JPH021171A

JPH021171A - Ｍｉｓ型半導体集積回路装置

Info

Publication number: JPH021171A
Application number: JP63223720A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Ichikawa; 市川　松雄
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1990-01-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は高融点金属配線をゲート電極として用いるＭＩ
Ｓ型半導体集積回路装置に関し、高融点金属配線の配線
構造に関する。

〔発明のＩ既要〕

本発明は半導体基板上にフィールド絶縁膜とゲ−１−絶
縁膜及び多結晶Ｓｔ層をそれぞれ形成した後、その上に
高融点金属配線を形成し、高融点金属配線の上面と両側
面にシリサイドを披若し、さらに必要に応じてシリサイ
ドを熱酸化して酸化膜を形成しゲート電極等の高融点金
属配線を安定なシリサイド及び酸化膜でおおうことによ
って、後の熱処理工程や酸処理工程等で安定化させる事
と長期信頼性でも安定化する事を特徴としている。

〔従来の技術〕

Ｍ　Ｉ　Ｓ型半導体集積回路装置は、ＬＳＩから■ＬＳ
Ｉへと進歩し、集積度でメガビット、微細化レベルでサ
ブミクロン時代に突入した。高集積化、高速化、高信頼
性化の要求も強い。これらの要求に答えるため、回路技
術、プロセス技術で精力的な開発が進められている。プ
ロセス面で注目される技術の一つに、ＬＳＩの進歩に伴
い適用が期待されている高融点金属配線技術がある。

Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ５Ｔａ、Ｐｔ等の高融点金属をゲート電
極等の配線に適用する場合いくつかの構造がある。高融
点金属膜の単層か、多結晶シリコンを下にしいた重ね構
造等が色々考えられる。しかし、Ｓｉゲートプロセスと
互換性をもたせ、巾広く使用されていくには幾多の問題
があり、１１１広い実用にいたっていない。

第２図に断面略図を示し、以下に従来方法について説明
する。

第２図に示すように、２１はＮ型Ｓｉ単結晶基板、２２
はフィールド絶縁膜、２３はゲート絶縁膜、２４は高融
点金属膜からなる電極、２５はソース、ドレイン領域と
なるＰ４拡散層、２６は層間絶縁膜、２７はＡΩ配線で
ある。

以上の構造だと、高融点金属電極は、それを形成した後
のレジスト膜や有機溶剤からの汚れに弱く、スレッショ
ールド電圧の変動や不安定をきたすのと同時に、酸など
の薬品処理に弱い。又、高融点金属電極は熱処理の雰囲
気中に酸素や水分があるとおかされやすく、酸化物に変
化してしまい不安定である。

また、上述の問題点を解決する構造として特開昭５８−
４６６５１号に記載の構造か提案されている。この特開
昭５８−４６６５１号公報には、高融点金属からなるゲ
ート電極の側面及び上面に、表面が酸化されたシリコン
層あるいは表面が酸化された金属シリサイド層を形成す
ることが記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来の技術により１１カ成された第２図のような
ＭＩＳ型’ｌ＝導体集積回路装置は、ゲート電極等を形
成している高融点金属配線あるいは高融点金属電極を資
するため、レジスト膜や９機溶剤により汚れやすく、酸
などの薬品処理にも弱く、また熱処理の雰囲気中に酸素
や水分があると酸化されやすい。このように、従来のＭ
ＩＳ型半導体集積回路装置は信頼性及び歩留りの点て非
常に劣るものである。

また、特開昭５８−４６６５１号は多少第２図の（１′
４造のものより特性が良いが、依然として以下のような
問題点を有するものである。

つまり、ゲート電極として多結晶Ｓｉ層よりも抵抗が２
桁以上低い高融点金属膜を用いるため、ゲート耐圧が低
下して、ゲート絶縁膜の破壊を引き起こす可能性の高い
ものである。これにより、ゲート電極と半導体基板との
間で電流のリークや短絡が発生するものである。すなわ
ち、ゲート電極と゛１４導体基板との間で発生する電流
のリークや短絡の原因とし考えられるものは、ゲート電
極として抵抗の非常に低い高融点金属膜を用いているこ
とにより、高融点金属膜からの金１．・へがゲート絶縁
膜を突き抜けて基板に達すること、高融点金属膜とゲー
ト絶縁膜との熱膨張率か違うこと等である。そして、こ
れらの現象に基づきゲート絶縁膜の破壊が起こるために
、ゲート電険と゛１′−導体基１反との間で電流のリー
クや短絡が発生すると考えられるのである。

本発明は、Ｓｉゲートプロセスを用いることが可能で高
融点金属をゲート電極や配線に用いても、レジスト膜や
有機溶剤等からの汚れに強く、スレッショールド電圧の
変動がなく安定した値を得るのと同時に、酸などの薬品
に強く、又、熱処理中の雰囲気の中の酸素や水分におか
されないように強固で、信頼性が高いＭＩＳ型半導体集
積回路装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記問題を解決するために下に多結晶Ｓｉ層
を有する高融点金属電極や配線の上面と両側面にシリサ
イドを肢若し、高融点金属電極や配線を安定なシリサイ
ドでおおい、さらに必要に応じてシリサイドの熱酸化膜
でおおう構成を特徴とするものである。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を第１図（ａ）〜（ｄ）を用いて以下に
説明する。

まず、第１図（ｄ）が本発明の実施例による最終工程断
面図を表わすものである。そして、図中の１はＮ型Ｓ　
ｉ　Ｉｌｌ結晶基板、２はフィールド絶縁膜、３はゲー
ト絶縁膜、４は第１の多結晶Ｓｉ膜、５はＴ　ｉ、Ｗ、
Ｍｏ５Ｔａ、Ｐ　を等の高融点金属膜、６は第２の多結
晶Ｓｉ膜、７は高融点金属シリサイド膜、８はＰ＋型の
ソース領域及びドレイン領域、９は酸化膜、１０はシリ
コン酸化膜またはＰＳＧ　（リン珪酸ガラス）膜等から
なる層間絶縁膜、１１はＡｌｌ−３ｉ合金またはＡ、１
？−３ｉ　−Ｃｕ合金等からなるＡｌ配線である。

第１図（ａ）に示すように、Ｎ型Ｓｉ単結晶基板１の上
にシリコン窒化膜とシリコン酸化膜（図示せず）をスマ
クとしてウェット酸素雰囲気中で９００〜１１００℃、
３時間〜４時間の選択酸化により、６０００〜１０００
０Ａの厚さのフィールド絶縁膜２を形成する。その後、
選択酸化の時にマスクとして用いたシリコン窒化膜とシ
リコン酸化膜をそれぞれリン酸で４０分とフッ酸により
エツチング除去する。

そして、９００〜１０００℃、ウェット酸素雰囲気中、
３０〜４０分ぐらいの熱処理によりＮ型３　ｉ　Ｉｌｌ
。結晶基板１上に１００〜６００への厚さのゲート絶縁
膜３を形成する。次にゲート絶縁膜上にＮ２ガス雰囲気
中、シランの熱分解、２０〜３０分の処理により５００
〜２５０ＯＡの厚さの第１の多結晶Ｓｔ膜４を形成し、
Ｐｏ（ｊ！３と０２からの熱拡散によりその第１の多結
晶Ｓｉ膜４をＮ型化する。これは、必要に応じてボロン
（Ｂ）を導入してＰ型にしてもいいものである。さらに
、第１の多結晶Ｓｉ膜４の上にスパッタ蒸着により２０
００〜３０００Ａの厚さのＴｔＳｗ、Ｍｏ。

Ｔａ、Ｐｔ等の前記多結晶Ｓｉ膜４と実質的に同じ大き
さの高融点金属膜５を形成する。そして、ホＩ・エツチ
ングにより高融点金属膜５と第１の多結晶Ｓｉ膜４とを
それぞれＣｇ等のハロゲン系またはフレオン系のプラズ
マエツチングとフレオン系のプラズマエツチングとで必
要な部分を残し他の部分をエツチング除去してゲートｍ
Ｗや、図示しないが他の配線層を形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように高融点金属膜５を酸化
させないように、高融点金属膜５上を含む基板上にＮ２
雰囲気中、５５０〜６５０℃、シランの熱分解を利用、
１５〜２５分の処理により３００〜２　Ｑ　０　ＯＡの
厚さの第２の多結晶５ｉｌＩｉｉ６を形成する。

そして、第１図（Ｃ）に示すように窒素、アルゴン等の
不活性ガス中、９００〜１１００℃、１０〜３０分熱処
理することによって、高融点金属膜５と接している部分
の第２の多結晶Ｓｉ膜６の一部または全てを第１の多結
晶Ｓｉ膜４の一部（図示せず）を高融点金属シリサイド
膜７に変換する。′その後、未反応の第２の多結晶Ｓｉ
膜６をエツチング除去する。次に、３０〜６０　Ｋ　ｅ
　Ｖのエネルギーでボロン（Ｂ）イオンをイオン打込み
、拡散等により導入する事によって、Ｐ＋型のソース領
域及びドレイン領域８を形成する。その後、必要に応じ
て基板全体をウェット酸素雰囲気中、８００〜１０００
℃、２０〜４０分の熱処理により高融点金属シリサイド
膜７の表面に１００〜１０００への酸化膜９を形成する
。

第１図（ｄ）に示すように、モノシランと酸素を用いて
、３００〜４００℃、ＣＶＤ法等の気相成長法によりＰ
ＳＧまたはシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０を形
成する。そして、ソース領域及びドレイン領域８の活性
化等のためのアニルを８００〜１０００℃のＮ２雰囲気
中で行った後に、ホトエツチングによりフレオン系のド
ライエツチングを利用して層間絶縁膜１０を部分的に除
去してコンタクトホールを形成する。そして、そのコン
タクトホールが形成された層間絶縁膜１０上にスパッタ
蒸着法により７０００〜１００００への厚さのＡｌ１−
Ｓｉ合金またはＡｇ−５ｉＣｕ合金等からなるＡｆｆ配
線１１を形成する。このＡΩ配線１１は、蒸管されたＡ
ｇ配線を選択的にハロゲン系のドライエツチングにより
除去してパターニングされた後の形状を示すものである
。

その後、図示していないが、パッシベーション膜を形成
し、ホトエツチングして外部引出し配線との接続部とな
るパッド部が形成さ−れるパッシベーション膜をエツチ
ング除去することにより、ＭＩＳ型半導体集積回路が形
成される。

以上、実施例を説明したが、第１図（ｂ）を形成するコ
ニ程中の第２の多結晶Ｓｉ膜６は、形成温度が５００℃
〜６００　’Ｃ弱に近い比較的低い温度の場合は多結晶
状態ではなくアモルファス状態のＳｉ膜となっている可
能性もある。これは、第１の多結晶Ｓｉ膜４についても
同じ可能性のあるものと言える。

次に、第１図（ｃ）の構成を説明した中に、第１の多結
晶Ｓｉ膜４の一部、第２の多結晶Ｓｉ膜６の一部または
全てを高融点金属シリサイド膜７に変換すると述べた。

ここで、第１の多結晶Ｓｉ膜４は全てが高融点金属シリ
サイド膜７となっては特性上好ましくないものである。

つまり、第１の多結晶Ｓｉ膜４が全て高融点金属シリサ
イド膜７となると、例えばゲート電極としての高融点金
属膜５から基板中へゲート絶縁膜３を介して生じる金属
の侵入や、高融点金属膜５とゲート絶縁膜゛３との熱膨
張率の違い等から起こるゲート絶縁膜の破壊という好ま
しくない現象が発生してしまうのである。

また１、第１図（ｃ）の構成を説明した中で、高融点金
属シリサイド膜７を形成する工程と、ソース領域及びド
レイン領域を形成する工程とは逆にしてもかまわないも
のである。つまり、ソース領域及びドレイン領域８を形
成するためのボロンイオンをイオン打込みする工程の後
に、高融点金属シリサイド膜７を形成する工程を設けれ
ば、ソース領域及びドレイン領域８を活性化する熱処理
を高融点金属シリサイド膜７を形成するときの熱処理で
兼用でき、工程の簡略化ができる。

さらに、第１図（ｃ）の構成を説明した最後の部分に、
高融点金属シリサイド膜７の表面に必要に応じて１００
〜１０００八程度の酸化膜９を形成すると述べた。しか
し、この酸化膜９は熱酸化により形成する以外にＣＶＤ
法等の気相成長法で形成しても良いし、全く酸化膜９を
高融点金属シリサイド膜７の表面に形成しなくても良い
。つまり、ＩＣの特性及び信頼性等、必要に応じて酸化
膜９を設ければ良いものである。

また、実施例中では基板としてＮ型Ｓｉ単結晶基板１を
用いること、ボロン（Ｂ）イオンを基板中に導入するこ
を述べたが、これは、Ｐ型Ｓｉ単結晶基板を用いて、リ
ン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）を基板に導入してソース領
域及びドレイン領域を形成しても良い。また、層間絶縁
膜１０は１層ではなく多層でも良い。

また、本実施例ではフィールド絶縁膜２として選択酸化
法により形成したもので説明したが、これは基板中に異
方性エツチングにより形成した溝中に、絶縁物を埋め込
んだものでもかまわない。

さらに、本実施例で言うところの半導体基板は、１り導
体基板中に形成されるウェル領域と読み換えてもかまわ
ないものである。

〔発明の効果〕

本発明は上述のような構造、つまりゲート電極として高
融点金属膜を用い、そのゲート電極の側面及び上面にそ
の高融点金属のシリサイド膜を形成しており、さらにゲ
ート電極とゲート絶縁膜との間に多結晶Ｓｉ膜が介在し
ているという構造をとっているので以下にあげる効果を
有する。

まず、高融点金属膜からなるゲート電極とゲート絶縁膜
との間に多結晶Ｓｉ膜が介在しており、しかもその多結
晶Ｓｉ膜の高融点金属と接する側の一部が高融点金属シ
リサイド膜となっているので、本発明はゲート絶縁膜の
破壊は全く発生せず、非常に高信頼で特性の良好なＭＩ
Ｓ型半導体集積回路装置が得られるという効果を有する
。

さらに、本発明の上記のような構造をとることにより、
高融点金属をゲート電極や配線に用いても、安定なシリ
サイド層と必要に応じて設ける熱処理やＣＶＤ法等によ
る酸化膜で高融点金属電極や配線の側面及び上面をおお
っているので、レジスト膜や６機溶剤等からの汚れに強
く、スレッショールド電圧の変動がなく安定した値を得
るのと同時に、酸などの薬品におかされない。又、熱処
理中の雰囲気の中に酸素や水分があっても表面に安定な
５ｉ０２膜ができているのでおかされることもない。よ
って、本発明は素子が微細化されても高信頼性及び高品
質のＭＩ　Ｓ型半導体集積回路装置が得られるという効
果がある。

第１図（ａ）〜第１図（ｄ）は本発明の実施例を示すＭ
ＩＳ型半導体集積回路装置の製造工程順の１析面略図で
ある。

第２図は従来のＭＩＳ型半導体集積回路装置の断面略図
である。

１．２１　・　・２．２２命　Φ ３．２３・　・４　φ　Φ　・　争　・５．２４・　− ６・・・拳・７　・　・　・　・　・８．２５・　・９　・　・　・　・　・ｔｏ、２６　・１１．２７　・Ｎ型５ｉＩＦ結晶基板フィールド絶縁膜ゲート絶縁膜第１の多結晶Ｓｉ膜高融点金属膜第２の多結晶Ｓｉ膜高融点金属シリサイド膜ソース領域及びドレイン領域酸化膜層間絶縁膜へΩ配線以上

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１導電型の半導体基板、前記半導体基板上に選
択的に形成されたゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に
選択的に形成された多結晶Ｓｉ膜、前記多結晶Ｓｉ膜上
に形成された高融点金属膜からなるゲート電極、前記ゲ
ート電極の側面及び上面に形成された高融点金属シリサ
イド膜、前記高融点金属シリサイド膜が側面及び上面に
設けられた前記ゲート電極の両側の前記半導体基板中に
形成された第２導電型のソース領域及びドレイン領域、
を有することを特徴とするＭＩＳ型半導体集積回路装置
。
（２）前記高融点金属膜と前記多結晶Ｓｉ膜との界面に
は、高融点金属シリサイド膜が存在していることを特徴
とする請求項１記載のＭＩＳ型半導体集積回路装置。
（３）前記ゲート電極の側面及び上面に設けられた前記
高融点金属シリサイド膜の表面に形成された酸化膜を有
することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＭ
ＩＳ型半導体集積回路装置。
（４）前記高融点金属シリサイド膜の表面に設けられた
前記酸化膜は、前記高融点金属シリサイド膜の熱酸化膜
であることを特徴とする請求項３記載のＭＩＳ型半導体
集積回路装置。
（５）前記多結晶Ｓｉ膜の厚さは５００〜２５００Åで
あることを特徴とする請求項１記載のＭＩＳ型半導体集
積回路装置。
（６）前記高融点金属はＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ等
から選ばれた１つの金属からなることを特徴とする請求
項１記載のＭＩＳ型半導体集積回路装置。