JPH0653494A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0653494A
JPH0653494A JP20281392A JP20281392A JPH0653494A JP H0653494 A JPH0653494 A JP H0653494A JP 20281392 A JP20281392 A JP 20281392A JP 20281392 A JP20281392 A JP 20281392A JP H0653494 A JPH0653494 A JP H0653494A
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film
gate electrode
semiconductor device
conductive film
silicon oxide
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Kunihiko Kasama
邦彦 笠間
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Abstract

(57)【要約】 【目的】微細加工に適した寸法変動の少ない構造のゲー
ト電極構造を提供する。 【構成】ポリサイドゲート電極部210は、ポリシリコ
ン膜105,金属シリサイド膜106,膜厚50nm前
後の窒化チタン膜107,および化学気相成長によるシ
リコン酸化膜108からなる積層膜を、レジストパター
ン109をサスクにしたエッチングにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置な関し、特に
シリコンMOS半導体装置における微細なゲート電極部
の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ホットキャリア耐性強化のために
ドレイン構造の工夫がなされ、LDD(Lightly
Doped Drain),DDD(Double
Diffused Drain)等の構造が微細MOS
トランジスタに一般的に適用されている。
【0003】シリコンMOS半導体装置の作成方法を示
す断面図である図2を参照すると、LDD構造を有する
通常のnチャネル・ポリサイドゲート・トランジスタ
は、p型のシリコン基板201表面にp型のチャネルス
トッパ202,膜厚300〜600nmのフィールド酸
化膜203を形成し、さらにその後10〜20nmのゲ
ート酸化膜204を形成する。次に、ポリサイド電極形
成のため100〜300nmのポリシリコン膜205,
100〜300nmのタングステン,あるいはモリブデ
ン等を含んだ金属シリサイド膜206を堆積し、さらに
LDD用のスペーサ形成時のエッチバックバッファ層と
して化学気相成長による150〜400nmのシリコン
酸化膜208を堆積する〔図2(a)〕。
【0004】次に、ホトレジストをスピンコートし、マ
スクパターンを光露光によりレジストに転写し、レジス
トパターン209,209aを形成する〔図2
(b)〕。
【0005】次に、上記レジストパターン209,20
9aをエッチングマスクとして、上記シリコン酸化膜2
08を例えばCHF3 あるいはCF4 /H2 系のガスプ
ラズマで,上記金属シリサイド膜206を例えばSF6
/HBr等のフッ素系ガスプラズマで,上記ポリシリコ
ン膜205を例えばCF4 あるいはSF6 等のフッ素系
ガスプラズマで異方性エッチングする。これによりポリ
サイドゲート電極部210,210aが形成される。次
に、レジストパターン209,209aを除去し、ポリ
サイドゲート電極部210,210aをマスクにしてリ
ン等を1013〜1015cm-2イオン注入し、アニールす
るとn- 拡散領域211が形成される〔図2(c)〕。
【0006】次に、150〜300nm厚に化学気相成
長したシリコン酸化膜を堆積し、CHF3 等のフロロカ
ーボン・ガスプラズマによりエッチバックすると、ポリ
サイドゲート電極部210,210aの側壁にシリコン
酸化膜からなるスペーサ212が形成される。最後に、
砒素等を5×1015cm-2程度イオン注入し、アニール
により活性化させることにより、n+ 拡散領域213が
形成される。n- 拡散領域211とn+ 拡散領域213
とからこのMOSトランジスタのLDD構造のソース・
ドレイン領域が形成される〔図2(d)〕。その後、絶
縁膜堆積とコンタクト開口とを経てゲート電極210,
210a,n+ 拡散領域213等をアルミ等の配線に接
続し、MOSトランジスタが作成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来のMOS半
導体装置のゲート電極構造では、パターンが密集し,か
つ微細になると、以下に示す問題点があった。
【0008】(1)段差上にある金属シリサイド膜,あ
るいはポリシリコン膜からの露光光の反射により、レジ
ストパターン(図2(b)におけるレジストパターン2
09aを参照)がくびれる。特に段差が凹面状になり、
反射光が集光する場合は、パターンが完全に失なわれる
場合もある(シリコン酸化膜の吸収はほとんどない)。
このようなレジストパターンをマスクにしてゲート電極
部を形成すると、ゲート電極部(図2(c)におけるポ
リサイドゲート電極部210a)の幅が細り,その側壁
が垂直にならなくなる。このため、MOSトランジスタ
の電気特性がばらつき,特にパンチスルー耐性が低下す
る。
【0009】(2)段差上にレジストを塗布すると段差
の上下でレジスト膜厚に差が生じる。図3はベアシリコ
ン上でレジスト膜厚が変動した際のレジストライン(=
L)/ライン間隔(=S)の多重干渉効果を示したグラ
フである。レジスト膜厚が変動すると、レジストライン
寸法が周期的に変動し、その変動量が微細化するほど大
きくなる。金属シリサイド膜,ポリシリコン膜の反射率
はベアシリコンと同程度(25〜40%)であるので、
ほぼ同様の寸法変動が生じる。勿論、下地反射が無い場
合は、周期変動は消失する。
【0010】(3)さらにゲート電極上に化学気相成長
したシリコン酸化膜が存在し、その膜厚変動があると、
その変動量はほぼレジスト膜厚の変動と同様の効果をお
よぼす(シリコン酸化膜の吸収が紫外部にほとんどな
く,かつレジスト/シリコン酸化膜界面で反射がほとん
ど生じないため)。したがって、シリコン酸化膜の膜厚
不均一性が50nm前後あるとi線(365nm)やK
rFエキシマ光(249nm)の場合、図3に示した周
期変動の山と谷とを示すレジスト膜厚差以上の変動に相
当する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
シリコンMOS半導体装置のゲート電極部が、ポリシリ
コン膜からなる第1の導電膜,もしくは金属シリサイド
膜からなる第3の導電膜上に、窒化チタン膜,チタン・
タングステン膜,およびチタン膜のうちの1からなる第
2の導電膜が設けられ、この第2の導電膜上には化学気
相成長によるシリコン酸化膜が設けられている。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】シリコンMOS半導体装置の作成方法を示
す断面図である図1を参照すると、本発明の一実施例の
半導体装置は、以下のように形成される。まず、p型の
シリコン基板101表面にp型のチャネルストッパ10
2,膜厚300〜600nmのフィールド酸化膜103
を形成し、さらにその後10〜20nmのゲート酸化膜
104を形成する。次に、ポリサイド電極形成のため1
00〜300nmのポリシリコン膜105を低圧気相成
長で堆積し、100〜300nmのタングステン,ある
いはモリブデン等を含んだ金属シリサイド膜106をス
パッタ法で堆積する。続いて、反射防止膜として、窒化
チタン膜107を20〜50nmスパッタ法で形成す
る。なお、この窒化チタン膜107の代りに、同じ膜厚
のチタン・タングステン膜,あるいはチタン膜を形成し
てもよい。さらにLDD用のスペーサ形成時のエッチバ
ックバッファ層として400〜500℃前後の温度で化
学気相成長による150〜400nmのシリコン酸化膜
108を堆積する〔図1(a)〕。
【0014】次に、ゲートパターンを形成するため、1
μm前後のポジ型のホトレジストをスピンコートし,ス
テッパ等の光露光装置を用いてマスクパターンを露光
し,現像すると、レジストパターン109が形成される
〔図1(b)〕。ここで、ホトレジストとしてポジ型レ
ジストを用いたが、ネガ型レジストでもよい。
【0015】次に、上記レジストパターン109をエッ
チングマスクとして、上記シリコン酸化膜108を例え
ばCHF3 あるいはCF4 /H2 系のガスプラズマで,
上記窒化シリコン膜107をCl2 系で,上記金属シリ
サイド膜106を例えばSF6 /HBr等のフッ素系ガ
スプラズマで,上記ポリシリコン膜105を例えばCF
4 あるいはSF6 等のフッ素系ガスプラズマで異方性エ
ッチングする。これによりポリサイドゲート電極部11
0が形成される。次に、レジストパターン109を除去
し、ポリサイドゲート電極部110をマスクにしてリン
等を1013〜1015cm-2イオン注入し、アニールする
とn- 拡散領域111が形成される〔図1(c)〕。
【0016】次に、150〜300nm厚に化学気相成
長したシリコン酸化膜を堆積し、CHF3 等のフロロカ
ーボン・ガスプラズマによりエッチバックすると、ポリ
サイドゲート電極部110の側壁にシリコン酸化膜から
なるスペーサ112が形成される。最後に、砒素等を5
×1015cm-2程度イオン注入し、アニールにより活性
化させることにより、n+ 拡散領域113が形成され
る。n- 拡散領域111とn+ 拡散領域113とから本
実施例のMOSトランジスタのLDD構造のソース・ド
レイン領域が形成される〔図1(d)〕。その後、絶縁
膜堆積とコンタクト開口とを経てゲート電極110,n
+ 拡散領域113等をアルミ等の配線に接続し、MOS
トランジスタが作成される。
【0017】上記一実施例では、50nm前後の窒化チ
タン膜107により、窒化チタン膜107とレジストと
の界面での反射が数%に抑制されるため、レジストパタ
ーン109のくびれ,細りは大幅に低減され、段差上下
のレジストパターン109の寸法変動もほとんど生じな
い。このため、MOSトランジスタの電気特性のばらつ
きも低減され,特にパンチスルー耐性の低下は抑制され
る。なお、窒化チタン膜107の代りにチタン膜を用い
た場合、反射率はほとんど変わらない。チタン・タング
ステン膜を用いた場合、反射率が15〜20%となり、
効果は多少低減する。
【0018】なお、上記一実施例のゲート電極部は、ポ
リサイドゲート構造であるが、ポリシリコンゲート構造
の場合にも、本発明を適用することはできる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、ゲート電極部を構成する膜がポリシリコン膜からな
る第1の導電膜と窒化チタン膜,チタン・タングステン
膜,およびチタン膜のうちの1からなる第2の導電膜と
化学気相成長によるシリコン酸化膜との積層膜,もしく
はポリシリコン膜からなる第1の導電膜と金属シリサイ
ド膜からなる第3の導電膜と窒化チタン膜,チタン・タ
ングステン膜,およびチタン膜のうちの1からなる第2
の導電膜と化学気相成長によるシリコン酸化膜との積層
膜からなるため、第2の導電膜が反射防止膜となり、ゲ
ート電極部をエッチングするためのマスクとなりレジス
トパターンの形成に際して、このレジストパターンのく
びれ,細りがなく、かつこのレジストパターンの寸法変
動が大幅に低減される。このため、ゲート電極部の寸法
変動は極めて少なくなり、ゲート電極部の密度が高い場
合にも容易に加工でき、トランジスタ特性のばらつきが
低減され,特にパンチスルー耐性の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための工程順の断
面図である。
【図2】従来の半導体装置をその製造方法に沿って説明
するための工程順の断面図である。
【図3】従来の半導体装置の問題点を説明するためのグ
ラフである。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102,202 チャネルストッパ 103,203 フィールド酸化膜 104,204 ゲート酸化膜 105,205 ポリシリコン膜 106,206 金属シリサイド膜 107 窒化チタン膜 108,208 シリコン酸化膜 109,209,209a レジストパターン 110,210,210a ポリサイドゲート電極部 111,211 n- 拡散領域 112,212 スペーサ 113,213 n+ 拡散領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンMOS半導体装置のゲート絶縁
    膜上に設けられたゲート電極部が、 前記ゲート絶縁膜に直接に接して設けられたポリシリコ
    ン膜からなる第1の導電膜と、 前記第1の導電膜上に設けられた窒化チタン膜,チタン
    ・タングステン膜,およびチタン膜のうちの1からなる
    第2の導電膜と、 前記第2の導電膜上に設けられた化学気相成長による第
    1のシリコン酸化膜とからなることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ゲート電極部が、前記第1の導電膜
    と前記第2の導電膜との間に、金属シリサイド膜からな
    る第3の導電膜を有することを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極部の側壁に、化学気相成
    長による第2のシリコン酸化膜からなるスペーサを有す
    ることを特徴とする請求項1,あるいは請求項2記載の
    半導体装置。
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