窒化チタンを通って浸透し同様の
問題を生じる可能性がある。
窒化物の使用は、それら自体により、前記フッ素の浸透
を阻止するには不十分である可能性がある。例えば、も
し典型的な窒化チタン層が伝統的に形成されるタングス
テン層によって覆われれば、フッ素は依然としてその後
のアニール工程の間に窒化チタンを通って浸透し同様の
問題を生じる可能性がある。
【０００４】金属ゲート材料の物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）は
良好な解決方法でない可能性がある。物理蒸着の間に、
典型的には、プラズマが発生される。スパッタリングプ
ロセスの間に、ゲート誘電体は損傷されあるいは実際に
ゲート誘電体のいくらかが除去される可能性がある。し
たがって、金属ゲートに対するＰＶＤは典型的には好ま
しくない。カルボニル源（ｃａｒｂｏｎｙｌ ｓｏｕｒ
ｃｅ）（例えば、Ｗ（ＣＯ）６）からの化学蒸着はカー
ボンの汚染による問題を有する。
ａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）は
良好な解決方法でない可能性がある。物理蒸着の間に、
典型的には、プラズマが発生される。スパッタリングプ
ロセスの間に、ゲート誘電体は損傷されあるいは実際に
ゲート誘電体のいくらかが除去される可能性がある。し
たがって、金属ゲートに対するＰＶＤは典型的には好ま
しくない。カルボニル源（ｃａｒｂｏｎｙｌ ｓｏｕｒ
ｃｅ）（例えば、Ｗ（ＣＯ）６）からの化学蒸着はカー
ボンの汚染による問題を有する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、半導体装置を形成するためのプロセスが提供され、
該プロセスは、半導体基板（１０）の上に絶縁層（１
４）を形成する段階、前記絶縁層（１４）の上にアモル
ファス金属含有層（２２）を形成する段階、および前記
アモルファス金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層
（４２）を形成する段階、を具備することを特徴とす
る。
ば、半導体装置を形成するためのプロセスが提供され、
該プロセスは、半導体基板（１０）の上に絶縁層（１
４）を形成する段階、前記絶縁層（１４）の上にアモル
ファス金属含有層（２２）を形成する段階、および前記
アモルファス金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層
（４２）を形成する段階、を具備することを特徴とす
る。
【０００６】本発明の別の態様によれば、半導体装置を
形成するためのプロセスが提供され、該プロセスは、半
導体基板（１０）の上にゲート誘電体層（１４）を形成
する段階、前記ゲート誘電体層（１４）の上にアモルフ
ァス金属含有層（２２）を形成する段階、および前記ア
モルファス金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層
（４２）を形成する段階であって、前記アモルファス金
属含有層（２２）および前記結晶金属含有層（４２）の
組み合わせはゲート電極の一部を形成する前記段階、を
具備することを特徴とする。
形成するためのプロセスが提供され、該プロセスは、半
導体基板（１０）の上にゲート誘電体層（１４）を形成
する段階、前記ゲート誘電体層（１４）の上にアモルフ
ァス金属含有層（２２）を形成する段階、および前記ア
モルファス金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層
（４２）を形成する段階であって、前記アモルファス金
属含有層（２２）および前記結晶金属含有層（４２）の
組み合わせはゲート電極の一部を形成する前記段階、を
具備することを特徴とする。
【０００７】本発明のさらに別の態様によれば、半導体
装置のゲート電極を形成するためのプロセスが提供さ
れ、該プロセスは、半導体基板（１０）の上にゲート誘
電体層（１４）を形成する段階、前記ゲート誘電体層
（１４）の上にアモルファス金属含有層（２２）を形成
する段階であって、前記アモルファス金属含有層（２
２）は六フッ化タングステンの前駆物質ガスおよびシラ
ンの前駆物質ガスを使用して形成され、かつ六フッ化タ
ングステンに対するシランのガス流量比はほぼ３：１よ
り小さい前記段階、および前記アモルファス金属含有層
（２２）の上に結晶金属含有層（４２）を形成する段階
であって、前記結晶金属含有層はタングステンを含む前
記段階、を具備することを特徴とする。
装置のゲート電極を形成するためのプロセスが提供さ
れ、該プロセスは、半導体基板（１０）の上にゲート誘
電体層（１４）を形成する段階、前記ゲート誘電体層
（１４）の上にアモルファス金属含有層（２２）を形成
する段階であって、前記アモルファス金属含有層（２
２）は六フッ化タングステンの前駆物質ガスおよびシラ
ンの前駆物質ガスを使用して形成され、かつ六フッ化タ
ングステンに対するシランのガス流量比はほぼ３：１よ
り小さい前記段階、および前記アモルファス金属含有層
（２２）の上に結晶金属含有層（４２）を形成する段階
であって、前記結晶金属含有層はタングステンを含む前
記段階、を具備することを特徴とする。
【０００８】本発明のさらに別の態様によれば、導電構
造を形成するためのプロセスが提供され、該プロセス
は、金属含有前駆物質ガスを流す段階、およびスカベン
ジャーガスを流す段階、を具備し、前記金属含有前駆物
質ガスおよび前記スカベンジャーガスは少なくとも一時
点の間に同時に流れ、アモルファス金属含有層（２２）
が形成されかつ前記アモルファス金属含有層（２２）は
前記スカベンジャーガス内のいずれかの元素をほぼ１０
パーセントより少なく含む、ことを特徴とする。
造を形成するためのプロセスが提供され、該プロセス
は、金属含有前駆物質ガスを流す段階、およびスカベン
ジャーガスを流す段階、を具備し、前記金属含有前駆物
質ガスおよび前記スカベンジャーガスは少なくとも一時
点の間に同時に流れ、アモルファス金属含有層（２２）
が形成されかつ前記アモルファス金属含有層（２２）は
前記スカベンジャーガス内のいずれかの元素をほぼ１０
パーセントより少なく含む、ことを特徴とする。
【０００９】本発明のさらに別の態様によれば、導電構
造を形成するためのプロセスが提供され、該プロセス
は、金属含有前駆物質ガスを流す段階であって、該金属
含有前駆物質ガスは高融点金属元素、ハロゲン原子、お
よび炭素原子の内の少なくとも１つを含む前記段階、お
よびスカベンジャーガスを流す段階であって、該スカベ
ンジャーガスは半導性元素、窒素および酸素の内の少な
くとも１つを含む前記段階、を具備し、前記金属含有前
駆物質ガスおよび前記スカベンジャーガスは少なくとも
一時点の間に同時に流れ、アモルファス金属含有層（２
２）が形成されかつ前記アモルファス金属含有層（２
２）は前記スカベンジャーガス内のいずれかの元素をほ
ぼ１０パーセントより少なく含む、ことを特徴とする。
造を形成するためのプロセスが提供され、該プロセス
は、金属含有前駆物質ガスを流す段階であって、該金属
含有前駆物質ガスは高融点金属元素、ハロゲン原子、お
よび炭素原子の内の少なくとも１つを含む前記段階、お
よびスカベンジャーガスを流す段階であって、該スカベ
ンジャーガスは半導性元素、窒素および酸素の内の少な
くとも１つを含む前記段階、を具備し、前記金属含有前
駆物質ガスおよび前記スカベンジャーガスは少なくとも
一時点の間に同時に流れ、アモルファス金属含有層（２
２）が形成されかつ前記アモルファス金属含有層（２
２）は前記スカベンジャーガス内のいずれかの元素をほ
ぼ１０パーセントより少なく含む、ことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態につき説明する。本発明は実例によって説明され、
同様の要素を示すために同じ参照数字が使用されている
添付の図面によっては制限されない。また、当業者は図
面における各要素は簡略化されかつ明瞭になるよう図示
されており、必ずしも比例した尺度で描かれていないこ
とを理解するであろう。例えば、図面におけるいくつか
の要素の寸法は他の要素に対して誇張されており本発明
の実施形態の理解を容易にしている。
形態につき説明する。本発明は実例によって説明され、
同様の要素を示すために同じ参照数字が使用されている
添付の図面によっては制限されない。また、当業者は図
面における各要素は簡略化されかつ明瞭になるよう図示
されており、必ずしも比例した尺度で描かれていないこ
とを理解するであろう。例えば、図面におけるいくつか
の要素の寸法は他の要素に対して誇張されており本発明
の実施形態の理解を容易にしている。
【００１１】本発明においては、半導体装置および導電
構造が金属層を備えて形成できる。一実施形態では、半
導体装置はアモルファス金属層および結晶金属層を含
む。前記アモルファス金属層は前記アモルファス金属層
を通って汚染物が浸透する可能性を低減することを助け
る。前記アモルファス金属層の上により導電性の結晶金
属層が形成され抵抗率を比較的低く保つことを助けるこ
とができる。導電構造を形成する場合、金属含有ガスお
よびスカベンジャー・ガス（ｓｃａｖｅｎｇｅｒｇａ
ｓ）が少なくとも一時点の間に同時に流れる。前記導電
構造はゲート電極の一部とすることができる。本発明は
添付の特許請求の範囲によって規定されかつ以下の実施
形態の説明からよりよく理解できる。
構造が金属層を備えて形成できる。一実施形態では、半
導体装置はアモルファス金属層および結晶金属層を含
む。前記アモルファス金属層は前記アモルファス金属層
を通って汚染物が浸透する可能性を低減することを助け
る。前記アモルファス金属層の上により導電性の結晶金
属層が形成され抵抗率を比較的低く保つことを助けるこ
とができる。導電構造を形成する場合、金属含有ガスお
よびスカベンジャー・ガス（ｓｃａｖｅｎｇｅｒｇａ
ｓ）が少なくとも一時点の間に同時に流れる。前記導電
構造はゲート電極の一部とすることができる。本発明は
添付の特許請求の範囲によって規定されかつ以下の実施
形態の説明からよりよく理解できる。
【００１２】図１は、半導体装置基板１０の一部の断面
図である。本明細書において使用されている、半導体装
置基板は、単結晶半導体ウェハー、セミコンダクタ・オ
ン・インシュレータ・ウェハー、化合物半導体ウェハー
（例えば、シリコン−ゲルマニウム・ウェハー、シリコ
ン−ゲルマニウム−カーボン・ウェハー）、または半導
体装置を形成するために使用される任意の他の基板を含
む。フィールドアイソレーション領域１２が前記基板１
０内に形成される。ゲート誘電体層１４が次に前記基板
１０の上に形成される。この特定の実施形態において
は、ゲート誘電体層１４は二酸化シリコン、窒化シリコ
ン、シリコン・オキシナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）その他を含む伝統的なゲート誘
電体材料を含むことができ、あるいは二酸化チタン、五
酸化タンタル、ストロンチウムチタニウムオキサイド
（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄ
ｅ）または他の高ｋゲート誘電体材料を含むことができ
る。本明細書の説明のために、高ｋゲート誘電体は少な
くともほぼ１０の誘電率を有する材料とされる。
図である。本明細書において使用されている、半導体装
置基板は、単結晶半導体ウェハー、セミコンダクタ・オ
ン・インシュレータ・ウェハー、化合物半導体ウェハー
（例えば、シリコン−ゲルマニウム・ウェハー、シリコ
ン−ゲルマニウム−カーボン・ウェハー）、または半導
体装置を形成するために使用される任意の他の基板を含
む。フィールドアイソレーション領域１２が前記基板１
０内に形成される。ゲート誘電体層１４が次に前記基板
１０の上に形成される。この特定の実施形態において
は、ゲート誘電体層１４は二酸化シリコン、窒化シリコ
ン、シリコン・オキシナイトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ
ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）その他を含む伝統的なゲート誘
電体材料を含むことができ、あるいは二酸化チタン、五
酸化タンタル、ストロンチウムチタニウムオキサイド
（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄ
ｅ）または他の高ｋゲート誘電体材料を含むことができ
る。本明細書の説明のために、高ｋゲート誘電体は少な
くともほぼ１０の誘電率を有する材料とされる。
【００１３】アモルファス金属層２２が次に、図２に示
されるように、前記ゲート誘電体層１４の上に形成され
る。この被着またはデポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）の間に、少なくとも２つのガスが使用される。一方
のガスは金属元素を含みかつ他方のガスは半導性元素を
含む。ここで使用されている、半導性元素（ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）はシリコン、ゲ
ルマニウム、その他を含むＩＶＡ族元素の内の任意のも
のを含む。前記第１のガスはタングステン含有、チタン
含有、またはタンタル含有化合物を含むことができる。
例として、金属ハロゲン化物（ｍｅｔａｌ ｈａｌｉｄ
ｅｓ）（例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、四
塩化チタン（ＴｉＣｌ４）その他）、タングステン・カ
ルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、タンタル含有化合物および
典型的にはタングステン、チタン、タンタル、ハフニウ
ム、ジルコニウム、アルミニウムその他を含む種々の金
属有機化合物がある。前記金属ゲートはこれら特定の金
属に限定されるものではない。しかしながら、典型的に
は高融点金属が使用され、それはそれらが他の金属と比
較して比較的高い温度にさらすことができるためであ
る。
されるように、前記ゲート誘電体層１４の上に形成され
る。この被着またはデポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）の間に、少なくとも２つのガスが使用される。一方
のガスは金属元素を含みかつ他方のガスは半導性元素を
含む。ここで使用されている、半導性元素（ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）はシリコン、ゲ
ルマニウム、その他を含むＩＶＡ族元素の内の任意のも
のを含む。前記第１のガスはタングステン含有、チタン
含有、またはタンタル含有化合物を含むことができる。
例として、金属ハロゲン化物（ｍｅｔａｌ ｈａｌｉｄ
ｅｓ）（例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、四
塩化チタン（ＴｉＣｌ４）その他）、タングステン・カ
ルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、タンタル含有化合物および
典型的にはタングステン、チタン、タンタル、ハフニウ
ム、ジルコニウム、アルミニウムその他を含む種々の金
属有機化合物がある。前記金属ゲートはこれら特定の金
属に限定されるものではない。しかしながら、典型的に
は高融点金属が使用され、それはそれらが他の金属と比
較して比較的高い温度にさらすことができるためであ
る。
【００１４】前記第２のガスは典型的には「スカベンジ
ング（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）」ガスまたはスカベンジ
ャーガスを含む。スカベンジングガスまたは純化ガスは
金属原子（単数または複数）に付着した原子団または基
（ｇｒｏｕｐｓ）を中性化するのを助ける。例えば、も
し前記金属原子に付着した基がハロゲン化物（Ｆ，Ｃ
ｌ，ＢｒまたはＩ）であれば、前記スカベンジングガス
は典型的には半導性元素または窒素を含む。これらの例
は、シラン、ジクロロシラン、種々のクロロシラン、ジ
シラン、ゲルマン（ｇｅｒｍａｎｅ）および種々の他の
ゲルマニウム含有またはシリコン含有化合物を含む。も
し前記金属原子（単数または複数）に付着した基が有機
物（例えば、カルボニル基）であれば、前記スカベンジ
ングガスは典型的には酸素を含む。前記スカベンジング
ガスは金属原子に有機物基が付着する場合には半導性元
素または窒素を含むことができる。したがって、半導性
元素、窒素および酸素のほぼ任意の組み合わせを前記ス
カベンジングガス内で使用することができる。
ング（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）」ガスまたはスカベンジ
ャーガスを含む。スカベンジングガスまたは純化ガスは
金属原子（単数または複数）に付着した原子団または基
（ｇｒｏｕｐｓ）を中性化するのを助ける。例えば、も
し前記金属原子に付着した基がハロゲン化物（Ｆ，Ｃ
ｌ，ＢｒまたはＩ）であれば、前記スカベンジングガス
は典型的には半導性元素または窒素を含む。これらの例
は、シラン、ジクロロシラン、種々のクロロシラン、ジ
シラン、ゲルマン（ｇｅｒｍａｎｅ）および種々の他の
ゲルマニウム含有またはシリコン含有化合物を含む。も
し前記金属原子（単数または複数）に付着した基が有機
物（例えば、カルボニル基）であれば、前記スカベンジ
ングガスは典型的には酸素を含む。前記スカベンジング
ガスは金属原子に有機物基が付着する場合には半導性元
素または窒素を含むことができる。したがって、半導性
元素、窒素および酸素のほぼ任意の組み合わせを前記ス
カベンジングガス内で使用することができる。
【００１５】前記アモルファス金属層２２の形成の間に
おいて、金属プレカーサまたは前駆物質（ｐｒｅｃｕｒ
ｓｏｒ）はスカベンジングガスから元素を多く導入する
ことなしにアモルファス金属層を形成するためのもので
ある。もしあまりにも多くの半導性元素が膜内に導入さ
れると、それはシリサイド層を形成し、これは２つの害
を与える可能性がある。１つはシリコンが金属酸化物ゲ
ート誘電体内の酸素と反応して前記金属酸化物の一部を
シリコン酸化物に変える可能性が高くなることである。
これは誘電体材料の誘電率を低下させるので望ましくな
い。明らかに、もしゲート誘電体層がシリコン含有化合
物のみを含んでいれば、これは問題にはならないであろ
う。しかしながら、ゲート誘電体材料にかかわりなく、
もしあまりにも多くのシリコンが存在すれば、タングス
テンシリサイド層が生じる結果となりかつタングステン
よりほぼ１０倍高い抵抗率を有することになる。したが
って、十分な半導体ガスが加えられて対応するシリサイ
ド層の形成なしに前記金属層がアモルファス状態におい
て形成できるようにする。
おいて、金属プレカーサまたは前駆物質（ｐｒｅｃｕｒ
ｓｏｒ）はスカベンジングガスから元素を多く導入する
ことなしにアモルファス金属層を形成するためのもので
ある。もしあまりにも多くの半導性元素が膜内に導入さ
れると、それはシリサイド層を形成し、これは２つの害
を与える可能性がある。１つはシリコンが金属酸化物ゲ
ート誘電体内の酸素と反応して前記金属酸化物の一部を
シリコン酸化物に変える可能性が高くなることである。
これは誘電体材料の誘電率を低下させるので望ましくな
い。明らかに、もしゲート誘電体層がシリコン含有化合
物のみを含んでいれば、これは問題にはならないであろ
う。しかしながら、ゲート誘電体材料にかかわりなく、
もしあまりにも多くのシリコンが存在すれば、タングス
テンシリサイド層が生じる結果となりかつタングステン
よりほぼ１０倍高い抵抗率を有することになる。したが
って、十分な半導体ガスが加えられて対応するシリサイ
ド層の形成なしに前記金属層がアモルファス状態におい
て形成できるようにする。
【００１６】酸素含有ガスを使用する場合にも同様の推
論ができる。もしＷ（ＣＯ６）がアモルファス金属層２
２のために使用されれば、カルボニル基を酸化するため
に十分な酸素が加えられるが、あまりにも多くの酸素が
タングステンに導入されまたはタングステンを酸化する
ほど多くはされない。スカベンジングガス内の原子にか
かわらず、アモルファス金属層２２はスカベンジングガ
ス内のいずれの元素もほぼ１０重量パーセントより多く
有するべきではない。典型的には、それはスカベンジン
グガス内の任意の元素をほぼ１重量パーセントより少な
く有するであろう。
論ができる。もしＷ（ＣＯ６）がアモルファス金属層２
２のために使用されれば、カルボニル基を酸化するため
に十分な酸素が加えられるが、あまりにも多くの酸素が
タングステンに導入されまたはタングステンを酸化する
ほど多くはされない。スカベンジングガス内の原子にか
かわらず、アモルファス金属層２２はスカベンジングガ
ス内のいずれの元素もほぼ１０重量パーセントより多く
有するべきではない。典型的には、それはスカベンジン
グガス内の任意の元素をほぼ１重量パーセントより少な
く有するであろう。
【００１７】１つの特定の例では、前記アモルファス金
属層２２はＷＦ６およびシラン（ＳｉＨ４）を使用して
形成できる。前記ガス内の金属原子に対する半導性原子
の比率はほぼ３：１より大きくないようにすべきであ
る。すなわち、例えば、半導性元素材料の３つより多く
ない原子に対してタングステンの原子１つとなる。典型
的には、前記比率は金属原子１つ当たり少なくとも１．
５の半導性原子となる。相対ガス流量（ｆｌｏｗ ｒａ
ｔｅｓ）は種々のガス内にどれだけ多くの半導性または
金属原子があるかによって影響される。例えば、もし六
フッ化タングステンおよびシランが使用されれば、シラ
ンは六フッ化タングステンの流量よりもほぼ２．５倍高
い流量で流れることができる。しかしながら、もしジシ
ランが使用されれば、ジシランの流量はほぼ六フッ化タ
ングステンの流量よりも１．２５倍高くなり、それはジ
シランはジシランの分子ごとに２つのシリコン原子を有
するからである。
属層２２はＷＦ６およびシラン（ＳｉＨ４）を使用して
形成できる。前記ガス内の金属原子に対する半導性原子
の比率はほぼ３：１より大きくないようにすべきであ
る。すなわち、例えば、半導性元素材料の３つより多く
ない原子に対してタングステンの原子１つとなる。典型
的には、前記比率は金属原子１つ当たり少なくとも１．
５の半導性原子となる。相対ガス流量（ｆｌｏｗ ｒａ
ｔｅｓ）は種々のガス内にどれだけ多くの半導性または
金属原子があるかによって影響される。例えば、もし六
フッ化タングステンおよびシランが使用されれば、シラ
ンは六フッ化タングステンの流量よりもほぼ２．５倍高
い流量で流れることができる。しかしながら、もしジシ
ランが使用されれば、ジシランの流量はほぼ六フッ化タ
ングステンの流量よりも１．２５倍高くなり、それはジ
シランはジシランの分子ごとに２つのシリコン原子を有
するからである。
【００１８】アモルファス金属層を形成するために使用
される実際の動作条件は使用される反応装置に依存す
る。例えば、アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン
タ・クララの、アプライド・マテリアルズ・インコーポ
レイテッド（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎ
ｃ．）からの装置（ｔｏｏｌ）上のセンチュラ（Ｃｅｎ
ｔｕｒａＴＭ）チェンバであれば、前記金属含有種（ｍ
ｅｔａｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）の
ガス流量は典型的にはほぼ毎分１００標準立方センチメ
ートル（ｓｃｃｍ）より高くない。前記反応装置の圧力
は典型的にはほぼ１０トール（ｔｏｒｒ）より高くな
く、かつ被着または堆積温度は典型的にはほぼセ氏３０
０〜６００度の範囲である。より典型的には、前記被着
の温度はほぼセ氏３５０〜４００度の範囲にある。アモ
ルファス金属層２２を直接ゲート誘電体層１４の上に形
成する場合、典型的にはプラズマは使用されず、それは
下に横たわるゲート誘電体層１４の一部を除去しまたは
損傷する可能性があるためである。しかしながら、もし
アモルファス金属層２２が厚い絶縁層の上にまたは他の
金属含有層の上に形成されれば、プラズマを使用するこ
とができる。もしプラズマが使用されれば、電力は直径
２００ミリメートルの基板に対してほぼ２００〜５００
ワットの範囲とすることができる。前記電力は部分的に
は処理されている基板の表面積に依存する。しかしなが
ら、当業者は適切な基板寸法に対してどのようにプラズ
マ電力を調整するかは理解するであろう。
される実際の動作条件は使用される反応装置に依存す
る。例えば、アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン
タ・クララの、アプライド・マテリアルズ・インコーポ
レイテッド（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎ
ｃ．）からの装置（ｔｏｏｌ）上のセンチュラ（Ｃｅｎ
ｔｕｒａＴＭ）チェンバであれば、前記金属含有種（ｍ
ｅｔａｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）の
ガス流量は典型的にはほぼ毎分１００標準立方センチメ
ートル（ｓｃｃｍ）より高くない。前記反応装置の圧力
は典型的にはほぼ１０トール（ｔｏｒｒ）より高くな
く、かつ被着または堆積温度は典型的にはほぼセ氏３０
０〜６００度の範囲である。より典型的には、前記被着
の温度はほぼセ氏３５０〜４００度の範囲にある。アモ
ルファス金属層２２を直接ゲート誘電体層１４の上に形
成する場合、典型的にはプラズマは使用されず、それは
下に横たわるゲート誘電体層１４の一部を除去しまたは
損傷する可能性があるためである。しかしながら、もし
アモルファス金属層２２が厚い絶縁層の上にまたは他の
金属含有層の上に形成されれば、プラズマを使用するこ
とができる。もしプラズマが使用されれば、電力は直径
２００ミリメートルの基板に対してほぼ２００〜５００
ワットの範囲とすることができる。前記電力は部分的に
は処理されている基板の表面積に依存する。しかしなが
ら、当業者は適切な基板寸法に対してどのようにプラズ
マ電力を調整するかは理解するであろう。
【００１９】もし前記アモルファス金属層が窒化タング
ステン（ＷＮ）のような高融点金属窒化物であれば、窒
素含有ガスが典型的には使用される。例えば、窒化タン
グステンの形成を助けるため窒素分子（Ｎ２）が六フッ
化タングステンおよびシランと共に導入される。必ずし
も必要なものではないが、当業者はアンモニアガス（Ｎ
Ｈ３）を用いることを避けることを望むかもしれず、そ
の理由はこれが反応の間にアンモニウム塩を形成する可
能性があるためである。亜酸化窒素（ｎｉｔｒｏｕｓ
ｏｘｉｄｅ：Ｎ２Ｏ）または酸化窒素（ｎｉｔｒｉｃ
ｏｘｉｄｅ：ＮＯ）を含む他の窒素含有ガスも使用でき
るであろう。さらに他の例では、アモルファスＴｉＮ層
はＴｉＣｌ４，Ｎ２およびＳｉＨ４を使用して形成でき
る。
ステン（ＷＮ）のような高融点金属窒化物であれば、窒
素含有ガスが典型的には使用される。例えば、窒化タン
グステンの形成を助けるため窒素分子（Ｎ２）が六フッ
化タングステンおよびシランと共に導入される。必ずし
も必要なものではないが、当業者はアンモニアガス（Ｎ
Ｈ３）を用いることを避けることを望むかもしれず、そ
の理由はこれが反応の間にアンモニウム塩を形成する可
能性があるためである。亜酸化窒素（ｎｉｔｒｏｕｓ
ｏｘｉｄｅ：Ｎ２Ｏ）または酸化窒素（ｎｉｔｒｉｃ
ｏｘｉｄｅ：ＮＯ）を含む他の窒素含有ガスも使用でき
るであろう。さらに他の例では、アモルファスＴｉＮ層
はＴｉＣｌ４，Ｎ２およびＳｉＨ４を使用して形成でき
る。
【００２０】前記アモルファス金属層２２は複数の異な
る膜を含むことができる。例えば、アモルファスＴｉＮ
膜はトランジスタの仕事関数を確立または規定すること
ができかつアモルファスタングステン膜によって覆うこ
とができる。前記アモルファス金属層２２の合計の厚さ
は一般にほぼ２〜２０ナノメートルの範囲内にある。
る膜を含むことができる。例えば、アモルファスＴｉＮ
膜はトランジスタの仕事関数を確立または規定すること
ができかつアモルファスタングステン膜によって覆うこ
とができる。前記アモルファス金属層２２の合計の厚さ
は一般にほぼ２〜２０ナノメートルの範囲内にある。
【００２１】前記アモルファス金属層２２を形成した後
に、それは図３に示される表面２４を有する。図３は該
表面の走査電子顕微鏡の分析結果を示している。層２２
は本質的にアモルファスまたは非晶質であるから、該層
は比較的なめらかな表面を有することが分かる。層２２
はアモルファスと称されるが、いくらかのナノ結晶（ｎ
ａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）が形成される可能性があり、
それでも該層の支配的な特性は依然としてそれが本質的
にアモルファス層としてふるまうものとなる。
に、それは図３に示される表面２４を有する。図３は該
表面の走査電子顕微鏡の分析結果を示している。層２２
は本質的にアモルファスまたは非晶質であるから、該層
は比較的なめらかな表面を有することが分かる。層２２
はアモルファスと称されるが、いくらかのナノ結晶（ｎ
ａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）が形成される可能性があり、
それでも該層の支配的な特性は依然としてそれが本質的
にアモルファス層としてふるまうものとなる。
【００２２】処理は、図４に示されるようにゲート積層
体（ｇａｔｅ ｓｔａｃｋ）の一部である他の層を被着
することで続けられる。伝統的な多結晶金属層４２が次
に前記アモルファス金属層２２の上に形成される。この
特定の実施形態では、前記結晶金属層はタングステンで
ありこれは六フッ化タングステンと水素を使用した反応
によって形成される。下に横たわる層の形成とは異な
り、シリコン含有または他の半導性元素を含むガスはそ
の形成において使用されない。形成される層の厚さは装
置に対する電気的要求および他の幾何学的要求によって
決定される。典型的には、層４２の厚さは通常ほぼ２０
〜１５０ナノメートルの範囲にある。結晶金属層４２は
図５において概略的に示される表面４４を有している。
層４２は構造上実質的に結晶であるから、その表面は図
３に見られるものよりも荒い。
体（ｇａｔｅ ｓｔａｃｋ）の一部である他の層を被着
することで続けられる。伝統的な多結晶金属層４２が次
に前記アモルファス金属層２２の上に形成される。この
特定の実施形態では、前記結晶金属層はタングステンで
ありこれは六フッ化タングステンと水素を使用した反応
によって形成される。下に横たわる層の形成とは異な
り、シリコン含有または他の半導性元素を含むガスはそ
の形成において使用されない。形成される層の厚さは装
置に対する電気的要求および他の幾何学的要求によって
決定される。典型的には、層４２の厚さは通常ほぼ２０
〜１５０ナノメートルの範囲にある。結晶金属層４２は
図５において概略的に示される表面４４を有している。
層４２は構造上実質的に結晶であるから、その表面は図
３に見られるものよりも荒い。
【００２３】層４２を形成した後、反射防止層（ａｎｔ
ｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）４６が次に、
図４に示されるように、面４４上に形成される。反射防
止層４６は典型的には絶縁体でありかつ窒化シリコン、
シリコンリッチ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｒｉｃｈ）窒化シリ
コン、あるいはもしそれが導体であれば、それは窒化チ
タン、チタンリッチ（ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｒｉｃｈ）窒
化チタン、その他を含むことができる。２つの層２２お
よび４２の間の特性は前記アモルファス金属層が少なく
ともほぼ３００マイクロオーム・センチメートルである
抵抗率を持つことができるものである。結晶金属層４２
はアモルファス金属層２２よりもかなり低い抵抗率を有
する。例えば、結晶金属層４２はほぼ１０マイクロオー
ム・センチメートルの抵抗率を持つことができる。これ
らはタングステンに関して特定的に説明されているが、
もし他の材料が使用されれば同様の抵抗率比を見ること
ができる。さらに、結晶金属層４２を形成する場合、ア
モルファス金属層２２は金属結晶層４２の拡散率より少
なくともほぼ１０倍低いフッ素拡散率を持つであろう。
または、金属結晶層４２はアモルファス金属層２２の拡
散率より少なくともほぼ１０倍高いフッ素拡散率を持つ
であろう。他のハロゲン、ホウ素、炭素その他によって
も同様の効果をみることができる。
ｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）４６が次に、
図４に示されるように、面４４上に形成される。反射防
止層４６は典型的には絶縁体でありかつ窒化シリコン、
シリコンリッチ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｒｉｃｈ）窒化シリ
コン、あるいはもしそれが導体であれば、それは窒化チ
タン、チタンリッチ（ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｒｉｃｈ）窒
化チタン、その他を含むことができる。２つの層２２お
よび４２の間の特性は前記アモルファス金属層が少なく
ともほぼ３００マイクロオーム・センチメートルである
抵抗率を持つことができるものである。結晶金属層４２
はアモルファス金属層２２よりもかなり低い抵抗率を有
する。例えば、結晶金属層４２はほぼ１０マイクロオー
ム・センチメートルの抵抗率を持つことができる。これ
らはタングステンに関して特定的に説明されているが、
もし他の材料が使用されれば同様の抵抗率比を見ること
ができる。さらに、結晶金属層４２を形成する場合、ア
モルファス金属層２２は金属結晶層４２の拡散率より少
なくともほぼ１０倍低いフッ素拡散率を持つであろう。
または、金属結晶層４２はアモルファス金属層２２の拡
散率より少なくともほぼ１０倍高いフッ素拡散率を持つ
であろう。他のハロゲン、ホウ素、炭素その他によって
も同様の効果をみることができる。
【００２４】前記各層を形成した後、前記各層は次にパ
ターニングされて図６に示されるようにゲート積層体
（ｇａｔｅ ｓｔａｃｋ）６０を形成する。このエッチ
ングは層２２，４２および４６を通って延びる。側壁ス
ペーサ６２がゲート積層体６０の縦方向のまたは垂直の
エッジに隣接して形成される。半導体基板内にドーピン
グされた領域６４が形成されかつ典型的にはスペーサ６
２の形成の前に、後に、または前と後の双方に形成され
る。ドーピングされた領域６４は典型的には立方センチ
メートル当たり少なくとも１Ｅ１９原子のドーピング濃
度を有し図６に示されるようにトランジスタのためのソ
ースおよびドレイン領域となるドーピングされた領域に
対してオーミック・コンタクトが形成できるようにす
る。
ターニングされて図６に示されるようにゲート積層体
（ｇａｔｅ ｓｔａｃｋ）６０を形成する。このエッチ
ングは層２２，４２および４６を通って延びる。側壁ス
ペーサ６２がゲート積層体６０の縦方向のまたは垂直の
エッジに隣接して形成される。半導体基板内にドーピン
グされた領域６４が形成されかつ典型的にはスペーサ６
２の形成の前に、後に、または前と後の双方に形成され
る。ドーピングされた領域６４は典型的には立方センチ
メートル当たり少なくとも１Ｅ１９原子のドーピング濃
度を有し図６に示されるようにトランジスタのためのソ
ースおよびドレイン領域となるドーピングされた領域に
対してオーミック・コンタクトが形成できるようにす
る。
【００２５】処理は図７に示されるように続けられる。
第１の層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ：ＩＬＤ）層７２がゲート構造およびゲート
基板の上に形成される。第１のＩＬＤ層は、酸化物、窒
化物、オキシナイトライド、低ｋ、または他の材料のよ
うな、絶縁材料の１つまたはそれ以上の層を含むことが
できる。第１のＩＬＤ層７２はパターニングされてコン
タクト開口７４を規定する。コンタクトプラグ構造が次
に該開口内に形成されかつ接着／障壁膜（ａｄｈｅｓｉ
ｏｎ／ｂａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）７６および導電性充
填材料７８を含む。１つの特定の実施形態では、前記接
着／障壁層はチタン／窒化チタン膜でありかつ前記導電
性充填材料はタングステンである。導電性プラグ構造の
ために他の材料を使用することもできる。
第１の層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ ｄｉｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ：ＩＬＤ）層７２がゲート構造およびゲート
基板の上に形成される。第１のＩＬＤ層は、酸化物、窒
化物、オキシナイトライド、低ｋ、または他の材料のよ
うな、絶縁材料の１つまたはそれ以上の層を含むことが
できる。第１のＩＬＤ層７２はパターニングされてコン
タクト開口７４を規定する。コンタクトプラグ構造が次
に該開口内に形成されかつ接着／障壁膜（ａｄｈｅｓｉ
ｏｎ／ｂａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｍ）７６および導電性充
填材料７８を含む。１つの特定の実施形態では、前記接
着／障壁層はチタン／窒化チタン膜でありかつ前記導電
性充填材料はタングステンである。導電性プラグ構造の
ために他の材料を使用することもできる。
【００２６】処理は図８に示すように実質的に完成した
装置を形成するために続けられる。図８は接着／障壁膜
８２および導電性充填材料８４を含む。１つの特定の実
施形態では、前記接着／障壁膜８２はタンタル、窒化タ
ンタル、あるいは他の高融点金属または高融点金属窒化
物を含む。前記導電性充填材料８４は主にアルミニウ
ム、タングステンまたは銅を含むことができる。少しの
量のドーパントを前記導電性充填材料８４に加えてその
エレクトロマイグレイションまたは他の悪影響に対する
耐性を増大することができる。パッシベイション層８６
が次に相互接続の最上部の上に形成されて装置の形成を
完了する。前記パッシベイション層８６は酸化物、窒化
物、オキシナイトライド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）その
他のような、１つまたはそれ以上の絶縁材料の層を含む
ことができる。
装置を形成するために続けられる。図８は接着／障壁膜
８２および導電性充填材料８４を含む。１つの特定の実
施形態では、前記接着／障壁膜８２はタンタル、窒化タ
ンタル、あるいは他の高融点金属または高融点金属窒化
物を含む。前記導電性充填材料８４は主にアルミニウ
ム、タングステンまたは銅を含むことができる。少しの
量のドーパントを前記導電性充填材料８４に加えてその
エレクトロマイグレイションまたは他の悪影響に対する
耐性を増大することができる。パッシベイション層８６
が次に相互接続の最上部の上に形成されて装置の形成を
完了する。前記パッシベイション層８６は酸化物、窒化
物、オキシナイトライド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）その
他のような、１つまたはそれ以上の絶縁材料の層を含む
ことができる。
【００２７】図１〜図８に示される実施形態は複数の層
を被着しかつ次にエッチングすることによって形成され
たゲート構造を含んでいる。あるいは、前記ゲート構造
ははめ込まれた（ｉｎｌａｉｄ）ゲート構造を含むこと
ができる。
を被着しかつ次にエッチングすることによって形成され
たゲート構造を含んでいる。あるいは、前記ゲート構造
ははめ込まれた（ｉｎｌａｉｄ）ゲート構造を含むこと
ができる。
【００２８】説明されなかったが、前記層２２および４
２はアニールしてもよくあるいはアニールしなくてもよ
い。さらに、該アニールはアモルファス導電層２２、結
晶導電層４２を形成した後に、前記反射防止層４６の後
に、あるいは何らかの他の引き続く処理工程において行
なうことができる。膜内の応力が問題であれば、前記ア
ニールは応力が高くなり過ぎる前に行なう必要があろ
う。
２はアニールしてもよくあるいはアニールしなくてもよ
い。さらに、該アニールはアモルファス導電層２２、結
晶導電層４２を形成した後に、前記反射防止層４６の後
に、あるいは何らかの他の引き続く処理工程において行
なうことができる。膜内の応力が問題であれば、前記ア
ニールは応力が高くなり過ぎる前に行なう必要があろ
う。
【００２９】さらに別の実施形態では、異なる層を直接
前記ゲート誘電体層の上に形成することができる。例え
ば、一実施形態では、前記アモルファス導電層２２が形
成される前に窒化チタンまたはシリコン層を前記ゲート
誘電体の上にかつ前記ゲート誘電体と直接接触して形成
することができる。アモルファス導電層２２は前記結晶
導電材料４２の前に形成されるから、結晶導電層４２か
らのフッ素は窒化チタンまたはシリコン層と大きく影響
を与え合うことはなくあるいは窒化チタンまたはシリコ
ン層を通過することはないであろう。
前記ゲート誘電体層の上に形成することができる。例え
ば、一実施形態では、前記アモルファス導電層２２が形
成される前に窒化チタンまたはシリコン層を前記ゲート
誘電体の上にかつ前記ゲート誘電体と直接接触して形成
することができる。アモルファス導電層２２は前記結晶
導電材料４２の前に形成されるから、結晶導電層４２か
らのフッ素は窒化チタンまたはシリコン層と大きく影響
を与え合うことはなくあるいは窒化チタンまたはシリコ
ン層を通過することはないであろう。
【００３０】本発明の実施形態はゲート誘電体膜の誘電
率を低下させること、接着に関連する問題を有するこ
と、またはリーケージ電流の問題を引き起こすことのよ
うなフッ素に関連する問題を生じにくい金属ゲートを有
するゲートスタックまたはゲート積層体が形成できるよ
うにする。本発明の実施形態は上に横たわる金属のより
大きな柔軟性を可能にし、それによってフッ素からの悪
影響を受けることなく依然として望ましい特性を有する
低い抵抗率のゲート電極が形成できるようにする。前記
膜をアニールした後でさえも、結晶金属層４２からのフ
ッ素はアモルファス導電層を通って拡散することはほと
んどない。したがって、形成された構造は被着の際のよ
り少ないフッ素という利点を有するのみならず、上の膜
からのフッ素が下に横たわるゲート誘電体または他の敏
感な膜に対して問題を与えることはない。示された実施
形態は１つのアモルファス膜および１つの結晶膜のみを
含んでいるが、前記膜は積層して数多くの異なるアモル
ファスおよび結晶膜の複合体を形成することができる。
例えば、ある膜はアモルファス結晶アモルファス（ａｍ
ｏｒｐｈｏｕｓ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓ）を含むことができあるいはそれはアモルファ
ス／結晶／アモルファス／結晶、その他を含むことがで
きる。層２２および４２のエッチングおよび研磨特性は
伝統的なタングステンのエッチングまたは研磨と同じで
ある。したがって、装置のエッチングまたは研磨特性の
変化はないことが予期される。
率を低下させること、接着に関連する問題を有するこ
と、またはリーケージ電流の問題を引き起こすことのよ
うなフッ素に関連する問題を生じにくい金属ゲートを有
するゲートスタックまたはゲート積層体が形成できるよ
うにする。本発明の実施形態は上に横たわる金属のより
大きな柔軟性を可能にし、それによってフッ素からの悪
影響を受けることなく依然として望ましい特性を有する
低い抵抗率のゲート電極が形成できるようにする。前記
膜をアニールした後でさえも、結晶金属層４２からのフ
ッ素はアモルファス導電層を通って拡散することはほと
んどない。したがって、形成された構造は被着の際のよ
り少ないフッ素という利点を有するのみならず、上の膜
からのフッ素が下に横たわるゲート誘電体または他の敏
感な膜に対して問題を与えることはない。示された実施
形態は１つのアモルファス膜および１つの結晶膜のみを
含んでいるが、前記膜は積層して数多くの異なるアモル
ファスおよび結晶膜の複合体を形成することができる。
例えば、ある膜はアモルファス結晶アモルファス（ａｍ
ｏｒｐｈｏｕｓ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ａｍｏｒｐ
ｈｏｕｓ）を含むことができあるいはそれはアモルファ
ス／結晶／アモルファス／結晶、その他を含むことがで
きる。層２２および４２のエッチングおよび研磨特性は
伝統的なタングステンのエッチングまたは研磨と同じで
ある。したがって、装置のエッチングまたは研磨特性の
変化はないことが予期される。
【００３１】上記説明においては、本発明が特定の実施
形態に関連して説明された。しかしながら、当業者は添
付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から離れ
ることなく種々の修正および変更を行なうことができる
ことを理解するであろう。したがって、本明細書および
図面は制限的な意味ではなく例示的なものとみなされる
べきであり、かつ全てのそのような変更は本発明の範囲
内に含まれるものと考える。
形態に関連して説明された。しかしながら、当業者は添
付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から離れ
ることなく種々の修正および変更を行なうことができる
ことを理解するであろう。したがって、本明細書および
図面は制限的な意味ではなく例示的なものとみなされる
べきであり、かつ全てのそのような変更は本発明の範囲
内に含まれるものと考える。
【００３２】利益、他の利点、および問題に対する解決
方法は上においては特定の実施形態に関連して説明され
ている。しかしながら、前記利益、利点、問題に対する
解決方法、および何らかの利益、利点または解決方法を
生じさせるまたはより顕著になるようにする何らかの要
素（単数または複数）はいずれかのまたは全ての請求項
の決定的な、要求される、または必須の特徴または要素
と考えられるべきではない。ここで使用される、用語
「具備する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「具備する（ｃ
ｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」またはそれらの何らかの変形は
非排他的な包含を意味するものと考えられ、従って要素
のリストを具備するプロセス、方法、物、または装置は
これらの要素のみを含むのではなく、明確に示されてい
ないまたはそのようなプロセス、方法、物または装置に
固有の他の要素を含むことができる。
方法は上においては特定の実施形態に関連して説明され
ている。しかしながら、前記利益、利点、問題に対する
解決方法、および何らかの利益、利点または解決方法を
生じさせるまたはより顕著になるようにする何らかの要
素（単数または複数）はいずれかのまたは全ての請求項
の決定的な、要求される、または必須の特徴または要素
と考えられるべきではない。ここで使用される、用語
「具備する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「具備する（ｃ
ｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」またはそれらの何らかの変形は
非排他的な包含を意味するものと考えられ、従って要素
のリストを具備するプロセス、方法、物、または装置は
これらの要素のみを含むのではなく、明確に示されてい
ないまたはそのようなプロセス、方法、物または装置に
固有の他の要素を含むことができる。
【図１】ゲート誘電体層を形成した後の半導体装置基板
の一部を示す断面図である。
の一部を示す断面図である。
【図２】アモルファス金属層を形成した後の図１の基板
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】図２において形成されるアモルファス金属層の
頭部面を示す図面代用顕微鏡写真である。
頭部面を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図４】結晶金属層およびキャッピング層を形成した後
の図２の基板を示す断面図である。
の図２の基板を示す断面図である。
【図５】図４において形成される結晶金属層の頭部面を
示す図面代用顕微鏡写真である。
示す図面代用顕微鏡写真である。
【図６】電界効果トランジスタを形成した後の図４の基
板を示す断面図である。
板を示す断面図である。
【図７】層間誘電体層およびコンタクト構造を形成した
後の図６の基板を示す断面図である。
後の図６の基板を示す断面図である。
【図８】実質的に完成した装置を形成した後の図７の基
板を示す断面図である。
板を示す断面図である。
１０ 半導体装置基板 １２ フィールドアイソレーション領域 １４ ゲート誘電体層 ２２ アモルファス金属層 ２４ アモルファス金属層２２の表面 ４２ 多結晶金属層 ４４ 多結晶金属層４２の表面 ４６ 反射防止層 ６０ ゲート積層体 ６２ 側壁スペーサ ６４ ドーピングされた領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１７Ｊ ６１７Ｍ (72)発明者 オルバンミ・アデツツ アメリカ合衆国 テキサス州 78729 オ ースチン パートリッジ・ベンド12919 (72)発明者 バイカス・マイティ アメリカ合衆国 テキサス州 78759 オ ースチン ジョリーヴィル・ロード1150 ＃2123
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体装置を形成するためのプロセスで
あって、 半導体基板（１０）の上に絶縁層（１４）を形成する段
階、 前記絶縁層（１４）の上にアモルファス金属含有層（２
２）を形成する段階、および前記アモルファス金属含有
層（２２）の上に結晶金属含有層（４２）を形成する段
階、 を具備することを特徴とする半導体装置を形成するため
のプロセス。 - 【請求項２】 半導体装置を形成するためのプロセスで
あって、 半導体基板（１０）の上にゲート誘電体層（１４）を形
成する段階、 前記ゲート誘電体層（１４）の上にアモルファス金属含
有層（２２）を形成する段階、および前記アモルファス
金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層（４２）を形
成する段階であって、前記アモルファス金属含有層（２
２）および前記結晶金属含有層（４２）の組み合わせは
ゲート電極の一部を形成する前記段階、 を具備することを特徴とする半導体装置を形成するため
のプロセス。 - 【請求項３】 半導体装置のゲート電極を形成するため
のプロセスであって、 半導体基板（１０）の上にゲート誘電体層（１４）を形
成する段階、 前記ゲート誘電体層（１４）の上にアモルファス金属含
有層（２２）を形成する段階であって、前記アモルファ
ス金属含有層（２２）は六フッ化タングステンの前駆物
質ガスおよびシランの前駆物質ガスを使用して形成さ
れ、かつ六フッ化タングステンに対するシランのガス流
量比はほぼ３：１より小さい前記段階、および前記アモ
ルファス金属含有層（２２）の上に結晶金属含有層（４
２）を形成する段階であって、前記結晶金属含有層はタ
ングステンを含む前記段階、 を具備することを特徴とする半導体装置のゲート電極を
形成するためのプロセス。 - 【請求項４】 導電構造を形成するためのプロセスであ
って、 金属含有前駆物質ガスを流す段階、およびスカベンジャ
ーガスを流す段階、 を具備し、 前記金属含有前駆物質ガスおよび前記スカベンジャーガ
スは少なくとも一時点の間に同時に流れ、 アモルファス金属含有層（２２）が形成されかつ前記ア
モルファス金属含有層（２２）は前記スカベンジャーガ
ス内のいずれかの元素をほぼ１０パーセントより少なく
含む、 ことを特徴とする導電構造を形成するためのプロセス。 - 【請求項５】 導電構造を形成するためのプロセスであ
って、 金属含有前駆物質ガスを流す段階であって、該金属含有
前駆物質ガスは高融点金属元素、ハロゲン原子、および
炭素原子の内の少なくとも１つを含む前記段階、および
スカベンジャーガスを流す段階であって、該スカベンジ
ャーガスは半導性元素、窒素および酸素の内の少なくと
も１つを含む前記段階、 を具備し、 前記金属含有前駆物質ガスおよび前記スカベンジャーガ
スは少なくとも一時点の間に同時に流れ、 アモルファス金属含有層（２２）が形成されかつ前記ア
モルファス金属含有層（２２）は前記スカベンジャーガ
ス内のいずれかの元素をほぼ１０パーセントより少なく
含む、 ことを特徴とする導電構造を形成するためのプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/487472 | 2000-01-19 | ||
| US09/487,472 US6376349B1 (en) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | Process for forming a semiconductor device and a conductive structure |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001250794A true JP2001250794A (ja) | 2001-09-14 |
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ID=23935855
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|---|---|---|---|
| JP2001007746A Expired - Fee Related JP4987189B2 (ja) | 2000-01-19 | 2001-01-16 | 半導体装置を形成するためのプロセス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6376349B1 (ja) |
| JP (1) | JP4987189B2 (ja) |
| KR (1) | KR100748377B1 (ja) |
| CN (2) | CN1179402C (ja) |
| SG (1) | SG89366A1 (ja) |
Cited By (1)
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