JPH0556026B2 - - Google Patents
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- JPH0556026B2 JPH0556026B2 JP56052727A JP5272781A JPH0556026B2 JP H0556026 B2 JPH0556026 B2 JP H0556026B2 JP 56052727 A JP56052727 A JP 56052727A JP 5272781 A JP5272781 A JP 5272781A JP H0556026 B2 JPH0556026 B2 JP H0556026B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はMOS型半導体装置等において、MOS
界面状態に起因する電気的不安定性の少い高融点
金属ゲート電極製造方法を提供するものである。
界面状態に起因する電気的不安定性の少い高融点
金属ゲート電極製造方法を提供するものである。
MOS型半導体装置、特にLSIにおいて、素子
の高密度化に伴いゲート配線の幅が減少し、さら
に配線長が増加すると配線抵抗の増大によつて信
号の遅延が生ずる。この遅延はLSIとしての動作
速度に無視できない影響を与えるため、ゲート配
線材料として従来の多結晶シリコンより2桁程度
比抵抗の低いMo,W等の高融点金属膜が使用さ
れる。
の高密度化に伴いゲート配線の幅が減少し、さら
に配線長が増加すると配線抵抗の増大によつて信
号の遅延が生ずる。この遅延はLSIとしての動作
速度に無視できない影響を与えるため、ゲート配
線材料として従来の多結晶シリコンより2桁程度
比抵抗の低いMo,W等の高融点金属膜が使用さ
れる。
しかしこの様な高融点金属膜をMOSFETのゲ
ート電極として用いた場合、100℃〜200℃程度の
温度範囲で半導体基板とゲート電極間に長時間電
圧を印加する高温バイアス試験を行なうと、
FETのしきい電圧等FETの電気的特性が変動す
るという欠点があつた。この事実は半導体装置と
しての信頼性をそこなう大きい問題である。上記
の様なしきい電圧の変動はMOS構造におけるゲ
ート電極−ゲートSiO2界面、ゲートSiO2中、又
はゲートSiO2−基板界面に存在する電荷密度の
変動によつて起こると考えられている。Mo,W
等の高融点金属膜がゲート電極の場合には、上に
述べた様な変動する電荷は、Na+等のアルカリ金
属イオンである事がほぼ解明されている。高融点
金属膜は通常電子ビーム蒸着法やスパツタリング
法で蒸着されるが、アルカリ金属は蒸着源に必ず
混入している上に、集積回路の製造中に外部から
高融点金属膜上に設けたCVDSiO2膜等を通過し、
金属膜中に容易に拡散する。この様にして、ゲー
ト電極となる高融点金属膜はアルカリ金属に汚染
される。このアルカリ金属は、集積回路の製造中
にゲート電極からさらにゲートSiO2中に拡散し、
SiO2−半導体基板界面にまで到達するためSiO2
をも汚染することになる。アルカリ金属イオン
は、高温バイアス試験下の高電界が印加された
SiO2中では非常に動き易く、従つてゲートSiO2
中に存在するアルカリ金属イオンの密度分布が変
動し、この結果FETの電気的特性が変動するの
である。
ート電極として用いた場合、100℃〜200℃程度の
温度範囲で半導体基板とゲート電極間に長時間電
圧を印加する高温バイアス試験を行なうと、
FETのしきい電圧等FETの電気的特性が変動す
るという欠点があつた。この事実は半導体装置と
しての信頼性をそこなう大きい問題である。上記
の様なしきい電圧の変動はMOS構造におけるゲ
ート電極−ゲートSiO2界面、ゲートSiO2中、又
はゲートSiO2−基板界面に存在する電荷密度の
変動によつて起こると考えられている。Mo,W
等の高融点金属膜がゲート電極の場合には、上に
述べた様な変動する電荷は、Na+等のアルカリ金
属イオンである事がほぼ解明されている。高融点
金属膜は通常電子ビーム蒸着法やスパツタリング
法で蒸着されるが、アルカリ金属は蒸着源に必ず
混入している上に、集積回路の製造中に外部から
高融点金属膜上に設けたCVDSiO2膜等を通過し、
金属膜中に容易に拡散する。この様にして、ゲー
ト電極となる高融点金属膜はアルカリ金属に汚染
される。このアルカリ金属は、集積回路の製造中
にゲート電極からさらにゲートSiO2中に拡散し、
SiO2−半導体基板界面にまで到達するためSiO2
をも汚染することになる。アルカリ金属イオン
は、高温バイアス試験下の高電界が印加された
SiO2中では非常に動き易く、従つてゲートSiO2
中に存在するアルカリ金属イオンの密度分布が変
動し、この結果FETの電気的特性が変動するの
である。
第1図はMoゲートMOSFETの従来の製造工
程を示す断面図の一部である。工程aは、Mo膜
からなるゲート電極形成の終了後、ゲート電極自
体をマスクとしてシリコン基板にイオン注入を行
い自己整合的にソース、ドレン領域を形成した直
後の断面図である。1は一導電型を有するシリコ
ン基板、2はイオン注入により基板1に形成され
た基板を反対導電型を有するソース、ドレン領
域、3は厚いSiO2膜、4はゲートSiO2膜、5は
Moゲート電極である。Mo膜5は真空蒸着、ス
パツタリング法等で形成されており、膜5中には
垂直方向に一様にアルカリ金属イオンが含まれて
いる。次にbのごとく、Moゲート5を被覆して
CVDSiO2膜6を形成し、その後、1000℃30分程
度N2中で熱処理を行なうのであるが、この時、
Mo膜5中に含まるれるアルカリ金属イオンがゲ
ート酸化膜4に拡散し汚染するのである。この様
に従来の製造方法では、FETの電気的特性、不
安定の原因となるMo膜からのアルカリ金属イオ
ンによる汚染は避け難いものである。
程を示す断面図の一部である。工程aは、Mo膜
からなるゲート電極形成の終了後、ゲート電極自
体をマスクとしてシリコン基板にイオン注入を行
い自己整合的にソース、ドレン領域を形成した直
後の断面図である。1は一導電型を有するシリコ
ン基板、2はイオン注入により基板1に形成され
た基板を反対導電型を有するソース、ドレン領
域、3は厚いSiO2膜、4はゲートSiO2膜、5は
Moゲート電極である。Mo膜5は真空蒸着、ス
パツタリング法等で形成されており、膜5中には
垂直方向に一様にアルカリ金属イオンが含まれて
いる。次にbのごとく、Moゲート5を被覆して
CVDSiO2膜6を形成し、その後、1000℃30分程
度N2中で熱処理を行なうのであるが、この時、
Mo膜5中に含まるれるアルカリ金属イオンがゲ
ート酸化膜4に拡散し汚染するのである。この様
に従来の製造方法では、FETの電気的特性、不
安定の原因となるMo膜からのアルカリ金属イオ
ンによる汚染は避け難いものである。
本発明は、上記の様な欠点を除去しようとする
高融点金属ゲート電極を含む半導体装置の製造方
法を与えるものであり、以下に本発明の詳細を述
べる。
高融点金属ゲート電極を含む半導体装置の製造方
法を与えるものであり、以下に本発明の詳細を述
べる。
第2図は本発明によるMOSFETの製造方法の
一実施例を説明する工程断面図である。工程aで
は、通常のMOSFETの製造方法に基いて一導電
型を有する半導体基板11の一部に厚さ約6000〜
8000Åの厚いSiO2膜12を形成し、他の領域に
厚さ約300Å〜1000ÅのゲートSiO2膜13を形成
する。次に、上記SiO2膜の表面にMo膜14を電
子ビーム蒸着法やスパツタリング法を用いて約
3000Åの厚さに被着した後、CF4、Ccl2F2、Ccl4
等のガスによるプラズマエツチング法等を用い
て、Mo膜を選択的に除去し、ゲート電極パター
ンを形成する(工程b)。
一実施例を説明する工程断面図である。工程aで
は、通常のMOSFETの製造方法に基いて一導電
型を有する半導体基板11の一部に厚さ約6000〜
8000Åの厚いSiO2膜12を形成し、他の領域に
厚さ約300Å〜1000ÅのゲートSiO2膜13を形成
する。次に、上記SiO2膜の表面にMo膜14を電
子ビーム蒸着法やスパツタリング法を用いて約
3000Åの厚さに被着した後、CF4、Ccl2F2、Ccl4
等のガスによるプラズマエツチング法等を用い
て、Mo膜を選択的に除去し、ゲート電極パター
ンを形成する(工程b)。
その後、Moのゲート電極14をマスクとし、
ゲートSiO2膜13を通して基板11の表面層に
不純物イオン注入15を行い、基板11と反対導
電型を有するソース、ドレン拡散層16を自己整
合的に設ける(工程c)。イオン注入後、Moゲ
ート電極14を含む表面にCVDSiO2膜17を約
4000Å堆積し、O2を数%含むN2雰囲気中で1000
℃15〜30分程度の熱処理を施す(工程d)。その
後、ソース、ドレン領域16上のCVDSiO2膜1
7及びゲートSiO2膜13の一部分を開口して、
領域16の表面を露出させ、アルミニウム配線1
8を形成して完成する(工程e)。
ゲートSiO2膜13を通して基板11の表面層に
不純物イオン注入15を行い、基板11と反対導
電型を有するソース、ドレン拡散層16を自己整
合的に設ける(工程c)。イオン注入後、Moゲ
ート電極14を含む表面にCVDSiO2膜17を約
4000Å堆積し、O2を数%含むN2雰囲気中で1000
℃15〜30分程度の熱処理を施す(工程d)。その
後、ソース、ドレン領域16上のCVDSiO2膜1
7及びゲートSiO2膜13の一部分を開口して、
領域16の表面を露出させ、アルミニウム配線1
8を形成して完成する(工程e)。
第2図の製造工程において、従来の製造工程と
異なる特徴となる点は、第2図工程dにおいて
CVDSiO2膜17の形成後、O2を含むN2の雰囲気
中で熱処理を行なうことである。第2図に示す製
造方法で作成されたMoゲートMOSFETの高温
バイアス試験を行なつたところ、125℃,2×
106V/cm、24時間という試験条件下における
FETのしきい電圧変化は0.1volt以下であり、従
来のFETと比較して変動が約1/10におさえら
れることがわかつた。このFETのMoゲート電極
中に含まれるアルカリ金属であるナトリウムの垂
直方向の分布をSIMSを用いて分析した結果第3
図のようになつた。
異なる特徴となる点は、第2図工程dにおいて
CVDSiO2膜17の形成後、O2を含むN2の雰囲気
中で熱処理を行なうことである。第2図に示す製
造方法で作成されたMoゲートMOSFETの高温
バイアス試験を行なつたところ、125℃,2×
106V/cm、24時間という試験条件下における
FETのしきい電圧変化は0.1volt以下であり、従
来のFETと比較して変動が約1/10におさえら
れることがわかつた。このFETのMoゲート電極
中に含まれるアルカリ金属であるナトリウムの垂
直方向の分布をSIMSを用いて分析した結果第3
図のようになつた。
すなわち、MoゲートSiO2膜界面に存在する
Naの量は最小であり、これと反対側の表面に存
在するNa量が最大となつているのである。この
様な現象は次のように考えられる。工程dにおい
てO2を含むN2雰囲気で熱処理すると、CVDSiO2
膜17を通つて微量のOが拡散し、Moゲート1
4の表面に100〜200Åという極く薄いMoの酸化
物層をつくる。一方Mo膜中に存在していたNaも
酸化物をつくつてMo酸化物と結合した方が安定
になるから、Moゲート14の表面まで拡散し、
酸化物となつて表面に固定されるため、Moゲー
ト電極表面に向かつてNa量が高くなる。従つて、
高温バイアス試験において高電界が印加された時
にもNaは非常に動き難く、これによるFETのし
きい電圧の変動は小さい。
Naの量は最小であり、これと反対側の表面に存
在するNa量が最大となつているのである。この
様な現象は次のように考えられる。工程dにおい
てO2を含むN2雰囲気で熱処理すると、CVDSiO2
膜17を通つて微量のOが拡散し、Moゲート1
4の表面に100〜200Åという極く薄いMoの酸化
物層をつくる。一方Mo膜中に存在していたNaも
酸化物をつくつてMo酸化物と結合した方が安定
になるから、Moゲート14の表面まで拡散し、
酸化物となつて表面に固定されるため、Moゲー
ト電極表面に向かつてNa量が高くなる。従つて、
高温バイアス試験において高電界が印加された時
にもNaは非常に動き難く、これによるFETのし
きい電圧の変動は小さい。
第4図は本発明の第2の実施例を説明する工程
断面図である。この実施例では先ず、半導体基板
上に形成されたSiO2膜22,23の全面にMo膜
24を被着した後(工程a)、Mo膜24に酸素
イオン25を数+KeV程度のエネルギーで注入
し、膜24の表面又は表面附近に酸素濃度のピー
クがくるにする(工程b)。次にMo膜24を選
択的に除去してゲート電極パターンを形成し、こ
れをマスクとして基板21と反対導電型になるよ
うな不純物のイオン注入27をゲートSiO223
を通して行い、ソース、ドレン領域26を形成す
る(工程c)。その後、CVDSiO2膜27を形成
し、N2雰囲気中で1000℃30分程度の熱処理をす
るのである(工程d)。
断面図である。この実施例では先ず、半導体基板
上に形成されたSiO2膜22,23の全面にMo膜
24を被着した後(工程a)、Mo膜24に酸素
イオン25を数+KeV程度のエネルギーで注入
し、膜24の表面又は表面附近に酸素濃度のピー
クがくるにする(工程b)。次にMo膜24を選
択的に除去してゲート電極パターンを形成し、こ
れをマスクとして基板21と反対導電型になるよ
うな不純物のイオン注入27をゲートSiO223
を通して行い、ソース、ドレン領域26を形成す
る(工程c)。その後、CVDSiO2膜27を形成
し、N2雰囲気中で1000℃30分程度の熱処理をす
るのである(工程d)。
この方法においては、Mo膜24の極く表面又
はその附近にのみOが分布する様にでき、後に行
う工程dにおける高温熱処理によつて、Mo膜2
4の表面及び表面附近にMo酸化物をつくり、
Mo中のNaはMo酸化物に固定されようするか
ら、第1の実施例の場合と同様、FETのしきい
電圧等の変動を著しく減少させる効果がある。し
かもこの方法はイオン注入によりMo中のOの濃
度を正確に制御できるという特徴がある。従つ
て、この方法は、第1の実施例のO2を含むN2雰
囲気中での熱処理温度が非常に高い、あるいは熱
処理時間が非常に長くて、CVDSiO2の下に存在
するMo膜表面に形成される酸化物層の厚さが厚
くなり過ぎるような場合に効果がある。また、
Mo膜中への酸素イオン注入と、CVDSiO2形成後
に行うO2を含むN2雰囲気中での熱処理を組合せ
た工程も可能である。なお、以上の実施例ではゲ
ート電極材料をMoに限つて述べたが、本発明
は、W、Ta、Ti、Hf等他の高融点金属にも適用
することができる。
はその附近にのみOが分布する様にでき、後に行
う工程dにおける高温熱処理によつて、Mo膜2
4の表面及び表面附近にMo酸化物をつくり、
Mo中のNaはMo酸化物に固定されようするか
ら、第1の実施例の場合と同様、FETのしきい
電圧等の変動を著しく減少させる効果がある。し
かもこの方法はイオン注入によりMo中のOの濃
度を正確に制御できるという特徴がある。従つ
て、この方法は、第1の実施例のO2を含むN2雰
囲気中での熱処理温度が非常に高い、あるいは熱
処理時間が非常に長くて、CVDSiO2の下に存在
するMo膜表面に形成される酸化物層の厚さが厚
くなり過ぎるような場合に効果がある。また、
Mo膜中への酸素イオン注入と、CVDSiO2形成後
に行うO2を含むN2雰囲気中での熱処理を組合せ
た工程も可能である。なお、以上の実施例ではゲ
ート電極材料をMoに限つて述べたが、本発明
は、W、Ta、Ti、Hf等他の高融点金属にも適用
することができる。
以上の様に本発明においては、O2を含むN2雰
囲気中で熱処理する、又はゲート電極表面にOを
イオン注入するという簡単な方法によつて、高融
点金属をゲート電極とするMOS半導体装置のし
きい電圧等の電気的特性の安定化に寄与するもの
である。
囲気中で熱処理する、又はゲート電極表面にOを
イオン注入するという簡単な方法によつて、高融
点金属をゲート電極とするMOS半導体装置のし
きい電圧等の電気的特性の安定化に寄与するもの
である。
第1図a,bは従来の製造方法に従つてMoゲ
ートを含むMOSFETを製造する工程を説明する
断面図、第2図a〜eは本発明の第1実施例を説
明する工程断面図、第3図はSIMSで分析した
Mo膜中のNaの垂直方向の分布図、第4図a〜d
は本発明の第2実施例を説明する工程断面図であ
る。 11,21……一導電型を有する半導体基板、
12,22……厚いSiO2膜、13,23……ゲ
ートSiO2膜、14,24……Mo膜、16,26
……ソース、ドレン拡散層、27……それぞれソ
ース、ドレン16,26を形成するための不純物
イオン注入ビーム、25……酸素イオン注入ビー
ム、17,27……CVDSiO2膜、18……アル
ミニウム電極。
ートを含むMOSFETを製造する工程を説明する
断面図、第2図a〜eは本発明の第1実施例を説
明する工程断面図、第3図はSIMSで分析した
Mo膜中のNaの垂直方向の分布図、第4図a〜d
は本発明の第2実施例を説明する工程断面図であ
る。 11,21……一導電型を有する半導体基板、
12,22……厚いSiO2膜、13,23……ゲ
ートSiO2膜、14,24……Mo膜、16,26
……ソース、ドレン拡散層、27……それぞれソ
ース、ドレン16,26を形成するための不純物
イオン注入ビーム、25……酸素イオン注入ビー
ム、17,27……CVDSiO2膜、18……アル
ミニウム電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体基板表面に高融点金属からなる電極を
形成後、前記電極を被覆するように絶縁膜を形成
する工程と、前記絶縁膜形成後、酸素を含む不活
性ガス中で熱処理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。 2 半導体基板表面に高融点金属からなる電極を
形成後、前記電極に酸素をイオン注入した後、熱
処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5272781A JPS57166077A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5272781A JPS57166077A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS57166077A JPS57166077A (en) | 1982-10-13 |
JPH0556026B2 true JPH0556026B2 (ja) | 1993-08-18 |
Family
ID=12922948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5272781A Granted JPS57166077A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS57166077A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5832466A (ja) * | 1981-08-20 | 1983-02-25 | Sanyo Electric Co Ltd | Mosfetの製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5591871A (en) * | 1978-12-29 | 1980-07-11 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS5591873A (en) * | 1978-12-29 | 1980-07-11 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS5748268A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-19 | Hitachi Ltd | Manufacture of mos semiconductor device |
-
1981
- 1981-04-07 JP JP5272781A patent/JPS57166077A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5591871A (en) * | 1978-12-29 | 1980-07-11 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS5591873A (en) * | 1978-12-29 | 1980-07-11 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS5748268A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-19 | Hitachi Ltd | Manufacture of mos semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS57166077A (en) | 1982-10-13 |
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