JP3061027B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3061027B2
JP3061027B2 JP35827597A JP35827597A JP3061027B2 JP 3061027 B2 JP3061027 B2 JP 3061027B2 JP 35827597 A JP35827597 A JP 35827597A JP 35827597 A JP35827597 A JP 35827597A JP 3061027 B2 JP3061027 B2 JP 3061027B2
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forming
gate electrode
polycrystalline silicon
nitride film
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOS(Meta
l-Oxide-Semiconductor)型電界効
果トランジスタによる半導体装置及びその製造方法に関
する。
The present invention relates to a MOS (Meta)
The present invention relates to a semiconductor device using an l-oxide-semiconductor (FET) type field effect transistor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、MOSFET(電界効果トランジ
スタ)においては、ゲート電極の低抵抗化のため、この
ゲート電極上にシリサイド膜が形成される構造が用いら
れていた。しかし、デバイス(素子)の形成サイズの縮
小に伴い、ゲート電極の抵抗値は、より低抵抗化が求め
られている。このため、前記シリサイド膜より低抵抗で
ある金属模の採用が検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, MOSFETs (field effect transistors) have used a structure in which a silicide film is formed on a gate electrode in order to reduce the resistance of the gate electrode. However, as the size of a device (element) has been reduced, the resistance of the gate electrode has been required to be lower. For this reason, adoption of a metal model having a lower resistance than the silicide film is being studied.

【0003】しかし、金属膜と多結晶シリコン膜との2
層構造では、熱処理中に、金属膜と多結晶シリコン膜と
の間でシリサイド化反応が起こり、金属膜による低抵抗
化の効果を保持することが不可能となる。そこで、金属
膜と多結シリコン膜との間にバリヤ層を形成する積層構
造が提案されている。(特開平1−303759号;1
995年、IEEE‐Transactions on Electron Devices、
42巻,第5号の915〜922頁、1995年5月31日;1993年、イ
ンターナショナル・エレクトロン・デバイセス・コンフ
ァレンスのテクニカル・ダイジェストの325〜328頁、19
93年12月6日;1993、インターナショナル・エレクトロ
ン・デバイセス・コンフアレンスのテクニカル・ダイジ
ェストの329〜332頁、1993年12月6日)
However, a metal film and a polycrystalline silicon film have
In the layered structure, a silicidation reaction occurs between the metal film and the polycrystalline silicon film during the heat treatment, making it impossible to maintain the effect of reducing the resistance by the metal film. Therefore, a laminated structure in which a barrier layer is formed between a metal film and a polysilicon film has been proposed. (JP-A-1-303759; 1)
995, IEEE-Transactions on Electron Devices,
Vol. 42, No. 5, pp. 915-922, May 31, 1995; 1993, Technical Digest of International Electron Devices Conference, pp. 325-328, 19
December 6, 1993; 1993, Technical Digest of International Electron Devices Conference, pp. 329-332, December 6, 1993)

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲート
電極形成後の熱処理工程や基板洗浄工程により、金属膜
が変質し、膜剥離が生じる欠点がある。また、この金属
膜の変質により、金属膜の抵抗値が増加してしまう問題
がある。
However, there is a disadvantage that the metal film is deteriorated by the heat treatment step or the substrate cleaning step after the gate electrode is formed, and the film is peeled off. In addition, there is a problem that the resistance value of the metal film increases due to the deterioration of the metal film.

【0005】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、ゲート電極形成後の熱処理工程や基板洗浄工程に
より、金属膜が変質せず、膜剥離および金属膜の抵抗値
の増加を起こさない半導体装置および半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。特に、本発明は、ゲ
ート長が0.25μm以下のデザインルールのMOS電
界効果トランジスタに効果がある。
The present invention has been made under such a background, and the heat treatment process and the substrate cleaning process after the formation of the gate electrode do not cause the metal film to be degraded, causing film peeling and increasing the resistance value of the metal film. It is an object to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device. In particular, the present invention is effective for a MOS field effect transistor having a gate length of 0.25 μm or less in design rules.

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項記載の発明は、
半導体装置の製造方法において、半導体基板上に素子を
形成するための素子形成領域を面方向に区画する素子分
離領域を形成する素子分離領域形成工程と、前記素子形
成領域の表面にゲート酸化膜を形成する酸化膜作成工程
と、前記ゲート酸化膜表面に多結晶シリコン層を形成す
る多結晶シリコン形成工程と、前記多結晶シリコン層表
面にバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、前記バリ
ヤ層上面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記ゲ
ート酸化膜、前記多結晶シリコン層、前記バリヤ層およ
び前記金属膜からなる積層構造をエッチングし、ゲート
電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極
上面に対し所定の角度を有する方向からこのゲート電極
へ窒素原子をイオン注入する注入工程と、前記ゲート電
極に整合して前記素子形成領域にソース領域およびドレ
イン領域を形成するソース・ドレイン形成工程とを有す
ることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
In a method of manufacturing a semiconductor device, an element isolation region forming step of forming an element isolation region for dividing an element formation region for forming an element on a semiconductor substrate in a plane direction, and forming a gate oxide film on a surface of the element formation region Forming an oxide film to be formed, forming a polycrystalline silicon layer on the surface of the gate oxide film, forming a barrier layer on the surface of the polycrystalline silicon layer, and forming an upper surface of the barrier layer. A metal film forming step of forming a metal film, and a gate electrode forming step of forming a gate electrode by etching a stacked structure including the gate oxide film, the polycrystalline silicon layer, the barrier layer and the metal film, An ion implantation step of ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode from a direction having a predetermined angle with respect to the upper surface of the gate electrode; And having a source and drain formation step for forming a source region and a drain region in the child formation region.

【0009】請求項記載の発明は、半導体装置の製造
方法において、半導体基板上に素子を形成するための素
子形成領域を面方向に区画する素子分離領域を形成する
素子分離領域形成工程と、前記素子形成領域の表面にゲ
ート酸化膜を形成する酸化膜作成工程と、前記ゲート酸
化膜表面に多結晶シリコン層を形成する多結晶シリコン
形成工程と、前記多結晶シリコン層表面にバリヤ層を形
成するバリヤ層形成工程と、前記バリヤ層上面に金属膜
を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜上面に窒化シ
リコン膜を化学的気相成長法により形成する窒化膜形成
工程と、前記ゲート酸化膜、前記多結晶シリコン層、前
記バリヤ層、前記金属膜および窒化シリコン膜からなる
積層構造をエッチングし、ゲート電極を形成するゲート
電極形成工程と、前記ゲート電極上面に対し所定の角度
を有する方向からこのゲート電極へ窒素原子をイオン注
入する注入工程と、前記ゲート電極に整合して前記素子
形成領域にソース領域およびドレイン領域を形成するソ
ース・ドレイン形成工程とを有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, an element isolation region forming step of forming an element isolation region for partitioning an element formation region for forming an element on a semiconductor substrate in a plane direction; An oxide film forming step of forming a gate oxide film on the surface of the element formation region; a polycrystalline silicon forming step of forming a polycrystalline silicon layer on the gate oxide film surface; and forming a barrier layer on the surface of the polycrystalline silicon layer. Forming a barrier film, forming a metal film on the upper surface of the barrier layer, forming a silicon nitride film on the upper surface of the metal film by a chemical vapor deposition method, A gate electrode forming step of etching a film, the polycrystalline silicon layer, the barrier layer, the stacked structure including the metal film and the silicon nitride film to form a gate electrode; An ion implantation step of ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode from a direction having a predetermined angle with respect to the upper surface of the gate electrode, and a source / drain for forming a source region and a drain region in the element formation region in alignment with the gate electrode And a forming step.

【0010】請求項記載の発明は、請求項または請
求項記載の半導体装置の製造方法において、前記バリ
ヤ膜として金属窒化膜を用いることを特徴とする。請求
記載の発明は、請求項または請求項記載の半導
体装置の製造方法において、前記バリヤ膜として窒化絶
縁膜を用いることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, a metal nitride film is used as the barrier film. According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, a nitride insulating film is used as the barrier film.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に
よる半導体装置の構造を示す断面図である。この図にお
いて、1はシリコン基板であり、上面に半導体回路の素
子が形成される。2は素子分離膜であり、素子形成領域
42と他の図に示さない素子形成領域との分離を行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a silicon substrate on which elements of a semiconductor circuit are formed. An element isolation film 2 separates the element formation region 42 from an element formation region (not shown).

【0012】3はゲート酸化膜であり、半導体基板1と
多結晶シリコン4とを電気的に絶縁している。51は2
〜10nmの厚さの金属窒化膜であり、多結晶シリコン
4と金属膜61との熱処理工程におけるシリサイド化を
防止している。ここで、金属窒化膜51は、窒化チタン
膜または窒化タンタル膜で構成され、2〜20nmの厚
さで形成される。
Reference numeral 3 denotes a gate oxide film, which electrically insulates the semiconductor substrate 1 from the polycrystalline silicon 4. 51 is 2
A metal nitride film having a thickness of 10 to 10 nm prevents silicidation of the polycrystalline silicon 4 and the metal film 61 in the heat treatment step. Here, the metal nitride film 51 is formed of a titanium nitride film or a tantalum nitride film and has a thickness of 2 to 20 nm.

【0013】91は窒化金属膜であり、金属膜61上部
に形成されている。6はゲート電極側壁膜であり、ゲー
ト酸化膜3、多結晶シリコン4、金属窒化膜51、金属
膜61および窒化金属膜91で形成されるゲート電極4
1の側壁に形成される。8は拡散層であり、ソース領域
およびドレイン領域となる。
Reference numeral 91 denotes a metal nitride film which is formed on the metal film 61. Reference numeral 6 denotes a gate electrode side wall film, which is formed of a gate oxide film 3, polycrystalline silicon 4, a metal nitride film 51, a metal film 61 and a metal nitride film 91.
1 is formed on the side wall. Reference numeral 8 denotes a diffusion layer, which becomes a source region and a drain region.

【0014】次に、本発明の一実施形態による応用例を
図1を用いて説明する。ここで、ゲート電極41は、ゲ
ート長が0.25μmである。ゲート電極41は、19
0nmの厚さの多結晶シリコン膜4と4nmの厚さの窒
化チタン膜51と50nmの厚さのタングステン膜61
の積層構造で形成されている。また、タングステン膜6
1は、表面部を5nmの厚さの窒化タングステン膜91
で覆われている。
Next, an application example according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the gate electrode 41 has a gate length of 0.25 μm. The gate electrode 41 is
A polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 0 nm, a titanium nitride film 51 having a thickness of 4 nm, and a tungsten film 61 having a thickness of 50 nm
Are formed. Also, the tungsten film 6
Reference numeral 1 denotes a surface of a tungsten nitride film 91 having a thickness of 5 nm.
Covered with.

【0015】ここで、多結晶シリコン膜4は、CVD法
で形成された多結晶シリコンの膜である。中間層である
窒化チタン膜51は、反応性スパッタ法により形成され
る。さらに、上層のタングステン膜61は、スパッタ法
で形成された膜であり、表面部が窒素原子のイオン注入
により窒化タングステン膜91とされている。
Here, the polycrystalline silicon film 4 is a polycrystalline silicon film formed by a CVD method. The titanium nitride film 51 as an intermediate layer is formed by a reactive sputtering method. Further, the upper tungsten film 61 is a film formed by a sputtering method, and has a surface portion formed as a tungsten nitride film 91 by ion implantation of nitrogen atoms.

【0016】この積層構造のため、熱処理温度900℃
においても、タングステン膜51は窒化タングステン膜
91に保護され、酸化されなかった。また、中間層の窒
化チタン膜51により、タングステン膜61と多結晶シ
リコン膜4との界面におけるシリサイド化は起こらな
い。この結果、タングステン膜61の低抵抗を維持する
ことが出来る効果がある。また、ここで、窒化タングス
テン膜の代わりに窒化シリコン膜を用いても同様の結果
を得ることができる。
Due to this laminated structure, a heat treatment temperature of 900 ° C.
In this case, the tungsten film 51 was protected by the tungsten nitride film 91 and was not oxidized. Further, silicidation at the interface between the tungsten film 61 and the polycrystalline silicon film 4 does not occur due to the titanium nitride film 51 as the intermediate layer. As a result, there is an effect that the low resistance of the tungsten film 61 can be maintained. Also, here, a similar result can be obtained by using a silicon nitride film instead of the tungsten nitride film.

【0017】次に、図2を参照して、一実施形態の製造
方法を説明する。図2は、一実施形態の製造工程の流れ
を示す半導体装置の断面図を示している。まず、図2
(a)において、シリコン半導体基板1表面には、素子
分離領域2が酸化工程により形成される。そして、素子
形成領域21上面には、ゲート酸化膜3が形成される。
さらに、ゲート酸化膜3上面には、多結晶シリコン膜4
がCVD(化学的気相成長法)により形成される。
Next, a manufacturing method according to an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating a flow of a manufacturing process according to one embodiment. First, FIG.
1A, an element isolation region 2 is formed on a surface of a silicon semiconductor substrate 1 by an oxidation process. Then, a gate oxide film 3 is formed on the upper surface of the element formation region 21.
Further, a polycrystalline silicon film 4 is formed on the upper surface of the gate oxide film 3.
Is formed by CVD (chemical vapor deposition).

【0018】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、膜厚が2〜20nmの金属窒化膜51を堆積させ
る。さらに、この金属窒化膜51上面には、高融点金属
であるタングステン膜61がスパッタリング法により3
0〜100nmの厚さで形成される。
Then, a metal nitride film 51 having a thickness of 2 to 20 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4. Further, a tungsten film 61, which is a high melting point metal, is formed on the upper surface of the metal nitride film 51 by sputtering.
It is formed with a thickness of 0 to 100 nm.

【0019】次に、図2(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、金属窒化膜51およびタングステン膜61が
エッチングにより加工され、ゲート電極41が形成され
る。そして、このゲート電極41に斜め方向から窒素原
子をイオン注入することで、タングステン膜61の厚さ
2〜5nmの表面部は、窒化タングステン膜91とされ
る。
Next, in FIG. 2B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography step is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the laminated polycrystalline silicon film 4, metal nitride film 51, and tungsten film 61 are processed by etching to form gate electrode 41. Then, nitrogen atoms are ion-implanted into the gate electrode 41 from an oblique direction, so that the surface portion of the tungsten film 61 having a thickness of 2 to 5 nm becomes the tungsten nitride film 91.

【0020】次に、図2(c)において、ゲート電極4
1の側面にゲート電極側壁膜6が形成される。そして、
ゲート電極41およびシリコン基板1の素子形成領域2
1へ砒素原子またはBF2などがイオン注入される。こ
れにより、拡散層8は形成される。この結果、MOSF
ETは完成する。
Next, in FIG. 2C, the gate electrode 4
A gate electrode sidewall film 6 is formed on one side surface. And
Gate electrode 41 and element formation region 2 of silicon substrate 1
Arsenic atoms or BF 2 are ion-implanted into 1. Thereby, the diffusion layer 8 is formed. As a result, MOSF
ET is completed.

【0021】次に、図2を用いて一実施形態の製造方法
を応用した工程例を説明する。まず、図2(a)におい
て、シリコン半導体基板1表面には、素子分離領域2が
LOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法により形成される。そして、素子形
成領域21上面には、5nmの厚さのゲート酸化膜3が
熱酸化法により形成される。さらに、ゲート酸化膜3上
面には、180nmの厚さで多結晶シリコン膜4が減圧
CVD法により形成される。
Next, an example of a process to which the manufacturing method of one embodiment is applied will be described with reference to FIG. First, in FIG. 2A, an element isolation region 2 is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate 1 by LOCOS (Local Oxidation of).
(Silicon) method. Then, a gate oxide film 3 having a thickness of 5 nm is formed on the upper surface of the element formation region 21 by a thermal oxidation method. Further, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 180 nm is formed on the upper surface of the gate oxide film 3 by a low pressure CVD method.

【0022】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、反応性スパッタ法により膜厚が4nmの窒化チタン
膜51を堆積させる。さらに、この窒化チタン膜51上
面には、スパッタ法により高融点金属であるタングステ
ン膜61がスパッタリング法により50nmの厚さで形
成される。
Then, a 4 nm-thick titanium nitride film 51 is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a reactive sputtering method. Further, on the upper surface of the titanium nitride film 51, a tungsten film 61 of a high melting point metal is formed with a thickness of 50 nm by a sputtering method.

【0023】次に、図2(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化チタン膜51およびタングステン膜61
がエッチングにより加工され、ゲート長0.25μmの
ゲート電極41が形成される。そして、このゲート電極
41に斜め方向から窒素原子を1×1015cm-2のドー
ズ量でイオン注入することにより、タングステン膜61
の厚さ5nmの表面部は、窒化タングステン膜91とさ
れる。
Next, in FIG. 2B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography step is formed. Then, in the etching process using this mask layer, the laminated polycrystalline silicon film 4, titanium nitride film 51 and tungsten film 61 are formed.
Is etched to form a gate electrode 41 having a gate length of 0.25 μm. Then, nitrogen ions are implanted into the gate electrode 41 obliquely at a dose of 1 × 10 15 cm −2 , thereby forming the tungsten film 61.
The surface portion having a thickness of 5 nm is formed as a tungsten nitride film 91.

【0024】次に、図2(c)において、ゲート電極4
1の側面に絶縁膜(SiO2)側壁6が形成される。そ
して、ゲート電極41およびシリコン基板1の素子形成
領域21へ20keVのエネルギーにより3×1015
-2のドーズ量の砒素原子または10keVのエネルギ
ーにより3×1015cm-2のドーズ量のBF2などがイ
オン注入される。そして、この後の熱処理により、拡散
層8は形成される。この結果、MOSFETは完成す
る。
Next, in FIG. 2C, the gate electrode 4
An insulating film (SiO 2 ) side wall 6 is formed on one side surface. Then, 3 × 10 15 c is applied to the gate electrode 41 and the element formation region 21 of the silicon substrate 1 with the energy of 20 keV.
including BF 2 dose of arsenic atom or a dose of 3 × 10 15 cm -2 by the energy of 10keV of m -2 is ion-implanted. Then, the diffusion layer 8 is formed by the subsequent heat treatment. As a result, the MOSFET is completed.

【0025】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構
成の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図3
に示す第二の実施形態による断面構造を有するMOSF
ETも本発明に含まれる。
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the configuration may be changed without departing from the gist of the present invention. The present invention is also included in the present invention. For example, FIG.
Having a sectional structure according to the second embodiment shown in FIG.
ET is also included in the present invention.

【0026】図3は本発明の一実施形態による半導体装
置の構造を示す断面図である。この図において、1はシ
リコン基板であり、上面に半導体回路の素子が形成され
る。20は素子分離膜であり、素子形成領域22と他の
図に示さない素子形成領域との分離を行う。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a silicon substrate on which elements of a semiconductor circuit are formed. An element isolation film 20 separates the element formation region 22 from an element formation region (not shown).

【0027】13はゲート酸化膜であり、半導体基板1
と多結晶シリコン4とを電気的に絶縁している。52は
窒化シリコン膜であり、多結晶シリコン4とモリブデン
膜62との熱処理工程におけるシリサイド化を防止して
いる。ここで、モリブデン膜62は、厚さ2〜10nm
の窒化モリブデン膜92および窒化シリコン膜10で覆
われている。
Reference numeral 13 denotes a gate oxide film, and the semiconductor substrate 1
And polycrystalline silicon 4 are electrically insulated. Reference numeral 52 denotes a silicon nitride film which prevents silicidation of the polycrystalline silicon 4 and the molybdenum film 62 in a heat treatment step. Here, the molybdenum film 62 has a thickness of 2 to 10 nm.
Is covered with the molybdenum nitride film 92 and the silicon nitride film 10.

【0028】ここで、中間バリヤ層の窒化シリコン膜5
2は、リーク電流が流れる程度の薄膜であり、かつ熱処
理による多結晶シリコン4とモリブデン膜62との界面
におけるシリサイド化反応が起こらない1〜10nm程
度の厚さがよい。17はゲート電極側壁膜であり、ゲー
ト酸化膜13、多結晶シリコン4、窒化シリコン膜5
2、モリブデン膜62および窒化タングステン膜91で
形成されるゲート電極の側壁に形成される。18は拡散
層であり、ソース領域およびドレイン領域となる。
Here, the silicon nitride film 5 of the intermediate barrier layer
Reference numeral 2 denotes a thin film to which a leak current flows, and a thickness of about 1 to 10 nm which does not cause a silicidation reaction at an interface between the polycrystalline silicon 4 and the molybdenum film 62 due to the heat treatment. Reference numeral 17 denotes a gate electrode side wall film, which includes a gate oxide film 13, polycrystalline silicon 4, and a silicon nitride film 5.
2. It is formed on the side wall of the gate electrode formed of the molybdenum film 62 and the tungsten nitride film 91. Reference numeral 18 denotes a diffusion layer, which becomes a source region and a drain region.

【0029】次に、本発明の第二の実施形態による応用
例を図3を用いて説明する。ここで、ゲート電極41
は、ゲート長が0.12μmである。ゲート電極42
は、150nmの厚さの多結晶シリコン膜4と2nmの
厚さの窒化シリコン膜52と40nmの厚さのモリブデ
ン膜62の積層構造で形成されている。また、モリブデ
ン膜62は、表面部を10nmの厚さの窒化シリコン膜
10で覆われている。
Next, an application example according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the gate electrode 41
Has a gate length of 0.12 μm. Gate electrode 42
Is formed with a laminated structure of a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 150 nm, a silicon nitride film 52 having a thickness of 2 nm, and a molybdenum film 62 having a thickness of 40 nm. The surface of the molybdenum film 62 is covered with the silicon nitride film 10 having a thickness of 10 nm.

【0030】さらに、モリブデン膜62の側面は、窒化
モリブデン膜92で覆われている。ここで、多結晶シリ
コン膜4は、CVD法で形成された多結晶シリコンの膜
である。中間層である窒化シリコン膜52は、アンモニ
アガス雰囲気中において、急速熱処理法により多結晶シ
リコン膜4の表面部を窒化処理することにより形成され
る。さらに、上層のモリブデン膜62は、スパッタ法で
形成された膜である。
Further, the side surfaces of the molybdenum film 62 are covered with a molybdenum nitride film 92. Here, the polycrystalline silicon film 4 is a polycrystalline silicon film formed by a CVD method. The silicon nitride film 52 as an intermediate layer is formed by nitriding the surface of the polycrystalline silicon film 4 by a rapid heat treatment method in an ammonia gas atmosphere. Further, the upper molybdenum film 62 is a film formed by a sputtering method.

【0031】この積層構造のため、熱処理温度900℃
においても、モリブデン膜62は窒化シリコン膜10お
よび窒化モリブデン膜92に保護され、酸化されなかっ
た。また、中間層の窒化シリコン膜52により、モリブ
デン膜62と多結晶シリコン膜4との界面におけるシリ
サイド化は起こらない。この結果、モリブデン膜62の
低抵抗を維持することが出来る効果がある。また、ここ
で、窒化シリコン膜10の代わりに窒化モリブデン膜を
用いても同様の結果を得ることができる。
Due to this laminated structure, a heat treatment temperature of 900 ° C.
Also, the molybdenum film 62 was protected by the silicon nitride film 10 and the molybdenum nitride film 92 and was not oxidized. Further, silicidation at the interface between the molybdenum film 62 and the polycrystalline silicon film 4 does not occur due to the silicon nitride film 52 as the intermediate layer. As a result, there is an effect that the low resistance of the molybdenum film 62 can be maintained. Here, the same result can be obtained by using a molybdenum nitride film instead of the silicon nitride film 10.

【0032】次に、図4を参照して、第二の実施形態の
製造方法を説明する。図4は、第二の実施形態の製造工
程の流れを示す半導体装置の断面図を示している。ま
ず、図4(a)において、シリコン半導体基板1表面に
は、素子分離領域20が形成されている。そして、素子
形成領域22上面には、ゲート酸化膜13が形成され
る。さらに、ゲート酸化膜13上面には、多結晶シリコ
ン膜4がCVD(化学的気相成長法)により形成され
る。
Next, a manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating a flow of a manufacturing process according to the second embodiment. First, in FIG. 4A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1. Then, a gate oxide film 13 is formed on the upper surface of the element formation region 22. Further, a polycrystalline silicon film 4 is formed on the gate oxide film 13 by CVD (chemical vapor deposition).

【0033】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、膜厚1〜10nmの窒化シリコン膜52を摂氏0℃
以下の基板ホルダー上において反応性スパッタ法により
堆積させる。さらに、この窒化シリコン膜52上面に
は、高融点金属膜62がスパッタリング法により10〜
80nmの厚さで形成される。そして、この高融点金属
膜62上には、窒化シリコン膜10が2〜10nmの厚
さで形成される。
Then, a silicon nitride film 52 having a thickness of 1 to 10 nm is formed on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 at 0.degree.
It is deposited by a reactive sputtering method on the following substrate holder. Further, a high melting point metal film 62 is formed on the upper surface of the silicon nitride film 52 by sputtering.
It is formed with a thickness of 80 nm. The silicon nitride film 10 is formed on the high melting point metal film 62 to a thickness of 2 to 10 nm.

【0034】次に、図4(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜52および高融点金属膜62
がエッチングにより加工され、ゲート電極42が形成さ
れる。そして、このゲート電極42に斜め方向から窒素
原子をイオン注入することで、高融点金属膜62の側面
部に窒化金属膜92が厚さ2〜5nmで形成される。
Next, in FIG. 4B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography step is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the laminated polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 52 and refractory metal film 62
Is processed by etching to form a gate electrode 42. Then, by ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode 42 from an oblique direction, a metal nitride film 92 having a thickness of 2 to 5 nm is formed on the side surface of the refractory metal film 62.

【0035】次に、図4(c)において、ゲート電極4
2の側面にゲート電極側壁膜17が形成される。そし
て、ゲート電極42およびシリコン基板1の素子形成領
域22へ砒素原子またはBF2などがイオン注入され
る。これにより、拡散層18は形成される。この結果、
MOSFETは完成する。
Next, referring to FIG.
The gate electrode side wall film 17 is formed on the side surface of the gate electrode 2. Then, arsenic atoms or BF 2 is ion-implanted into the gate electrode 42 and the element formation region 22 of the silicon substrate 1. Thereby, the diffusion layer 18 is formed. As a result,
The MOSFET is completed.

【0036】次に、図4を用いて第二の実施形態の製造
方法を応用した工程例を説明する。まず、図4(a)に
おいて、シリコン半導体基板1表面には、素子分離領域
20が通常のトレンチ法により形成される。そして、素
子形成領域22上面には、4nmの厚さのゲート酸化膜
13が熱酸化法により形成される。さらに、ゲート酸化
膜13上面には、180nmの厚さで多結晶シリコン膜
4が減圧CVD法により形成される。
Next, an example of a process to which the manufacturing method of the second embodiment is applied will be described with reference to FIG. First, in FIG. 4A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 by a normal trench method. Then, a gate oxide film 13 having a thickness of 4 nm is formed on the upper surface of the element formation region 22 by a thermal oxidation method. Further, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 180 nm is formed on the upper surface of the gate oxide film 13 by a low pressure CVD method.

【0037】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、反応性スパッタ法により膜厚が2nmの窒化シリコ
ン膜52を堆積させる。さらに、この窒化シリコン膜5
2上面には、スパッタ法により高融点金属であるモリブ
デン膜62がスパッタリング法により50nmの厚さで
堆積される。
Then, a silicon nitride film 52 having a thickness of 2 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a reactive sputtering method. Further, the silicon nitride film 5
On the upper surface 2, a molybdenum film 62, which is a high melting point metal, is deposited by sputtering to a thickness of 50 nm by sputtering.

【0038】次に、図4(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜52およびモリブデン膜62
がエッチングにより加工され、ゲート長0.2μmのゲ
ート電極42が形成される。そして、このゲート電極4
2に30度の斜め方向から窒素原子を1×1015cm-2
のドーズ量でイオン注入することにより、モリブデン膜
62の厚さ5nmの側面部は、窒化モリブデン膜92と
される。
Next, in FIG. 4B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography step is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the laminated polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 52 and molybdenum film 62
Is etched to form a gate electrode 42 having a gate length of 0.2 μm. And this gate electrode 4
2 × 10 15 cm -2 of nitrogen atoms from oblique direction at 30 degrees
By implanting ions at a dose amount of 5 nm, the 5 nm-thick side surface of the molybdenum film 62 becomes a molybdenum nitride film 92.

【0039】次に、図4(c)において、ゲート電極4
2の側面に絶縁膜(SiO2)側壁17が形成される。
そして、ゲート電極42およびシリコン基板1の素子形
成領域22へ砒素原子またはBF2などがイオン注入さ
れる。そして、この後の熱処理により、拡散層18は形
成される。この結果、MOSFETは完成する。
Next, referring to FIG.
An insulating film (SiO 2 ) side wall 17 is formed on the side surface of the second .
Then, arsenic atoms or BF 2 is ion-implanted into the gate electrode 42 and the element formation region 22 of the silicon substrate 1. Then, the diffusion layer 18 is formed by the subsequent heat treatment. As a result, the MOSFET is completed.

【0040】次に、図5を参照して、第三の実施形態の
製造方法を説明する。図5は、第三の実施形態の製造工
程の流れを示す半導体装置の断面図を示している。ま
ず、図5(a)において、シリコン半導体基板1表面に
は、素子分離領域20が形成されている。そして、素子
形成領域28上面には、ゲート絶縁膜83が形成され
る。さらに、ゲート絶縁膜83上面には、多結晶シリコ
ン膜4がCVD(化学的気相成長法)により形成され
る。
Next, a manufacturing method of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating a flow of a manufacturing process according to the third embodiment. First, in FIG. 5A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1. Then, a gate insulating film 83 is formed on the upper surface of the element formation region 28. Further, a polycrystalline silicon film 4 is formed on the upper surface of the gate insulating film 83 by CVD (chemical vapor deposition).

【0041】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、膜厚1〜10nmの窒化シリコン膜11が急速熱処
理法において堆積される。さらに、この窒化シリコン膜
11上面には、高融点金属膜62がスパッタリング法に
より30〜100nmの厚さで形成される。
Then, a silicon nitride film 11 having a thickness of 1 to 10 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a rapid heat treatment method. Further, on the upper surface of the silicon nitride film 11, a high melting point metal film 62 is formed with a thickness of 30 to 100 nm by a sputtering method.

【0042】次に、図5(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜11および高融点金属膜62
がエッチングにより加工され、ゲート電極43が形成さ
れる。そして、このゲート電極43に斜め方向から窒素
原子をイオン注入することで、高融点金属膜膜62の表
面部および側面部に窒化金属膜92が厚さ2〜5nmで
形成される。
Next, in FIG. 5B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography process is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the stacked polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 11, and high melting point metal film 62 are formed.
Is processed by etching to form a gate electrode 43. Then, by ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode 43 from an oblique direction, a metal nitride film 92 having a thickness of 2 to 5 nm is formed on the surface and side surfaces of the refractory metal film 62.

【0043】次に、図5(c)において、ゲート電極4
3の側面にゲート電極側壁膜17が形成される。そし
て、ゲート電極43およびシリコン基板1の素子形成領
域28へ砒素原子またはBF2などがイオン注入され
る。これにより、拡散層18は形成される。この結果、
MOSFETは完成する。
Next, in FIG. 5C, the gate electrode 4
The gate electrode side wall film 17 is formed on the side surface 3. Then, arsenic atoms or BF 2 are ion-implanted into the gate electrode 43 and the element formation region 28 of the silicon substrate 1. Thereby, the diffusion layer 18 is formed. As a result,
The MOSFET is completed.

【0044】次に、図5を用いて第三の実施形態の製造
方法を応用した工程例を説明する。まず、図5(a)に
おいて、シリコン半導体基板1表面には、素子分離領域
20が通常のトレンチ法により形成される。そして、素
子形成領域28上面には、3nmの厚さのゲート窒化酸
化膜83が熱窒化酸化法により形成される。さらに、ゲ
ート窒化酸化膜83上面には、150nmの厚さで多結
晶シリコン膜4が減圧CVD法により形成される。
Next, an example of a process to which the manufacturing method of the third embodiment is applied will be described with reference to FIG. First, in FIG. 5A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1 by a normal trench method. Then, a gate oxynitride film 83 having a thickness of 3 nm is formed on the upper surface of the element formation region 28 by a thermal oxynitride method. Further, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 150 nm is formed on the upper surface of the gate nitrided oxide film 83 by a low pressure CVD method.

【0045】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、アンモニアガス雰囲気中の急速熱処理法により膜厚
が2nmの窒化シリコン膜11を堆積させる。さらに、
この窒化シリコン膜11上面には、スパッタ法により高
融点金属であるモリブデン膜62がスパッタリング法に
より40nmの厚さで堆積される。
Then, a silicon nitride film 11 having a thickness of 2 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a rapid heat treatment in an ammonia gas atmosphere. further,
On the upper surface of the silicon nitride film 11, a molybdenum film 62, which is a refractory metal, is deposited to a thickness of 40 nm by a sputtering method.

【0046】次に、図5(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜11およびモリブデン膜62
がエッチングにより加工され、ゲート長0.12μmの
ゲート電極43が形成される。そして、このゲート電極
43に35度の斜め方向から窒素原子を5×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することにより、モリブデン
膜62の厚さ3nmの表面部および側面部は、窒化モリ
ブデン膜92とされる。
Next, in FIG. 5B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography process is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the stacked polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 11, and molybdenum film 62 are formed.
Is etched to form a gate electrode 43 having a gate length of 0.12 μm. Then, 5 × 10 14 cm of nitrogen atoms are applied to the gate electrode 43 from an oblique direction of 35 degrees.
By performing ion implantation at a dose of −2 , the surface and side surfaces of the molybdenum film 62 having a thickness of 3 nm become the molybdenum nitride film 92.

【0047】次に、図5(c)において、ゲート電極4
3の側面に絶縁膜(SiO2)側壁17が形成される。
そして、ゲート電極43およびシリコン基板1の素子形
成領域28へ砒素原子またはBF2などがイオン注入さ
れる。そして、この後の熱処理により、拡散層18は形
成される。この結果、MOSFETは完成する。
Next, in FIG. 5C, the gate electrode 4
An insulating film (SiO 2 ) side wall 17 is formed on the side surface of No. 3.
Then, arsenic atoms or BF 2 are ion-implanted into the gate electrode 43 and the element formation region 28 of the silicon substrate 1. Then, the diffusion layer 18 is formed by the subsequent heat treatment. As a result, the MOSFET is completed.

【0048】次に、図6を参照して、第四の実施形態の
製造方法を説明する。図6は、第四の実施形態の製造工
程の流れを示す半導体装置の断面図を示している。ま
ず、図6(a)において、シリコン半導体基板1表面に
は、素子分離領域20が形成されている。そして、素子
形成領域24上面には、ゲート絶縁膜33が形成され
る。さらに、ゲート絶縁膜33上面には、多結晶シリコ
ン膜4が減圧CVD(化学的気相成長法)により形成さ
れる。
Next, a manufacturing method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device illustrating a flow of a manufacturing process according to the fourth embodiment. First, in FIG. 6A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1. Then, a gate insulating film 33 is formed on the upper surface of the element formation region 24. Further, a polycrystalline silicon film 4 is formed on the upper surface of the gate insulating film 33 by low-pressure CVD (chemical vapor deposition).

【0049】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、膜厚1〜10nmの窒化シリコン膜11が急速熱処
理法において堆積される。さらに、この窒化シリコン膜
11上面には、高融点金属膜62がスパッタリング法に
より30〜100nmの厚さで形成される。そして、こ
の高融点金属膜62上には、窒化シリコン膜10がCV
D法により形成される。
Then, a silicon nitride film 11 having a thickness of 1 to 10 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a rapid heat treatment method. Further, on the upper surface of the silicon nitride film 11, a high melting point metal film 62 is formed with a thickness of 30 to 100 nm by a sputtering method. The silicon nitride film 10 has a CV on the high melting point metal film 62.
It is formed by Method D.

【0050】次に、図6(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜11および高融点金属膜62
がエッチングにより加工され、ゲート電極44が形成さ
れる。そして、このゲート電極44に斜め方向から窒素
原子をイオン注入することで、高融点金属膜膜62の表
面部および側面部に窒化金属膜92が厚さ2〜5nmで
形成される。
Next, in FIG. 6B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography step is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the stacked polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 11, and high melting point metal film 62 are formed.
Is processed by etching to form a gate electrode 44. Then, by ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode 44 from an oblique direction, a metal nitride film 92 having a thickness of 2 to 5 nm is formed on the surface and side surfaces of the refractory metal film 62.

【0051】次に、図6(c)において、ゲート電極4
4の側面にゲート電極側壁膜17が形成される。そし
て、ゲート電極44およびシリコン基板1の素子形成領
域24へ砒素原子またはBF2などがイオン注入され
る。これにより、拡散層18は形成される。この結果、
MOSFETは完成する。
Next, in FIG. 6C, the gate electrode 4
The gate electrode side wall film 17 is formed on the side surface of the gate electrode 4. Then, arsenic atoms or BF 2 is ion-implanted into the gate electrode 44 and the element formation region 24 of the silicon substrate 1. Thereby, the diffusion layer 18 is formed. As a result,
The MOSFET is completed.

【0052】次に、図6を用いて一実施形態の製造方法
を応用した工程例を説明する。まず、図6(a)におい
て、シリコン半導体基板1表面には、素子分離領域20
が通常のトレンチ法により形成される。そして、素子形
成領域24上面には、3nmの厚さのゲート窒化酸化膜
33が熱窒化酸化法により形成される。さらに、ゲート
窒化酸化膜33上面には、150nmの厚さで多結晶シ
リコン膜4が減圧CVD法により形成される。
Next, an example of a process to which the manufacturing method of one embodiment is applied will be described with reference to FIG. First, in FIG. 6A, an element isolation region 20 is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 1.
Is formed by a normal trench method. Then, a gate oxynitride film 33 having a thickness of 3 nm is formed on the upper surface of the element formation region 24 by a thermal oxynitride method. Further, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 150 nm is formed on the upper surface of the gate oxynitride film 33 by a low pressure CVD method.

【0053】そして、前記多結晶シリコン膜4上面に
は、アンモニアガス雰囲気中の急速熱処理法により膜厚
が2nmの窒化シリコン膜11を堆積させる。さらに、
この窒化シリコン膜11上面には、スパッタ法により高
融点金属であるモリブデン膜62がスパッタリング法に
より40nmの厚さで堆積される。そして、このモリブ
デン膜62上には、CVD法により窒化シリコン膜10
を10nmの厚さで形成する。
Then, a silicon nitride film 11 having a thickness of 2 nm is deposited on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 by a rapid heat treatment in an ammonia gas atmosphere. further,
On the upper surface of the silicon nitride film 11, a molybdenum film 62, which is a refractory metal, is deposited to a thickness of 40 nm by a sputtering method. A silicon nitride film 10 is formed on the molybdenum film 62 by CVD.
Is formed with a thickness of 10 nm.

【0054】次に、図6(b)において、通常のリソグ
ラフィ工程におけるパターンニングに用いられる図に示
さないマスク層が形成される。そして、このマスク層を
用いたエッチング工程において、積層された多結晶シリ
コン膜4、窒化シリコン膜11およびモリブデン膜62
がエッチングにより加工され、ゲート長0.1μmのゲ
ート電極44が形成される。そして、このゲート電極4
4に35度の斜め方向から窒素原子を5×1014cm-2
のドーズ量でイオン注入することにより、モリブデン膜
62の厚さ3nmの側面部は、窒化モリブデン膜92と
される。
Next, in FIG. 6B, a mask layer (not shown) used for patterning in a normal lithography process is formed. Then, in the etching step using this mask layer, the stacked polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 11, and molybdenum film 62 are formed.
Is processed by etching to form a gate electrode 44 having a gate length of 0.1 μm. And this gate electrode 4
4 × 5 14 cm −2 of nitrogen atoms from an oblique direction of 35 degrees
By implanting ions at a dose amount of 3 m, the side portion of the molybdenum film 62 having a thickness of 3 nm is formed into a molybdenum nitride film 92.

【0055】次に、図6(c)において、ゲート電極4
4の側面に絶縁膜(SiO2)側壁17が形成される。
そして、ゲート電極44およびシリコン基板1の素子形
成領域24へ7keVのエネルギで2×1015cm-2
ドーズ量で砒素原子または4keVのエネルギで2×1
15cm-2のドーズ量でBF2などがイオン注入され
る。そして、この後の熱処理により、拡散層18は形成
される。この結果、MOSFETは完成する。
Next, in FIG. 6C, the gate electrode 4
An insulating film (SiO 2 ) side wall 17 is formed on the side surface of the substrate 4.
Then, the gate electrode 44 and the element formation region 24 of the silicon substrate 1 are arsenic atoms at an energy of 7 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 or 2 × 1 at an energy of 4 keV.
BF 2 or the like is ion-implanted at a dose of 0 15 cm −2 . Then, the diffusion layer 18 is formed by the subsequent heat treatment. As a result, the MOSFET is completed.

【0056】上述したように、本発明による半導体装置
の構造は、金属膜の熱処理における表面酸化および金属
膜表面への窒化膜形成による表面酸化防止効果の実験結
果に基づくものである。一般的に、高融点金属膜は、半
導体作成プロセスにおける熱処理工程や酸化工程におい
て酸化され、電気抵抗率が上昇してしまうため、金属膜
堆積後には、半導体装置に対して高温熱処理工程を実施
することが出来なかった。
As described above, the structure of the semiconductor device according to the present invention is based on the experimental results of the surface oxidation in the heat treatment of the metal film and the effect of preventing the surface oxidation by forming the nitride film on the metal film surface. Generally, a high-melting point metal film is oxidized in a heat treatment step or an oxidation step in a semiconductor manufacturing process, and the electrical resistivity increases. Therefore, after a metal film is deposited, a high-temperature heat treatment step is performed on a semiconductor device. I couldn't do that.

【0057】一方、本発明によれば、金属膜表面に金属
窒化物または窒化シリコン膜を形成することにより、熱
処理における金属膜の酸化を防止し、膜剥離や電気抵抗
上昇を防止することが出来る。第7図は、表面に堆積す
る窒化膜の膜厚と熱処理後の電気抵抗率の変化との関係
を示したものである。
On the other hand, according to the present invention, by forming a metal nitride or silicon nitride film on the surface of the metal film, it is possible to prevent oxidation of the metal film during heat treatment, and to prevent film peeling and increase in electric resistance. . FIG. 7 shows the relationship between the thickness of the nitride film deposited on the surface and the change in the electrical resistivity after the heat treatment.

【0058】図7から判るように、表面窒化膜(金属窒
化物または窒化シリコン膜)の膜厚が2nm以上では電
気抵抗の上昇が起こらない。しかしながら、表面窒化膜
の膜厚が2nm未満では、電気抵抗が上昇する。これに
より、金属表面に2nm以上の表面窒化膜を形成するこ
とにより、ゲート電極の金属膜の酸化を防止でき、耐熱
性のあるゲート電極を形成することができる。
As can be seen from FIG. 7, when the thickness of the surface nitride film (metal nitride or silicon nitride film) is 2 nm or more, an increase in electric resistance does not occur. However, when the thickness of the surface nitride film is less than 2 nm, the electric resistance increases. Thus, by forming a surface nitride film of 2 nm or more on the metal surface, oxidation of the metal film of the gate electrode can be prevented, and a gate electrode having heat resistance can be formed.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極の中間バリ
ヤ層としてアモルファス膜を用い、かつゲート電極の金
属膜の上面に金属膜の酸化を防ぐ膜を形成するため、金
属膜形成後にこの酸化膜の表面を酸化させずに熱処理が
可能となり、金属膜の結晶粒を大型化でき、金属膜の電
気伝導率を向上させることが出来る。
According to the present invention, an amorphous film is used as an intermediate barrier layer of a gate electrode, and a film for preventing oxidation of the metal film is formed on the upper surface of the metal film of the gate electrode. Heat treatment can be performed without oxidizing the surface of the film, crystal grains of the metal film can be enlarged, and the electrical conductivity of the metal film can be improved.

【0060】また、本発明によれば、ゲート電極を形成
するシリコン膜と金属膜との間にアモルファス絶縁膜ま
たはアモルファス導体膜を介挿することにより、熱処理
においてシリコン膜と金属膜との間のシリサイド化が防
止できるため、膜剥離および金属抵抗の上昇などのゲー
ト電極の劣化を生じさせずに金属膜形成後の熱処理が可
能となる効果がある。
Further, according to the present invention, an amorphous insulating film or an amorphous conductor film is interposed between a silicon film forming a gate electrode and a metal film, so that a heat treatment between the silicon film and the metal film can be performed. Since silicidation can be prevented, there is an effect that heat treatment after forming a metal film can be performed without causing deterioration of the gate electrode such as film peeling and increase in metal resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態による半導体装置の構成
を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態による半導体装置の製造
過程を示す半導体装置の縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device, illustrating a process of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

【図3】 本発明の第二の実施形態による半導体装置の
構成を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第二の実施形態による半導体装置の
製造過程を示す半導体装置の縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the semiconductor device, showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図5】 本発明の第三の実施形態による半導体装置の
製造過程を示す半導体装置の縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional view of the semiconductor device, showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第四の実施形態による半導体装置の
製造過程を示す半導体装置の縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional view of the semiconductor device, showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図7】 表面に堆積する窒化膜の膜厚と熱処理後の電
気抵抗率の変化との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the thickness of a nitride film deposited on the surface and the change in electrical resistivity after heat treatment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板(シリコン基板) 2、20 素子分離酸化膜 3、13、23、33 ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜) 4 多結晶シリコン膜 6、17 ゲート電極側壁膜 8、18 拡散層 10、11、52 窒化シリコン膜 21、22、24、28 素子形成領域 41、42、43、44 ゲート電極 51 金属窒化膜(窒化タングステン膜、窒化チタン
膜、窒化タンタル膜) 61 タングステン膜(高融点金属膜) 62 モリブデン膜(高融点金属膜) 83 ゲート窒化酸化膜(ゲート絶縁膜) 91 窒化タングステン膜(窒化金属膜) 92 窒化モリブデン膜(窒化金属膜)
Reference Signs List 1 semiconductor substrate (silicon substrate) 2, 20 element isolation oxide film 3, 13, 23, 33 gate oxide film (gate insulating film) 4 polycrystalline silicon film 6, 17 gate electrode side wall film 8, 18 diffusion layer 10, 11, Reference Signs List 52 silicon nitride film 21, 22, 24, 28 element formation region 41, 42, 43, 44 gate electrode 51 metal nitride film (tungsten nitride film, titanium nitride film, tantalum nitride film) 61 tungsten film (high melting point metal film) 62 Molybdenum film (refractory metal film) 83 Gate nitrided oxide film (gate insulating film) 91 Tungsten nitride film (metal nitride film) 92 Molybdenum nitride film (metal nitride film)

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/28 301 H01L 21/3205 H01L 29/43 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/28 301 H01L 21/3205 H01L 29/43

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に素子を形成するための素
子形成領域を面方向に区画する素子分離領域を形成する
素子分離領域形成工程と、 前記素子形成領域の表面にゲート酸化膜を形成する酸化
膜作成工程と、 前記ゲート酸化膜表面に多結晶シリコン層を形成する多
結晶シリコン形成工程と、 前記多結晶シリコン層表面にバリヤ層を形成するバリヤ
層形成工程と、 前記バリヤ層上面に金属膜を形成する金属膜形成工程
と、 前記ゲート酸化膜、前記多結晶シリコン層、前記バリヤ
層および前記金属膜からなる積層構造をエッチングし、
ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、 前記ゲート電極上面に対し所定の角度を有する方向から
このゲート電極へ窒素原子をイオン注入する注入工程
と、 前記ゲート電極に整合して前記素子形成領域にソース領
域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン形成
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。
An element isolation region forming a device isolation region for forming an element on a semiconductor substrate in a plane direction; and forming a gate oxide film on a surface of the element formation region. An oxide film forming step; a polycrystalline silicon forming step of forming a polycrystalline silicon layer on the surface of the gate oxide film; a barrier layer forming step of forming a barrier layer on the surface of the polycrystalline silicon layer; A metal film forming step of forming a film, and etching a gate oxide film, the polycrystalline silicon layer, a stacked structure including the barrier layer and the metal film,
A gate electrode forming step of forming a gate electrode, an ion implantation step of ion-implanting nitrogen atoms into the gate electrode from a direction having a predetermined angle with respect to the upper surface of the gate electrode, A source / drain forming step of forming a source region and a drain region.
【請求項2】 半導体基板上に素子を形成するための素
子形成領域を面方向に区画する素子分離領域を形成する
素子分離領域形成工程と、 前記素子形成領域の表面にゲート酸化膜を形成する酸化
膜作成工程と、 前記ゲート酸化膜表面に多結晶シリコン層を形成する多
結晶シリコン形成工程と、 前記多結晶シリコン層表面にバリヤ層を形成するバリヤ
層形成工程と、 前記バリヤ層上面に金属膜を形成する金属膜形成工程
と、 前記金属膜上面に窒化シリコン膜を化学的気相成長法に
より形成する窒化膜形成工程と、 前記ゲート酸化膜、前記多結晶シリコン層、前記バリヤ
層、前記金属膜および窒化シリコン膜からなる積層構造
をエッチングし、ゲート電極を形成するゲート電極形成
工程と、 前記ゲート電極上面に対し所定の角度を有する方向から
このゲート電極へ窒素原子をイオン注入する注入工程
と、 前記ゲート電極に整合して前記素子形成領域にソース領
域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン形成
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. An element isolation region forming step of forming an element isolation region for dividing an element formation region for forming an element on a semiconductor substrate in a plane direction, and forming a gate oxide film on a surface of the element formation region. An oxide film forming step; a polycrystalline silicon forming step of forming a polycrystalline silicon layer on the surface of the gate oxide film; a barrier layer forming step of forming a barrier layer on the surface of the polycrystalline silicon layer; A metal film forming step of forming a film, a nitride film forming step of forming a silicon nitride film on the upper surface of the metal film by a chemical vapor deposition method, the gate oxide film, the polycrystalline silicon layer, the barrier layer, A gate electrode forming step of forming a gate electrode by etching a laminated structure composed of a metal film and a silicon nitride film; And a source / drain forming step of forming a source region and a drain region in the element forming region in alignment with the gate electrode. Manufacturing method.
【請求項3】 前記バリヤ膜として金属窒化膜を用いる
ことを特徴とする請求項または請求項記載の半導体
装置の製造方法。
3. A method according to claim 1 or claim 2, wherein the use of metal nitride film as the barrier film.
【請求項4】 前記バリヤ膜として窒化絶縁膜を用いる
ことを特徴とする請求項または請求項記載の半導体
装置の製造方法。
4. A method according to claim 1 or claim 2, wherein the use of nitride insulating film as the barrier film.
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