JPH01175257A - Manufacture of mis semiconductor device - Google Patents

Manufacture of mis semiconductor device

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JPH01175257A
JPH01175257A JP33222887A JP33222887A JPH01175257A JP H01175257 A JPH01175257 A JP H01175257A JP 33222887 A JP33222887 A JP 33222887A JP 33222887 A JP33222887 A JP 33222887A JP H01175257 A JPH01175257 A JP H01175257A
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JP
Japan
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gate electrode
layer
tungsten
mask
gate
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Application number
JP33222887A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Saito
勉 斉藤
Moritaka Nakamura
守孝 中村
Yasuhisa Sato
泰久 佐藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent a tungsten gate electrode from being side-etched and to prevent an irregularity and a deterioration of the performance of an element by a method wherein, after a gate insulating film and a tungsten layer have been formed on a semiconductor substrate and this assembly has been thermally nitrified in ammonia gas, a patterning operation is executed by reactive ion etching using a fluorine-based gas. CONSTITUTION:A gate oxide film 5 by thermal oxidation is formed in a device formation region 4 on a p<-> type Si substrate 1; then, a W layer 106 is formed by a sputtering method. Then, this assembly is heat-treated in ammonia gas; a tungsten nitride layer 7 is formed. Then, an SiO2 mask film 108 is formed; a resist pattern 9 corresponding to a gate electrode is formed on it; an SiO2 mask pattern 8 corresponding to the gate electrode is formed by making use of the resist pattern as a mask by an RIE operation using a gas of CHF3+CF4; in addition, the W layer 106 is patterned by making use of the mask pattern as a mask by the RIE operation using a gas ot SF6. By this setup, the side- etching amount e1 on the side of a W gate electrode 6 can be reduced to about 500-1000Angstrom or less.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 MIS型半導体装置の製造方法、特に微細化されるタン
グステンゲート電極の形成方法に関し、パターニングに
際してのタングステンゲート電極のサイドエツチングを
防止して、ゲート電極幅の変動及びソース・ドレイン領
域のゲート端部からの離隔等によって生ずる素子性能の
ばらつきや劣化を防止することを目的とし、 タングステンゲート電極を形成するに際し、半導体基体
上にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にタング
ステン層を形成し、該タングステン層をアンモニアガス
中において熱窒化した後、。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a method for manufacturing an MIS type semiconductor device, particularly a method for forming a tungsten gate electrode which is becoming finer, it is possible to prevent side etching of the tungsten gate electrode during patterning and to increase the width of the gate electrode. In order to prevent variations in device performance and deterioration caused by fluctuations and separation of the source/drain region from the gate edge, etc., when forming a tungsten gate electrode, a gate insulating film is formed on the semiconductor substrate, and the gate insulating film is formed on the semiconductor substrate. After forming a tungsten layer on the gate insulating film and thermally nitriding the tungsten layer in ammonia gas.

弗素系のガスによるリアクティブイオンエツチング処理
により該タングステン層のパターニングを行う工程を含
んで構成する 〔産業上の利用分野〕 本発明はMIS型半導体装置の製造方法、特に微細化さ
れるタングステンゲート電極の形成方法に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing an MIS type semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing a tungsten gate electrode to be miniaturized. The present invention relates to a method of forming.

MIS型半導体装置の高集積化が進み素子が微細化され
るに従って、そのゲート電極幅(ゲート長に相当)はま
すます縮小されてきており、これに伴うゲート電極の抵
抗増°大が、該MIS型半導体装置の動作速度を低下せ
しめるという問題を生ずる。
As MIS-type semiconductor devices become more highly integrated and the elements become smaller, the gate electrode width (equivalent to gate length) is becoming increasingly smaller, and the associated increase in gate electrode resistance is increasing. A problem arises in that the operating speed of the MIS type semiconductor device is reduced.

そこで従来上記問題を解決する手段として、当初用いら
れていたポリシリコンに比べて1桁程度小さい比抵抗を
有する高融点金属シリサイドがゲート電極材料として用
いられていたが、近時更に高集積化が進み、これに伴っ
て更にゲート電極の低抵抗化が要望されている。そこで
その要望を満たすために、高融点金属シリサイドの数分
の1〜10分の1程度の低比抵抗を有する高融点金属そ
のもの、特に熱的に安定で製造工程に適したタングステ
ンがゲート電極材料として使われはじめている。
Conventionally, as a means to solve the above problem, refractory metal silicide, which has a resistivity that is about an order of magnitude lower than the polysilicon that was originally used, was used as the gate electrode material, but in recent years, even higher integration has been used. As technology advances, there is a demand for lower resistance gate electrodes. Therefore, in order to meet this demand, high melting point metal itself, which has a low specific resistance of about one-tenth to one-tenth that of high-melting point metal silicide, and in particular tungsten, which is thermally stable and suitable for the manufacturing process, was used as the gate electrode material. It is beginning to be used as a

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ゲート電極に用いられるタングステン(W)Nは通常ス
パッタリング法によって形成されるが、この方法による
W層51は、第3図に模式的に示すように、その堆積方
向りに沿って直径500〜1000人程度の柱状結膜厚
2が集合した結晶組織に形成される。
Tungsten (W)N used for the gate electrode is usually formed by sputtering, and the W layer 51 formed by this method has a diameter of 500 to 1000 along the deposition direction, as schematically shown in FIG. Columnar conjunctival thickness 2, about the size of a human, is formed in an aggregated crystalline structure.

そのため該タングステン層をパターニングする際に、該
タングステン層上にマスク層としてレジストを直に被着
した際には、レジスト中の汚染物質が上記柱状結晶の粒
界に沿って該タングステン層を通過してゲート下部のゲ
ート絶縁膜を汚染し、ゲート耐圧の低下、闇値電圧の変
動等の性能劣化を生ずる。
Therefore, when patterning the tungsten layer, when a resist is directly deposited as a mask layer on the tungsten layer, contaminants in the resist pass through the tungsten layer along the grain boundaries of the columnar crystals. This contaminates the gate insulating film below the gate, resulting in performance deterioration such as a drop in gate breakdown voltage and fluctuations in dark voltage.

また88 wによるゲート電極をマスクにし、通常通り
不純物のイオン注入を行ってソース・ドレイン領域を形
成しようとすると、上記結晶粒界に沿って不純物がゲー
ト下部領域にまで注入され、ソース−ドレイン間短絡等
の性能劣化を生ずる。
Furthermore, when attempting to form source/drain regions by implanting impurity ions as usual using the 88W gate electrode as a mask, the impurities are injected into the lower gate region along the crystal grain boundaries, resulting in a gap between the source and drain. This may cause performance deterioration such as short circuit.

そこでWゲート電極を有するMIS型半導体装置の製造
に際しては、W層上に上記問題を除去する何等かのマス
ク膜を設ける必要がある。
Therefore, when manufacturing a MIS type semiconductor device having a W gate electrode, it is necessary to provide some kind of mask film on the W layer to eliminate the above problem.

そのため従来は、二酸化シリコン(SiO□)、燐珪酸
ガラス(PSG)等のシリコン(Si)酸化物系の絶縁
膜がマスク膜として設けら、以下に説明する方法により
その製造がなされていた。
Therefore, in the past, a silicon (Si) oxide-based insulating film such as silicon dioxide (SiO□) or phosphosilicate glass (PSG) was provided as a mask film, and the mask film was manufactured by the method described below.

即ち、例えば第4図+a)に示すように、基板若しくは
ウェルからなるp−型St基体1上にゲート酸化膜5を
形成し、該ゲート酸化膜5上にスパッタリング法により
厚さ例えば2000〜3000人程度のW層10膜厚形
成し、該W1i106上に例えば厚さ2000人程度0
気相成長二酸化シリコン(CVD−Sing)膜よりな
るマスク膜108を形成した後に、該5in2マスク膜
108上にゲート電極パターンに対応するレジストパタ
ーン9を形成し、しかる後第4図(b)に示すように、
レジストパターン9をマスクにし例えば3弗化メタ7(
CHF3) + 4弗化炭素(CF4)ガスを用いるリ
アクティブイオンエツチング(RIE)処理によりマス
ク膜108をパターニングし、次いで6弗化硫黄(SF
6)或いは3弗化窒素(NF3)等の弗素系のガスによ
るRTE処理を行ってW層106をパターニングして、
上部に上記5i02マスクパターン8を存するWゲート
電極6が形成されていた。
That is, as shown in FIG. 4+a), for example, a gate oxide film 5 is formed on a p-type St substrate 1 consisting of a substrate or a well, and a thickness of, for example, 2000 to 3000 mm is formed on the gate oxide film 5 by sputtering. Form a W layer with a thickness of about 10 people, and then form a W layer with a thickness of about 2000 people on the W1i106.
After forming a mask film 108 made of a vapor phase grown silicon dioxide (CVD-Sing) film, a resist pattern 9 corresponding to the gate electrode pattern is formed on the 5in2 mask film 108, and then as shown in FIG. 4(b). As shown,
Using the resist pattern 9 as a mask, for example, trifluoride meta 7 (
The mask film 108 is patterned by reactive ion etching (RIE) using CHF3)+4 carbon fluoride (CF4) gas, and then sulfur hexafluoride (SF4) gas is used to pattern the mask film 108.
6) Alternatively, pattern the W layer 106 by performing RTE treatment using a fluorine-based gas such as nitrogen trifluoride (NF3),
A W gate electrode 6 having the 5i02 mask pattern 8 described above was formed thereon.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし該該従来方法によると、上記弗素系のガスによる
RIE処理に際して、Wゲート電極6上に形成されてい
るSi酸化物系マスク膜パターン即ち5i02マスクパ
ターン8の反応への寄与によって等方性の化学エツチン
グ反応が強く進み、Wゲート電極6の側面がe2で示す
ように大きく (例えば0.3〜0.4 μm程度)サ
イドエツチングされてゲート電極幅(ゲート長に対応)
LGが精度良く形成できないという問題があった。
However, according to the conventional method, during the RIE process using the fluorine-based gas, the Si oxide mask film pattern formed on the W gate electrode 6, that is, the 5i02 mask pattern 8, contributes to the reaction, resulting in an isotropic reaction. The chemical etching reaction progresses strongly, and the side surface of the W gate electrode 6 is etched to a large extent (for example, about 0.3 to 0.4 μm) as shown by e2, resulting in the gate electrode width (corresponding to the gate length).
There was a problem that LG could not be formed with high precision.

また第4図(C)に示すように上記レジストパターン9
及びマスク膜パターン8をマスクにして不純物例えば砒
素(As” )等をイオン注入して浅いn゛型ソース領
域10及びドレイン領域1)を形成する際、該ソース領
域10及びドレイン領域1)の対向する端部がゲート下
部領域12から隔たって形成されるので(13は離隔部
)、素子動作が損なわれるという問題を生ずる。
Further, as shown in FIG. 4(C), the resist pattern 9
When forming a shallow n-type source region 10 and drain region 1) by ion-implanting an impurity such as arsenic (As'') using the mask film pattern 8 as a mask, the source region 10 and the drain region 1) are placed opposite each other. Since the end portion thereof is formed apart from the gate lower region 12 (separated portion 13), a problem arises in that the device operation is impaired.

そこで本発明は、Wゲート電極を有するMIS型半導体
装置の製造工程におけるゲート電極のバターニングに際
して、該Wゲート電極のサイドエツチングを防止して、
ゲート電極幅の変動及びソース・ドレイン領域のゲート
端部からの離隔等によって生ずる素子性能のばらつきや
劣化を防止することを目的とする。
Therefore, the present invention prevents side etching of the W gate electrode during patterning of the gate electrode in the manufacturing process of a MIS type semiconductor device having the W gate electrode.
The purpose of this is to prevent variations and deterioration in device performance caused by variations in gate electrode width and separation of source/drain regions from gate ends.

〔問題点を解決するため゛の手段〕[Means for solving problems]

上記問題点は、タングステンゲートを有するMIs型半
導体装置の製造方法において、タングステンゲート電極
を形成するに際し、半導体基体上に゛ゲート絶縁膜を形
成し、該ゲート絶縁膜上にタングステン層を形成し、該
タングステン層をアンモニアガス中において熱窒化した
後、弗素系のガスによるリアクティブイオンエツチング
処理により該タングステン層のバターニングを行う工程
を有する本発明によるMIS型半導体装置の製造方法に
よって解決される。
The above problem is solved by forming a tungsten gate electrode on a semiconductor substrate, forming a tungsten layer on the gate insulating film, and forming a tungsten gate electrode. The problem is solved by the method of manufacturing an MIS type semiconductor device according to the present invention, which includes a step of thermally nitriding the tungsten layer in ammonia gas and then patterning the tungsten layer by reactive ion etching treatment using a fluorine-based gas.

〔作 用〕[For production]

即ち本発明の方法においてはタングステン層をアンモニ
アガス中において熱窒化した後にRIE 処理によるバ
ターニングを行う。
That is, in the method of the present invention, the tungsten layer is thermally nitrided in ammonia gas and then buttered by RIE treatment.

上記熱窒化によってタングステン層の表面には窒化タン
グステン(WN)或いは(WZN)が形成されると同時
に、この窒化反応はタングステン層に形成されている前
述した堆積方向に沿う柱状結晶の粒界に沿って進み、該
結晶粒界に該タングステン層の底面に達する窒化タング
ステン(WN)或いは(6N)の壁層が形成される。 
゛ この窒化タングステン(WN)或いは(WJ)は弗素(
F)系のガスによるRIE処理において、イオン及びラ
ジカルに叩かれることによってエツチングは進むが、化
学的には殆どエツチングされない。
Tungsten nitride (WN) or (WZN) is formed on the surface of the tungsten layer by the thermal nitriding, and at the same time, this nitriding reaction occurs along the grain boundaries of the columnar crystals formed in the tungsten layer along the aforementioned deposition direction. A wall layer of tungsten nitride (WN) or (6N) is formed at the grain boundary and reaches the bottom surface of the tungsten layer.
゛This tungsten nitride (WN) or (WJ) is fluorine (
In the RIE process using the F) type gas, etching progresses due to being bombarded by ions and radicals, but chemically there is almost no etching.

従って上記RIE処理においてマスク膜から露出してい
る部分は急速にエツチングされるが、イオン及びラジカ
ルの衝撃を受けないマスク膜の下部領域のW層は、前記
結晶粒界に形成されている窒化タングステン(WN)或
いは(w2N)の壁層によって横方向に進むWの化学エ
ツチングが阻止されるので、マスク膜の下部に生ずるサ
イドエツチング幅は上記柱状W結晶のグレインサイズに
相当する500〜1000人で抑えられる。
Therefore, in the above RIE process, the exposed portion of the mask film is rapidly etched, but the W layer in the lower region of the mask film, which is not bombarded by ions and radicals, is made of tungsten nitride formed at the grain boundaries. Since the (WN) or (w2N) wall layer prevents the chemical etching of W from proceeding in the lateral direction, the side etching width generated at the bottom of the mask film is 500 to 1000 mm, which corresponds to the grain size of the columnar W crystal. It can be suppressed.

そのため、上記サイドエツチングに起因するゲート電極
幅の変動は極く僅かに抑えられ、同時にゲート電極上に
設けられているマスク膜パターンをマスクにして形成さ
れるソース及びドレイン領域がゲート下部領域から離間
して形成されることもなくなり、従って素子性能のばら
つきや不動作素子の形成は防止される。
Therefore, variations in the width of the gate electrode caused by the side etching are suppressed to a minimum, and at the same time, the source and drain regions formed using the mask film pattern provided on the gate electrode are separated from the lower gate region. Therefore, variations in device performance and the formation of non-operational devices are prevented.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。 The present invention will be specifically explained below with reference to illustrated embodiments.

第1図(a)〜(flは本発明の方法の一実施例の工程
断面図で、第2図fal〜(C)は本発明の方法の他の
実施例の工程断面図である。
FIGS. 1(a) to 1(fl) are cross-sectional views of one embodiment of the method of the present invention, and FIGS. 2(a) to (C) are cross-sectional views of another embodiment of the method of the present invention.

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。Identical objects are indicated by the same reference numerals throughout the figures.

第1図tal参照 本発明の方法によりWゲート電極を有するMO8半導体
装置を形成するに際しては、p−型Si基体1がフィー
ルド酸化膜2及びその下部のp型チャネルストッパ3に
よって画定分離された素子形成領域4を有する通常の被
加工基板を用い、先ず素子形成領域4に表出するSi基
体1面に熱酸化により厚さ例えば200人程0のゲート
酸化膜5を形成し、次いで通常のスパッタリング法によ
り該基板上に厚さ例えば2000〜3000人程度のW
層10膜厚形成する。
Refer to FIG. 1 tal When forming an MO8 semiconductor device having a W gate electrode by the method of the present invention, a p-type Si substrate 1 is defined and separated by a field oxide film 2 and a p-type channel stopper 3 below it. Using a normal substrate to be processed having a formation region 4, first, a gate oxide film 5 having a thickness of about 200 nm, for example, is formed by thermal oxidation on one surface of the Si substrate exposed in the element formation region 4, and then by normal sputtering. W is deposited on the substrate to a thickness of, for example, about 2,000 to 3,000 by a method.
A layer 10 thick is formed.

第1図(bl参照 次いで該基板をアンモニアガス(NH,)中において7
00〜900℃程度の温度で20分程度加熱し、該 ′
W層106の表面及び前述した該W層106を構成する
柱状W結晶52の粒界に、厚さ例えばlO〜50人程度
の膜厚タングステン(WN)或いは(6N)層7を形成
する。
FIG. 1 (see BL) Next, the substrate was placed in ammonia gas (NH,) for 7
Heat at a temperature of 00 to 900℃ for about 20 minutes, and
A tungsten (WN) or (6N) layer 7 is formed on the surface of the W layer 106 and at the grain boundaries of the columnar W crystals 52 constituting the W layer 106 described above, with a thickness of, for example, 10 to 50 nm.

第1図(C)参照 次いで化学気相成長(CVO法)により上記窒化タング
ステン層7上に厚さ2000人程度0Si0gマスク膜
108を形成し、該マスク膜108上にゲート電極に対
応するレジストパターン9を形成する。
Refer to FIG. 1(C) Next, a 0Si0g mask film 108 with a thickness of about 2000 layers is formed on the tungsten nitride layer 7 by chemical vapor deposition (CVO method), and a resist pattern corresponding to the gate electrode is formed on the mask film 108. form 9.

第1図(d)参照 次いで該レジストパターン9をマスクにしW層106と
の間に選択比がとれる例えば(CIIF3+CF、)ガ
スによるRIE処理によって、上記マスク膜108をエ
ツチングしてゲート電極に対応するSi0gマスクパタ
ーン8を形成する。
Refer to FIG. 1(d). Next, using the resist pattern 9 as a mask, the mask film 108 is etched by RIE processing using a gas such as (CIIF3+CF) to ensure a selectivity with the W layer 106, so as to correspond to the gate electrode. A Si0g mask pattern 8 is formed.

第1図(e)参照 次いで上記Sin、パターン8をマスクにし例えばSF
bガスを用いるRIE処理によりWJi!106のパタ
ーニングを行う。このRIE処理によりマスクパターン
8の外に表出するW層106はエツチング除去され、マ
スク・パターン8下部のW層106は、化学反応のみに
よって横方向にエツチングされる。
Refer to FIG. 1(e). Next, using the above Sin and pattern 8 as a mask, for example, SF
WJi! by RIE treatment using b gas! 106 patterning is performed. By this RIE process, the W layer 106 exposed outside the mask pattern 8 is etched away, and the W layer 106 below the mask pattern 8 is laterally etched only by chemical reaction.

しかしこの化学反応のみによる横方向のエツチングは、
前記柱状結晶52の粒界に形成されている窒化タングス
テン層7によって阻止されるので、該RIE処理により
形成されるWゲート電極6側面のサイドエツチングIe
、は500〜1000人程度以下に抑膜厚れる。
However, lateral etching due to only this chemical reaction is
The side etching Ie of the side surface of the W gate electrode 6 formed by the RIE process is blocked by the tungsten nitride layer 7 formed at the grain boundaries of the columnar crystals 52.
, will be limited to about 500 to 1000 people.

第1図(fl参照 次いで上記レジストパターン9及びSiO□マスクパタ
ーン8をマスクにし素子形成領域4面に選択的に^S“
をイオン注入し、レジストパターン9を除去した後、活
性化熱処理を行って、例えば深さ2000〜3000人
程度のn+型ソ膜厚領域lOとドレイン領域1)を形成
する。
FIG. 1 (see fl) Then, using the resist pattern 9 and the SiO□ mask pattern 8 as masks, selectively ^S"
After ion implantation and removal of the resist pattern 9, an activation heat treatment is performed to form an n+ type SO film thick region 10 and a drain region 1) having a depth of, for example, about 2,000 to 3,000 layers.

なお前記のようにWゲート電極6側面のサイドエツチン
グ量が少なくマスクパターン8の下部に形成されるアン
ダカット部13の幅は前記サイドエツチング量e、に示
されるように極めて小さい。
As described above, the side etching amount on the side surface of the W gate electrode 6 is small, and the width of the undercut portion 13 formed under the mask pattern 8 is extremely small as shown by the side etching amount e.

ので、ここで形成されるソース及びドレイン領域10及
び1)の対向する端部がゲート下部領域12から離隔し
て形成されることはない。
Therefore, the opposing ends of the source and drain regions 10 and 1) formed here are not formed apart from the gate lower region 12.

本発明に係る方法は、次のような工程に従っても実施さ
れる。
The method according to the present invention is also carried out according to the following steps.

第2図(a)参照 即ち前記実施例同様に被加工基板上にタングステン層1
06を形成した後、該タングステン層106上に前記実
施例同様の厚さを有するSingマスク層を形成しパタ
ーニングを行って、該タングステン層106上にゲート
電極に対応するSin、マスクパターン8を形成する。
Refer to FIG. 2(a), that is, as in the previous embodiment, a tungsten layer 1 is placed on the substrate to be processed.
After forming 06, a Sing mask layer having the same thickness as in the above example is formed on the tungsten layer 106 and patterned to form a Sing mask pattern 8 corresponding to the gate electrode on the tungsten layer 106. do.

第2図(b)参照 次いで該基板を前記実施例同様に、アンモニアガス(N
H,)中において700〜900℃程度の温度で20分
程度加熱し、5in2マスクツ(ターン8の外に表出し
ているW層106の表面及び該表出部の柱状タングステ
ン結晶52の粒界に、選択的に、厚さ例えば10〜50
人程度の膜厚タングステン(WN)或いは(W、N)層
7を形成する。
Referring to FIG. 2(b), the substrate was then heated with ammonia gas (N
The surface of the W layer 106 exposed outside the turn 8 and the grain boundaries of the columnar tungsten crystals 52 in the exposed portion are heated for about 20 minutes at a temperature of about 700 to 900°C in , optionally, the thickness is e.g. 10-50
A tungsten (WN) or (W,N) layer 7 having a thickness of about the same thickness as that of a human body is formed.

第2図(C)参照 次いで前記実施例同様のRIE処理により、W層106
のパターニングを行う。このRIE処理によりマスクパ
ターン8の外に表出するW層106はエツチング除去さ
れ、マスクパターン8の下部のW層106に向かう化学
反応のみによる横方向エツチングは、該マスクパターン
8下部のW層106におけるマスクパターン8の端面に
最も接近した結晶粒界に侵入形成された窒化タングステ
ン層7によって阻止されるので、該1’llB処理によ
り形成されるWゲート電極6側面のサイドエツチング量
は、前記実施例同様に500〜1000人程度以下に抑
膜厚れる。従ってマスクパターン8下部に形成されるア
ンダカット部13の幅は前記実施例同様の微小幅となる
Referring to FIG. 2(C), the W layer 106 is then
Perform patterning. By this RIE process, the W layer 106 exposed outside the mask pattern 8 is etched away, and the lateral etching due only to the chemical reaction toward the W layer 106 under the mask pattern 8 is performed by etching the W layer 106 under the mask pattern 8. The amount of side etching on the side surface of the W gate electrode 6 formed by the 1'llB process is prevented by the tungsten nitride layer 7 formed invading the grain boundary closest to the end face of the mask pattern 8 in the above-mentioned process. As in the case, the number of people will be reduced to about 500 to 1,000. Therefore, the width of the undercut portion 13 formed under the mask pattern 8 is a very small width similar to the previous embodiment.

なお以後図示しないが、Singマスクパターン8をマ
スクにして前記実施例同様にAs2のイオン注。
Although not shown hereafter, As2 ions were implanted using the Sing mask pattern 8 as a mask in the same manner as in the previous embodiment.

人を行って第1図(f)同様に対向する端部がゲート下
部領域に接するn゛型ソース領域及びn゛型ドレイン領
域を形成する。
Then, as in FIG. 1(f), an n'-type source region and an n'-type drain region are formed, the opposite ends of which are in contact with the lower gate region.

この方法によれば、ゲート電極6はこれを構成するW層
106の内部(結晶粒界)に−N層7が形成されないの
で、前記実施例に比べてより低抵抗のWゲート電極が得
られる。
According to this method, the -N layer 7 is not formed inside (crystal grain boundaries) of the W layer 106 constituting the gate electrode 6, so a W gate electrode with lower resistance can be obtained compared to the above embodiment. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明のように本発明によれば、Wゲート電極形成の
際のバターニング工程において、サイドエツチングによ
る該ゲート電極幅の減少量を極く少なく抑えることがで
きるので、ゲート電極幅(ゲート長)の変動による素子
特性のばらつきが少なく抑えられると共に、ソース・ド
レイン領域とゲート下部領域の離間による素子性能の劣
化も防止される。
As explained above, according to the present invention, in the patterning step when forming the W gate electrode, the amount of reduction in the gate electrode width due to side etching can be suppressed to a minimum, so that the gate electrode width (gate length) Variations in device characteristics due to fluctuations in .

従って本発明は、高集積化され、素子が微細化される半
導体装置を形成する際に、極めて有効である。
Therefore, the present invention is extremely effective in forming semiconductor devices with high integration and miniaturized elements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図+al〜(f)は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第2図(al〜(C)は本発明の方法の他の実施例の工
程断面図、 第3図はタングステン層の結晶組織を示す模式第4図1
8)〜(C)は従来方法の工程断面図である。 図において ■はp−型Si基体、 2はフィールド酸化膜、 3はp型チャネルストッパ、 4は素子形成領域、 5はゲート酸化膜、 6はWゲート電極、 7は窒化タングステン層、 8は5i02マスクパターン、 9はレジストパターン、 lOはn+型ソース領域、 1)はn“型ドレイン領域、 12はゲート下部領域、 13はアンダカフト部、 52は柱状W結晶、 106はW層、 iosはSiO□マスク層、 を示す。
Figures 1+al to (f) are process cross-sectional views of one embodiment of the method of the present invention, Figures 2 (al to (C) are process cross-sectional views of another embodiment of the method of the present invention, and Figure 3 is a process cross-sectional view of another embodiment of the method of the present invention. Schematic diagram showing the crystal structure of the tungsten layer Figure 41
8) to (C) are process cross-sectional views of the conventional method. In the figure, ■ is a p-type Si substrate, 2 is a field oxide film, 3 is a p-type channel stopper, 4 is an element formation region, 5 is a gate oxide film, 6 is a W gate electrode, 7 is a tungsten nitride layer, 8 is 5i02 Mask pattern, 9 is resist pattern, IO is n+ type source region, 1) is n" type drain region, 12 is gate lower region, 13 is undercaft part, 52 is columnar W crystal, 106 is W layer, ios is SiO□ The mask layer is shown.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)タングステンゲートを有するMIS型半導体装置
の製造方法において、 タングステンゲート電極を形成するに際し、半導体基体
上にゲート絶縁膜を形成し、 該ゲート絶縁膜上にタングステン層を形成し、該タング
ステン層をアンモニアガス中において熱窒化した後、 弗素系のガスによるリアクティブイオンエッチング処理
により該タングステン層のパターニングを行う工程を有
することを特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
(1) In a method for manufacturing an MIS type semiconductor device having a tungsten gate, when forming a tungsten gate electrode, a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, a tungsten layer is formed on the gate insulating film, and the tungsten layer A method for manufacturing an MIS type semiconductor device, comprising the steps of thermally nitriding the tungsten layer in an ammonia gas, and then patterning the tungsten layer by reactive ion etching treatment using a fluorine-based gas.
(2)前記タングステン層の熱窒化及びパターニングに
際して、タングステン層をアンモニアガス中において熱
窒化した後、該タングステン層上にゲート電極パターン
に対応する絶縁膜パターンを形成してリアクティブイオ
ンエッチング処理を行う工程を有することを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のMIS型半導体装置の製造
方法。
(2) When thermally nitriding and patterning the tungsten layer, after thermally nitriding the tungsten layer in ammonia gas, an insulating film pattern corresponding to the gate electrode pattern is formed on the tungsten layer, and a reactive ion etching process is performed. A method for manufacturing an MIS type semiconductor device according to claim 1, comprising the steps of:
(3)前記タングステン層の熱窒化及びパターニングに
際して、タングステン層上にゲート電極パターンに対応
する絶縁膜パターンを形成した後該タングステン層の熱
窒化を行い、しかる後リアクティブイオンエッチング処
理を行う工程を有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のMIS型半導体装置の製造方法。
(3) When thermally nitriding and patterning the tungsten layer, a step of forming an insulating film pattern corresponding to the gate electrode pattern on the tungsten layer, thermally nitriding the tungsten layer, and then performing a reactive ion etching process is performed. A method for manufacturing an MIS type semiconductor device according to claim 1, characterized in that:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02158171A (en) * 1988-12-12 1990-06-18 Nec Corp Mis type field effect transistor
US5510292A (en) * 1994-03-04 1996-04-23 Fujitsu Limited Manufacturing method for a semiconductor device having local interconnections
US6333250B1 (en) 1998-12-28 2001-12-25 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method of forming gate electrode in semiconductor device
US6340629B1 (en) 1998-12-22 2002-01-22 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for forming gate electrodes of semiconductor device using a separated WN layer
US6468914B1 (en) 1998-12-29 2002-10-22 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method of forming gate electrode in semiconductor device

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