JP3410070B2 - Ｗポリサイドゲート構造 - Google Patents
Ｗポリサイドゲート構造Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＭＯＳ（Metal Ox
ide Semiconductor）の製造方法に関して、特にＷポリ
サイド（Ｗ−polycide）ゲート構造（Gate Structure）
の製造方法に関する。
ide Semiconductor）の製造方法に関して、特にＷポリ
サイド（Ｗ−polycide）ゲート構造（Gate Structure）
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高融点金属シリサイド（Refractory Met
al Silicide）は高融点、高い安定性、そして低い抵抗
率（Resistivity）などの長所を有するため、現在では
半導体製造工程に広く利用されている。高融点金属シリ
サイドの主要な機能は、金属とシリコン間のオーミック
・コンタクト性（Ohmic Contact）を高めて、ＭＯＳゲ
ートの導電率を増加させることである。また高融点金属
シリサイドでよく使用されるものは、ＷＳｉX（tungste
n silicide）である。
al Silicide）は高融点、高い安定性、そして低い抵抗
率（Resistivity）などの長所を有するため、現在では
半導体製造工程に広く利用されている。高融点金属シリ
サイドの主要な機能は、金属とシリコン間のオーミック
・コンタクト性（Ohmic Contact）を高めて、ＭＯＳゲ
ートの導電率を増加させることである。また高融点金属
シリサイドでよく使用されるものは、ＷＳｉX（tungste
n silicide）である。
【０００３】下方のドープトポリシリコン膜と上方のＷ
シリサイド膜で構成されたＷ−ポリシリサイドゲート
は、既に商業化されている半導体製造工程中で最もよく
使用されており、Ｗシリサイド膜の大部分は減圧ＣＶＤ
（Low Pressure Chemical Vapor Deposition＝LPCVD）
あるいはスパッタ（sputtering）により形成される。
シリサイド膜で構成されたＷ−ポリシリサイドゲート
は、既に商業化されている半導体製造工程中で最もよく
使用されており、Ｗシリサイド膜の大部分は減圧ＣＶＤ
（Low Pressure Chemical Vapor Deposition＝LPCVD）
あるいはスパッタ（sputtering）により形成される。
【０００４】その他、ゲートのドープトポリシリコン膜
とＷシリサイド膜を堆積した後に、更にＷシリサイド膜
上に保護膜（Cap Layer）を堆積する。その材質は普通
シリコン窒化膜（silicon nitride）で、後工程のゲー
トとその他の導電部分がショートするのを防止する。つ
づいて順番に保護膜、Ｗシリサイド膜とドープトポリシ
リコン膜をパターニングして、Ｗポリサイドゲート構造
を得る。
とＷシリサイド膜を堆積した後に、更にＷシリサイド膜
上に保護膜（Cap Layer）を堆積する。その材質は普通
シリコン窒化膜（silicon nitride）で、後工程のゲー
トとその他の導電部分がショートするのを防止する。つ
づいて順番に保護膜、Ｗシリサイド膜とドープトポリシ
リコン膜をパターニングして、Ｗポリサイドゲート構造
を得る。
【０００５】しかしながら、Ｗシリサイド膜を形成して
から、保護膜がＷシリサイドをカバーするまでの過程
で、このＷシリサイド表面は少量の酸素に接触反応して
少量の酸化タングステン（Tungsten oxide）を生成する
可能性が常にあった。このように、後工程の高温熱製造
工程において、Ｗシリサイド膜は相転移（Phase Transi
tion）によりバンプ（Bump）あるいはヘイズ（Haze）な
どの欠陥（Alain P. Blosse, Mat. Res. Soc. Symp. Pr
oc. Vol.525, 1998, pp.371-377参照）を発生させた。
この種の凸凹の状況はフォトレジスト製造工程の精確度
に影響を与え、後工程でゲートとその他の導電部分をシ
ョートさせる可能性があった。
から、保護膜がＷシリサイドをカバーするまでの過程
で、このＷシリサイド表面は少量の酸素に接触反応して
少量の酸化タングステン（Tungsten oxide）を生成する
可能性が常にあった。このように、後工程の高温熱製造
工程において、Ｗシリサイド膜は相転移（Phase Transi
tion）によりバンプ（Bump）あるいはヘイズ（Haze）な
どの欠陥（Alain P. Blosse, Mat. Res. Soc. Symp. Pr
oc. Vol.525, 1998, pp.371-377参照）を発生させた。
この種の凸凹の状況はフォトレジスト製造工程の精確度
に影響を与え、後工程でゲートとその他の導電部分をシ
ョートさせる可能性があった。
【０００６】Ｗシリサイド膜の欠陥発生を防ぐ従来の解
決方法は、Ｗシリサイド膜を形成後、室温下でＮ2プラ
ズマ（N2 Plasma）により窒素と反応させてＷシリサイ
ド膜表面上に薄いタングステン窒化（tungsten nitrid
e）膜を形成する方法であった。保護膜をＷシリサイド
膜上に堆積させる前、タングステン窒化膜は酸素がＷシ
リサイド膜に接触するのを防いで、Ｗシリサイド膜が後
に続く熱製造工程においてバンプやヘイズなどの欠陥が
発生するのを防止していた。
決方法は、Ｗシリサイド膜を形成後、室温下でＮ2プラ
ズマ（N2 Plasma）により窒素と反応させてＷシリサイ
ド膜表面上に薄いタングステン窒化（tungsten nitrid
e）膜を形成する方法であった。保護膜をＷシリサイド
膜上に堆積させる前、タングステン窒化膜は酸素がＷシ
リサイド膜に接触するのを防いで、Ｗシリサイド膜が後
に続く熱製造工程においてバンプやヘイズなどの欠陥が
発生するのを防止していた。
【０００７】ただし、従来のタングステン窒化膜を形成
してＷシリサイド膜を保護する方法には問題があった。
まず従来の方法では、タングステン窒化膜を室温下でＮ
2プラズマの窒化反応により形成するため、タングステ
ン窒化膜の質が疎となり酸素を防ぐ能力が劣った。その
ほか、Ｎ2プラズマ反応は特別な反応室内で行わなけれ
ばならないため、ウエハーをＷシリサイド堆積反応室か
らプラズマ反応室へ移動する過程で、Ｗシリサイドは酸
素と反応する可能性があった。そのほか、室温でＮ2プ
ラズマによりタングステン窒化膜を形成するのには比較
的長い時間が必要で、これもまた欠点の一つであった。
してＷシリサイド膜を保護する方法には問題があった。
まず従来の方法では、タングステン窒化膜を室温下でＮ
2プラズマの窒化反応により形成するため、タングステ
ン窒化膜の質が疎となり酸素を防ぐ能力が劣った。その
ほか、Ｎ2プラズマ反応は特別な反応室内で行わなけれ
ばならないため、ウエハーをＷシリサイド堆積反応室か
らプラズマ反応室へ移動する過程で、Ｗシリサイドは酸
素と反応する可能性があった。そのほか、室温でＮ2プ
ラズマによりタングステン窒化膜を形成するのには比較
的長い時間が必要で、これもまた欠点の一つであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、Ｒ
ＴＰの速い温度上昇と下降により時間を短縮することで
ある。またＷシリサイド膜とタングステン窒化膜を同一
装置中で形成することにより、酸化反応をなくして欠陥
の発生を防止する。
ＴＰの速い温度上昇と下降により時間を短縮することで
ある。またＷシリサイド膜とタングステン窒化膜を同一
装置中で形成することにより、酸化反応をなくして欠陥
の発生を防止する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】半導体基板上に適用し
て、順番にゲート絶縁膜、ドープトポリシリコン膜およ
びＷシリサイド膜を半導体基板上に形成する。高温製造
工程を行い、窒化反応気体を使用してＷシリサイド膜の
表面を窒素と反応させて、タングステン窒化膜を形成、
タングステン窒化膜上に保護膜を形成する。そして順番
に保護膜、タングステン窒化膜、Ｗシリサイド膜および
ドープトポリシリコン膜をパターニングしてＷポリサイ
ドゲート構造を形成する。
て、順番にゲート絶縁膜、ドープトポリシリコン膜およ
びＷシリサイド膜を半導体基板上に形成する。高温製造
工程を行い、窒化反応気体を使用してＷシリサイド膜の
表面を窒素と反応させて、タングステン窒化膜を形成、
タングステン窒化膜上に保護膜を形成する。そして順番
に保護膜、タングステン窒化膜、Ｗシリサイド膜および
ドープトポリシリコン膜をパターニングしてＷポリサイ
ドゲート構造を形成する。
【００１０】＜作用＞
１．タングステン窒化膜を高温製造工程で窒化反応気体
を通す方式により形成するため、タングステン窒化膜の
質は比較的緻密で均等となり、酸素との接触を防ぐこと
ができる。そのほか、高温製造工程がＲＴＰの場合、Ｒ
ＴＰの温度の速い上昇下降速度により時間を短縮するこ
とができる。２．この発明のタングステン窒化膜をＮ2
プラズマにより形成するものではなく、温度を加えて窒
化反応気体を通す方式により形成する。そのため、この
発明のＷシリサイド膜とタングステン窒化膜は減圧状態
から取り出さずに同じ装置内で形成することができる。
このように、空気と接触して酸化反応が発生するのを避
け欠陥の発生が防止され、同時に移動するステップを省
略することができる。３．上記の高温製造工程がＲＴＰ
の場合、ＲＴＰのＷシリサイド膜は加熱されてとても高
い温度となりＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ＝RT
A）の効果が達成され、Ｗシリサイド薄膜の内応力を減
少して相転移のエネルギーを提供、Ｗシリサイドを抵抗
が比較的大きい六方晶相（Hexagonal Phase）から抵抗
が比較的小さい正方晶相（Tetragonal Phase）に変換す
る。
を通す方式により形成するため、タングステン窒化膜の
質は比較的緻密で均等となり、酸素との接触を防ぐこと
ができる。そのほか、高温製造工程がＲＴＰの場合、Ｒ
ＴＰの温度の速い上昇下降速度により時間を短縮するこ
とができる。２．この発明のタングステン窒化膜をＮ2
プラズマにより形成するものではなく、温度を加えて窒
化反応気体を通す方式により形成する。そのため、この
発明のＷシリサイド膜とタングステン窒化膜は減圧状態
から取り出さずに同じ装置内で形成することができる。
このように、空気と接触して酸化反応が発生するのを避
け欠陥の発生が防止され、同時に移動するステップを省
略することができる。３．上記の高温製造工程がＲＴＰ
の場合、ＲＴＰのＷシリサイド膜は加熱されてとても高
い温度となりＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ＝RT
A）の効果が達成され、Ｗシリサイド薄膜の内応力を減
少して相転移のエネルギーを提供、Ｗシリサイドを抵抗
が比較的大きい六方晶相（Hexagonal Phase）から抵抗
が比較的小さい正方晶相（Tetragonal Phase）に変換す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる好適な実
施例を図面に基づいて説明する。図１Ａに示すように、
まず先に半導体基板１００を提供して、半導体基板１０
０上に順番にゲート絶縁膜１１０、ドープトポリシリコ
ン膜１２０そしてＷシリサイド膜１３０を形成する。ゲ
ート絶縁膜１１０は、例えば、熱酸化法（Thermal Oxid
ation）で形成したゲート酸化膜（Gate Oxide）であ
る。ドープトポリシリコン膜１２０の形成方法は、例え
ば、減圧ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposi
tion＝LPCVD）などで、Ｗシリサイド膜１３０の形成方
法も減圧ＣＶＤなどである。
施例を図面に基づいて説明する。図１Ａに示すように、
まず先に半導体基板１００を提供して、半導体基板１０
０上に順番にゲート絶縁膜１１０、ドープトポリシリコ
ン膜１２０そしてＷシリサイド膜１３０を形成する。ゲ
ート絶縁膜１１０は、例えば、熱酸化法（Thermal Oxid
ation）で形成したゲート酸化膜（Gate Oxide）であ
る。ドープトポリシリコン膜１２０の形成方法は、例え
ば、減圧ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposi
tion＝LPCVD）などで、Ｗシリサイド膜１３０の形成方
法も減圧ＣＶＤなどである。
【００１２】図１Ｂに示すように、ＲＴＰ（Rapid Ther
mal Process）を行い、アンモニアガスを通してＷシリ
サイド膜１３０の表面で窒化反応を発生させて、タング
ステン窒化膜１３５を形成する。このタングステン窒化
膜１３５の理想的な厚さは５ｎｍ以上で、厚さ５ｎｍは
完全に酸素から隔離することができる。その他、通した
アンモニアガスの圧力が１大気圧の場合、このＲＴＰの
温度は７５０℃以上で、時間は６０秒以上である。そし
て、もし形成するタングステン窒化膜１３５の特定の厚
さを高く調整したい場合はＲＴＰの反応時間を固定し
て、その反応温度を高くする。あるいはＲＴＰの反応温
度を固定して、その反応時間を長くする。このＲＴＰは
急速に温度を上昇、下降させてアンモニアガスを通すだ
けでよいためＷシリサイドの減圧ＣＶＤ装置中で直接に
行うことができて、減圧状態から取り出す必要がない。
そのほか、このＲＴＰは１大気圧あるいは減圧状態のそ
の他の装置中でも行うことができる。
mal Process）を行い、アンモニアガスを通してＷシリ
サイド膜１３０の表面で窒化反応を発生させて、タング
ステン窒化膜１３５を形成する。このタングステン窒化
膜１３５の理想的な厚さは５ｎｍ以上で、厚さ５ｎｍは
完全に酸素から隔離することができる。その他、通した
アンモニアガスの圧力が１大気圧の場合、このＲＴＰの
温度は７５０℃以上で、時間は６０秒以上である。そし
て、もし形成するタングステン窒化膜１３５の特定の厚
さを高く調整したい場合はＲＴＰの反応時間を固定し
て、その反応温度を高くする。あるいはＲＴＰの反応温
度を固定して、その反応時間を長くする。このＲＴＰは
急速に温度を上昇、下降させてアンモニアガスを通すだ
けでよいためＷシリサイドの減圧ＣＶＤ装置中で直接に
行うことができて、減圧状態から取り出す必要がない。
そのほか、このＲＴＰは１大気圧あるいは減圧状態のそ
の他の装置中でも行うことができる。
【００１３】図１Ｃに示すように、続いてタングステン
窒化膜１３５上にＳｉＮ保護膜１４０を形成する。その
形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma Enhance
d CVD＝PECVD）などで、ＳｉＮ保護膜１４０、タングス
テン窒化膜１３５、Ｗシリサイド膜１３０、およびドー
プトポリシリコン膜１２０をパターニングしてＷポリサ
イドゲート構造１５０を形成する。
窒化膜１３５上にＳｉＮ保護膜１４０を形成する。その
形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma Enhance
d CVD＝PECVD）などで、ＳｉＮ保護膜１４０、タングス
テン窒化膜１３５、Ｗシリサイド膜１３０、およびドー
プトポリシリコン膜１２０をパターニングしてＷポリサ
イドゲート構造１５０を形成する。
【００１４】以上のごとく、この発明を好適な実施例に
より開示したが、もとより、この発明を限定するための
ものではなく、同業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更な
らびに修正が当然なされうるものであるから、その特許
権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な
領域を基準として定めなければならない。
より開示したが、もとより、この発明を限定するための
ものではなく、同業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更な
らびに修正が当然なされうるものであるから、その特許
権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な
領域を基準として定めなければならない。
【００１５】
【発明の効果】上記構成により、この発明は下記の長所
を有する。 １．タングステン窒化膜１３５をＲＴＰ中で、Ｗシリサ
イド膜１３０表面とアンモニアガスとの窒化反応により
形成する。そのためこのタングステン窒化膜１３５は緻
密で平均的となり、酸素との接触を阻止することができ
る。その他、ＲＴＰの温度上昇と下降がとても速いため
時間を短縮することができる。 ２．この発明は、プラズマ反応ではなく、温度を高めて
アンモニアガスを通す方法によりタングステン窒化膜１
３５を形成する。そのためこの発明のＷシリサイド膜１
３０とタングステン窒化膜１３５は減圧状態から取り出
す必要がなく、同一装置中で形成することができる。こ
のように空気に接触して酸化反応することがないため欠
陥の発生を防止することができ、移動のステップも必要
がない。 ３．ＲＴＰのＷシリサイド膜１３０膜をとても高い温度
まで加熱して、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ＝RT
A）効果を達成する。そして、Ｗシリサイド膜１３０の
内応力を減少して相転移のエネルギーを提供して、Ｗシ
リサイドを抵抗が比較的大きい六方晶相（Hexagonal Ph
ase）から抵抗が比較的小さい正方晶相（Tetragonal Ph
ase）に変換する。従って、産業上の利用価値が高い。
を有する。 １．タングステン窒化膜１３５をＲＴＰ中で、Ｗシリサ
イド膜１３０表面とアンモニアガスとの窒化反応により
形成する。そのためこのタングステン窒化膜１３５は緻
密で平均的となり、酸素との接触を阻止することができ
る。その他、ＲＴＰの温度上昇と下降がとても速いため
時間を短縮することができる。 ２．この発明は、プラズマ反応ではなく、温度を高めて
アンモニアガスを通す方法によりタングステン窒化膜１
３５を形成する。そのためこの発明のＷシリサイド膜１
３０とタングステン窒化膜１３５は減圧状態から取り出
す必要がなく、同一装置中で形成することができる。こ
のように空気に接触して酸化反応することがないため欠
陥の発生を防止することができ、移動のステップも必要
がない。 ３．ＲＴＰのＷシリサイド膜１３０膜をとても高い温度
まで加熱して、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ＝RT
A）効果を達成する。そして、Ｗシリサイド膜１３０の
内応力を減少して相転移のエネルギーを提供して、Ｗシ
リサイドを抵抗が比較的大きい六方晶相（Hexagonal Ph
ase）から抵抗が比較的小さい正方晶相（Tetragonal Ph
ase）に変換する。従って、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）から（Ｃ）は、この発明にかかる好適
な実施例のＷポリサイドゲート構造の製造方法の断面図
である。
な実施例のＷポリサイドゲート構造の製造方法の断面図
である。
１００ 半導体基板
１１０ ゲート絶縁膜
１２０ ドープトポリシリコン膜
１３０ Ｗシリサイド膜
１３５ タングステン窒化膜
１４０ ＳｉＮ保護膜
１５０ Ｗポリサイドゲート構造
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 29/43 Ｈ０１Ｌ 29/62 Ｇ
(56)参考文献 特開 平２−250319（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−289017（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−176732（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−37036（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−169412（ＪＰ，Ａ)
特開2000−22154（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 29/78
H01L 21/28
H01L 21/336
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体基板上に適用して、 順番にゲート絶縁膜とドープトポリシリコン膜、そして
Ｗシリサイド膜を前記半導体基板上に形成して、 高温製造工程を行い、窒化反応気体を使用して前記Ｗシ
リサイド膜の表面を窒化、タングステン窒化膜を形成し
て、 前記タングステン窒化膜上に保護膜を形成して、そして 順番に前記保護膜、前記タングステン窒化膜、前記Ｗシ
リサイド膜そして前記ドープトポリシリコン膜をパター
ニングしてＷポリサイドゲート構造を形成するステップ
を含み、 上記高温製造工程がＲＴＰ、上記窒化反応気体がアンモ
ニアガス、上記窒化反応気体の圧力が１大気圧、前記Ｒ
ＴＰの反応温度が７５０℃以上、前記ＲＴＰの反応時間
が６０秒以上である ことを特徴とするＷポリサイドゲー
ト構造の製造方法。 - 【請求項２】 Ｗシリサイド膜形成後、上記ＲＴＰを直
接に前記Ｗシリサイド膜を形成するのに使用した同じ装
置で行うことを特徴とする請求項１記載のＷポリサイド
ゲート構造の製造方法。 - 【請求項３】 上記タングステン窒化膜の厚さが５ｎｍ
以上であることを特徴とする請求項１記載のＷポリサイ
ドゲート構造の製造方法。 - 【請求項４】 上記Ｗシリサイド膜形成後、上記高温製
造工程を直接に上記Ｗシリサイド膜を形成するのに使用
した同じ装置で行うことを特徴とする請求項１記載のＷ
ポリサイドゲート構造の製造方法。 - 【請求項５】 上記タングステンシリコン膜の形成方法
が減圧ＣＶＤを含むことを特徴とする請求項１記載のＷ
ポリサイドゲート構造の製造方法。 - 【請求項６】 上記保護膜がシリコン窒化膜を含むこと
を特徴とする請求項１記載のＷポリサイドゲート構造の
製造方法。 - 【請求項７】 上記シリコン窒化膜をプラズマＣＶＤで
形成することを特徴とする請求項６記載のＷポリサイド
ゲート構造の製造方法。 - 【請求項８】 半導体基板上に適用して、 順番にゲート絶縁膜、ドープトポリシリコン膜そしてＷ
シリサイド膜を前記半導体基板上に形成して、前記Ｗシ
リサイド膜の形成方法が減圧ＣＶＤで、 前記Ｗシリサイド膜を形成するのと同じ反応室中でＲＴ
Ｐを行い、アンモニアガスを入れて、前記Ｗシリサイド
膜の表面で窒化反応を発生させて、タングステン窒化膜
を形成して、 前記タングステン窒化膜上に保護膜を形成して、そして 順番に前記保護膜、前記タングステン窒化膜、前記Ｗシ
リサイド膜および前記ドープトポリシリコン膜をパター
ニングしてＷポリサイドゲート構造を形成するステップ
を含み、 上記ＲＴＰの反応圧力が１大気圧で、上記ＲＴＰの反応
温度が７５０℃以上、上記ＲＴＰの反応時間が６０秒以
上である ことを特徴とするＷポリサイドゲート構造の製
造方法。 - 【請求項９】 上記タングステン窒化膜の厚さが５ｎｍ
以上であることを特徴とする請求項８記載のＷポリサイ
ドゲート構造の製造方法。 - 【請求項１０】 上記保護膜がシリコン窒化膜を含むこ
とを特徴とする請求項８記載のＷポリサイドゲート構造
の製造方法。 - 【請求項１１】 上記シリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ
により形成することを特徴とする請求項１０記載のＷポ
リサイドゲート構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000285611A JP3410070B2 (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | Ｗポリサイドゲート構造 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000285611A JP3410070B2 (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | Ｗポリサイドゲート構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002110964A JP2002110964A (ja) | 2002-04-12 |
| JP3410070B2 true JP3410070B2 (ja) | 2003-05-26 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3781666B2 (ja) * | 2001-11-29 | 2006-05-31 | エルピーダメモリ株式会社 | ゲート電極の形成方法及びゲート電極構造 |
-
2000
- 2000-09-20 JP JP2000285611A patent/JP3410070B2/ja not_active Expired - Fee Related
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