JPH04275435A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04275435A
JPH04275435A JP3735391A JP3735391A JPH04275435A JP H04275435 A JPH04275435 A JP H04275435A JP 3735391 A JP3735391 A JP 3735391A JP 3735391 A JP3735391 A JP 3735391A JP H04275435 A JPH04275435 A JP H04275435A
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JP
Japan
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film
electron
forming
donating
semiconductor device
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JP3735391A
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Japanese (ja)
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Genzo Kadoma
玄三 門間
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Canon Inc
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device having well-controlled dimensions without etching a refractory metal film. CONSTITUTION:An electron-donating thin film 3 is formed on a semiconductor substrate 1 coated with an insulating film 2. An insulating film 4 on the thin film 3 is patterned to expose the film 3. Refractory metal 5 is deposited on the surface, and it is used as a mask to implant impurity into the semiconductor substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.

【0002】0002

【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法を図2に示
す。半導体基板1上にゲート酸化膜2を形成し、このゲ
ート酸化膜2に多結晶Si膜3を堆積させる。次に、ス
パッタリング法またはCVD法により、高融点金属(W
,Mo,Ta,Ti,Co等)膜5を堆積し、フォトリ
ソグラフィにより、レジストパターニングすることによ
り1ミクロン単位のレジストパターン11を形成する(
図2(a))。次に、ドライエッチング法により、高融
点金属膜5および多結晶Si膜3をエッチングすると、
MOSトランジスターのゲート電極が形成される。 さらに、ソースドレイン部12の形成のためのイオン注
入を行なう(図2(b))。さらに、絶縁膜9を堆積し
、RIE(Reactive  Ion  Etchi
ng)による異方性エッチングによってこの絶縁膜9を
エッチングし、電極とり出し用のコンタクトホールを形
成する(図2(c))。最後にソース・ドレイン電極配
線10を形成することにより(図2(d))、MOSト
ランジスターが製造されているのが現状であった。
2. Description of the Related Art A conventional method for manufacturing a semiconductor device is shown in FIG. A gate oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a polycrystalline Si film 3 is deposited on this gate oxide film 2. Next, a high melting point metal (W) is applied by sputtering or CVD.
, Mo, Ta, Ti, Co, etc.) is deposited, and resist patterning is performed by photolithography to form a resist pattern 11 in units of 1 micron (
Figure 2(a)). Next, when the high melting point metal film 5 and the polycrystalline Si film 3 are etched by a dry etching method,
A gate electrode of a MOS transistor is formed. Further, ion implantation is performed to form the source/drain portion 12 (FIG. 2(b)). Furthermore, an insulating film 9 is deposited and RIE (Reactive Ion Etchi) is applied.
This insulating film 9 is etched by anisotropic etching using .ng) to form a contact hole for taking out the electrode (FIG. 2(c)). At present, a MOS transistor is manufactured by finally forming source/drain electrode wiring 10 (FIG. 2(d)).

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】上述した、従来の半導
体装置の製造方法は下記の問題点を有していた。
SUMMARY OF THE INVENTION The conventional semiconductor device manufacturing method described above has the following problems.

【0004】(1)図2に示す高融点金属膜5および多
結晶Si膜3エッチングする際、ゲート長が1μm未満
即ちサブミクロンオーダーの領域になると、エッチング
時に生ずるサイドエッチングの量が、ゲート長の20〜
50%を占めることになり、エッチング後に形成される
ゲート電極のゲート長が小さくなり、寸法制御性が極端
に悪くなる。
(1) When etching the high melting point metal film 5 and polycrystalline Si film 3 shown in FIG. 2, if the gate length is less than 1 μm, that is, in the submicron order, the amount of side etching that occurs during etching will be larger than the gate length. 20~
As a result, the gate length of the gate electrode formed after etching becomes small, and dimensional controllability becomes extremely poor.

【0005】(2)高融点金属は一般的にF系のガス,
Cl系のガスなどによってエッチングが可能であり、C
o,Mo等の材料はウェットエッチングが可能である。 だが、それでは寸法制御性が悪く、サブミクロン領域の
パターンを形成することは、商業レベルではほとんど不
可能であった。さらに、ドライエッチングにおいても、
高融点金属をサブミクロンパターンでエッチングする為
の理想的なガスがないのが現状であった。
(2) Refractory metals are generally F-based gases,
Etching is possible with Cl-based gas, etc.
Wet etching is possible for materials such as O, Mo, etc. However, this method has poor dimensional controllability, and it has been almost impossible to form patterns in the submicron region at a commercial level. Furthermore, in dry etching,
Currently, there is no ideal gas for etching high melting point metals in submicron patterns.

【0006】本発明の目的は、高融点金属膜をエッチン
グすることなく、寸法制御性の良い半導体装置の製造方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device with good dimensional control without etching a high melting point metal film.

【0007】[0007]

【課題が解決するための手段】本発明の半導体の製造方
法は、主電極領域と絶縁膜を介して設けられた制御電極
とを有する半導体装置の製造方法において、半導体基板
上に絶縁膜を介して前記制御電極形成用の電子供与性薄
膜を形成する工程と、前記電子供与性薄膜上に非電子供
与性薄膜を所望のパターン形状に成膜して、前記電子供
与性薄膜の表面が露出する開口部を形成する工程と、前
記開口部内に高融点金属を選択的に堆積させて、前記制
御電極形成用の高融点金属膜を形成する工程と前記主電
極領域形成の為に前記高融点金属膜をマスクとして前記
半導体基板中に不純物をイオン注入する工程とを含むこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a semiconductor according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a main electrode region and a control electrode provided through an insulating film. forming an electron-donating thin film for forming the control electrode, and forming a non-electron-donating thin film in a desired pattern shape on the electron-donating thin film to expose the surface of the electron-donating thin film. a step of forming an opening, a step of selectively depositing a refractory metal in the opening to form a refractory metal film for forming the control electrode, and a step of depositing the refractory metal for forming the main electrode region. The method is characterized by including a step of ion-implanting impurities into the semiconductor substrate using a film as a mask.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、寸法制御性よく、高融点金属
からなるゲート電極を、エッチングすることなく形成す
ることができる。
According to the present invention, a gate electrode made of a high melting point metal can be formed with good dimensional controllability without etching.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0010】本発明の好適な実施態様は高融点金属をM
OSトランジスタのしきい値を決定する制御電極として
のゲート電極の下びき層の上にゲート電極の形状に選択
的に堆積させて複数層からなるゲート電極を形成するも
のである。
In a preferred embodiment of the present invention, the refractory metal is M
A gate electrode consisting of a plurality of layers is formed by selectively depositing it in the shape of a gate electrode on a sublayer of a gate electrode, which serves as a control electrode that determines the threshold value of an OS transistor.

【0011】具体的には、以下のような工程をおってM
OSトランジスタを形成する。
Specifically, M
Form an OS transistor.

【0012】熱酸化により半導体基体上に酸化シリコン
膜を50〜100Å形成し、その上に多結晶シリコン膜
をCVD法やスパッタリング法にて1000〜2000
Å形成する。更にCVD法やスパッタリング法により酸
化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜を2000〜
5000Å形成する。その上にホトレジストを塗布し0
.5μm巾のゲート電極用のレジストパターンを形成す
る。この時には電子ビーム露光等を用いるとよい。
A silicon oxide film with a thickness of 50 to 100 Å is formed on the semiconductor substrate by thermal oxidation, and a polycrystalline silicon film is formed on it with a thickness of 1000 to 2000 Å by CVD or sputtering.
Å form. Furthermore, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed using a CVD method or a sputtering method.
A thickness of 5000 Å is formed. Apply photoresist on top of it.
.. A resist pattern for a gate electrode with a width of 5 μm is formed. At this time, it is preferable to use electron beam exposure or the like.

【0013】そしてドライエッチングにより酸化シリコ
ン膜をエッチングする。この時のエッチング条件は例え
ば、減圧にされたエッチング炉内にC2 F4 ガスを
20〜100SCCM、CHF3 を20〜100SC
CM流し、圧力を60〜120pa程に保ち、RFパワ
ー200W〜500W程で行う。
The silicon oxide film is then etched by dry etching. The etching conditions at this time are, for example, C2 F4 gas at 20 to 100 SCCM and CHF3 at 20 to 100 SC in a reduced pressure etching furnace.
CM is flowed, the pressure is maintained at about 60 to 120 pa, and the RF power is about 200 to 500 W.

【0014】次に選択CVD法により高融点金属を酸化
シリコンのゲート電極用開孔内に選択的に堆積させる。 この時は、例えば (1)WF6 を用い下地の多結晶Siとの還元反応に
よる堆積法や、 (2)W(CH3 )6 と水素とによる選択堆積法、
更には上記Wの場合同様に (3)MoF6 のSiとの還元反応による堆積法や、
(4)Mo(CO)6 と水素とによる選択堆積法、(
5)Mo(CH3 )6 と水素とによる選択堆積法が
用いられる。とりわけ下地のSiをエッチングしない(
2),(4),(5)が望ましい。WやMo膜が選択的
に形成される基体材料は電子供与性材料である。
Next, a high melting point metal is selectively deposited in the gate electrode opening of the silicon oxide by selective CVD. At this time, for example, (1) a deposition method using WF6 through a reduction reaction with underlying polycrystalline Si, (2) a selective deposition method using W(CH3)6 and hydrogen,
Furthermore, as in the case of W above, (3) a deposition method using a reduction reaction of MoF6 with Si,
(4) Selective deposition method using Mo(CO)6 and hydrogen, (
5) A selective deposition method using Mo(CH3)6 and hydrogen is used. In particular, do not etch the underlying Si (
2), (4), and (5) are preferable. The base material on which the W or Mo film is selectively formed is an electron-donating material.

【0015】W膜やMo膜が選択的に形成される基体材
料は電子供与性材料である。電子供与性材料とは、基体
中に自由電子が存在しているか、もしくは自由電子を意
図的に生成せしめたかしたもので、例えば基体表面上に
付着した原料ガス分子との電子授受により化学反応が促
進される表面を有する材料をいう。例えば、一般に金属
や半導体がこれに相当する。金属もしくは半導体表面に
薄い酸化膜が存在しているものも含まれる。それは基体
と付着原料分子間で電子授受により化学反応が生ずるか
らである。
The base material on which the W film or Mo film is selectively formed is an electron-donating material. An electron-donating material is one in which free electrons exist in the substrate or free electrons are intentionally generated.For example, a chemical reaction occurs through electron transfer with raw material gas molecules attached to the surface of the substrate. A material with a surface that is promoted. For example, metals and semiconductors generally correspond to this. It also includes those in which a thin oxide film exists on the surface of a metal or semiconductor. This is because a chemical reaction occurs between the substrate and the attached raw material molecules due to electron exchange.

【0016】具体的には、単結晶シリコン,多結晶シリ
コン.非晶質シリコン等のP型,I型,N型の半導体、
III 族元素としてのGa,In,AlとV族元素と
してのP,As,Nとを組合せて成る二元系もしくは三
元系もしくは四元系III −V族化合物半導体、タン
グステン,モリブデン,タンタル,タングステンシリサ
イド,チタンシリサイド,アルミニウム,アルミニウム
シリコン,チタンアルミニウム,チタンナイトランド,
銅,アルミニウムシリコン銅,アルミニウムパラジウム
,チタン,モリブデンシリサイド,タンタルシリサイド
等の金属,合金およびそれらのシリサイド等を含む。
Specifically, single crystal silicon, polycrystalline silicon. P-type, I-type, N-type semiconductors such as amorphous silicon,
Binary, ternary, or quaternary III-V compound semiconductors consisting of a combination of Ga, In, and Al as Group III elements and P, As, and N as Group V elements, tungsten, molybdenum, tantalum, Tungsten silicide, titanium silicide, aluminum, aluminum silicon, titanium aluminum, titanium nitland,
Includes metals, alloys, and their silicides, such as copper, aluminum silicon copper, aluminum palladium, titanium, molybdenum silicide, and tantalum silicide.

【0017】これに対して、WやMoが選択的に堆積し
ない表面を形成する材料、すなわち非電子供与性材料と
しては、熱酸化,CVD等により酸化シリコン,BSG
,PSG,BPSG等のガラスまたは酸化膜,シリコン
の熱窒化膜,プラズマCVD,減圧CVD,ECR−C
VD法等によるシリコン窒化膜等である。
On the other hand, as a material forming a surface on which W and Mo are not selectively deposited, that is, a non-electron donating material, silicon oxide, BSG, etc.
, glass or oxide film such as PSG, BPSG, silicon thermal nitride film, plasma CVD, low pressure CVD, ECR-C
It is a silicon nitride film or the like made by VD method or the like.

【0018】次いで酸化シリコン膜をウェットエッチン
グした後、上部の高融点金属をマスクとした下地多結晶
シリコンのエッチングを行う。この時にはECRプラズ
マエッチング装置を用いてHBr を20〜100SC
CM、SF6 を20〜100SCCM流し圧力を1〜
10Paに保持し、マイクロ波パワーを200〜500
W、RFパワーを30〜100Wとして行うことが望ま
しい。
Next, after wet etching the silicon oxide film, the underlying polycrystalline silicon is etched using the upper refractory metal as a mask. At this time, use ECR plasma etching equipment to apply HBr at 20 to 100 SC.
CM, SF6 is flowed at 20-100 SCCM and the pressure is 1-100 SCCM.
Maintain the pressure at 10 Pa and increase the microwave power to 200 to 500.
It is desirable to carry out the experiment with the RF power set to 30 to 100 W.

【0019】このようにしてセルファラインで複数層の
ゲート電極を形成した後、このゲート電極をマスクにし
てイオン注入を行い主電極領域としてのソース・ドレイ
ン領域を形成する。ここで、MOSトランジスタをLD
D構造とする際には、Pイオンをドーズ量1×1012
〜5×1013/cm 2で注入してn− 領域を形成
した後、CVD法等により酸化シリコン膜を3000〜
8000Å堆積させた後、CHF3 を5〜20SCC
M、CF4 を10〜30SCCM、Arを400〜7
00SCCM流し、圧力を1.0〜2.0Torに維持
し、RFパワーを200〜400Wとしてエッチバック
する。その後Asイオンをドーズ量1×1015〜1×
1016/cm2 で打込んで熱処理を行いn+ 領域
を形成する。
After a plurality of layers of gate electrodes are formed in the self-aligned manner in this manner, ions are implanted using the gate electrodes as masks to form source/drain regions as main electrode regions. Here, the MOS transistor is
When forming the D structure, the dose of P ions is 1×1012
After forming an n- region by implanting at ~5 x 1013/cm2, a silicon oxide film is deposited at ~3000 m2 by CVD, etc.
After 8000 Å deposition, 5-20 SCC of CHF3
M, CF4 10~30SCCM, Ar 400~7
Etch back with 00 SCCM flow, pressure maintained at 1.0 to 2.0 Tor, and RF power of 200 to 400 W. After that, As ions are applied at a dose of 1×1015 to 1×
It is implanted at 1016/cm2 and heat treated to form an n+ region.

【0020】このようにして、主たる領域を形成した後
、CVD法等によりBPSG膜を3000〜6000Å
形成し、ソース・ドレイン用のコンタクトホールを形成
する。
After forming the main region in this way, the BPSG film is deposited to a thickness of 3000 to 6000 Å by CVD method or the like.
Then, contact holes for source and drain are formed.

【0021】その後、Alをコンタクトホール内に選択
堆積させる。ここではアルキルアルミニウムハイドライ
ドと水素とを利用したCVD法により行うことが望まし
い。この選択CVD法は、アルキルアルミニウムハイド
ライドとしてのジメチルアルミニウムハイドライドとの
ガスと水素ガスとを用いて、電子供与性の基体上にAl
膜を形成する際に、この基体表面を抵抗加熱またはラン
プ等により直接加熱して熱CVDによって金属の堆積膜
を形成するものである。
[0021] Thereafter, Al is selectively deposited in the contact hole. Here, it is preferable to use a CVD method using an alkyl aluminum hydride and hydrogen. This selective CVD method uses hydrogen gas and dimethylaluminum hydride as an alkyl aluminum hydride to deposit Al on an electron-donating substrate.
When forming a film, the surface of this substrate is directly heated by resistance heating or a lamp, and a deposited metal film is formed by thermal CVD.

【0022】Al選択堆積の際、電子供与性の基体の表
面温度としてはアルキルアルミニウムハイドライドの分
解温度以上450℃未満が好ましいが、より好ましくは
260℃以上440℃以下がよい。
[0022] During Al selective deposition, the surface temperature of the electron-donating substrate is preferably higher than the decomposition temperature of the alkyl aluminum hydride and lower than 450°C, more preferably higher than 260°C and lower than 440°C.

【0023】特に、原料ガスとしてモノメチルアルミニ
ウムハイドライド(MMAH)またはジメチルアルミニ
ウムハイドライド(DMAH)を用い、反応ガスとして
H2ガスを用い、これらの混合ガスの下で基体表面をラ
ンプ加熱するようにすれば、高堆積速度で良質のAl膜
を形成することができる。
In particular, if monomethylaluminum hydride (MMAH) or dimethylaluminum hydride (DMAH) is used as the raw material gas, H2 gas is used as the reaction gas, and the substrate surface is heated with a lamp under a mixed gas of these, A high quality Al film can be formed at a high deposition rate.

【0024】この場合には、Al膜形成時の基体表面温
度としてより一層好ましい260℃〜440℃とするこ
とにより抵抗加熱の場合よりも3000〜5000Å/
分という高堆積速度で良質な膜が得られる。
In this case, by setting the substrate surface temperature at the time of forming the Al film to a more preferable range of 260° C. to 440° C., the temperature can be reduced by 3000 to 5000 Å/
High quality films can be obtained at high deposition rates of minutes.

【0025】以上本発明はMOSトランジスタについて
説明したが、同様の電極構造を必要とするあらゆる半導
体装置に適用できる。
Although the present invention has been described above with respect to a MOS transistor, it can be applied to any semiconductor device requiring a similar electrode structure.

【0026】本実施例においては、0.5μmの長さの
ゲート電極を有し、さらにLDD(Lightly  
Doped  Drain)構造を有するMOSデバイ
スを形成した例を示す。
In this embodiment, the gate electrode has a length of 0.5 μm, and an LDD (Lightly
An example of forming a MOS device having a doped drain structure will be described.

【0027】半導体基板1上に、熱酸化により厚さ75
Åのゲート酸化膜2を形成し、このゲート酸化膜2上に
厚さ1500Åの多結晶Si膜3をLP−CVD法によ
り形成した。次に、厚さ3500ÅのSiO2 膜4を
CVD法により形成し、このSiO2 膜4上に0.5
μm巾のレジストスペースパターンを形成し、その後C
2F6 :60SCCM,CHF3 :20SCCM,
圧力90PaおよびRF電力:350Wの条件下でドラ
イエッチングしてスペースパターン(開口部)を形成し
て多結晶シリコン3の表面が露出するようにした(図1
(a))。
A thickness of 75 mm is formed on the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation.
A gate oxide film 2 with a thickness of 1,500 Å was formed on the gate oxide film 2 by the LP-CVD method. Next, a SiO2 film 4 with a thickness of 3500 Å is formed by the CVD method, and a 0.5
A resist space pattern with a width of μm is formed, and then C
2F6: 60SCCM, CHF3: 20SCCM,
Dry etching was performed under conditions of a pressure of 90 Pa and RF power of 350 W to form a space pattern (opening) so that the surface of polycrystalline silicon 3 was exposed (Figure 1
(a)).

【0028】次に、選択CVD法により、高融点金属で
あるW(符号5)を上記の開口部内に選択的に堆積させ
た(図1(b))。Wの選択CVD法は、堆積膜の構成
要素となるWを含む原料ガスとしての有機タングステン
であるW(CH3 )6 と反応ガスとしての、H2 
とを使用し、これらの混合ガスによる気相成長法により
基体上に選択的にW膜を形成した。
Next, W (symbol 5), which is a high melting point metal, was selectively deposited inside the opening by selective CVD (FIG. 1(b)). W selection CVD method uses W(CH3)6, which is organic tungsten, as a source gas containing W, which is a component of the deposited film, and H2, as a reaction gas.
A W film was selectively formed on the substrate by vapor phase growth using a mixed gas of these.

【0029】本実施例においては、電子供与性材料は多
結晶シリコンであり、非電子供与性材料はCVD法等に
よる酸化シリコンである。その結果、Wは多結晶Si膜
3上にのみ選択的に堆積し、SiO2 膜4上には堆積
しなかった。
In this embodiment, the electron-donating material is polycrystalline silicon, and the non-electron-donating material is silicon oxide produced by CVD or the like. As a result, W was selectively deposited only on the polycrystalline Si film 3, but not on the SiO2 film 4.

【0030】次に、CVD法により形成したSiO2 
膜をフッ素酸緩衝液によりウェットエッチングして除去
した。さらに、Wからなるゲート電極をマスクとして多
結晶Siを、エッチング条件HBr:60SCCM,S
F6 :60SCCM,圧力:5Pa、マイクロ波電力
:350WおよびRF電力:60WのもとでECR(電
子サイクロトロン共鳴)エッチング装置により異方的に
エッチングした。次に、LDD構造を形成するために、
Pをイオン注入の打込み条件:1×1013/cm 2
で半導体基板1に打込みN− 層6を形成した(図1(
c))。
Next, SiO2 formed by CVD method
The membrane was removed by wet etching with fluoric acid buffer. Furthermore, using the gate electrode made of W as a mask, polycrystalline Si was etched under the etching conditions HBr: 60SCCM, S
Etching was performed anisotropically using an ECR (electron cyclotron resonance) etching device under F6: 60 SCCM, pressure: 5 Pa, microwave power: 350 W, and RF power: 60 W. Next, to form the LDD structure,
Implantation conditions for P ion implantation: 1×1013/cm2
An implanted N- layer 6 was formed on the semiconductor substrate 1 (see FIG. 1(
c)).

【0031】次に、LDD構造のスペーサ8を形成する
ために、CVD法により厚さ6000ÅのSiO2 膜
を基体上に堆積させた。次に、スペーサ形成のためのエ
ッチ・バックを実施した。この時のエッチ・バックの条
件は、CF4 :70SCCM,CHF3 :5SCC
M,Ar:500SCCM,圧力:1.5Torrおよ
び電力RF:300Wである。高濃度ソース・ドレイン
領域7を形成するために、5×1016/cm2 の条
件のもとでAsをイオン注入により打込んだ(図1(d
))。
Next, in order to form spacers 8 having an LDD structure, a 6000 Å thick SiO 2 film was deposited on the substrate by the CVD method. Next, etch back was performed to form spacers. The etch back conditions at this time are CF4: 70SCCM, CHF3: 5SCC
M, Ar: 500SCCM, pressure: 1.5 Torr and power RF: 300W. In order to form the highly concentrated source/drain regions 7, As was ion-implanted under conditions of 5 x 1016/cm2 (Fig. 1(d)
)).

【0032】最後に、CVD法によりBPSG(Bor
on−phospho  silicate  gla
ss)膜9を4000Åの厚さになるように堆積し、さ
らに電極取り出し用のコンタクト・ホールのパターニン
グを実行し、水素ガスと原料ガスにジメチルアルミニウ
ムハイドライドを利用してAl電極10を選択CVD法
により形成した(図1(e))。
Finally, BPSG (Bor
on-phospho silicate gla
ss) Deposit the film 9 to a thickness of 4000 Å, pattern the contact hole for taking out the electrode, and select the Al electrode 10 using hydrogen gas and dimethylaluminum hydride as the raw material gas by CVD method. (Fig. 1(e)).

【0033】本実施例の場合は、電子供与性材料はシリ
コンであり、非電子供与性材料はBPSGおよび酸化シ
リコンであるので、Alはシリコン上にのみ選択的に堆
積し、BPSGおよび酸化シリコン上にはAlは堆積し
なかった。
In the case of this example, the electron-donating material is silicon and the non-electron-donating materials are BPSG and silicon oxide, so Al is selectively deposited only on silicon and is deposited on BPSG and silicon oxide. No Al was deposited on the surface.

【0034】その後、Alをスパッタリング法により堆
積し、パターニングして配線13を形成した。
Thereafter, Al was deposited by sputtering and patterned to form wiring 13.

【0035】本実施例の半導体の製造方法により、LD
D構造を有する0.5μmのゲート長のMOSを寸法制
御よく形成することができた。また本実施例の製造方法
を使用したMOSトランジスタのVth(MOSのしき
い値電圧)のバラツキは、従来のMOSトランジスタの
Vthのバラツキの1/3に減少させることが可能とな
った。
By the semiconductor manufacturing method of this embodiment, the LD
A MOS with a gate length of 0.5 μm having a D structure could be formed with good dimensional control. Further, the variation in Vth (threshold voltage of MOS) of the MOS transistor using the manufacturing method of this embodiment can be reduced to 1/3 of the variation in Vth of the conventional MOS transistor.

【0036】本実施例においては、スペースパターン内
にWを選択的に堆積させたが、Moをスペースパターン
内に堆積させてもよい。この場合、Mo膜堆積法におい
ては原料ガスとして有機Mo化合部とH2 ガスを用い
る。有機Mo化合物としては常温で固体のMo(CO)
6 やMo(CH3 )などをH2 ガスやAr等のキ
ャリアガス中で昇華させ、加熱基板上で反応させること
によりMo膜が堆積する。反応の詳細なメカニズムは必
ずしも明らかではないが、加熱された金属や半導体のよ
うな電子供与性基体表面でMo(CO)6 などがH2
 ガスと反応してMoが生成されていると考えられる。 基体表面が電子供与性でないとこの反応が進行し難いた
めに、非電子供与性表面での膜の堆積が起き難いと考え
られる。Mo(CO)6 単体での熱分解は400℃前
後で起き、300℃でも部分的な分解が起きる。もし圧
力が高く、しかもH2 がないとこれらの分解生成物は
選択性なしに基体上へ堆積してしまう。しかもこのとき
Mo膜中にはかなり多量の炭素や酸素が取り込まれてし
まい、電気抵抗が高くなってしまう。従って不純物の膜
への混入を防止するためにもH2 ガスは反応の際に不
可欠である。基体温度300℃以上で反応ガスの圧力が
高い場合には膜の堆積はSiO2 やAl2 O3 な
どの非電子供与性表面にも起きるようになり、堆積の選
択性が低下してくる。反応圧力は100Torr以下で
なければ選択堆積は起きず、実用上は10Torr以下
が望ましい。基体の温度が高すぎるとMo(CO)6 
はH2 や電子供与性表面の助けを借りずにさかんに熱
分解していくため、再び膜中の不純物が増加し、また堆
積の選択性も失われていく。 800℃以上の基体温度は使用できず、望ましくは60
0℃以下が適当である。最も望ましい温度範囲は450
〜550℃である。MoCl5 やMoF6 などをH
2 やSiで還元する方法が知られているが、これらの
方法では膜中にハロゲン元素が混入したり、Si基板や
SiO2 膜のエッチングなどのダメージがあり、基体
の特性を劣化させる。このためこれを用いたデバイスの
特性まで低下することがある。本発明の方法によればハ
ロゲン元素は一切用いないので、上記のような問題は全
くなしにMo膜の選択堆積が可能である。原料ガスとし
てはMo(CO)6 の他にMo(CH3 )6 でも
よい。Mo(CH3 )6 は高純度の膜を得る上では
Mo(CO3)6 よりもむしろ望ましい。Moの有機
化合物はこれらに限定される訳ではない。
In this embodiment, W was selectively deposited within the space pattern, but Mo may also be deposited within the space pattern. In this case, an organic Mo compound and H2 gas are used as source gases in the Mo film deposition method. As an organic Mo compound, Mo(CO) is solid at room temperature.
A Mo film is deposited by sublimating 6 or Mo (CH3) in a carrier gas such as H2 gas or Ar, and reacting it on a heated substrate. Although the detailed mechanism of the reaction is not necessarily clear, Mo(CO)6 and others react with H2 on the surface of a heated electron-donating substrate such as a metal or semiconductor.
It is thought that Mo is generated by reacting with the gas. Since this reaction is difficult to proceed unless the substrate surface is electron-donating, it is thought that film deposition on the non-electron-donating surface is difficult to occur. Thermal decomposition of Mo(CO)6 alone occurs at around 400°C, and partial decomposition occurs even at 300°C. If the pressure is high and there is no H2, these decomposition products will deposit on the substrate without selectivity. Moreover, at this time, a considerable amount of carbon and oxygen are incorporated into the Mo film, resulting in an increase in electrical resistance. Therefore, H2 gas is essential during the reaction to prevent impurities from entering the film. When the substrate temperature is 300° C. or higher and the pressure of the reaction gas is high, film deposition also occurs on non-electron-donating surfaces such as SiO2 and Al2 O3, reducing the selectivity of deposition. Selective deposition will not occur unless the reaction pressure is 100 Torr or less, and in practice it is preferably 10 Torr or less. If the temperature of the substrate is too high, Mo(CO)6
Since the film is actively decomposed without the aid of H2 or an electron-donating surface, impurities in the film increase again and the selectivity of the deposition is lost. A substrate temperature of 800°C or higher cannot be used, and preferably 60°C or higher.
A temperature of 0°C or lower is appropriate. The most desirable temperature range is 450
~550°C. MoCl5, MoF6, etc.
Methods of reduction using 2 or Si are known, but these methods cause damage such as mixing of halogen elements into the film and etching of the Si substrate or SiO2 film, deteriorating the characteristics of the substrate. Therefore, the characteristics of devices using this may deteriorate. According to the method of the present invention, since no halogen element is used, it is possible to selectively deposit a Mo film without any of the above problems. The source gas may be Mo(CH3)6 in addition to Mo(CO)6. Mo(CH3)6 is more desirable than Mo(CO3)6 in obtaining a high purity film. The organic compounds of Mo are not limited to these.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
選択CVD法によりゲート電極を形成することにより次
下に述べる効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
Forming the gate electrode by the selective CVD method has the following effects.

【0038】(1)  サブミクロンのゲート電極を寸
法制御性良く形成することができる。
(1) Submicron gate electrodes can be formed with good dimensional control.

【0039】(2)ドライエッチング困難なゲート材料
でも、本方法を用いることにより、ゲート電極として使
用することができる。
(2) Even gate materials that are difficult to dry-etch can be used as gate electrodes by using this method.

【0040】(3)  本ゲート電極の寸法精度が極め
て良いため、Vthのバラツキを従来型の1/3程度に
おさえることが可能となる。
(3) Since the dimensional accuracy of this gate electrode is extremely high, it is possible to suppress the variation in Vth to about 1/3 of that of the conventional type.

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

【図1】本発明の実施例である半導体装置の製造方法を
説明するための工程図である。
FIG. 1 is a process diagram for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
工程図である。 1  半導体基板 2  ゲート酸化膜 3  多結晶Si膜 4  SiO2 膜 5  高融点金属膜 6  N− 層 7  高濃度ソース・ドレイン 8  スペーサ 9  BPSG膜 10  電極 11  レジストパターン 12  ソースドレイン部 13  配線
FIG. 2 is a process diagram for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 1 Semiconductor substrate 2 Gate oxide film 3 Polycrystalline Si film 4 SiO2 film 5 High melting point metal film 6 N- layer 7 High concentration source/drain 8 Spacer 9 BPSG film 10 Electrode 11 Resist pattern 12 Source/drain part 13 Wiring

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  主電極領域と絶縁膜を介して設けられ
た制御電極とを有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上に絶縁膜を介して前記制御電極形成用の電
子供与性薄膜を形成する工程と、前記電子供与性薄膜上
に非電子供与性薄膜を所望のパターン形状に成膜して、
前記電子供与性薄膜の表面が露出する開口部を形成する
工程と、前記開口部内に高融点金属を選択的に堆積させ
て、前記制御電極形成用の高融点金属膜を形成する工程
と前記主電極領域形成の為に前記高融点金属膜をマスク
として前記半導体基板中に不純物をイオン注入する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device having a main electrode region and a control electrode provided through an insulating film, comprising:
forming an electron-donating thin film for forming the control electrode on a semiconductor substrate via an insulating film; forming a non-electron-donating thin film in a desired pattern shape on the electron-donating thin film;
a step of forming an opening through which the surface of the electron-donating thin film is exposed; a step of selectively depositing a refractory metal in the opening to form a refractory metal film for forming the control electrode; and a step of forming a refractory metal film for forming the control electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of ion-implanting impurities into the semiconductor substrate using the high melting point metal film as a mask to form an electrode region.
【請求項2】  前記高融点金属がWまたはMoである
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high melting point metal is W or Mo.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8546196B2 (en) 2010-03-18 2013-10-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-volatile memory device and manufacturing method thereof

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