JP2624736B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に半導
体装置の電極,配線の形成方法に関する。
体装置の電極,配線の形成方法に関する。
(従来の技術) 一般に半導体装置、特にMOS型半導体装置の電極,配
線の抵抗値は装置の動作速度や、設計の自由度に大きく
影響を与えるため、極力小さく抑えることが望ましいと
されている。そこで前記抵抗値が低減される高融点金属
を用いたゲート電極や、配線の技術が種々提案されてい
る。
線の抵抗値は装置の動作速度や、設計の自由度に大きく
影響を与えるため、極力小さく抑えることが望ましいと
されている。そこで前記抵抗値が低減される高融点金属
を用いたゲート電極や、配線の技術が種々提案されてい
る。
その提案の中でも多結晶シリコン膜上に高融点金属膜
を積層にした構造のものは、MOSトランジスター,コン
デンサー部分でのゲートの仕事函数が高融点金属が単層
の構造のものとは異なり従来用いられている多結晶シリ
コンゲートのものと同様であるため有望視されている。
特に、高融点金属シリサイド化温度を上まわる高温工程
が可能な構造、すなわち多結晶シリコン膜とこの膜上の
高融点金属膜の間に反応バリアとして金属チッ化膜ある
いは金属炭化膜を介在させた構造のゲート電極,配線を
形成する場合は高温工程が必要な従来工程と同様の工程
を採用することが可能である。
を積層にした構造のものは、MOSトランジスター,コン
デンサー部分でのゲートの仕事函数が高融点金属が単層
の構造のものとは異なり従来用いられている多結晶シリ
コンゲートのものと同様であるため有望視されている。
特に、高融点金属シリサイド化温度を上まわる高温工程
が可能な構造、すなわち多結晶シリコン膜とこの膜上の
高融点金属膜の間に反応バリアとして金属チッ化膜ある
いは金属炭化膜を介在させた構造のゲート電極,配線を
形成する場合は高温工程が必要な従来工程と同様の工程
を採用することが可能である。
しかしながら、従来の多結晶シリコンゲート形成工程
で使用されていた、ゲート,拡散層の酸化工程を上記の
ような高融点金属を用いた半導体装置に適用する場合、
次のような厳しい制約がある。つまり、この酸化工程は
MOSトランジスタ,キャパシタのゲート特性の向上ある
いはエッチング,イオン注入等による基板に誘起された
欠陥,ダメージ等の回復を目的としたものである。とこ
ろが高融点金属膜の場合は酸化されやすいため、通常の
多結晶シリコン膜の酸化条件、例えば900℃のO2雰囲気
あるいは800℃のO2−H2O雰囲気等では高融点金属膜が著
しく酸化され、ゲート電極・配線の抵抗を高抵抗化して
しまう。このような電極・配線の高抵抗化を低減するた
めに例えば900℃の数%の水蒸気を含む水素雰囲気でシ
リコン膜のみ酸化し、高融点金属膜は酸化しないように
することが必要である。
で使用されていた、ゲート,拡散層の酸化工程を上記の
ような高融点金属を用いた半導体装置に適用する場合、
次のような厳しい制約がある。つまり、この酸化工程は
MOSトランジスタ,キャパシタのゲート特性の向上ある
いはエッチング,イオン注入等による基板に誘起された
欠陥,ダメージ等の回復を目的としたものである。とこ
ろが高融点金属膜の場合は酸化されやすいため、通常の
多結晶シリコン膜の酸化条件、例えば900℃のO2雰囲気
あるいは800℃のO2−H2O雰囲気等では高融点金属膜が著
しく酸化され、ゲート電極・配線の抵抗を高抵抗化して
しまう。このような電極・配線の高抵抗化を低減するた
めに例えば900℃の数%の水蒸気を含む水素雰囲気でシ
リコン膜のみ酸化し、高融点金属膜は酸化しないように
することが必要である。
しかしながら、このような方法は高温高濃度の水素を
用いるため、工業的に危険を伴なうあるいはシリコン膜
の酸化速度がおそく、長時間の処理が必要となる等の制
約があり、実用上問題となっている。
用いるため、工業的に危険を伴なうあるいはシリコン膜
の酸化速度がおそく、長時間の処理が必要となる等の制
約があり、実用上問題となっている。
(発明が解決しようとする課題) 前述したようにゲート電極・配線の形成後の酸化工程
において高融点金属膜が露出していると前記高融点金属
膜表面の酸化を防止する必要があり、このため大きな制
約があり、実用上の問題点となっている。そこで本発明
は上記高融点金属膜の酸化を実用的に抑制する半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。
において高融点金属膜が露出していると前記高融点金属
膜表面の酸化を防止する必要があり、このため大きな制
約があり、実用上の問題点となっている。そこで本発明
は上記高融点金属膜の酸化を実用的に抑制する半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するために本発明では、高融点金属膜
の周面部に高融点金属窒化膜,高融点金属炭化膜あるい
は高融点金属珪化膜等を形成することにより、高融点金
属膜の酸化の抑制をおこなうものである。
の周面部に高融点金属窒化膜,高融点金属炭化膜あるい
は高融点金属珪化膜等を形成することにより、高融点金
属膜の酸化の抑制をおこなうものである。
(作用) 本発明によれば、ゲート電極,配線等に用いられる高
融点金属の周囲は金属の窒化膜,炭化膜,あるいは珪化
膜等の膜で被覆されるので、その後酸化工程等のプロセ
スがある場合でも前記高融点金属膜が酸化されることが
なく、高抵抗化することがない。
融点金属の周囲は金属の窒化膜,炭化膜,あるいは珪化
膜等の膜で被覆されるので、その後酸化工程等のプロセ
スがある場合でも前記高融点金属膜が酸化されることが
なく、高抵抗化することがない。
また、そのため、高融点金属膜を用いる半導体装置の
製造方法でも従来と同様のプロセスを用いることが可能
となる。
製造方法でも従来と同様のプロセスを用いることが可能
となる。
(実施例) 実施例1 本発明による第1の実施例を図面を用いて詳細に説明
する。第1図は、その製造工程を示す断面図である。
する。第1図は、その製造工程を示す断面図である。
まず、第1図(a)に示すようにシリコン等の半導体
基板(1)表面にゲート絶縁膜となる例えばシリコン酸
化膜(2)を約12nm形成する。次いで、前記シリコン酸
化膜(2)上に多結晶シリコン膜(3)を気相成長法等
により約200nm形成した後、第1図(b)に示すように9
50℃のオキシ塩化リン(POCl3)雰囲気に20〜30分さら
すことによりリン(P)を前記多結晶シリコン膜(3)
中に導入し、第1の導電層としてリン添加多結晶シリコ
ン膜(3a)を形成する。さらに前記リン添加多結晶シリ
コン膜(3a)上に第1の膜として約20nmの窒化チタン
(TiN)膜(4)を反応性スパッタ法等の方法により形
成し、続いて前記窒化チタン膜(4)上に第2の導電層
として高融点金属膜、例えばタングステン(W)膜
(5)をスパッタ法等により約200nmの膜厚に形成す
る。
基板(1)表面にゲート絶縁膜となる例えばシリコン酸
化膜(2)を約12nm形成する。次いで、前記シリコン酸
化膜(2)上に多結晶シリコン膜(3)を気相成長法等
により約200nm形成した後、第1図(b)に示すように9
50℃のオキシ塩化リン(POCl3)雰囲気に20〜30分さら
すことによりリン(P)を前記多結晶シリコン膜(3)
中に導入し、第1の導電層としてリン添加多結晶シリコ
ン膜(3a)を形成する。さらに前記リン添加多結晶シリ
コン膜(3a)上に第1の膜として約20nmの窒化チタン
(TiN)膜(4)を反応性スパッタ法等の方法により形
成し、続いて前記窒化チタン膜(4)上に第2の導電層
として高融点金属膜、例えばタングステン(W)膜
(5)をスパッタ法等により約200nmの膜厚に形成す
る。
その後、第1図(c)に示すように写真食刻法,反応
性イオンエッチング法等を用いて、前記タングステン膜
(5),窒化チタン膜(4),リン添加多結晶シリコン
膜(3a)をゲートを構成する部分を除いて除去した後、
600℃のアンモニア雰囲気中で30分間熱処理(窒化処
理)して、前記タングステン膜(5)の表面に窒化タン
グステン膜(6)を約10nm形成する。続いて、リン等の
イオン注入及び拡散により低濃度のn-ソース,ドレイン
領域(7),(8)を形成し、更にシリコン酸化膜
(2)上のゲート電極(9)の側壁にシリコン酸化膜等
の絶縁性膜のサイドウォール(10)を形成する。
性イオンエッチング法等を用いて、前記タングステン膜
(5),窒化チタン膜(4),リン添加多結晶シリコン
膜(3a)をゲートを構成する部分を除いて除去した後、
600℃のアンモニア雰囲気中で30分間熱処理(窒化処
理)して、前記タングステン膜(5)の表面に窒化タン
グステン膜(6)を約10nm形成する。続いて、リン等の
イオン注入及び拡散により低濃度のn-ソース,ドレイン
領域(7),(8)を形成し、更にシリコン酸化膜
(2)上のゲート電極(9)の側壁にシリコン酸化膜等
の絶縁性膜のサイドウォール(10)を形成する。
次に、第1図(d)のように前記サイドウォール(1
0)をマスクとして前記低濃度のn-ソース,ドレイン領
域(7),(8)よりも深い位置までAs等のイオン注入
した後、拡散して、高濃度のn+ソース,ドレイン領域
(7a),(8a)を形成し、更に、全面に絶縁膜(図示せ
ず)を形成した後、前記ソース,ドレイン(7),
(8),及びゲート(9)と接続する金属層を形成し、
本発明によるMOS型トランジスタを形成する。
0)をマスクとして前記低濃度のn-ソース,ドレイン領
域(7),(8)よりも深い位置までAs等のイオン注入
した後、拡散して、高濃度のn+ソース,ドレイン領域
(7a),(8a)を形成し、更に、全面に絶縁膜(図示せ
ず)を形成した後、前記ソース,ドレイン(7),
(8),及びゲート(9)と接続する金属層を形成し、
本発明によるMOS型トランジスタを形成する。
その後、前記ソース,ドレイン拡散層(7),(7
a),(8),(8a)のダメージ除去,ゲート特性の改
善の為、約800℃の雰囲気中で水素燃焼酸化を60分施
す。この熱工程を行っても、前記高融点金属膜(5)の
表面には酸化膜が形成されない。
a),(8),(8a)のダメージ除去,ゲート特性の改
善の為、約800℃の雰囲気中で水素燃焼酸化を60分施
す。この熱工程を行っても、前記高融点金属膜(5)の
表面には酸化膜が形成されない。
従って、上記工程により形成されたMOS型トランジス
タであれば、ゲート電極,配線が高抵抗化することはな
い。また、この実施例によれば高融点金属膜(5)を酸
化することなくシリコン領域の酸化を行なうことがで
き、従って、高融点金属膜のゲート形成の工程の自由度
が大幅に改善された。
タであれば、ゲート電極,配線が高抵抗化することはな
い。また、この実施例によれば高融点金属膜(5)を酸
化することなくシリコン領域の酸化を行なうことがで
き、従って、高融点金属膜のゲート形成の工程の自由度
が大幅に改善された。
実施例2 本発明による第2の実施例を第2図を用いて説明す
る。
る。
第2図は、その製造工程を示す断面図である。第2図
(a)及び(b)の工程は、第1図(a)及び(b)と
全く同様の工程であり、第1図と同一部分は同一の符号
を付して示し、詳細な説明は省略する。
(a)及び(b)の工程は、第1図(a)及び(b)と
全く同様の工程であり、第1図と同一部分は同一の符号
を付して示し、詳細な説明は省略する。
第2図(b)のように半導体基板(1)上に、シリコ
ン酸化膜(2),リン添加多結晶シリコン膜(3a),窒
化チタン膜(4)及びタングステン膜(5)をこの順に
形成した後、第2図(c)に示すように、これらの膜の
部分を残して基板(1)表面を露出するように前記膜を
所望の形状にパターニングする。
ン酸化膜(2),リン添加多結晶シリコン膜(3a),窒
化チタン膜(4)及びタングステン膜(5)をこの順に
形成した後、第2図(c)に示すように、これらの膜の
部分を残して基板(1)表面を露出するように前記膜を
所望の形状にパターニングする。
その後、第2図(d)に示すように気相成長法等によ
り、全面に多結晶シリコン膜(21)を約20nm形成し、更
に800℃の窒素雰囲気で30分間熱処理することにより、
前記パターニングされたタングステン膜(5)の周面に
タングステンシリサイド膜(20)を形成する。ここで、
前記基板(1)表面及びリン添加多結晶シリコン膜(3
a)の側壁には、多結晶シリコン膜(21)が残存する。
り、全面に多結晶シリコン膜(21)を約20nm形成し、更
に800℃の窒素雰囲気で30分間熱処理することにより、
前記パターニングされたタングステン膜(5)の周面に
タングステンシリサイド膜(20)を形成する。ここで、
前記基板(1)表面及びリン添加多結晶シリコン膜(3
a)の側壁には、多結晶シリコン膜(21)が残存する。
次いで、第1の実施例と同様にソース(17),ドレイ
ン(18)を形成した後、前記ソース(7),ドレイン
(8)のダメージ除去、ゲート時性の改善のため、900
℃で水素燃焼酸化を60分施す。これにより、第2図
(d)の多結晶シリコン膜(21)は第2図(e)に示す
酸化膜(22)として形成される。この時、タングステン
膜(5)の周面にはタングステンシリサイド膜(20)が
形成されているので、前記タングステン膜(5)が酸化
されることは全くない。
ン(18)を形成した後、前記ソース(7),ドレイン
(8)のダメージ除去、ゲート時性の改善のため、900
℃で水素燃焼酸化を60分施す。これにより、第2図
(d)の多結晶シリコン膜(21)は第2図(e)に示す
酸化膜(22)として形成される。この時、タングステン
膜(5)の周面にはタングステンシリサイド膜(20)が
形成されているので、前記タングステン膜(5)が酸化
されることは全くない。
このようにして形成されたMOS型トランジスタであっ
ても、第1の実施例と同様の効果が得られる。
ても、第1の実施例と同様の効果が得られる。
尚、本発明は、上記した第1及び第2の実施例に何ら
限定されるものではなく、例えば、実施例に示したLDD
構造以外のMOS型トランジスタや高融点金属を使用する
他のトランジスタにも適用できることは言うまでもな
い。
限定されるものではなく、例えば、実施例に示したLDD
構造以外のMOS型トランジスタや高融点金属を使用する
他のトランジスタにも適用できることは言うまでもな
い。
また、本発明の実施例に含まれる高融点金属としては
タングステンの他モリブデンでもよく、電極,配線に用
いられ、酸化工程によって表面に高融点金属の酸化物が
形成されてしまうものに対して本発明は適用することが
できる。
タングステンの他モリブデンでもよく、電極,配線に用
いられ、酸化工程によって表面に高融点金属の酸化物が
形成されてしまうものに対して本発明は適用することが
できる。
更に、本発明によれば、高融点金属膜を窒化,炭化,
あるいは珪化処理することにより、前記高融点金属膜の
周面に窒化膜,炭化膜あるいは珪化膜で被覆した後は、
プラズマ酸素雰囲気、あるいは乾燥酸素雰囲気中で処理
などどのような酸化処理を行った場合でも効果を得るこ
とができる。
あるいは珪化処理することにより、前記高融点金属膜の
周面に窒化膜,炭化膜あるいは珪化膜で被覆した後は、
プラズマ酸素雰囲気、あるいは乾燥酸素雰囲気中で処理
などどのような酸化処理を行った場合でも効果を得るこ
とができる。
本発明によれば、高融点金属膜を高融点金属の窒化,
炭化あるいは珪化膜等の膜で被覆するので、その後の熱
処理の工程が行なわれても前記高融点金属膜表面は酸化
されず、高抵抗化することはない。
炭化あるいは珪化膜等の膜で被覆するので、その後の熱
処理の工程が行なわれても前記高融点金属膜表面は酸化
されず、高抵抗化することはない。
第1図は本発明による一実施例を説明するための工程断
面図、第2図は本発明による他の実施例を説明するため
の工程断面図である。 1……基板,2……ゲート絶縁膜, 3a……多結晶シリコン膜,4……チッ化チタン膜, 5……タングステン膜,6……チッ化タングステン膜, 7,7a……ソース,8,8a……ドレイン, 9……ゲート, 20……タングステンシリサイド膜, 21……多結晶シリコン膜,22……酸化膜。
面図、第2図は本発明による他の実施例を説明するため
の工程断面図である。 1……基板,2……ゲート絶縁膜, 3a……多結晶シリコン膜,4……チッ化チタン膜, 5……タングステン膜,6……チッ化タングステン膜, 7,7a……ソース,8,8a……ドレイン, 9……ゲート, 20……タングステンシリサイド膜, 21……多結晶シリコン膜,22……酸化膜。
Claims (3)
- 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して第1の導電
膜層を形成する工程と、前記第1の導電層上に金属の窒
化膜、炭化膜、あるいは窒炭化膜から選ばれた第1の膜
を形成した後、この第1の膜上に第2の導電層として高
融点金属層を形成する工程と、前記第2の導電層、第1
の膜、第1の導電層を所望のパターンに形成した後、少
なくとも前記パターニングされた高融点金属層の周面を
窒化、炭化あるいは珪化処理する工程と、その後酸素雰
囲気中にさらす工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項2】前記半導体装置の製造方法は、MOS型トラ
ンジスタの製造方法であって、前記第2の導電層、第1
の膜、第1の導電層のパターニングにより残存した膜を
ゲート電極として形成した後、前記ゲート電極に対して
自己整合的にイオン注入を行いソース、ドレイン領域を
形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項3】前記酸素雰囲気は、プラズマ酸素雰囲気、
乾燥酸素雰囲気、あるいは水素燃焼酸化雰囲気のいずれ
かであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
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US6337520B1 (en) | 1997-02-26 | 2002-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Composition for a wiring, a wiring using the composition, manufacturing method thereof, a display using the wiring and manufacturing method thereof |
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US6218276B1 (en) | 1997-12-22 | 2001-04-17 | Lsi Logic Corporation | Silicide encapsulation of polysilicon gate and interconnect |
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