JP2006093182A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure in which sheet resistance does not increase even if a silicon nitride film is deposited. <P>SOLUTION: The semiconductor manufacturing method comprises the steps of forming a first high-melting metal film 5 on a semiconductor substrate, forming a second high-melting metal film 6A having a reactant 7 of a high-melting metal nitride on the first high-melting metal film, and forming a silicon nitride film 8 on the second high-melting metal film. This enables minimizing the increase of sheet resistance of the high-meting metal below the silicon nitride film without changing the film quality of the silicon nitride film, and while inhibiting the occurrence of the particles during film deposition in the same way as a conventional method. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高融点金属を用いたゲート電極からなる半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device including a gate electrode using a refractory metal and a method for manufacturing the same.

半導体集積回路の高速化を図るためにはゲート電極および金属配線の低抵抗化が必要であり、これを実現するために例えばゲート電極では高融点金属膜／バリアメタル層／多結晶シリコン膜からなるポリメタル構造が開発されている。   In order to increase the speed of the semiconductor integrated circuit, it is necessary to reduce the resistance of the gate electrode and the metal wiring. To realize this, for example, the gate electrode is made of a refractory metal film / barrier metal layer / polycrystalline silicon film. A polymetal structure has been developed.

ポリメタル構造ゲート電極の形成プロセスを以下に説明する。図７に示すように、半導体基板１０１上にゲート酸化膜１０２を形成し、ドープトポリシリコン膜１０３を形成する。続いて自然酸化膜を除去後、バリアメタル層としてＴｉＮ膜１０４、高融点金属膜としてＷ膜１０５をスパッタ法にて順次堆積する。続いて、減圧気相化学成長法（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ法：ＬＰ-ＣＶＤ法）にて、シリコン窒化膜１０７を堆積し、ゲートパターニングを行うことによって、ポリメタル構造を形成することができる。   The formation process of the polymetal structure gate electrode will be described below. As shown in FIG. 7, a gate oxide film 102 is formed on a semiconductor substrate 101, and a doped polysilicon film 103 is formed. Subsequently, after removing the natural oxide film, a TiN film 104 as a barrier metal layer and a W film 105 as a refractory metal film are sequentially deposited by sputtering. Subsequently, a polymetal structure can be formed by depositing a silicon nitride film 107 and performing gate patterning by a low pressure chemical vapor deposition method (Low pressure CVD method: LP-CVD method).

ここで、従来技術の課題のひとつとして、シート抵抗の上昇が挙げられていた。この原因は、特許文献１によると、シリコン窒化膜形成時に炉内への酸素の巻き込みが起こり、高融点金属膜が異常酸化するためであるとされており、この課題に対しては、シリコン窒化膜装置へのウエハ導入時における酸素の巻き込み量を１ｐｐｍ以下に抑えることによって解決できたと思われていた。
特開平７−９４７３１号公報 Here, an increase in sheet resistance has been cited as one of the problems of the prior art. According to Patent Document 1, the cause of this is that oxygen is involved in the furnace during the formation of the silicon nitride film, and the refractory metal film is abnormally oxidized. It was thought that the problem could be solved by limiting the amount of oxygen involved when introducing the wafer into the film apparatus to 1 ppm or less.
JP-A-7-94731

しかしながら、シート抵抗の上昇の原因についてさらに詳細に調査した結果、シリコン窒化膜装置へのウエハ導入時における酸素の巻き込み量を１ｐｐｍ以下に抑えても、高融点金属膜のシート抵抗は上昇してしまうことを我々は見出した。また、これは、シリコン窒化膜堆積初期ステップにおけるＮＨ3導入時の高融点金属膜の窒化によるものであることがわかった。 However, as a result of investigating the cause of the increase in sheet resistance in more detail, the sheet resistance of the refractory metal film increases even when the amount of oxygen involved in introducing the wafer into the silicon nitride film device is suppressed to 1 ppm or less. We found that. It was also found that this was due to nitridation of the refractory metal film when NH 3 was introduced in the initial step of silicon nitride film deposition.

すなわち、シリコン窒化膜堆積工程の処理ステップは特許文献１によると以下のようになっている。まず、(1)反応炉に隣接して設けられたロードロック室の内部を窒素ガスで置換してロードロック室の内部の酸素濃度を１ｐｐｍ以下に低減した状態で、ロードロック室の内部に高融点金属膜が形成されているシリコン基板を投入する。次に、(2)シリコン基板をロードロック室から７００℃の温度に保たれ且つ減圧されている反応炉内に移送した後、炉内の温度を７６０℃に上昇させる。続いて、(3)反応炉内に６００ｓｃｃｍのＮＨ3ガスを５分間程度流し、その後(4)６０ｓｃｃｍのＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを導入し、全圧４０Ｐａの圧力下で高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成する。 That is, according to Patent Document 1, the processing steps of the silicon nitride film deposition process are as follows. First, (1) the inside of the load lock chamber provided adjacent to the reactor is replaced with nitrogen gas, and the oxygen concentration inside the load lock chamber is reduced to 1 ppm or less. A silicon substrate on which a melting point metal film is formed is introduced. Next, (2) after the silicon substrate is transferred from the load lock chamber to the reaction furnace maintained at 700 ° C. and depressurized, the temperature in the furnace is raised to 760 ° C. Subsequently, (3) 600 sccm of NH 3 gas was allowed to flow in the reactor for about 5 minutes, and then (4) 60 sccm of SiH 2 Cl 2 gas was introduced, and silicon was formed on the refractory metal film under a total pressure of 40 Pa. A nitride film is formed.

しかしながら、上記手法により高融点金属膜上にシリコン窒化膜を堆積すると、図８に示すように、高融点金属膜は、上記ステップ(3)における５分間のＮＨ3ガスの導入過程において、表面層が高融点金属窒化膜であるＷＮｘ膜１０６に変化し、またそのために高融点金属であるＷ膜１０５の膜厚がＷ膜１０５Ａの様に減少し、その結果シート抵抗値は上昇してしまうことがわかった。 However, when a silicon nitride film is deposited on the refractory metal film by the above method, as shown in FIG. 8, the refractory metal film becomes a surface layer in the process of introducing NH 3 gas for 5 minutes in the step (3). Changes to a WN x film 106 which is a refractory metal nitride film, and for this reason, the thickness of the W film 105 which is a refractory metal decreases as in the W film 105A, resulting in an increase in sheet resistance. I understood it.

このシート抵抗の上昇を抑えるためには、ＮＨ3ガスによる高融点金属膜の窒化を最小限に留めることが効果的である。 In order to suppress the increase in sheet resistance, it is effective to minimize nitriding of the refractory metal film by NH 3 gas.

ひとつの方法として、ステップ(3)のＮＨ3ガスの導入時間を短縮することが有効であると考えられるが、これを行うと、不十分なＮＨ3ガス雰囲気下でＳｉＨ2Ｃｌ2を導入することになり、高融点金属上にシリコン膜が局所的に堆積され部分的に高融点金属珪化物が形成される可能性がある。また、シリコン膜がチューブ中にパーティクルとして堆積される可能性もあり、この場合は歩留まり低下をもたらす。 As one method, it is considered effective to shorten the introduction time of NH 3 gas in step (3). However, when this is done, SiH 2 Cl 2 is introduced under an insufficient NH 3 gas atmosphere. As a result, there is a possibility that a silicon film is locally deposited on the refractory metal and a refractory metal silicide is partially formed. In addition, there is a possibility that the silicon film is deposited as particles in the tube. In this case, the yield is reduced.

その他の方法として、シリコン原子の供給ガスをＳｉＨ2Ｃｌ2ガスから、ＢＴＢＡＳ：ＳｉＨ2［ＮＨ2ＮＨ（Ｃ4Ｈ9）］2、もしくは、ＨＣＤ: Ｓｉ2Ｃｌ6に変更し、成膜温度を低下させＮＨ3ガスと高融点金属膜との反応量を減少させることも有効であると考えられるが、成膜温度の低下では、同時にシリコン窒化膜の膜質が低下し、ウエットエッチングレートの増加およびドライエッチング時のシリコン酸化膜との選択比の低下が起こる。ウエットエッチングレートの増加により微細パターンの寸法コントロールが難しくなり、また、シリコン酸化膜との選択比の低下により、セルフアライメントコンタクト(ＳＡＣ)のエッチングが難しくなるという課題が新たに発生してしまう。 As another method, the silicon atom supply gas is changed from SiH 2 Cl 2 gas to BTBAS: SiH 2 [NH 2 NH (C 4 H 9 )] 2 , or HCD: Si 2 Cl 6 , and the film formation temperature is changed. It is considered effective to reduce the reaction amount between NH 3 gas and the refractory metal film by lowering the film thickness, but at the same time, the film quality of the silicon nitride film is lowered and the wet etching rate is increased. In addition, the selectivity with respect to the silicon oxide film during dry etching is lowered. The increase in the wet etching rate makes it difficult to control the size of the fine pattern, and the reduction in the selection ratio with the silicon oxide film causes a new problem that etching of the self-alignment contact (SAC) becomes difficult.

本発明の半導体装置の製造方法は半導体基板上に第一の高融点金属膜を形成する工程と、前記第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成する工程と、前記第二の高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成する工程とを備えている。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first refractory metal film on a semiconductor substrate, and a second refractory metal nitride reactant on the first refractory metal film. Forming a melting point metal film; and forming a silicon nitride film on the second refractory metal film.

これにより、シリコン窒化膜の膜質を変化させることなく、また成膜時のパーティクルの発生を従来方法と同等としたまま、シリコン窒化膜下の高融点金属のシート抵抗の上昇を最小限に抑えることができる。   This minimizes the increase in the sheet resistance of the refractory metal under the silicon nitride film without changing the film quality of the silicon nitride film and while maintaining the generation of particles during film formation equivalent to the conventional method. Can do.

以上のように本発明では、第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成することにより、シリコン窒化膜を堆積する際に起こっていた第一の高融点金属膜の窒化を、第二の高融点金属膜の窒化によって防ぐことができる。第二の高融点金属膜の窒化物の抵抗率は第一の高融点金属膜の窒化物のそれよりも低いため、シート抵抗の上昇が抑えられる。   As described above, according to the present invention, the second refractory metal film having the refractory metal nitride reactant is formed on the first refractory metal film, thereby causing the silicon nitride film to be deposited. Further, nitriding of the first refractory metal film can be prevented by nitriding the second refractory metal film. Since the resistivity of the nitride of the second refractory metal film is lower than that of the nitride of the first refractory metal film, an increase in sheet resistance can be suppressed.

このように、本発明を用いることによりポリメタルゲート電極のシート抵抗の上昇を抑えることができる。   Thus, by using the present invention, an increase in sheet resistance of the polymetal gate electrode can be suppressed.

（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態について説明する。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.

図１に示すように、シリコン基板１上にゲート酸化膜２を３ｎｍ形成し、ドープトポリシリコン膜３を１００ｎｍ堆積する。続いて、自然酸化膜をＨＦで除去後、ＴｉＮ膜４を１０ｎｍ堆積し、Ｗ膜５を５０ｎｍ堆積する。ここで、ＴｉＮ膜４はドープトポリシリコン３とＷ膜５とが反応してＷＳｉｘ膜となるのを防止するバリア膜として働く。その後Ｔｉ膜６を１０ｎｍ形成し、続いて、減圧気相化学成長法（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ法：ＬＰ−ＣＶＤ法）にて、シリコン窒化膜８を１００ｎｍ堆積することによりポリメタルゲート構造を形成することができる。 As shown in FIG. 1, a gate oxide film 2 is formed to 3 nm on a silicon substrate 1, and a doped polysilicon film 3 is deposited to 100 nm. Subsequently, after removing the natural oxide film with HF, the TiN film 4 is deposited to 10 nm, and the W film 5 is deposited to 50 nm. Here, the TiN film 4 functions as a barrier film that prevents the doped polysilicon 3 and the W film 5 from reacting to become a WSi x film. Thereafter, a Ti film 6 is formed to have a thickness of 10 nm, and then a polymetal gate structure is formed by depositing a silicon nitride film 8 to a thickness of 100 nm by a low pressure chemical vapor deposition method (Low pressure CVD method: LP-CVD method). Can do.

ここで、ＬＰ−ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜堆積時のＷ膜上部での反応について詳しく説明する。   Here, the reaction in the upper part of the W film when the silicon nitride film is deposited by the LP-CVD method will be described in detail.

処理ステップは大きく以下の４ステップに分けられる。まず、(1)反応炉に隣接して設けられたロードロック室の内部を窒素ガスで置換してロードロック室の内部の酸素濃度を１ｐｐｍ以下に低減した状態で、ロードロック室の内部に高融点金属膜が形成されているシリコン基板を投入する。次に、(2)シリコン基板をロードロック室から７００℃の温度に保たれ且つ減圧されている反応炉内に移送した後、炉内の温度を７６０℃に上昇させる。続いて、(3)反応炉内に６００ｓｃｃｍのＮＨ3ガスを５分間程度流し、その後(4)６０ｓｃｃｍのＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを導入し、全圧４０Ｐａの圧力下で高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成する。 The processing steps are roughly divided into the following four steps. First, (1) the inside of the load lock chamber provided adjacent to the reactor is replaced with nitrogen gas, and the oxygen concentration inside the load lock chamber is reduced to 1 ppm or less. A silicon substrate on which a melting point metal film is formed is introduced. Next, (2) after the silicon substrate is transferred from the load lock chamber to the reaction furnace maintained at 700 ° C. and depressurized, the temperature in the furnace is raised to 760 ° C. Subsequently, (3) 600 sccm of NH 3 gas was allowed to flow in the reactor for about 5 minutes, and then (4) 60 sccm of SiH 2 Cl 2 gas was introduced, and silicon was formed on the refractory metal film under a total pressure of 40 Pa. A nitride film is formed.

本発明の第一の実施形態は、Ｗ膜５上にＴｉ膜６が堆積されていることを特徴とする。Ｔｉ膜６が存在しない従来例では、前記(3)ステップのＮＨ3ガスの導入時において、Ｗ膜５表面にはＷＮｘ膜が徐々に形成され、シート抵抗は上昇していく。しかしながら、本実施形態の場合では、Ｗ膜５上にＴｉ膜６が存在しているため、本来Ｗ膜５の窒化に費やされるＮ原子はＴｉ膜６の窒化に費やされ、図２に示すようにＴｉ膜６の上層部もしくは全膜にわたってＴｉＮ膜７が形成され、残りのＴｉ膜は膜厚が減少し６Ａになり、後にシリコン窒化膜８が形成される。 The first embodiment of the present invention is characterized in that a Ti film 6 is deposited on a W film 5. In the conventional example in which the Ti film 6 does not exist, when the NH 3 gas is introduced in the step (3), a WN x film is gradually formed on the surface of the W film 5 and the sheet resistance increases. However, in this embodiment, since the Ti film 6 is present on the W film 5, N atoms originally consumed for nitriding the W film 5 are consumed for nitriding the Ti film 6, as shown in FIG. Thus, the TiN film 7 is formed over the upper layer portion or the entire film of the Ti film 6, the remaining Ti film is reduced in thickness to 6A, and the silicon nitride film 8 is formed later.

図３に示すように、ＴｉＮの抵抗率はＷＮｘと比較して小さいため、Ｔｉ膜のＴｉＮ化によるシート抵抗の上昇は、Ｗ膜のＷＮｘ化による上昇と比較して小さく、本実施形態ではシート抵抗の上昇を抑えることができる。 As shown in FIG. 3, since the resistivity of TiN is small compared to WN x , the increase in sheet resistance due to TiN conversion of the Ti film is small compared to the increase due to WN x conversion of the W film. Then, an increase in sheet resistance can be suppressed.

さらに、初めに堆積したＴｉ膜の抵抗率はＷ膜のそれよりも大きいため、Ｔｉ膜がＴｉＮ膜に変化したとしても、配線全体としての抵抗の上昇率は従来例と比較して顕著ではなくなる。   Further, since the resistivity of the Ti film deposited first is larger than that of the W film, even if the Ti film is changed to a TiN film, the rate of increase in resistance as a whole wiring is not significant compared to the conventional example. .

図４に各高融点金属膜と各高融点金属窒化膜の抵抗率の実測値、および、この値から計算で求めた従来例と本実施形態の構造でのシート抵抗値を示す。ここで、Ｗ膜の抵抗率はＴｉＮ膜上に堆積した場合の抵抗率であり、ＳｉＯ上に堆積した場合よりも大きな値となっている。従来例の構造では、抵抗率の非常に高いＷＮｘが形成されるため、配線のシート抵抗は２０％程度増加するが、本実施形態の構造ではシート抵抗の上昇は５％程度に抑えられることがわかる。なお、この計算では本実施形態でのＴｉＮ形成膜厚は、従来構造でのＷＮｘ化膜厚とほぼ同じ膜厚になると仮定している。 FIG. 4 shows the measured values of the resistivity of each refractory metal film and each refractory metal nitride film, and the sheet resistance values in the conventional example and the structure of the present embodiment obtained by calculation from these values. Here, the resistivity of the W film is the resistivity when deposited on the TiN film, and is larger than that when deposited on SiO. In the structure of the conventional example, since WN x having a very high resistivity is formed, the sheet resistance of the wiring is increased by about 20%. However, in the structure of this embodiment, the increase in sheet resistance is suppressed to about 5%. I understand. In this calculation, it is assumed that the TiN formation film thickness in this embodiment is almost the same as the WN x film thickness in the conventional structure.

（第二の実施形態）
以下、本発明の第二の実施形態について説明する。 (Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.

図５に示すように、シリコン基板１１上にゲート酸化膜１２を３ｎｍ形成し、ドープトポリシリコン膜１３を１００ｎｍ堆積する。続いて、自然酸化膜をＨＦで除去後、ＴｉＮ膜１４を１０ｎｍ堆積し、Ｗ膜１５を５０ｎｍ堆積する。ここで、ＴｉＮ膜１４はドープトポリシリコン１３とＷ膜１５とが反応してＷＳｉｘ膜となるのを防止するバリア膜として働く。その後Ｔｉ膜１６を５ｎｍ形成し、引き続いてＴｉＮ膜１７を１０ｎｍ形成する、続いて、減圧気相化学成長法（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ法：ＬＰ−ＣＶＤ法）にて、シリコン窒化膜１８を１００ｎｍ堆積することによりポリメタルゲート構造を形成することができる。 As shown in FIG. 5, a gate oxide film 12 is formed to 3 nm on a silicon substrate 11, and a doped polysilicon film 13 is deposited to 100 nm. Subsequently, after removing the natural oxide film with HF, the TiN film 14 is deposited to 10 nm, and the W film 15 is deposited to 50 nm. Here, the TiN film 14 functions as a barrier film that prevents the doped polysilicon 13 and the W film 15 from reacting to become a WSi x film. Thereafter, a Ti film 16 is formed to have a thickness of 5 nm, and subsequently a TiN film 17 is formed to have a thickness of 10 nm. Subsequently, a silicon nitride film 18 is deposited to a thickness of 100 nm by low pressure chemical vapor deposition (Low pressure CVD: LP-CVD). Thereby, a polymetal gate structure can be formed.

ここで、ＬＰ−ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜堆積時のシリコン基板上での反応について詳しく説明する。   Here, the reaction on the silicon substrate during the deposition of the silicon nitride film by the LP-CVD method will be described in detail.

処理ステップは大きく以下の４ステップに分けられる。まず、(1)反応炉に隣接して設けられたロードロック室の内部を窒素ガスで置換してロードロック室の内部の酸素濃度を１ｐｐｍ以下に低減した状態で、ロードロック室の内部に高融点金属膜が形成されているシリコン基板を投入する。次に、(2)シリコン基板をロードロック室から７００℃の温度に保たれ且つ減圧されている反応炉内に移送した後、炉内の温度を７６０℃に上昇させる。続いて、(3)反応炉内に６００ｓｃｃｍのＮＨ３ガスを５分間程度流し、その後(4)６０ｓｃｃｍのＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを導入し、全圧４０Ｐａの圧力下で高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成する。 The processing steps are roughly divided into the following four steps. First, (1) the inside of the load lock chamber provided adjacent to the reactor is replaced with nitrogen gas, and the oxygen concentration inside the load lock chamber is reduced to 1 ppm or less. A silicon substrate on which a melting point metal film is formed is introduced. Next, (2) after the silicon substrate is transferred from the load lock chamber to the reaction furnace maintained at 700 ° C. and depressurized, the temperature in the furnace is raised to 760 ° C. Subsequently, (3) 600 sccm of NH 3 gas was allowed to flow into the reactor for about 5 minutes, and then (4) 60 sccm of SiH 2 Cl 2 gas was introduced, and silicon was deposited on the refractory metal film under a total pressure of 40 Pa. A nitride film is formed.

本発明の第二の実施形態は、Ｗ膜１５上にＴｉ膜１６およびＴｉＮ膜１７が堆積されていることを特徴とする。Ｔｉ膜１６およびＴｉＮ膜１７が存在しない従来例では、前記(3)ステップのＮＨ３ガスの導入時において、Ｗ膜１５表面にはＷＮｘ膜が徐々に形成され、シート抵抗は上昇していく。しかしながら、本実施形態の場合では、Ｗ膜１５上にＴｉ膜１６およびＴｉＮ膜１７が存在しているため、本来Ｗ膜１５の窒化に費やされるＮ原子はＴｉ膜１６の窒化に費やされ、図６に示すようにＴｉ膜１６の上層部もしくは全膜がＴｉＮ化し、初期ＴｉＮ膜１７の膜厚が増加し、新たにＴｉＮ膜１７Ａが形成される。それに伴ってＴｉ膜の膜厚は１６Ａの様に減少し、続いてシリコン窒化膜１８が形成されることとなる。ここで、本実施形態においてＴｉ膜１６上にＴｉＮ膜１７を堆積している理由は、ＴｉＮ膜１７をＮ原子の拡散に対するバリア膜とするためである。ＴｉＮ膜１７が存在することにより、ＮＨ3ガスが直接Ｔｉ膜１６と反応するのを避け、また、ＴｉＮ表面に達したＮ原子がＴｉ膜１６に拡散するのを遅らせることができる。 The second embodiment of the present invention is characterized in that a Ti film 16 and a TiN film 17 are deposited on the W film 15. In the conventional example in which the Ti film 16 and the TiN film 17 do not exist, when the NH 3 gas is introduced in the step (3), a WN x film is gradually formed on the surface of the W film 15 and the sheet resistance increases. . However, in the present embodiment, since the Ti film 16 and the TiN film 17 exist on the W film 15, N atoms originally consumed for nitriding the W film 15 are consumed for nitriding the Ti film 16. As shown in FIG. 6, the upper layer portion or the entire film of the Ti film 16 becomes TiN, the thickness of the initial TiN film 17 is increased, and a TiN film 17A is newly formed. Along with this, the thickness of the Ti film is reduced to 16A, and then the silicon nitride film 18 is formed. Here, the reason why the TiN film 17 is deposited on the Ti film 16 in the present embodiment is to make the TiN film 17 a barrier film against diffusion of N atoms. The presence of the TiN film 17 can prevent the NH 3 gas from directly reacting with the Ti film 16, and can delay the diffusion of N atoms reaching the TiN surface into the Ti film 16.

本発明にかかる半導体装置は、高融点金属からなるゲート電極を有し、高性能な半導体装置として有用である。   The semiconductor device according to the present invention has a gate electrode made of a refractory metal and is useful as a high-performance semiconductor device.

本発明の第一の実施形態における膜構造を示した図The figure which showed the film | membrane structure in 1st embodiment of this invention 本発明の第一の実施形態における膜構造を示した図The figure which showed the film | membrane structure in 1st embodiment of this invention 各種高融点金属膜および高融点金属窒化膜の抵抗率を示した図Diagram showing resistivity of various refractory metal films and refractory metal nitride films シリコン窒化膜堆積前後の従来例および本発明におけるシート抵抗値を示した図The figure which showed the sheet resistance value in the prior art before and after silicon nitride film deposition, and this invention 本発明の第二の実施形態における膜構造を示した図The figure which showed the film | membrane structure in 2nd embodiment of this invention 本発明の第二の実施形態における膜構造を示した図The figure which showed the film | membrane structure in 2nd embodiment of this invention 従来例における膜構造を示した図The figure which showed the film structure in the conventional example 従来例における膜構造を示した図The figure which showed the film structure in the conventional example

符号の説明Explanation of symbols

１、１１、１０１ シリコン基板
２、１２、１０２ ゲート酸化膜
３、１３、１０３ ドープトポリシリコン膜
４、１４、１０４ ＴｉＮ膜
５、１５、１０５、１０５Ａ Ｗ膜
６、６Ａ、１６、１６Ａ Ｔｉ膜
７、１７、１７Ａ ＴｉＮ膜
８、１８、１０７ シリコン窒化膜
１０６ ＷＮｘ膜 1, 11, 101 Silicon substrate 2, 12, 102 Gate oxide film 3, 13, 103 Doped polysilicon film 4, 14, 104 TiN film 5, 15, 105, 105A W film 6, 6A, 16, 16A Ti film 7, 17, 17A TiN film 8, 18, 107 Silicon nitride film 106 WN x film

Claims (16)

半導体基板上に第一の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第二の高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。 Forming a first refractory metal film on a semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant on the first refractory metal film;
Forming a silicon nitride film on the second refractory metal film. 半導体基板上に第一の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第二の高融点金属膜上に前記第二の高融点金属の窒化膜を形成する工程と、
前記高融点金属窒化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程とからなる半導体装置の製造方法。 Forming a first refractory metal film on a semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant on the first refractory metal film;
Forming a nitride film of the second refractory metal on the second refractory metal film;
Forming a silicon nitride film on the refractory metal nitride film. 半導体基板上に第一の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第二の高融点金属膜上にシリコン窒化膜を形成するとともに、前記第二の高融点金属膜上面の少なくとも一部を高融点金属窒化物に変化させる工程とからなる半導体装置の製造方法。 Forming a first refractory metal film on a semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant on the first refractory metal film;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a silicon nitride film on the second refractory metal film, and changing at least a part of the upper surface of the second refractory metal film to a refractory metal nitride. 半導体基板上に第一の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第一の高融点金属膜上に高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜を形成する工程と、
前記第二の高融点金属膜上に前記第二の高融点金属の窒化膜を形成する工程と、
前記高融点金属窒化膜上にシリコン窒化膜を形成するとともに、前記第二の高融点金属膜上面の少なくとも一部を高融点金属窒化物に変化させる工程とからなる半導体装置の製造方法。 Forming a first refractory metal film on a semiconductor substrate;
Forming a second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant on the first refractory metal film;
Forming a nitride film of the second refractory metal on the second refractory metal film;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a silicon nitride film on the refractory metal nitride film, and changing at least a part of the upper surface of the second refractory metal film to a refractory metal nitride. 前記第二の高融点金属膜の抵抗率は前記第一の高融点金属膜よりも高いことを特徴とする請求項１〜４記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the resistivity of the second refractory metal film is higher than that of the first refractory metal film. 前記第二の高融点金属膜の窒化物の抵抗率は前記第一の高融点金属膜の窒化物の抵抗率よりも低いことを特徴とする請求項１〜５記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the resistivity of the nitride of the second refractory metal film is lower than the resistivity of the nitride of the first refractory metal film. 前記第二の高融点金属膜の窒化膜中の窒素原子の拡散係数が前記第一の高融点金属膜の窒化膜中でのそれよりも小さいことを特徴とする請求項１〜６記載の半導体装置の製造方法。 7. The semiconductor according to claim 1, wherein a diffusion coefficient of nitrogen atoms in the nitride film of the second refractory metal film is smaller than that in the nitride film of the first refractory metal film. Device manufacturing method. 前記第一および第二の高融点金属は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗのいずれかであることを特徴とする請求項１〜７記載の半導体装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second refractory metals are any one of Ti, Ta, Mo, and W. 前記第一の高融点金属はＷであり、第二の高融点金属はＴｉであることを特徴とする請求項１〜４記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first refractory metal is W, and the second refractory metal is Ti. 半導体基板上と、前記半導体基板上に形成された第一の高融点金属膜と、
前記第一の高融点金属膜上に形成された高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜と、
前記第二の高融点金属膜上に形成されたシリコン窒化膜とからなる半導体装置。 A first refractory metal film formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate;
A second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant formed on the first refractory metal film;
A semiconductor device comprising a silicon nitride film formed on the second refractory metal film. 半導体基板上と、
前記半導体基板上に形成された第一の高融点金属膜と、
前記第一の高融点金属膜上に形成された高融点金属窒化物の反応物を持つ第二の高融点金属膜と、
前記第二の高融点金属膜上に形成された前記第二の高融点金属の窒化膜と、
前記高融点金属窒化膜上に形成されたシリコン窒化膜とからなる半導体装置。 On a semiconductor substrate;
A first refractory metal film formed on the semiconductor substrate;
A second refractory metal film having a refractory metal nitride reactant formed on the first refractory metal film;
A nitride film of the second refractory metal formed on the second refractory metal film;
A semiconductor device comprising a silicon nitride film formed on the refractory metal nitride film. 前記第二の高融点金属膜の結晶粒の大きさが前記第一の高融点金属膜よりも小さいことを特徴とする請求項１０〜１１記載の半導体装置。 12. The semiconductor device according to claim 10, wherein the size of the crystal grains of the second refractory metal film is smaller than that of the first refractory metal film. 前記第二の高融点金属膜の抵抗率は前記第一の高融点金属膜よりも高いことを特徴とする請求項１０〜１１記載の半導体装置。 12. The semiconductor device according to claim 10, wherein the resistivity of the second refractory metal film is higher than that of the first refractory metal film. 前記第二の高融点金属膜の窒化物の抵抗率は前記第一の高融点金属膜の窒化物の抵抗率よりも低いことを特徴とする請求項１０〜１１または１３記載の半導体装置。 14. The semiconductor device according to claim 10, wherein the resistivity of the nitride of the second refractory metal film is lower than the resistivity of the nitride of the first refractory metal film. 前記第一および第二の高融点金属膜は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗのいずれかであることを特徴とする請求項１０〜１４記載の半導体装置。 15. The semiconductor device according to claim 10, wherein the first and second refractory metal films are any one of Ti, Ta, Mo, and W. 前記第一の高融点金属はＷであり、第二の高融点金属はＴｉであることを特徴とする請求項１０〜１１記載の半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first refractory metal is W and the second refractory metal is Ti.
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