JP3121777B2 - 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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JP3121777B2 JP08320072A JP32007296A JP3121777B2 JP 3121777 B2 JP3121777 B2 JP 3121777B2 JP 08320072 A JP08320072 A JP 08320072A JP 32007296 A JP32007296 A JP 32007296A JP 3121777 B2 JP3121777 B2 JP 3121777B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、より詳しくはゲート、ビット線または金属膜
の形成のためのタングステンシリサイド(Tungsten Sili
cide)の上部に酸化膜を蒸着させて後続工程の影響によ
るタングステンシリサイド膜質の変形を防止したタング
ステンシリサイド積層方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体装置の高集積化に伴って素
子のサイズが減少し、それによりゲート電極、ビット線
(Bit Line)及び配線用金属膜は低い抵抗値をもつように
要求されている。このような仕様を満足させるために、
最近タングステンシリサイドWSi2がゲート、ビット
線及び配線用金属膜の形成に用いられている。タングス
テンシリサイドは、金属程度の低い抵抗値をもつこと
と、高温で安定な特性をもつことと、化学気相蒸着法(C
hemical Vapor Deposition)で蒸着し得ることと、パタ
ーン形成が容易であることと、酸化(Oxidation)が可能
であって以後工程との独立性(Isolation)の保障が可能
であることと、蒸着された表面が緩慢(Surface Smoothn
ess)であることと、最終金属層(アルミニウム層)との
反応性が無いことと、工程によるデバイスとウェーハま
たは装備に対する汚染のおそれが無いことと、そして良
好な特性のライフタイム(Lifetime)とを長所を有してい
る。しかし、これに反してタングステンシリサイドは酸
化膜との接着性(Adhesion)が悪く、アニーリングや高温
処理時に下部膜間のストレス(stress)でリフティング(L
ifting)が発生するという短所を有している。
【0003】従って、ゲートを形成しようとする場合、
前述した短所を補完するために、ポリシリコン膜にタン
グステンシリサイドを蒸着する工程はまずポリシリコン
膜上の残余酸化物または自然酸化物を除去した後行われ
た。そして、タングステンシリサイド/ポリシリコン配
線はパターニング(Patterning)後酸化膜を蒸着させ、高
温のアニーリングでタングステンシリサイドの酸化膜に
対する接着性を増進させて熱膨張(Thermal Expansions)
の差によるタングステンシリサイド/ポリシリコン膜質
を酸化膜で押さえることにより、ストレスによるリフテ
ィングを防止した。
【0004】しかし、LDD(Lightly Doped Drains)構
造のゲートを形成するために、図2(A)及び図2
(B)のようにタングステンシリサイド1O/ポリシリ
コン12が蒸着された膜をゲート形成のためのプロファ
イルにエッチングし、酸化膜14を蒸着した後アニーリ
ングするとき、アニーリングが不充分であれば、図2
(C)のスペーサ16の形成のためのエッチング後図2
(D)のように上部に他の膜が形成される過程でタング
ステンシリサイド10がポリシリコン12からリフトさ
れる現象が発生した。
【0005】尚、図3(A)に示すように、ゲートのプ
ロファイルを臼形状に形成する場合、タングステンシリ
サイド膜12の上部に図3(B)及び図3(C)のよう
な過程によって酸化膜14を蒸着し、スペーサ16を形
成するが、この過程で露出されたタングステンシリサイ
ドの上端部に部分的な酸化不均衡が発生して瘤のように
タングステンシリサイドが成長して落ちる不良が発生し
た。
【0006】一方、前述した2つの問題点を解決するた
めに、図4(A)及び図4(B)のように、ゲートのプ
ロファイル側面にスペーサ16を形成した後、タングス
テンシリサイドの上部を酸化18させながらアニーリン
グを行うが、このとき領域別にポリシリコンの消費量に
差ができて図4(C)のようにタングステンシリサイド
/ポリシリコン膜の表面にエンボシング(Embossing)が
形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、前述したタン
グステンシリサイド膜のリフティング、タングステンシ
リサイドの瘤形状の成長及び非正常的なポリシリコンの
消費(Consume)のため、タングステンシリサイド膜質を
蒸着して素子にゲート、ビット線及び金属膜を形成させ
るのが難しいという問題点があった。
【0008】本発明の目的は、素子形成のために積層さ
れるタングステンシリサイドの上部に酸化膜を蒸着させ
た後アニーリング、蒸着及びエッチングなどの後続過程
を進行させることにより、リフティング、瘤及びシリコ
ン過消費による膜質のエンボシングを防止するための半
導体装置のタングステンシリサイド積層方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による半導体装置の製造方法は、タングステ
ンシリサイド膜を蒸着する工程を含む半導体装置の製造
方法であって、ポリシリコン膜が形成された半導体基板
上にタングステンシリサイド膜を蒸着するタングステン
シリサイド膜蒸着工程と、前記タングステンシリサイド
膜上に第1酸化膜を蒸着する第1酸化膜蒸着工程と、前
記第1酸化膜と前記タングステンシリサイド膜と前記ポ
リシリコン膜とをエッチングすることにより所定のゲー
ト電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電
極が形成された半導体基板全面にスペーサ形成用の第2
酸化膜を蒸着する第2酸化膜蒸着工程と、前記第2酸化
膜が蒸着された半導体基板を酸素または窒素ガス雰囲気
下でアニーリングするアニーリング工程と、前記アニー
リング後の前記第2酸化膜をエッチバックして前記ゲー
ト電極の側壁に酸化膜スペーサを形成するスペーサ形成
工程と、を含むものである。また、別の本発明による半
導体装置の製造方法は、タングステンシリサイド膜を蒸
着する工程を含む半導体装置の製造方法であって、ポリ
シリコン膜が形成された半導体基板上にタングステンシ
リサイド膜を蒸着するタングステンシリサイド膜蒸着工
程と、前記タングステンシリサイド膜上に第1酸化膜を
蒸着する第1酸化膜蒸着工程と、前記第1酸化膜と前記
タングステンシリサイド膜と前記ポリシリコン膜とをエ
ッチングすることにより所定のゲート電極を形成するゲ
ート電極形成工程と、前記ゲート電極が形成された半導
体基板全面にスペーサ形成用の第2酸化膜を蒸着する第
2酸化膜蒸着工程と、前記第2酸化膜をエッチバックし
て前記ゲート電極の側壁に酸化膜スペーサを形成するス
ペーサ形成工程と、前記酸化膜スペーサが形成された半
導体基板を酸素または窒素ガス雰囲気下でアニーリング
するアニーリング工程と、を含むものである。
【0010】上記エッチングについては、たとえば、ま
ず酸化膜をフォトレジストマスキングを用いてエッチン
グし、タングステンシリサイド/ポリシリコンを前記エ
ッチングされた酸化膜をマスクとしてエッチングするこ
とができるし、あるいは、フォトレジストマスキングを
用いて全体をエッチングすることもできる。なお、前記
酸化膜は、420℃以下の低温で蒸着することが望まし
い。
【0011】そして、前記膜をエッチングしてゲートを
形成し、ここにスペーサを形成した後、前記スペーサを
エッチバックさせる前または後にタングステンシリサイ
ドをアニーリングすることができる。この時、前記のア
ニーリング工程は850℃乃至1150℃の雰囲気で酸
素または窒素ガスを供給する拡散工程を用いるのが望ま
しい。これにより、タングステンシリサイドは酸化膜に
よって上部に形成される膜質のストレスが緩和されて伝
達を押さえることによりリフティングを防止し、且つ酸
化膜によってシリコンの消費を防止して瘤形状またはエ
ンボシングのような奇形が発生しないようにする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明による一実施例は、図1の
LDD構造のゲート形成のための積層において、タング
ステンシリサイドの上部に酸化膜を形成させるものであ
る。即ち、実施例では図1(A)に示すように、基板2
0の上部に酸化膜22とポリシリコン膜24とタングス
テンシリサイド膜26と酸化膜28(第1酸化膜)を順
次積層し、これらの膜を図1(B)のようなゲート電極
にエッチングする。そして、酸化膜28は、下部膜質と
の熱膨張度及びストレスに対する相関関係を考慮して、
420℃以下の低温で蒸着させるのが望ましい。
【0013】図1(B)に示すようにゲート電極を形成
するために、図1(A)の積層された膜のエッチングは
マスキング技術を用いて行うことができる。この時、マ
スキング技術は次に示すようである。即ち、酸化膜28
の上部にフォトレジストをコーティングした後、写真及
び現象工程によってパターンを決定し、パターンをもた
フォトレジストをマスクとして酸化膜28をエッチング
し、フォトレジストをストリッピングした後露出される
酸化膜28をマスクとしてタングステンシリサイド及び
ポリシリコン膜24,26をエッチングする。
【0014】一方、酸化膜28の上部にフォトレジスト
をコーティングした後、写真及び現像工程によってパタ
ーンを決定し、このようにパターンを有するフォトレジ
ストをマスクとしてポリシリコン24、タングステンシ
リサイド26及び酸化膜28をエッチングするマスキン
グ技術を適用することができる。前述した方法でエッチ
ングされたゲートの上部にスペーサ形成のための酸化膜
30(第2酸化膜)を図1(C)のように蒸着させた後
エッチングすると、図1(D)のようにスペーサ32が
形成される。
【0015】そして、酸化膜28はタングステンシリサ
イド膜26との接着性を改善するためにアニーリング工
程を行わなければならない。アニーリング工程は850
℃〜1150℃の雰囲気で酸素または窒素ガスを供給す
る拡散工程を用いて行うことができ、アニーリング工程
の時点は制作者の意図によって選択することができる。
即ち、アニーリングは前記膜をエッチングした図1
(B)の時点、即ちエッチングでスペーサ32を形成す
る前、または図1(D)の時点、即ちスペーサ32を形
成した後に行うことができる。そして、スペーサを形成
した後、スペーサをエッチバックさせる前または後にア
ニーリングを行うことができる。
【0016】従って、ゲート形成のために蒸着されたタ
ングステンシリサイドを酸化膜が高温工程や膜質の蒸着
時に発生する熱膨張度の差及びストレスを緩和して押さ
える。そして、スペーサのエッチバック後にタングステ
ンシリサイドの上部と基板の上部に形成される酸化膜の
厚さに差が生じるので、スペーサをエッチバックした後
にもタングステンシリサイドは現れなくて、後続する膜
進行によってリフティングされない。
【0017】そして、酸化膜を再成長(Regrow)させると
きに薄いタングステンシリサイド上の酸化膜によってタ
ングステンシリサイドの酸化が防止されるので、タング
ステンシリサイドの局部的な酸化程度の差異が防止され
る。従って、瘤形状の奇形的な不良及びポリシリコンの
過消費を防止することができる。このため、ポリシリコ
ンの過消費防止によってタングステンシリサイドの表面
にエンボシングが形成されず、これによって表面が平坦
化される。
【0018】
【発明の効果】従って、本発明は、リフティング、瘤及
びエンボシングが発生しないので、ゲート、ビット線及
び配線などで良好にタングステンシリサイド膜が形成さ
れるので、素子の信頼度と歩留まりを向上させる効果が
ある。本発明は以上記載された具体例についてのみ詳細
に説明されたが、本発明の技術思想の範囲内で多様な変
形及び修正が可能なのは当業者には明らかなことであ
り、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に
属するのは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)乃至(D)は本発明による半導体装置製
造方法の実施例を示す断面図。
【図2】(A)乃至(D)は従来の技術による半導体装
置のゲートポリ形成時のリフト現象を示す断面図。
【図3】(A)乃至(C)は従来の技術による半導体装
置のゲートポリ形成時の瘤現象を示す断面図。
【図4】(A)乃至(C)は従来の技術による半導体装
置のゲートポリ形成時にポリシリコンの過消費でエンボ
シングされるのを示す断面図。
【符号の説明】
20 基板 22 酸化膜 24 ポリシリコン膜 26 タングステンシリサイド膜 28 酸化膜 32 スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 H01L 29/78 301G (56)参考文献 特開 昭63−227060(JP,A) 特開 平4−7826(JP,A) 特開 平7−66146(JP,A) 特開 昭64−42175(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タングステンシリサイド膜を蒸着する工
    程を含む半導体装置の製造方法において、 ポリシリコン膜が形成された半導体基板上にタングステ
    ンシリサイド膜を蒸着するタングステンシリサイド膜蒸
    着工程と、 前記タングステンシリサイド膜上に第1酸化膜を蒸着す
    る第1酸化膜蒸着工程と、 前記第1酸化膜と前記タングステンシリサイド膜と前記
    ポリシリコン膜とをエッチングすることにより所定のゲ
    ート電極を形成するゲート電極形成工程と、 前記ゲート電極が形成された半導体基板全面にスペーサ
    形成用の第2酸化膜を蒸着する第2酸化膜蒸着工程と、 前記第2酸化膜が蒸着された半導体基板を酸素または窒
    素ガス雰囲気下でアニーリングするアニーリング工程
    と、 前記アニーリング後の前記第2酸化膜をエッチバックし
    て前記ゲート電極の側壁に酸化膜スペーサを形成するス
    ペーサ形成工程と、 を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極形成工程における前記エ
    ッチングが、前記第1酸化膜をフォトレジストマスキン
    グを用いてエッチングしたのち、このエッチング後の第
    1酸化膜をマスクとして前記タングステンシリサイド膜
    と前記ポリシリコン膜とをエッチングすることにより行
    われる請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極形成工程における前記エ
    ッチングが、前記第1酸化膜と前記タングステンシリサ
    イド膜と前記ポリシリコン膜のすべてをフォトレジスト
    マスキングを用いてエッチングすることにより行われる
    請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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