JP2858636B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2858636B2 JP7078454A JP7845495A JP2858636B2 JP 2858636 B2 JP2858636 B2 JP 2858636B2 JP 7078454 A JP7078454 A JP 7078454A JP 7845495 A JP7845495 A JP 7845495A JP 2858636 B2 JP2858636 B2 JP 2858636B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、特にゲート電極あるいは配線層の構造お
よびそ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、ゲート
電極幅あるいは配線幅も縮小され、ゲート電極抵抗およ
び配線抵抗は益々増大している。これら抵抗の増大はデ
バイスの動作速度の低下につながるので、これら抵抗を
小さくすることが重要となってきている。
【0003】そこで、従来一般的に用いられてきたタン
グステンシリサイドを抵抗の小さいチタンシリサイドに
置き換えることが試みられている(J.Appl.phys. 60
(1) p.243, 1986 )。このような構造を図4に示す。シ
リコン基板1上にゲート酸化膜2が形成され、その上に
ポリシリコン膜3およびチタンシリサイド膜5が形成さ
れている。さらに、シリコン基板1の表面に導電層を挟
んで高濃度不純物領域7が形成されている。
【0004】ポリシリコン膜3およびチタンシリサイド
膜5はトランジスタのゲート電極を構成し、高濃度不純
物領域7はトランジスタのソースおよびドレイン領域を
構成している。このような構成のゲート電極は、構成要
素として比抵抗の小さいチタンシリサイド膜5を含んで
いるので配線抵抗の小さいゲート電極構造となってい
る。
【0005】しかし、ポリシリコン膜3とチタンシリサ
イド膜5との二層構造においては、800℃程度の高温
熱処理を加えるとチタンシリサイド膜5が凝集を起こ
し、チタンシリサイド膜5に不連続点が生じ、配線抵抗
が増大するという問題がある。この凝集は、シリコンが
チタンシリサイド膜中に拡散することによって引き起こ
されるものと考えられている。また、チタンシリサイド
がポリシリコン膜3の結晶粒界に沿って侵入し、ゲート
酸化膜2に到達してゲート酸化膜2の絶縁耐圧を劣化さ
せるという問題もある。
【0006】このような絶縁耐圧の劣化を防ぐことを目
的として、特開昭63−224255号公報において、
図5に示す構造の半導体装置が提案されている。この構
造は、図4に示した構造のポリシリコン膜3とチタンシ
リサイド膜5との間に窒化チタン膜8を設けた構造であ
り、ポリシリコン膜3、窒化チタン膜8およびチタンシ
リサイド膜5の三層膜によりゲート電極を構成してい
る。このような構成のゲート電極は構成要素として比抵
抗の小さいチタンシリサイド膜5を含んでいるので配線
抵抗の小さいゲート電極構造となっている。
【0007】しかも、ポリシリコン膜3とチタンシリサ
イド膜5との間に窒化チタン膜8を設けているので、8
00℃程度の熱処理を行ってもチタンシリサイドがポリ
シリコン膜3の結晶粒界中へ侵入してゲート酸化膜2に
到達することはなく、ゲート酸化膜2の絶縁耐圧を劣化
させることはない。また、この従来例においては、特に
記述されていないが、窒化チタン膜8が存在するために
ポリシリコン膜3中のシリコンがチタンシリサイド膜5
の中へ侵入できなくなっており、その結果、チタンシリ
サイド膜5が凝集を起こしにくくなっている。したがっ
てこの構造は配線抵抗増大のおそれの少ない構造にもな
っている。
【0008】また、特開平3−46323号公報には、
配線抵抗の増大を防ぐ構造として、図6に示すゲート電
極構造が提案されている。これは、図4を用いて説明し
た構造のチタンシリサイド膜5の表面に酸化チタン膜9
を設けたものである。このような構造においては、高温
熱処理を行った場合にチタンシリサイド膜5が凝集しよ
うとしても強固な膜である酸化チタン膜9が存在するた
め、チタンシリサイド膜5の動きが止められ凝集が抑制
される。その結果、配線抵抗の増大が抑えられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した二層構造
の従来例においては、先に述べたように、800℃程度
の熱処理を加えるとチタンシリサイド膜5が凝集を起こ
し、チタンシリサイド膜5に不連続点が生じ、配線抵抗
が増大するという問題がある。また、ゲート酸化膜2の
絶縁耐圧が劣化するという欠点も有している。
【0010】図5に示した三層構造の従来例において
は、上述の欠点は克服されているものの、バリア層が酸
化されやすい窒化チタンにより構成されているため、こ
れが熱処理時に酸化され、抵抗が大きくなってしまうと
いう欠点がある。窒化チタン膜8の抵抗が大きくなる
と、チタンシリサイド膜5とポリシリコン膜3との接続
抵抗が大きくなり、デバイス特性が劣化する。この酸化
は配線の横側から進行するので配線幅が小さくなると大
きな問題となる。また、製造工程から見れば、窒化チタ
ン膜8の成膜工程が別途必要となり、製造工程が複雑に
なるという問題もある。
【0011】また、図6に示した従来例においては、チ
タンシリサイドの凝集は若干は抑えられるものの、ポリ
シリコン膜3とチタンシリサイド膜5の間にバリア層は
存在しておらず、ポリシリコン膜3中のシリコンが自由
にチタンシリサイド膜5へ侵入できるのでその抑制効果
は小さい。また、ポリシリコン膜中へのチタンシリサイ
ドの侵入も妨げられないので、図4に示した従来例の場
合と同様に、ゲート酸化膜2の絶縁耐圧劣化の問題が起
こる。
【0012】本発明の目的はこれらの欠点を排除し、ゲ
ート酸化膜の耐圧劣化を抑制することができ、しかも配
線抵抗の増大を抑えることのできる半導体装置を提供す
ることであり、さらにこの半導体装置の簡単な製造方法
を提供することである。
【0013】
【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、ポリシリコン膜と、チタンシリサ
イドとの相互の拡散を防止する酸化チタン含有チタンシ
リサイド膜と、チタンシリサイド膜との積層膜を含む導
電層を有し、前記酸化チタン含有チタンシリサイド膜
は、酸化チタンの含有率が30mol%以上70mol
%以下であることを特徴とする半導体装置、が提供され
る。
【0014】また、本発明によれば、 (1)ポリシリコン膜を形成する工程と、 (2)前記ポリシリコン膜上に化学気相成長法若しくは
熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、 (3)前記シリコン酸化膜上に直接チタンシリサイド膜
を形成する工程と、 (4)熱処理により前記シリコン酸化膜と前記チタンシ
リサイド膜の一部とを反応させてチタンシリサイドとの
相互の拡散を防止する酸化チタン含有チタンシリサイド
膜を形成する工程と、 を含む半導体装置の製造方法、が提供される。
【0015】
【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は本発明の一実施例を説明するための
断面図である。シリコン基板1上にゲート酸化膜2が約
100Åの膜厚に形成されており、その上にポリシリコ
ン膜3が約500Åの膜厚に、酸化チタン含有チタンシ
リサイド膜6が50Å程度の膜厚に、チタンシリサイド
膜5が約1000Åの膜厚に形成されており、さらにシ
リコン基板1の表面領域内には、上記三層膜を挟むよう
に高濃度不純物領域7が形成されている。ポリシリコン
膜3、酸化チタン含有チタンシリサイド膜6、およびチ
タンシリサイド膜5からなる三層膜はトランジスタのゲ
ート電極を構成し、高濃度不純物領域7はトランジスタ
のソースおよびドレイン領域を構成している。
【0016】このような構造のトランジスタにおいて
は、酸化チタン含有チタンシリサイド膜6が設けられて
いるので膜中の酸化チタンにより、チタンシリサイドが
ポリシリコン膜3の結晶粒界に沿って侵入するのが抑制
される。その結果、ゲート酸化膜2の耐圧劣化が抑制さ
れる。同様に、酸化チタンの存在により、ポリシリコン
膜3中のシリコンがチタンシリサイド膜5へ侵入するの
が抑制されるのでチタンシリサイド膜5の凝集が抑制さ
れ、配線抵抗の増大は防止される。
【0017】さらに、酸化チタン含有チタンシリサイド
膜は十分低い抵抗を有しており、しかも熱処理時に酸化
は進行しにくいのでチタンシリサイド膜5とポリシリコ
ン膜3との接続抵抗を小さく保つことができる。したが
って、このようなトランジスタ構造は、微細化されても
配線抵抗を小さく保つことができ、しかもゲート酸化膜
耐圧を劣化させないので半導体デバイスの微細化、高速
化に適した構造となっている。
【0018】ここで、酸化チタン含有チタンシリサイド
膜の酸化チタンの含有率は、30mol%以上70mo
l%以下が望ましく、より好ましくは40mol%以上
60mol%以下である。これ以下の比率では、チタン
シリサイドおよびシリコンの侵入に対する抑制効果が低
くなり、またこれ以上ではポリシリコン膜とチタンシリ
サイド膜との間の抵抗が高くなり、配線抵抗の増加を招
くからである。
【0019】次に、本発明による半導体装置の製造方法
について説明する。図2(a)〜(f)は、図1に示し
た半導体装置の第1の製造方法を説明するための工程順
断面図である。まず、図2(a)に示すように、シリコ
ン基板1上にゲート酸化膜2を約100Åの膜厚に形成
する。次に、図2(b)に示すように、シランガスとホ
スフィンガスを用いて化学気相成長法により、リンドー
プされたポリシリコン膜3を約500Åの膜厚に形成す
る。この際、最終段階において酸素あるいはN2 Oを添
加することにより、シリコン酸化膜4を数十Å程度の膜
厚に形成する。このシリコン酸化膜4はシリコンリッチ
なシリコン酸化膜でよい。
【0020】次に、図2(c)に示すように、反応性の
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5を約1000Åの膜厚に形成する。しかる後、80
0℃程度の熱処理を行うと、シリコン酸化膜4とチタン
シリサイド膜5が反応し、図2(d)に示すように、膜
厚約50Åの酸化チタン含有チタンシリサイド膜6が形
成される。次に、図2(e)に示すように、通常のリソ
グラフィー工程により、上記三層膜のパターニングを行
ってゲート電極を形成する。
【0021】次に、図2(f)に示すように、イオン注
入法により、ソースおよびドレインとなる高濃度不純物
領域7を形成する。このようなトランジスタの製造方法
においては、ポリシリコン膜3を形成する工程におい
て、成膜工程の最終段階で酸素等を添加するだけでシリ
コン酸化膜4を形成し、後に熱処理を加えることにより
酸化チタン含有チタンシリサイド膜6を形成するので、
製造工程が簡単であり安価に半導体デバイスを製造する
ことができる。
【0022】図3(a)〜(c)は、図1に示した半導
体装置の第2の製造方法を説明するための工程順断面図
である。まず、図3(a)に示すように、シリコン基板
1上にゲート酸化膜2を約100Åの膜厚に形成する。
次に、図3(b)に示すように、シランガスを用いて化
学気相成長法により膜厚約500Åのポリシリコン膜3
を形成する。続いて、気相拡散法あるいはイオン注入法
を用いてポリシリコン膜3に不純物を導入し、導電性を
高める。
【0023】続いて、酸素を含む雰囲気中でランプ加熱
を行うことにより、図3(c)に示すように、数十Åの
膜厚のシリコン酸化膜4を形成する。以下、第1の製造
方法と同様にして図1に示す構造のトランジスタを得
る。このようなトランジスタの製造方法においては、ラ
ンプ加熱により薄いシリコン酸化膜4を制御性よく形成
し、後に熱処理を加えることにより酸化チタン含有チタ
ンシリサイド膜6を形成することができるので、製造工
程が簡単であり安価に半導体デバイスを製造することが
できる。
【0024】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、特
許請求の範囲に記載された範囲内において各種の変更が
可能である。例えば、実施例においては本発明をゲート
電極に適用した場合のみについて説明したが、ゲート電
極以外の配線にも適用が可能であり、さらに、MOS型
の半導体装置以外の半導体装置にも適用が可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による導電
層は、ポリシリコン膜上に酸化チタン含有チタンシリサ
イド膜を介してチタンシリサイド膜を形成したものであ
るので、チタンシリサイドのポリシリコン膜への侵入お
よびシリコンのチタンシリサイド膜への侵入の双方を抑
制することができる。したがって、本発明によれば、ゲ
ート酸化膜の耐圧劣化を抑制することができると同時に
配線抵抗の増大を抑制することができるので、信頼性が
高く、高速で、かつ微細化に適した半導体装置を実現す
ることができる。また、本発明の製造方法によれば、上
記の半導体装置を容易にかつ安価に提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図。
【図2】図1に示した半導体装置の製造方法の第1の実
施例を示す工程順断面図。
【図3】図1に示した半導体装置の製造方法の第2の実
施例を示す工程順断面図。
【図4】第1の従来例を示す断面図。
【図5】第2の従来例を示す断面図。
【図6】第3の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ポリシリコン膜 4 シリコン酸化膜 5 チタンシリサイド膜 6 酸化チタン含有チタンシリサイド膜 7 高濃度不純物領域 8 窒化チタン膜 9 酸化チタン膜

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリシリコン膜と、シリコンとチタンシ
    リサイドとの相互の拡散を防止する酸化チタン含有チタ
    ンシリサイド膜と、チタンシリサイド膜との積層膜を含
    む導電層を有する半導体装置において、前記酸化チタン
    含有チタンシリサイド膜は、酸化チタンの含有率が30
    mol%以上70mol%以下であることを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 (1)化学気相成長法によりポリシリコ
    ン膜を形成する工程と、 (2)前記ポリシリコン膜の成膜工程の終了後、それに
    続けてそのポリシリコン膜の成膜ガスに酸化性ガスを添
    加して前記ポリシリコン膜上にシリコン酸化膜を形成す
    る工程と、 (3)前記シリコン酸化膜上に直接チタンシリサイド膜
    を形成する工程と、 (4)熱処理により前記シリコン酸化膜と前記チタンシ
    リサイド膜の一部とを反応させてチタンシリサイドとの
    相互の拡散を防止する酸化チタン含有チタンシリサイド
    膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 (1)ポリシリコン膜を形成する工程
    と、 (2)酸化性雰囲気中で熱処理を行って前記ポリシリコ
    ン膜の一部をシリコン酸化膜に変換する工程と、 (3)前記シリコン酸化膜上に直接チタンシリサイド膜
    を形成する工程と、 (4)熱処理により前記シリコン酸化膜と前記チタンシ
    リサイド膜の一部とを反応させてチタンシリサイドとの
    相互の拡散を防止する酸化チタン含有チタンシリサイド
    膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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