JP2746099B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリシリコン膜と高融
点金属シリサイド膜によって構成されるポリサイド膜を
電極材料あるいは配線材料として用いている半導体装置
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置が微細化するにつれ電極ある
いは配線の低抵抗化の要求はますます強くなってきてお
り、この要求に応えるものとして、ポリシリコン膜とチ
タンシリサイド膜等の高融点金属シリサイド膜によって
構成されるポリサイド膜が実用化されている。
【0003】図4は従来のポリサイド構造を示す断面図
である。同図に示すように、シリコン基板1上にゲート
酸化膜2、ポリシリコン膜6、チタンシリサイド膜4が
形成されている。このようなポリサイド構造において
は、高温の熱処理が施されるとチタンシリサイド膜4中
のチタン原子がポリシリコン膜6のグレインバウンダリ
に沿って拡散してゲート酸化膜2中に到達し、ゲート酸
化膜の耐圧を劣化させる。
【0004】この問題点を解決するものとして特開平3
−177027号公報において、図5に示すシリサイド
膜構造が提案されている。これは、ポリシリコン膜6中
にSiOX 膜5を形成するものであり、これによりチタ
ン原子の拡散を阻止してゲート酸化膜の劣化を防止しよ
うとするものである。また、特開平4−105324号
公報には、アモルファスシリコン膜上にシリサイド膜を
形成して、シリサイド膜を低抵抗化するための熱処理温
度を下げる方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来例に
おいては前述したように、シリサイド膜中の高融点金属
が拡散してゲート酸化膜の耐圧を劣化させる。図5に示
した従来例では、SiOX 膜5によって高融点金属の拡
散が防止されるためゲート酸化膜の耐圧劣化を抑制する
ことができる。しかし、この構造では広い領域にわたっ
てSiOX 膜5が形成されているため、ポリシリコン膜
の全体としての抵抗が高くなっている。また、アモルフ
ァスシリコン上にシリサイド膜を形成してシリサイド膜
の低抵抗化温度を下げた場合には、この熱処理に伴う高
融点金属の拡散を抑制することができる。しかし、この
手段を採用した場合にもソース・ドレイン拡散層の活性
化等、それ以外の熱処理時には高融点金属の拡散は抑制
されないからゲート酸化膜の耐圧劣化が問題となる。
【0006】本発明は、叙上の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ポリシリコン膜の抵
抗増加を最小限に抑えつつ、高融点金属の拡散を防止し
てゲート絶縁膜の耐圧劣化を抑制しうるようにして、信
頼性が高くかつ高品質の半導体装置を提供しうるように
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、化学気相成長法によりアモルファ
スシリコン膜を形成する工程と、イオン注入法により前
記アモルファスシリコン膜に酸素または窒素を添加する
工程と、前記アモルファスシリコン膜上に高融点金属膜
または高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、熱処
理を行って前記アモルファスシリコン膜を多結晶化させ
るとともにSiO X またはSiN X を多結晶化したシリ
コン膜のグレインバウンダリに偏析させる工程と、を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。
【0008】また、本発明によれば、酸素または窒素を
含有するアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前
記アモルファスシリコン膜上に高融点金属膜または高融
点金属シリサイド膜を形成する工程と、熱処理を行って
前記アモルファスシリコン膜を多結晶化させるとともに
SiO X またはSiN X を多結晶化したシリコン膜のグ
レインバウンダリに偏析させる工程と、を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実
施例を説明するための製造工程順断面図である。まず、
図1(a)に示すように、シリコン基板1上に熱酸化法
によりゲート酸化膜2を約100Åの膜厚に形成し、そ
の上に化学気相成長法によりアモルファスシリコン膜3
を約1000Åの膜厚に、マグネトロンスパッタリング
法によりチタンシリサイド膜4を約1000Åの膜厚に
形成する。
【0010】次に、図1(b)に示すように、酸素イオ
ンを50〜100keVで1016〜1017/cm2 程度
注入し、アモルファスシリコン膜3中にSiOX 膜5を
形成する。続いて、700℃〜800℃程度の熱処理を
行うことにより、図1(c)に示すように、アモルファ
スシリコン膜3をポリシリコン膜6に変化させると同時
に、SiOX をポリシリコン膜6のグレインバウンダリ
に偏析させる(図中、SiOX が偏析したグレインバウ
ンダリが7として示されている)。
【0011】このような構造においては、チタンシリサ
イド膜4中のチタン原子の拡散が、SiOX が偏析した
グレインバウンダリ7によって抑えられ、ゲート酸化膜
2に到達するのを防ぐためにゲート酸化膜の耐圧劣化を
抑えることができる。また、SiOX をグレインバウン
ダリに局在させたことによりSiOX を含むことによる
ポリシリコン膜6の抵抗増加を最小限に抑えることがで
き、ポリサイド構造による低抵抗化を効果的に実現する
ことが可能となっている。また、SiOX を全面に設け
る場合に比べ酸素イオン注入量が少なくて済む。あるい
は同量の酸素イオンを導入した場合、拡散経路にSiO
X を局在させたことにより、より高いチタン原子阻止能
力を得ることができる。
【0012】本実施例においては酸素イオンを注入する
場合について述べたが窒化イオンを注入しても同様の効
果が得られる。この場合、SiNX が形成されこれが多
結晶シリコン形成時にグレインバウンダリに偏析する。
また、ポリサイド構造の上層導電体膜としては、チタン
シリサイド膜だけでなくタングステンシリサイド膜、コ
バルトシリサイド膜、モリブデンシリサイド膜等の他の
シリサイド膜を用いてもよい。
【0013】図2(a)〜(c)は、本発明の第2の実
施例を説明するための製造工程順断面図である。まず、
図2(a)に示すように、シリコン基板1上に熱酸化法
によりゲート酸化膜2を約100Åの膜厚に形成し、そ
の上に、SiH4 にN2 Oを添加した反応ガスを用いた
化学気相成長法によりSiOX 含有アモルファスシリコ
ン膜8を約1000Åの膜厚に形成する。
【0014】続いて、700℃〜800℃程度の熱処理
を行うことにより、図2(b)に示すように、SiOX
含有アモルファスシリコン膜8をポリシリコン膜6に変
化させると同時に、SiOX をポリシリコン膜6のグレ
インバウンダリに偏析させる(SiOX が偏析したグレ
インバウンダリ7が形成される)。
【0015】次に、図2(c)に示すように、マグネト
ロンスパッタリング法によりタングステンシリサイド膜
9を約1000Åの膜厚に形成する。このように形成さ
れたポリサイド構造においては、タングステンシリサイ
ド膜9中のタングステン原子の拡散がグレインバウンダ
リに偏析したSiOX により防止されるため、タングス
テン原子のゲート酸化膜2への到達が阻止されその耐圧
低下が防止される。この実施例においては、ポリサイド
構造の上層導電体膜としてタングステンシリサイド膜を
用いていたが、これに代え、チタンシリサイド膜、コバ
ルトシリサイド膜、モリブデンシリサイド膜等の他の高
融点金属シリサイド膜を用いてもよい。
【0016】図3(a)〜(c)は、本発明の第3の実
施例を説明するための製造工程順断面図である。まず、
図3(a)に示すように、シリコン基板1上に熱酸化法
によりゲート酸化膜2を約100Åの膜厚に形成し、そ
の上に化学気相成長法によりアモルファスシリコン膜3
を約1000Åの膜厚に形成した後、酸素イオンを10
〜30keVで1016〜1017/cm2 程度注入してア
モルファスシリコン膜3中にSiOX 膜5を形成する。
【0017】次に、図3(b)に示すように、マグネト
ロンスパッタリング法によりチタンシリサイド膜4を約
1000Åの膜厚に形成する。続いて、700℃〜80
0℃程度の熱処理を行うことにより、図3(c)に示す
ように、アモルファスシリコン膜3をポリシリコン膜6
に変化させると同時に、SiOX をポリシリコン膜6の
グレインバウンダリに偏析させる(SiOX が偏析した
グレインバウンダリ7が形成される)。
【0018】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本願
発明の要旨を変更しない範囲内において各種の変更が可
能である。例えば、実施例では、シリサイド膜はスパッ
タ法により形成されていたがポリシリコン膜上に高融点
金属膜を形成し熱処理を行ってポリシリコンと高融点金
属を反応させてシリサイド膜を形成するようにしてもよ
い。この場合、シリサイド膜の形成時に同時にアモルフ
ァスシリコンの多結晶化を行うようにすることができ
る。また、ポリサイド構造のシリサイド膜に代えチタ
ン、タングステン、モリブデン等の高融点金属膜を用い
ることができる。このポリシリコン膜−高融点金属膜積
層体を用いた場合、より低い抵抗の電極、配線を実現す
ることができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置はSiOX またはSiNX をグレインバウンダリ
に局在させたポリシリコン膜をポリサイド膜に用いたも
のであるので、シリサイド膜中の高融点金属のポリシリ
コン膜への拡散が抑制される。したがって、本発明によ
れば、シリサイド膜中の高融点金属のゲート酸化膜への
拡散が防止されゲート酸化膜の耐圧劣化を抑制すること
ができる。また、SiOX またはSiNX をグレインバ
ウンダリに局在させたことによりSiOX またはSiN
X による高融点金属拡散抑止能力を最大限に高めること
ができまた絶縁物をポリシリコン膜に含ませたことによ
る抵抗の増大を最小限に抑えることができる。したがっ
て、本発明によれば、半導体装置の高信頼性を確保しつ
つ、電極、配線の低抵抗化を実現することができ、半導
体装置の微細化、高速化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための製造工
程順断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための製造工
程順断面図。
【図3】本発明の第3の実施例を説明するための製造工
程順断面図。
【図4】第1の従来例の断面図。
【図5】第2の従来例の断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 アモルファスシリコン膜 4 チタンシリサイド膜 5 SiOX 膜 6 ポリシリコン膜 7 SiOX が偏析したグレインバウンダリ 8 SiOX 含有アモルファスシリコン膜 9 タングステンシリサイド膜

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素または窒素を含有するアモルファス
    シリコン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコ
    ン膜上に高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を
    形成する工程と、熱処理を行って前記アモルファスシリ
    コン膜を多結晶化させるとともにSiO X またはSiN
    X を多結晶化したシリコン膜のグレインバウンダリに偏
    析させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 化学気相成長法によりアモルファスシリ
    コン膜を形成する工程と、イオン注入法により前記アモ
    ルファスシリコン膜に酸素または窒素を添加する工程
    と、前記アモルファスシリコン膜上に高融点金属膜また
    は高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、熱処理を
    行って前記アモルファスシリコン膜を多結晶化させる
    ともにSiO X またはSiN X を多結晶化したシリコン
    膜のグレインバウンダリに偏析させる工程と、を有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 N2 Oを含む反応ガスによりシリコンを
    気相成長させて酸素を含むアモルファスシリコン膜を形
    成する工程と、前記アモルファスシリコン膜上に高融点
    金属膜または高融点金属シリサイド膜を形成する工程
    と、熱処理を行って前記アモルファスシリコン膜を多結
    晶化させるとともにSiO X を多結晶化したシリコン膜
    のグレインバウンダリに偏析させる工程と、を有するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 酸素または窒素を含有するアモルファス
    シリコン膜を形成する工程と、熱処理を行って前記アモ
    ルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変換するとと
    もにSiO X またはSiN X を多結晶化したシリコン膜
    のグレインバウンダリに偏析させる工程と、前記多結晶
    シリコン膜上に高融点金属膜または高融点金属シリサイ
    ド膜を形成する工程と、を有することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 化学気相成長法によりアモルファスシリ
    コン膜を形成する工程と、イオン注入法により前記アモ
    ルファスシリコン膜に酸素または窒素を添加する工程
    と、熱処理を行って前記アモルファスシリコン膜を多結
    晶シリコン膜に変換するとともにSiO X またはSiN
    X を多結晶化したシリコン膜のグレインバウンダリに偏
    析させる工程と、前記多結晶シリコン膜上に高融点金属
    膜または高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、を
    有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 N2 Oを含む反応ガスによりシリコンを
    気相成長させて酸素を含むアモルファスシリコン膜を形
    成する工程と、熱処理を行って前記アモルファスシリコ
    ン膜を多結晶シリコン膜に変換するとともにSiO X
    多結晶化したシリコン膜のグレインバウンダリに偏析さ
    せる工程と、前記多結晶シリコン膜上に高融点金属膜ま
    たは高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、を有す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 化学気相成長法によりアモルファスシリ
    コン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜
    上に高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を形成
    する工程と、イオン注入法により前記アモルファスシリ
    コン膜に酸素または窒素を添加する工程と、熱処理を行
    って前記アモルファスシリコン膜を多結晶化させるとと
    もにSiO X またはSiN X を多結晶化したシリコン膜
    のグレインバウンダリに偏析させる工程と、を有するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
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