JPH0613605A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0613605A
JPH0613605A JP19303692A JP19303692A JPH0613605A JP H0613605 A JPH0613605 A JP H0613605A JP 19303692 A JP19303692 A JP 19303692A JP 19303692 A JP19303692 A JP 19303692A JP H0613605 A JPH0613605 A JP H0613605A
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film
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Hideaki Kuroda
英明 黒田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート電極とゲート絶縁膜との界面が安定で
あり、しかもゲート電極の電気抵抗が低いにも拘らず、
ゲート電極が熱的に安定で層間絶縁膜がゲート電極から
剥離しにくい半導体装置及びその製造方法を提供する。 【構成】 多結晶Si膜23と全面をTiN膜24、2
6、32に被覆された状態で多結晶Si膜23上に積層
されているW膜25とから成るゲート電極11を有して
いる。ゲート絶縁膜であるSiO2 膜16には多結晶S
i膜23が接しているのでゲート電極11とSiO2
16との界面が安定であり、しかもW膜25のためにゲ
ート電極11の電気抵抗が低いにも拘らず、W膜25の
全面をTiN膜24、26、32が被覆しているで、ゲ
ート電極11が熱的に安定で層間絶縁膜17やLDDス
ペーサ34がゲート電極11から剥離しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、ゲート電極を有す
る半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置におけるゲート電極の材料と
しては、W、Mo、Ti等の高融点金属のシリサイド膜
を多結晶Si膜上に積層させた高融点金属ポリサイド
や、不純物をドーピングした多結晶Siが、一般的に用
いられている。しかし、集積度が高くなってゲート電極
の線幅が細くなると、このゲート電極の電気抵抗が高く
なるので、半導体装置の高速動作のために、電気抵抗が
より低いゲート電極の材料が要求されている。
【0003】そこで、図2に示す様に、ゲート電極11
をW膜12で形成した第1従来例や、図3に示す様に、
不純物をドーピングした多結晶Si膜13とTiN膜1
4とW膜15とを順次に積層させた三層膜でゲート電極
11を形成した第2従来例等が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図2に示し
た第1従来例では、W膜12とゲート酸化膜であるSi
2 膜16との密着性が悪く、W膜12の耐酸化性も低
く、SiO2 膜16の膜質も劣化する。また、図3に示
した第2従来例では、W膜15が層間絶縁膜17と接し
ているので、今度はゲート電極11と層間絶縁膜17と
の密着性が悪く、ゲート電極11が熱的に不安定で、熱
処理を受けると層間絶縁膜17がゲート電極11から剥
離し易い。従って、図2、3に示した第1及び第2従来
例の何れにおいても、信頼性が低かった。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置
は、半導体膜23と全面を高融点金属窒化膜24、2
6、32に被覆された状態で前記半導体膜23上に積層
されている高融点金属膜25とから成るゲート電極11
を有している。
【0006】請求項2の半導体装置の製造方法は、半導
体膜23と第1の高融点金属窒化膜24と高融点金属膜
25と第2の高融点金属窒化膜26と被覆膜27とを順
次に堆積させる工程と、前記被覆膜27と前記第2の高
融点金属窒化膜26と前記高融点金属膜25とをゲート
電極11のパターンに加工する工程と、この加工の後に
第3の高融点金属窒化膜32を全面に堆積させる工程
と、前記第3及び第1の高融点金属窒化膜32、24と
前記被覆膜27とのエッチング特性が互いに異なる条件
で前記第3及び第1の高融点金属窒化膜32、24を異
方性エッチングして、前記第3の高融点金属窒化膜32
を前記パターンの側面にのみ残すと共に前記第1の高融
点金属窒化膜24を前記高融点金属膜25の下面にのみ
残す工程と、前記異方性エッチングの後に前記パターン
をマスクにして前記半導体膜23をパターニングする工
程とを有している。
【0007】
【作用】請求項1の半導体装置では、ゲート電極11の
うちで下層側の半導体膜23がゲート絶縁膜16と接し
ているのでゲート電極11とゲート絶縁膜16との界面
が安定であり、しかもゲート電極11のうちの上層側が
高融点金属膜25であるのでゲート電極11の電気抵抗
が低いにも拘らず、高融点金属膜25の全面を高融点金
属窒化膜24、26、32が被覆しているで、ゲート電
極11が熱的に安定で層間絶縁膜17、34がゲート電
極11から剥離しにくい。
【0008】請求項2の半導体装置の製造方法では、第
1の高融点金属窒化膜24で高融点金属膜25の下面を
被覆し、第2の高融点金属窒化膜26で高融点金属膜2
5の上面を被覆し、第3の高融点金属窒化膜32で高融
点金属膜25の両側面を被覆することができる。しか
も、第3の高融点金属窒化膜32を異方性エッチングす
る際に、第2の高融点金属窒化膜26の上面を被覆膜2
7で被覆しているので、第2の高融点金属窒化膜26も
同時に除去されるのを防止している。
【0009】
【実施例】以下、本願の発明の一実施例を、図1を参照
しながら説明する。なお、図2、3に示した第1及び第
2従来例と同一の構成部分には、同一の符号を付してあ
る。
【0010】本実施例では、図1(a)に示す様に、P
型のSi基板21の素子分離領域の表面に、LOCOS
法等で厚いSiO2 膜22をまず形成する。そして、素
子活性領域の表面にゲート酸化膜としてのSiO2 膜1
6を形成し、続けて、膜厚が数十〜数百nmの多結晶S
i膜23を減圧CVD法で堆積させる。堆積後の多結晶
Si膜23には不純物をドーピングするが、その一つの
方法として、POCl 3 雰囲気中で高温熱処理を施すこ
とによって、Phosを1019cm-3以上の濃度にドー
ピングする方法がある。
【0011】また、後述する様に多結晶Si膜23上に
TiN膜24を堆積させた後、このTiN膜24を通し
て、BまたはPhosをやはり1019cm-3以上の濃度
になる様にイオン注入法でドーピングしてもよい。更に
また、多結晶Si膜23を堆積させた後、多結晶Si膜
23の表面に薄いSiO2 膜(図示せず)を形成し、こ
のSiO2 膜を通して不純物をイオン注入し、熱処理を
施した後に、SiO2膜を除去してもよい。
【0012】多結晶Si膜23に不純物をドーピングし
た後、膜厚が数〜数十nmのTiN膜24をスパッタ法
かまたはCVD法で多結晶Si膜23上に堆積させる。
その後、膜厚が数十〜数百nmのW膜25をスパッタ法
かまたはCVD法でTiN膜24上に堆積させ、更に膜
厚が数〜数十nmのTiN膜26をTiN膜24と同様
の方法でW膜25上に堆積させる。なお、W膜25の代
わりに、Ti膜やMo膜等を用いてもよい。
【0013】そして、膜厚が数十〜数百nmのSiO2
膜27をCVD法でTiN膜26上に堆積させた後、レ
ジスト31をリソグラフィ法でゲート電極11のパター
ンに加工する。次に、このレジスト31をマスクにし
て、図1(b)に示す様に、SiO2 膜27とTiN膜
26とW膜25とを連続的に異方性エッチングし、レジ
スト31を除去した後、膜厚が数〜数十nmのTiN膜
32をスパッタ法かまたはCVD法で再び全面に堆積さ
せる。なお、TiN膜26、32の代わりに、二層膜で
あるTiN/Ti膜を用いてもよい。
【0014】次に、TiN膜32の全面を異方性エッチ
ングして、図1(c)に示す様に、W膜25の側面にの
みTiN膜32を側壁状に残す。そして、SiO2 膜2
7をマスクにして、TiN膜24と多結晶Si膜23と
を連続的に異方性エッチングして、全面をTiN膜2
4、26、32に被覆されたW膜25と多結晶Si膜2
3とが組み合わされたゲート電極11を完成させる。
【0015】その後、ゲート電極11とSiO2 膜22
とをマスクにして、PhosまたはAsをSi基板21
にイオン注入して、濃度が1017〜1018cm-3である
-型の拡散層33を形成する。そして、SiO2 膜ま
たは多結晶Si膜で、ゲート電極11の側面にLDDス
ペーサ34を形成する。更に、ゲート電極11とLDD
スペーサ34とSiO2 膜22とをマスクにして、Ph
osまたはAsをSi基板21にイオン注入して、濃度
が1019〜1022cm-3であるN+ 型の拡散層35を形
成する。
【0016】その後、不純物を含まないSiO2 膜、P
SG膜、BPSG膜、SiN膜またはこれらを組み合わ
せた膜で層間絶縁膜17を形成し、一方の拡散層35に
達するコンタクト孔36を層間絶縁膜17等に開孔す
る。そして、多結晶Si膜、W膜、Ti膜、TiN膜ま
たはこれらを組み合わせた膜でコンタクト孔36を埋め
込んで、プラグ37を形成する。更に、Ti膜、TiN
膜、AlSi膜、AlSiCu膜等の複合膜でAl配線
41を形成し、表面保護膜42を堆積させて、LDD構
造のMOSトランジスタ43を完成させる。
【0017】以上の様にして製造したMOSトランジス
タ43では、層間絶縁膜17及びLDDスペーサ34と
W膜25との間にTiN膜26、32またはTiN/T
i膜が介在しているので、ゲート電極11が熱的に安定
で、層間絶縁膜17及びLDDスペーサ34がゲート電
極11から剥離しにくい。
【0018】
【発明の効果】請求項1の半導体装置では、ゲート電極
とゲート絶縁膜との界面が安定であり、しかもゲート電
極の電気抵抗が低いにも拘らず、ゲート電極が熱的に安
定で層間絶縁膜がゲート電極から剥離しにくいので、性
能及び信頼性の何れもが優れている。
【0019】請求項2の半導体装置の製造方法では、高
融点金属膜の全面を高融点金属窒化膜で被覆することが
でき、しかも第3の高融点金属窒化膜を異方性エッチン
グする際に第2の高融点金属窒化膜も同時に除去される
のを防止しているので、請求項1の半導体装置を安定的
に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の一実施例を工程順に示す側断面図
である。
【図2】本願の発明の第1従来例の側断面図である。
【図3】本願の発明の第2従来例の側断面図である。
【符号の説明】
11 ゲート電極 23 多結晶Si膜 24 TiN膜 25 W膜 26 TiN膜 27 SiO2 膜 32 TiN膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体膜と全面を高融点金属窒化膜に被
    覆された状態で前記半導体膜上に積層されている高融点
    金属膜とから成るゲート電極を有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体膜と第1の高融点金属窒化膜と高
    融点金属膜と第2の高融点金属窒化膜と被覆膜とを順次
    に堆積させる工程と、 前記被覆膜と前記第2の高融点金属窒化膜と前記高融点
    金属膜とをゲート電極のパターンに加工する工程と、 この加工の後に第3の高融点金属窒化膜を全面に堆積さ
    せる工程と、 前記第3及び第1の高融点金属窒化膜と前記被覆膜との
    エッチング特性が互いに異なる条件で前記第3及び第1
    の高融点金属窒化膜を異方性エッチングして、前記第3
    の高融点金属窒化膜を前記パターンの側面にのみ残すと
    共に前記第1の高融点金属窒化膜を前記高融点金属膜の
    下面にのみ残す工程と、 前記異方性エッチングの後に前記パターンをマスクにし
    て前記半導体膜をパターニングする工程とを有する半導
    体装置の製造方法。
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