JPH0677478A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高融点金属シリサイド膜と絶縁膜との密着性
を改良した半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 シリコン基板本体１の上に、ゲート絶縁膜２
等を介して高融点金属シリサイド膜４を形成し、高融点
金属シリサイド膜４の上に、化学量論的組成式に基づく
シリコン含有率よりも高いシリコン含有率を有するＳｉ
リッチ型絶縁膜例えばＳｉリッチ型シリコン酸化膜７等
を堆積する。これにより、電極の不純物濃度を減少させ
ることなく、膜剥がれのない、かつ低抵抗の電極配線を
有する高性能の半導体装置を製造できる。さらに、Ｓｉ
リッチ型シリコン酸化膜７の上に化学量論的組成式の組
成に近い保護用シリコン酸化膜９を形成すると、外部か
らの不純物の侵入に起因する電極内部やゲート酸化膜等
の劣化を防止することができる。シリコン酸化膜だけで
なくシリコン窒化膜等にも適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の上方に電
極，配線等となる高融点金属シリサイド膜を設けた半導
体装置及びその製造方法に係り、特に高融点金属シリサ
イド膜とその上の絶縁膜との密着性の改良対策に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、半導体素子が高集積化された
大規模ＬＳＩ等の半導体装置では、ある回路素子から他
の回路素子へ信号を伝達する配線の電気抵抗が半導体装
置の速度を決定する大きな要因となっている。そこで、
トランジスタの電極でありかつ素子間を直接配線として
連結する配線材料としては、電気抵抗が低いことがまず
要求される。かかる電気抵抗の低い配線材料として高融
点金属シリサイドがあり、この高融点金属シリサイド
は、多結晶シリコンに比べて低抵抗で、また、金属配線
を多層化する製造方法よりも低コストで配線層が実現で
きるという利点を有するため、最近では配線材料として
頻繁に用いられている。

【０００３】この高融点金属シリサイドに属する物質に
は、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉx ）、チタンシリ
サイド（ＴｉＳｉx ）、タングステンシリサイド（ＷＳ
ｉx）等があり、それぞれ多結晶シリコンよりも低抵抗
で、容易に膜を形成することもできる。ただし、これら
の材料は酸化されやすく、また、タングステン（Ｗ）等
の高融点金属成分が酸化膜中に拡散して反応し、半導体
素子の特性を劣化させたり膜の剥離を起こす等の問題か
ら、直接ゲート絶縁膜等に接触させずに、絶縁膜との間
に多結晶シリコン膜を介在させた積層構造とすることが
多い。

【０００４】図１６に、第１の従来例として、ＭＯＳ型
半導体装置に高融点金属シリサイド膜を適用した半導体
装置Ａの断面図を示す。シリコン基板本体１上に二酸化
シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるゲート絶縁膜２（厚さ５
ｎｍ〜１６ｎｍ）をシリコンの酸化により形成し、さら
に多結晶シリコン膜３（厚さ５０〜２００ｎｍ）を形成
して、例えば砒素などのゲート不純物をイオン注入によ
り注入エネルギー４０ｋｅＶ、注入ドーズ量４〜８×１
０¹⁵ｃｍ^-3なる条件で導入し、つづいて、タングステン
シリサイド膜４（ＷＳｉx ）（厚さ５０〜２００ｎｍ）
を積層する。タングステンシリサイド膜４を堆積した
後、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により二酸化シリコン
（ＳｉＯ2 ）からなるシリコン酸化膜５（厚さ５０〜２
００ｎｍ）を形成する。さらに、パターニングを行っ
て、多結晶シリコン膜３とタングステンシリサイド膜４
とシリコン酸化膜５とを順次エッチングすることにより
ゲート電極を形成する。さらに、以後の工程で、不純物
の活性化，高融点金属シリサイド膜４の結晶化および層
間膜の平坦化を目的として、８５０℃〜９５０℃の温度
下で熱処理が加えられる。

【０００５】ここで、図１６で、ゲート絶縁膜２とタン
グステンシリサイド膜４とが直接接していると、タング
ステンが二酸化シリコンと反応を起こし、ゲート−ソー
ス間やゲート−ドレイン間のリーク電流の原因となった
り、またゲート絶縁膜の信頼性を劣化させたりする。そ
こで、タングステンシリサイド膜４とゲート絶縁膜２と
の間に、不純物を導入した多結晶シリコン膜３を介在さ
せて、この多結晶シリコン膜３とタングステンシリサイ
ド膜４との積層膜でゲート電極を構成するようにしてい
る。

【０００６】また、タングステンシリサイド膜４を堆積
した後、その上にシリコン酸化膜５を形成するのは、以
後の熱処理工程においてタングステンシリサイド膜４が
急激に酸化されて各配線間やソース−ドレイン間が短絡
したり、他のイオン注入工程時にゲートに不純物が導入
されるのを防ぐためである。

【０００７】なお、例えば特開昭６３−７６４７９号公
報に開示されるごとく、タングステンシリサイド膜４の
上にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜を堆
積することにより、高融点金属シリサイド膜の酸化を防
止しようとするものもあるが、そうすると、シリサイド
膜の上に多結晶シリコン膜が残る構造となるために、多
結晶シリコン膜に配線とのコンタクトを形成しなければ
ならない。したがって、高融点金属シリサイド膜の低抵
抗という利点が十分発揮できない虞れがある。そこで、
上述のごとく、高融点金属シリサイド膜の上にシリコン
酸化膜を堆積するようにしている。

【０００８】図１７は、シリコン酸化膜５からシリコン
基板本体１までの酸素（Ｏ）とｎ型不純物である砒素
（Ａｓ）の濃度プロファイルを示す。砒素（Ａｓ）など
のｎ形の不純物は、酸化膜との界面に蓄積されやすいと
いう性質があり、ここでは、ゲート絶縁膜２（ＳｉＯ2
）と多結晶シリコン膜３（polyＳｉ）との界面、及び
タングステンシリサイド膜４（ＷＳｉx ）とシリコン酸
化膜５（ＳｉＯ2 ）との界面で砒素（Ａｓ）の濃度が高
くなっている。

【０００９】また、図２０は、上記図１６と同じ半導体
装置の構成において、ｎ型不純物の代わりにｐ型不純物
であるボロンのイオンをゲート不純物として導入した場
合におけるボロン（Ｂ）及び酸素（Ｏ）の濃度のプロフ
ァイルを示す。同図に示されるように、ボロン（Ｂ）
は、熱処理後のタングステンシリサイド膜４中や多結晶
シリコン膜３中での分布状態が砒素とは異なっている。
すなわち、ボロン（Ｂ）はタングステンシリサイド膜４
（ＷＳｉx ）とシリコン酸化膜５（ＳｉＯ2 ）との間の
界面に蓄積され、特に多結晶シリコン膜３（polyＳｉ）
中における濃度が低くなっている。これは、タングステ
ンシリサイド膜４とシリコン酸化膜５との熱収縮率の差
が大きいことから、イオン注入後の熱処理によってタン
グステンシリサイド膜４とシリコン酸化膜５との間の界
面に応力が集中し、界面付近のタングステンシリサイド
膜４の構造が乱れ、この乱れた領域にボロンが凝集しや
すくなるためである。また、タングステンシリサイド膜
４に比べ、多結晶シリコン膜３のボロンの固溶限は小さ
いので、多結晶シリコン膜３内のボロンはタングステン
シリサイド膜４側に吸い出されて拡散して行き、その結
果、多結晶シリコン膜３の内部のボロン（Ｂ）の濃度が
低下する。すなわち、ボロンの方が界面への不純物の凝
集作用が砒素よりも大きくなる傾向がある。

【００１０】なお、ここではタングステンシリサイド膜
をゲート電極の一部として使用しているが、モリブデン
シリサイド膜やチタンシリサイド膜を使用している場合
の製造工程も同様である。

【００１１】また、図１８は、第２の従来例を示し、タ
ングステンシリサイド膜４を堆積した後、窒化シリコン
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）からなるシリコン窒化膜６（厚さ５０〜
２００ｎｍ）を形成してなる半導体装置Ａの断面図を示
す。すなわち、上記第１の従来例におけるタングステン
シリサイド膜４上のシリコン酸化膜５の代わりにシリコ
ン窒化膜６を形成したものである。図１９は、シリコン
窒化膜６からシリコン基板本体１までの窒素（Ｎ）と砒
素（Ａｓ）の濃度プロファイルを示す。図１７と同様
に、ゲート絶縁膜２（ＳｉＯ2 ）と多結晶シリコン膜３
（polyＳｉ）との界面、及びタングステンシリサイド膜
４（ＷＳｉx ）とシリコン窒化膜６（Ｓｉ3 Ｎ4 ）との
界面で砒素（Ａｓ）の濃度が高くなっている。したがっ
て、第２の従来例においても、上記第１の従来例と同様
の傾向がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、高融点
金属シリサイド膜例えばタングステンシリサイド膜４の
上にシリコン酸化膜５を形成するような構造において
は、下記のような原因で膜剥がれが生じ易くなるという
問題がある。

【００１３】（１） 上述の工程でタングステンシリサ
イド膜４中に注入されたゲート不純物が、その後の熱処
理によって、タングステンシリサイド膜４とシリコン酸
化膜５との界面近傍に拡散してきて蓄積する。このゲー
ト不純物の界面への蓄積によって、タングステンシリサ
イド膜４中のタングステンとシリコン酸化膜５の中のシ
リコンとの反応が起こりにくくなるために、両者間の密
着性が悪くなり、膜剥がれが生じやすくなる。したがっ
て、このような膜剥がれを回避するために、ゲート不純
物の注入量を制限しなければならなくなり、その結果、
ＭＯＳ型半導体装置についてはゲートが空乏化して特性
が劣化するという問題があった。特に、ｐ型不純物をゲ
ートに導入した場合、多結晶シリコン膜３の内部のボロ
ン濃度が低下するので、ＣＭＯＳ型半導体装置について
は、特にゲートの空乏化が大きくなる。

【００１４】（２） タングステンシリサイド膜４とシ
リコン酸化膜５とでは、熱収縮率の差が大きいために、
その後の熱処理によって、タングステンシリサイド膜４
とシリコン酸化膜５との界面に応力が集中し、膜剥がれ
が生じやすくなる。

【００１５】（３） タングステンシリサイド膜４の上
方からゲート不純物のイオンを直接注入すると、このイ
オンの注入によって荒らされたタングステンシリサイド
膜４の表面が露出しているために、後の熱処理や酸化の
工程で異常酸化が生じやすくなる。

【００１６】なお、これらの問題は、タングステンシリ
サイドの代わりにモリブデンシリサイドおよびチタンシ
リサイドを用いても同様に存在し、また、上述のように
シリコン酸化膜５の代わりにシリコン窒化膜を用いても
同様に存在する。

【００１７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、半導体装置及びその製造方法とし
て、半導体基板の上方に高融点シリサイド膜を設け、こ
の高融点金属シリサイド膜の上にシリコン化合物からな
る絶縁膜を設けるとともに、この絶縁膜の組成を化学量
論的組成よりもシリコンリッチな組成とすることによ
り、高融点金属シリサイドと絶縁膜との密着性を改良す
ることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、半導体装置とし
て、半導体基板の上方に形成され、タングステン，モリ
ブデン，チタン等の高融点金属とシリコンとの化合物か
らなる高融点金属シリサイド膜と、上記高融点金属シリ
サイド膜の上に形成され、シリコン元素と他の元素との
化合物からなり、シリコン元素の含有率が当該化合物の
化学量論的組成式に基づく含有率よりも高いＳｉリッチ
型絶縁膜とを設ける構成としたものである。

【００１９】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明において、上記半導体基板の上方に多結晶シ
リコン膜を設け、上記高融点金属シリサイド膜は、上記
多結晶シリコン膜の上に積層されたものとする。そし
て、多結晶シリコン膜及び高融点金属シリサイド膜が一
体的に電極，配線として機能するように構成したもので
ある。

【００２０】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２の発明において、上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の
上に、Ｓｉリッチ型絶縁膜と同じ化合物からなり、シリ
コン元素の含有率が上記Ｓｉリッチ型絶縁膜のシリコン
元素の含有率よりも化学量論的組成式に基づく含有率に
近い保護用絶縁膜を設けたものである。

【００２１】請求項４の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２の発明において、上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の
Ｓｉ含有率を、上部に向うにつれて化学量論的組成式に
基づく含有率に連続的に近付くように構成したものであ
る。

【００２２】請求項５の発明の講じた手段は、上記請求
項１，２，３又は４の発明において、上記Ｓｉリッチ型
絶縁膜を、化学量論的組成式がＳi Ｏ2 で表されるシリ
コン酸化膜にシリコン元素を過剰に含有させる構成とし
たものである。

【００２３】請求項６の発明の講じた手段は、上記請求
項１、２，３又は４の発明において、上記Ｓｉリッチ型
絶縁膜を、化学量論的組成式がＳｉ3 Ｎ4 で表されるシ
リコン窒化膜にシリコン元素を過剰に含有させる構成と
したものである。

【００２４】請求項７の発明の講じた手段は、上記請求
項１，３，４，５又は６の発明において、半導体装置
は、少なくとも一つのＣＭＯＳトランジスタを備えたも
のとする。そして、上記半導体基板の上に形成されたゲ
ート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に形成された多結晶
シリコン膜とを設ける。さらに、上記高融点金属シリサ
イド膜を、上記多結晶シリコン膜の上に積層し、上記多
結晶シリコン膜及び高融点金属シリサイド膜が上記ＣＭ
ＯＳトランジスタのゲート電極として機能するように構
成したものである。

【００２５】請求項８の発明の講じた手段は、半導体装
置の製造方法として、半導体基板の上方に高融点金属シ
リサイド膜を形成した後、上記高融点金属シリサイド膜
の上に、シリコン元素と他の元素との化合物からなり、
シリコン元素の含有率が当該化合物の化学量論的組成式
に基づく含有率よりも高いＳｉリッチ型絶縁膜を形成す
るようにした方法である。

【００２６】請求項９の発明の講じた手段は、上記請求
項８の方法において、上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成工
程を、化学量論的組成式がＳi Ｏ2 で表されかつシリコ
ン元素を過剰に含有するＳｉリッチ型シリコン酸化膜を
形成するように行う。さらに、上記Ｓｉリッチ型シリコ
ン酸化膜を形成した後に不純物イオンを高融点金属シリ
サイド膜中に注入する工程と、上記不純物イオンの注入
工程の後にシリコン酸化膜の上部を酸化する工程とを設
けたものである。

【００２７】請求項１０の発明の講じた手段は、上記請
求項８の方法において、上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成
工程を、化学量論的組成式がＳｉ3 Ｎ4 で表されかつシ
リコン元素を過剰に含有するＳｉリッチ型シリコン窒化
膜を形成するように行う。さらに、上記Ｓｉリッチ型シ
リコン窒化膜を形成した後に不純物イオンを高融点金属
シリサイド膜中に注入する工程と、上記不純物イオンの
注入工程の後にシリコン窒化膜の上部を窒化する工程と
を設けた方法である。

【００２８】請求項１１の発明の講じた手段は、半導体
装置の製造方法として、ジクロールシランと六弗化タン
グステンとの混合ガスを熱分解して、半導体基板の上に
タングステンシリサイド膜を形成する工程と、その後、
六弗化タングステンガスの供給を停止する一方、亜酸化
窒素ガスを導入し、ジクロールシランガスと亜酸化窒素
ガスとの混合ガスを熱分解させて、上記タングステンシ
リサイド膜の上にシリコン酸化膜を積層する工程とを設
けたものである。

【００２９】請求項１２の発明の講じた手段は、半導体
装置の製造方法として、ジクロールシランと六弗化タン
グステンとの混合ガスを熱分解して、半導体基板の上に
タングステンシリサイド膜を形成する工程と、その後、
六弗化タングステンガスの供給を停止する一方、アンモ
ニアガスを導入し、ジクロールシランガスとアンモニア
ガスとの混合ガスを熱分解させて、上記タングステンシ
リサイド膜の上にシリコン窒化膜を積層する工程とを設
けた方法である。

【００３０】請求項１３の発明の講じた手段は、上記請
求項８の方法において、高融点金属シリサイド膜の形成
工程を、ジクロールシランと六弗化タングステンとの混
合ガスを熱分解して、半導体基板の上にタングステンシ
リサイド膜を形成するように行う。そして、Ｓｉリッチ
型絶縁膜の形成工程を、タングステンシリサイド膜を形
成した後、六弗化タングステンガスの供給を停止する一
方、亜酸化窒素ガスを導入し、ジクロールシランガスと
亜酸化窒素ガスとの混合ガスを熱分解させて、上記タン
グステンシリサイド膜の上にシリコン酸化膜を積層する
ように行う方法である。

【００３１】請求項１４の発明の講じた手段は、上記請
求項８の発明の方法において、高融点金属シリサイド膜
の形成工程を、ジクロールシランと六弗化タングステン
との混合ガスを熱分解して、半導体基板の上にタングス
テンシリサイド膜を形成するように行う。そして、Ｓｉ
リッチ型絶縁膜の形成工程を、タングステンシリサイド
膜を形成した後、六弗化タングステンガスの供給を停止
する一方、アンモニアガスを導入し、ジクロールシラン
ガスとアンモニアガスとの混合ガスを熱分解させて、上
記タングステンシリサイド膜の上にシリコン窒化膜を積
層するよう行う方法である。

【００３２】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、Ｓｉ
リッチ型絶縁膜中ではシリコン原子の結合手が余ってい
るので、不純物が高融点金属シリサイド膜から拡散して
くると、高融点金属シリサイド膜とＳｉリッチ型絶縁膜
との境界面に凝集することなく、Ｓｉリッチ型絶縁膜内
に拡散される。したがって、高融点金属シリサイド膜と
Ｓｉリッチ型絶縁膜との界面では不純物濃度が低く維持
され、高融点金属とシリコンとの反応が不純物により阻
害されることなく行われる。また、Ｓｉリッチ型絶縁膜
のシリコン元素の含有率が高くなると、組成が多結晶シ
リコンの組成に近付くことで、Ｓｉリッチ型絶縁膜と高
融点金属シリサイド膜との熱収縮率の差は、化学量論的
組成式に基づく組成を有する絶縁膜と高融点金属シリサ
イド膜との熱収縮率の差よりも小さい。したがって、高
融点金属シリサイド膜とＳｉリッチ型絶縁膜との密着性
は良好である。

【００３３】請求項２の発明では、特に多結晶シリコン
と高融点金属シリサイド膜との積層膜からなるいわゆる
ポリサイド構造を有する電極，配線等では、ｐ型不純物
が多結晶シリコンから高融点金属シリサイド膜に移動拡
散しやすく、特に上方の絶縁膜との界面に凝集する虞れ
が大きいが、かかる場合にも、不純物が容易にＳｉリッ
チ型絶縁膜内に拡散するので、不純物の界面への凝集が
回避され、高融点金属シリサイド膜とＳｉリッチ型絶縁
膜との密着性も良好である。

【００３４】請求項３の発明では、保護用絶縁膜は、化
学量論的組成式に基づく組成に近い組成を有しており、
シリコン原子の結合手の余剰が少ないので、高融点金属
シリサイド膜中の高融点金属元素や下方から拡散してき
た不純物の上方への放散が阻止されるとともに、外部か
らの不純物の侵入が阻止される。したがって、半導体装
置各部の特性が良好に維持されることになる。

【００３５】請求項４の発明では、Ｓｉリッチ型絶縁膜
において、下部ではシリコン元素の含有率が高く、上部
ではシリコン元素の含有率が化学量論的組成式に基づく
含有率に近いので、上記請求項３の発明と同様に、下部
では高融点金属との密着性が良好に維持され、上部で
は、不純物等の侵入や放散が阻止される。

【００３６】請求項５の発明では、二酸化シリコンの化
学量論的組成式に基づく組成を有するシリコン酸化膜に
は拡散し難い砒素やボロン等の不純物が、Ｓｉリッチ型
シリコン酸化膜には容易に拡散する。したがって、上記
各発明の作用が得られることになる。

【００３７】請求項６の発明では、窒化シリコンの化学
量論的組成式に基づく組成を有するシリコン窒化膜中に
は拡散し難い砒素等の不純物が、Ｓｉリッチ型シリコン
窒化膜内には容易に拡散する。したがって、上記各発明
の作用が得られることになる。

【００３８】請求項７の発明では、ＣＭＯＳ型トランジ
スタの場合、ｎチャネルＭＯＳ素子にはｎ型不純物が、
ｐチャネルＭＯＳにはｐ型不純物がそれぞれ導入され
る。その際、ｐ型不純物とｎ型不純物とで高融点金属シ
リサイド膜内における拡散の挙動が異なり、特にｐ型不
純物は多結晶シリコン膜から高融点シリサイド膜に移動
しやすい性質を有するが、かかる場合にも、不純物の界
面への凝集が回避されるので、高融点金属シリサイド膜
とＳｉリッチ型絶縁膜との密着性は良好である。

【００３９】請求項８の発明では、Ｓｉリッチ型絶縁膜
を形成した後に高融点シリサイド膜から拡散してくる不
純物がＳｉリッチ型絶縁膜内に容易に拡散する。また、
Ｓｉリッチ型絶縁膜と高融点金属シリサイド膜との熱収
縮率の差は比較的小さいので、熱処理の際等に界面に加
わる応力も小さい。したがって、高融点シリサイド膜と
Ｓｉリッチ型絶縁膜との密着性は良好であり、半導体装
置の製造も容易である。

【００４０】請求項９又は１０の発明では、工程の都合
上、高融点金属シリサイド膜を形成してから不純物イオ
ンの注入を行う場合にも、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜
又はＳｉリッチ型シリコン窒化膜が堆積された状態で不
純物イオンが注入されるので、高融点金属シリサイド膜
の表面が荒らされることがない。したがって、後の熱処
理や酸化の工程で異常酸化が生じにくくなる。

【００４１】請求項１１又は請求項１２の発明では、タ
ングステンシリサイド膜とシリコン酸化膜又はシリコン
窒化膜とが同じジクロールシランガス含む混合ガスによ
り形成されるので、両者の堆積温度がほぼ同じとなり、
その結果、熱処理を行う際に両者の収縮率の差が小さく
なって、両者の密着性が良好となる。また、同じＣＶＤ
装置内で連続的に堆積することが可能となるので、タン
グステンシリサイド膜の形成後、シリコン酸化膜又はシ
リコン窒化膜を形成する前にいったん大気中にさらす場
合にしばしば生じるタングステンシリサイド膜の異常酸
化が阻止される。したがって、タングステンシリサイド
膜の異常酸化に起因する結晶粒の破壊が回避されること
になる。

【００４２】請求項１３又は１４の発明では、高融点金
属シリサイド膜であるタングステンシリサイド膜とＳｉ
リッチ型絶縁膜（Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜又はＳｉ
リッチ型シリコン窒化膜）との間で、不純物の界面への
凝集が回避され、かつ熱収縮率の差が小さくなるので、
タングステンシリサイド膜とＳｉリッチ型絶縁膜との密
着性は極めて良好である、また、タングステンシリサイ
ド膜の異常酸化による結晶粒の破壊も回避されるので、
半導体装置の特性も良好である。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
き説明する。

【００４４】（実施例１）まず、ＭＯＳ型トランジスタ
のゲート電極の製造方法に関する実施例１について、図
１及び図２に基づき説明する。

【００４５】図１（ａ）及び（ｂ）は、ＭＯＳ型トラン
ジスタのゲート電極の製造工程における半導体装置Ａの
断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、シリコ
ン基板本体１上に二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる
ゲート絶縁膜２（厚さ５ｎｍ〜１６ｎｍ）を酸化により
形成し、さらにその上に多結晶シリコン膜３（厚さ５０
〜２００ｎｍ）を形成する。そして、多結晶シリコン膜
３の上方から、例えば砒素などのゲート不純物のイオン
を、注入エネルギー４０ｋｅＶ、注入ドーズ量４×１０
¹⁵ｃｍ^-3なる条件で注入し、つづいて、タングステンシ
リサイド膜４（厚さ５０〜２００ｎｍ）を積層する。

【００４６】次に、図１（ｂ）に示すように、タングス
テンシリサイド膜４の上に、ＣＶＤ法により、化学量論
的組成式（ＳｉＯ2 ）に基づくシリコン元素と酸素元素
との組成比（１：２）よりもシリコン元素の含有率が高
い組成比を有するＳｉリッチ型シリコン酸化膜７（厚さ
５０〜２００ｎｍ）を形成する。このＳｉリッチ型シリ
コン酸化膜７の組成式はＳｉＯx1（x1＝１〜１．５）で
表され、上述の第１の従来例におけるシリコン酸化膜５
のシリコン元素と酸素元素との組成比、つまり二酸化シ
リコンの化学量論的組成式ＳｉＯ2 に基づく組成比
（１：２）よりもシリコン含有率が高い組成比（１：１
〜１．５）となっている。ここで、このＳｉリッチ型シ
リコン酸化膜７は、ＣＶＤ処理を行う際に導入ガスの流
量比を適当に設定することによって、容易に形成され
る。例えば、シランガス（ＳｉＨ4 ）の流量を０．１ｌ
／分間とし、亜酸化窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）の流量を０．８
ｌ／分間として、それぞれ反応炉へ導入して、圧力０．
３Ｔｏｒｒ、温度８４０℃の条件でガスを分解し、シリ
コン酸化膜を堆積させると、シリコン元素と酸素元素と
の組成比が１対２である二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の
膜が成長するが、亜酸化窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）の流量を
０．４〜０．６ｌ／分に下げて、他の条件は上述の条件
と同一の条件でＣＶＤ処理を行うことにより、シリコン
元素と酸素元素との組成比が１対１〜１．５であるＳｉ
リッチ型シリコン酸化膜７が成長する。

【００４７】その後、上記従来例と同様に、パターニン
グを行って、多結晶シリコン膜３とタングステンシリサ
イド膜４とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７を順次エッチ
ングすることによりゲート電極を形成する。さらに、そ
の後の工程で、不純物の活性化や高融点金属シリサイド
膜４の結晶化および層間膜の平坦化のために８５０℃〜
９５０℃の熱処理が加えられる。

【００４８】図２は、実施例１による半導体装置ＡのＳ
ｉリッチ型シリコン酸化膜７（ＳｉＯx1）からシリコン
基板本体１（Ｓｉ）までの酸素（Ｏ）と砒素（Ａｓ）の
濃度プロファイルを示す。タングステンシリサイド膜４
（ＷＳｉx ）とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７（ＳｉＯ
x1）との界面における砒素（Ａｓ）の濃度は従来のゲー
ト電極の同一領域における砒素（Ａｓ）の濃度（上述の
図１７参照）と比較して低くなっている。

【００４９】このように、タングステンシリサイド膜４
の上に、シリコン元素の含有率が高いＳｉリッチ型シリ
コン酸化膜７（ＳｉＯx1；x1＝１〜１．５）を形成する
ことによって、下記のような効果が得られる。すなわ
ち、化学量論的組成式ＳｉＯ2に基づく組成比からなる
シリコン酸化膜がタングステンシリサイド膜の上に形成
されている場合には、シリコン原子と酸素原子が安定し
て結合しているために、タングステンシリサイド膜側か
ら拡散してきたゲート不純物はシリコン酸化膜内に拡散
し難く、タングステンシリサイド膜とシリコン酸化膜と
の界面に凝集することになる。それに対し、上記実施例
１の構造では、下方から拡散してくるゲート不純物が、
Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７中で酸素と結合していな
いシリコンの結合手と結合できるようになり、界面に遍
在するゲート不純物の濃度が小さくなる。従って、界面
付近でタングステンとシリコンとが反応し易くなるため
に、タングステンシリサイド膜４とＳｉリッチ型シリコ
ン酸化膜７との密着性は良好である。また、タングステ
ンシリサイド膜４とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７の熱
収縮率の差も小さいので、熱処理の際等に界面に加わる
応力も小さい。これらの効果により、膜剥がれが起こり
難くなるのである。

【００５０】また、その結果、従来よりも、多結晶シリ
コン膜３に注入されるゲート不純物の濃度が高くなって
も膜剥がれを回避しうるので、膜剥がれ回避のためにゲ
ート不純物の注入量を制限する必要はなくなり、ＭＯＳ
型半導体装置におけるゲートの空乏化を防止することが
できるのである。

【００５１】なお、タングステンシリサイド膜のシリコ
ン含有率は変化させていないので、配線金属との接触抵
抗が高くなるという問題を生じることはない。

【００５２】なお、上記実施例１はＭＯＳ型トランジス
タを搭載した半導体装置Ａを例に採って説明したが、バ
イポーラトランジスタを搭載した半導体装置では、バイ
ポーラトランジスタのエミッタ電極に、本発明の高融点
金属シリサイド膜（及び多結晶シリコン膜）とＳｉリッ
チ型シリコン酸化膜との積層構造を適用することによ
り、エミッタ不純物の注入量を制限する必要がないの
で、ｎｐｎ形トランジスタの電流増幅率を増大できると
いう効果がある。

【００５３】次に、上記実施例１におけるｎ型不純物で
ある砒素の代わりにｐ型不純物でああるボロンのイオン
を注入した場合について説明する。

【００５４】図３は、図１（ａ），（ｂ）と同じ工程及
び同じ構造において、多結晶シリコン膜３の上からボロ
ンイオンを、注入エネルギー１０ｋｅＶ、注入ドーズ量
４×１０¹⁵ｃｍ^-3なる条件で注入した場合におけるボロ
ン（Ｂ）及び酸素（Ｏ）の濃度プロファイルを示す。す
なわち、タングステンシリサイド膜４（ＷＳｉx ）とＳ
ｉリッチ型シリコン酸化膜７（ＳｉＯx1）との界面にお
けるボロン（Ｂ）の濃度は従来の場合（図２０参照）と
比べ、ピーク的に上昇することはなく、界面への不純物
の凝集がないことを示している。また、従来のように界
面への凝集を緩和すべくボロンイオンのドーズ量を低減
する必要もないので、多結晶シリコン膜３内における不
純物濃度も十分高く維持されている。したがって、ｐ型
不純物に対しても、上記実施例１と同様の効果があるこ
とがわかる。

【００５５】（実施例２）次に、実施例２について、図
４及び図５に基づき説明する。

【００５６】図４は、実施例２におけるＭＯＳトランジ
スタを搭載した半導体装置Ａの断面構造を示し、ゲート
絶縁膜２，多結晶シリコン膜３及びタングステンシリサ
イド膜４の構造及び形成方法は、上記実施例１（図１
（ａ）参照）の場合と同様である。

【００５７】ここで、本実施例では、タングステンシリ
サイド膜４の上に、ＣＶＤ法により上記実施例１と同様
の組成を有するＳｉリッチ型シリコン酸化膜７（ＳｉＯ
x1；x1＝１〜１．５，厚さ３０〜１００ｎｍ）を形成し
た後、さらに、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７の上に、
シリコン元素と酸素元素とからなり、Ｓｉリッチ型シリ
コン酸化膜７における組成よりも二酸化シリコンの化学
量論的組成式ＳｉＯ2の組成に近い組成を有する保護用
シリコン酸化膜９（ＳｉＯx2；x2＝１．５〜２，厚さ５
０〜１００ｎｍ）を積層する。このＳｉリッチ型シリコ
ン酸化膜７及び保護用シリコン酸化膜９は、上記実施例
１で説明したごとく、ＣＶＤ処理の際に導入ガスの流量
を適当に設定することによって、容易に形成しうる。例
えば、シランガスの流量を０．１ｌ／分とし、亜酸化窒
素ガスの流量を０．４〜０．６１／分として、それぞれ
反応炉へ導入して、圧力０．３Ｔｏｒｒ、温度８４０℃
の条件でガスを分解し、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７
を堆積でき、同じ条件で、亜酸化窒素ガスの流量を０．
６〜０．８ｌ／分に増大することで、保護用シリコン酸
化膜９をＳｉリッチ型シリコン酸化膜７と連続的に積層
しうる。すなわち、同じ堆積シーケンスにおいて、亜酸
化ガスの流量を順次変えることにより、１工程で積層す
ることができる。

【００５８】なお、その後は、マスクのパターニングを
行って、多結晶シリコン膜３とタングステンシリサイド
膜４とシリコン酸化膜５を順次エッチングすることによ
りゲート電極を形成する。さらに、以後の工程で、不純
物の活性化，高融点金属シリサイド膜４の結晶化および
層間膜の平坦化を目的として、８５０℃〜９５０℃の熱
処理が加えられる。

【００５９】図５に、実施例２による半導体装置Ａの保
護用シリコン酸化膜９（ＳｉＯx2）からシリコン基板本
体１（Ｓｉ）に至る酸素（Ｏ）と砒素（Ａｓ）の濃度プ
ロファイルを示す。タングステンシリサイド膜４（ＷＳ
ｉx ）とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７（ＳｉＯx1）と
の界面の砒素（Ａｓ）の濃度は従来例と比較して低くな
っている。また、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７（Ｓｉ
Ｏx1）と保護用シリコン酸化膜９（ＳｉＯx2）との間の
界面に砒素（Ａｓ）が凝集することもない。

【００６０】したがって、実施例２においても、上記実
施例１と同様に、タングステンシリサイド膜４の上に、
シリコン元素の含有率が高いＳｉリッチ型シリコン酸化
膜７（ＳｉＯx1；x1＝１〜１．５）を形成することによ
って、タングステンシリサイド膜４とＳｉリッチ型シリ
コン酸化膜７との密着性は良好となり、熱収縮率の差も
小さいことから熱処理の際等に界面に加わる応力も小さ
いので、膜剥がれを防止しうる。

【００６１】加えて、本実施例２では、下記の効果が得
られる。すなわち、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７の上
に、さらに化学量論的組成式ＳｉＯ2 の組成に近い組成
を有する保護用シリコン酸化膜９（ＳｉＯx2；x2＝１．
５〜２）が形成されているので、保護用シリコン酸化膜
９によって、ゲート不純物である砒素（Ａｓ）や高融点
金属元素であるタングステンの外部への拡散が妨げられ
る。また、保護用シリコン酸化膜９中では、シリコンと
酸素とがＳｉリッチ型シリコン酸化膜７中におけるより
は安定して結合しているために、外部からの過剰な酸素
や不純物のタングステンシリサイド膜４への侵入が阻止
される。よって、タングステンシリサイド膜４中でタン
グステンが酸化されて抵抗が低下するのを防止しうると
ともに、イオン注入などによって外部から不純物が混入
して電極内部やゲート酸化膜を劣化させるのを防止しう
るのである。

【００６２】（実施例３）次に、実施例３について、図
６及び図７に基づき説明する。

【００６３】図６（ａ）及び（ｂ）は、実施例３に係る
半導体装置Ａの製造工程における断面構造を示し、ゲー
ト絶縁膜２，多結晶シリコン膜３及びタングステンシリ
サイド膜４の構造及び形成条件は上記実施例１と同様で
ある。

【００６４】ここで、本実施例では、図６に示すよう
に、タングステンシリサイド膜４の上に、ＣＶＤ法によ
り、化学量論的組成式Ｓｉ3 Ｎ4 に基づく組成よりも、
シリコンリ含有率が高い組成を有するＳｉリッチ型シリ
コン窒化膜１０（ＳｉＮy1；y1＝０．８〜１，厚さ５０
〜２００ｎｍ、）を形成する。このＳｉリッチ型シリコ
ン窒化膜１０は、ＣＶＤ処理の際に導入ガスの流量比を
適当に設定することによって可能である。例えば、ジク
ロールシランガス（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）の流量を０．０７
ｌ／分とし、アンモニアガス（ＮＨ3 ）の流量を０．７
ｌ／分として、それぞれ反応炉へ導入して、圧力０．２
５Ｔｏｒｒ、温度７６０℃の条件でガスを分解し、シリ
コン窒化膜を堆積すると、シリコンと窒素の組成比が３
対４であるＳｉ3 Ｎ4 膜が成長するが、アンモニアガス
（ＮＨ3 ）流量を０．３〜０．５ｌ／分に下げて、他の
条件は上述の条件と同一としてＣＶＤ処理を行うことに
より、シリコンＳｉと窒素Ｎとの組成比が１対０．８〜
１であるＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０が堆積され
る。

【００６５】その後、従来例と同様に、多結晶シリコン
膜３とタングステンシリサイド膜４とＳｉリッチ型シリ
コン窒化膜１０とを順次選択的にエッチングすることに
よりゲート電極を形成し、さらに、以後の工程で、不純
物の活性化等を目的として、８５０℃〜９５０℃の熱処
理が加えられる。

【００６６】図７に、第３の実施例による半導体装置Ａ
のＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０（ＳｉＮy1）からシ
リコン基板１（Ｓｉ）までの窒素（Ｎ）と砒素（Ａｓ）
の濃度プロファイルを示す。タングステンシリサイド膜
４（ＷＳｉx ）とＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０（Ｓ
ｉＮy1）との界面における砒素（Ａｓ）の濃度は従来例
と比較して低くなっている。

【００６７】したがって、本実施例３では、タングステ
ンシリサイド膜４の上に、Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜
１０（ＳｉＮy1；y1＝０．８〜１）を形成することによ
って、タングステンシリサイド膜４中の砒素（Ａｓ）等
のゲート不純物が、Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜１０中
で窒素と結合していないシリコンの結合手と結合できる
ようになる。このため、タングステンシリサイド膜１０
から拡散するゲート不純物が容易にＳｉリッチ型シリコ
ン窒化膜１０中に拡散し、界面に蓄積されるゲート不純
物の濃度が小さくなる。従って、界面付近でタングステ
ンとシリコンとが反応し易くなるため、タングステンシ
リサイド膜４とＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０との密
着性が改善され、また、タングステンシリサイド膜４と
Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜１０との熱収縮率の差も小
さくなるので、界面での応力が緩和される。これらの効
果により、膜剥がれが起こり難くなる。

【００６８】これによって、上記実施例１と同様に、Ｍ
ＯＳ型半導体装置におけるゲートの空乏化による特性の
劣化を防止し、バイポーラ形半導体装置におけるｎｐｎ
形トランジスタの電流増幅率の増大を図ることができ
る。

【００６９】（実施例４）次に、実施例４について、図
８及び図９を参照しながら説明する。

【００７０】図８は、実施例４における半導体装置Ａの
断面図を示す。シリコン基板本体１上には、上記実施例
１と同様の条件によって、ゲート絶縁膜２，多結晶シリ
コン膜３及びタングステンシリサイド膜４が形成されて
いる。

【００７１】ここで、本実施例では、タングステンシリ
サイド膜４の上に、上記実施例３と同様の構造を有する
Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜１０（厚さ５０〜２００ｎ
ｍ、ＳｉＮy1；y1＝０．８〜１）を形成し、さらに、Ｓ
ｉリッチ型シリコン窒化膜１０の上に、シリコン元素と
窒素元素との組成比がＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０
よりは化学量論的組成式Ｓｉ3 Ｎ4 に基づく組成比に近
い保護用シリコン窒化膜１２（ＳｉＮy2；y2＝１〜１．
３３，厚さ５０〜１００ｎｍ）を積層する。上記Ｓｉリ
ッチ型シリコン窒化膜１０及び保護用シリコン窒化膜１
２は、ＣＶＤ処理の際に、導入ガスの流量を適当に設定
することによって容易に形成される。例えば、ジクロー
ルシランガスの流量を０．０７ｌ／分とし、アンモニア
ガスの流量を０．３〜０．５ｌ／分として、それぞれ反
応炉へ導入して、圧力０．２５Ｔｏｒｒ、温度７６０℃
の条件でガスを分解してシリコン窒化膜を形成した後、
アンモニアガスの流量のみを０．５〜０．７ｌ／分に変
えることで、連続的に１工程で形成することができる。

【００７２】その後、パターニングを行って、多結晶シ
リコン膜３とタングステンシリサイド膜４とシリコン酸
化膜５を順次エッチングすることによりゲート電極を形
成し、さらに後の工程で、不純物の活性化等の目的で８
５０℃〜９５０℃の熱処理が加えられる。

【００７３】図９は、実施例４における半導体装置Ａの
保護用シリコン窒化膜１２（ＳｉＮy2）からシリコン基
板本体１（Ｓｉ）までの窒素（Ｎ）と砒素（Ａｓ）の濃
度プロファイルを示す。タングステンシリサイド膜４
（ＷＳｉx ）とＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０（Ｓｉ
Ｎy1）との界面の砒素濃度は従来例と比較して低くなっ
ている。

【００７４】したがって、本実施例４では、上記実施例
３と同様に、タングステンシリサイド膜４の上に、Ｓｉ
リッチ型シリコン窒化膜１０が形成されているので、上
記実施例３と同様の効果を発揮しうるとともに、さらに
Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜１０の上に保護用シリコン
窒化膜１２が形成されているので下記のような効果が得
られる。

【００７５】すなわち、保護用シリコン窒化膜１２によ
って、砒素（Ａｓ）等のゲート不純物やタングステンシ
リサイド膜４から拡散してきたタングステンの外部への
拡散が阻止される。さらに、保護用シリコン窒化膜１２
内では、シリコンと窒素がＳｉリッチ型シリコン窒化膜
１０内よりは安定して結合しているために、外部からの
過剰な酸素のタングステンシリサイド膜４中への拡散に
よってタングステンが酸化され、抵抗が低下するのを防
止しうるとともに、イオン注入等の際に外部から不純物
が混入して電極内部やゲート酸化膜を劣化させるのを防
止しうる。

【００７６】（実施例５）次に、実施例５について、図
９を参照しながら説明する。

【００７７】まず、図１０（ａ）に示すように、上記実
施例１と同様の条件で、シリコン基板本体１上に、ゲー
ト絶縁膜２（厚さ５ｎｍ〜１６ｎｍ）を酸化により形成
し、さらに多結晶シリコン膜３（厚さ５０〜２００ｎ
ｍ）およびタングステンシリサイド膜４（厚さ５０〜２
００ｎｍ）を積層する。そして、タングステンシリサイ
ド膜４の上に、ＣＶＤ法により、上記実施例１と同様の
条件で、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜７（厚さ２０〜５
０ｎｍ、ＳｉＯx1；x1＝１〜１．５）を形成する。

【００７８】さらに，図１０（ｂ）に示すように、例え
ば砒素（Ａｓ）などのゲート不純物のイオンを、注入エ
ネルギー４０ｋｅＶ、注入ドーズ量４×１０¹⁵ｃｍ^-3な
る条件で、シリコン基板の上方から注入する。

【００７９】続いて、図１０（ｃ）に示すように、Ｓｉ
リッチ型シリコン酸化膜７の表面を、例えば炉内温度が
８５０℃で２０分間電気炉にて酸化し、酸素の含有率を
増大させる。つまり、Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜の上
部を、化学量論的組成式ＳｉＯ2 に近い組成を有する保
護用シリコン酸化膜９（ＳｉＯx2；x2＝１．５〜２，厚
さ１０〜３０ｎｍ）に変える。このとき、注入されたゲ
ート不純物は多結晶シリコン膜３中に拡散して活性化さ
れ、イオン注入によって構造が乱されたタングステンシ
リサイド膜４とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７との再構
成が行われる。

【００８０】その後、パターニングを行って、多結晶シ
リコン膜３とタングステンシリサイド膜４，Ｓｉリッチ
型シリコン酸化膜７および保護用シリコン酸化膜９を順
次エッチングすることによりゲート電極を形成する。さ
らに、以後の工程で、不純物の活性化等の目的で８５０
℃〜９５０℃の熱処理が加えられる。

【００８１】本実施例５においても、図示しないが、半
導体装置Ａの保護用シリコン酸化膜９からシリコン基板
本体１までの酸素及び砒素の濃度プロファイルは、上記
図４に示す実施例２における濃度プロファイルと同様に
なる。すなわち、タングステンシリサイド膜４とＳｉリ
ッチ型シリコン酸化膜７との界面の砒素の濃度は従来例
と比較して低くなっている。

【００８２】したがって、本実施例５では、上記実施例
１及び実施例２と同様の効果を得ることができるととも
に、下記のような特有の効果が得られる。

【００８３】すなわち、タングステンシリサイド膜４の
表面にゲート不純物をイオン注入法により直接打ち込む
場合、従来は、イオン注入されて荒れたタングステンシ
リサイド膜４の表面が露出しているために、後の熱処理
や酸化の工程で異常酸化が起き易くなるという問題があ
った。それに対し、本実施例５では、タングステンシリ
サイド膜４の表面にＳｉリッチ型シリコン酸化膜７が被
覆された状態で、イオン注入法により高融点金属シリサ
イド膜中に不純物が導入されるので、後の熱処理や酸化
の工程で異常酸化が起きにくくなる。よって、半導体装
置Ａの品質の向上を図ることができる。

【００８４】（実施例６）次に、実施例６について、図
１１を参照しながら説明する。

【００８５】図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施例６に係る
ＭＯＳ型トランジスタを搭載した半導体装置Ａの製造工
程を示す断面図である。まず、図１１（ａ）に示すよう
に、上記実施例２と同様の条件によって、シリコン基板
本体１上にゲート絶縁膜２，多結晶シリコン膜３及びタ
ングステンシリサイド膜４を積層する。さらに、タング
ステンシリサイド膜４の上に、ＣＶＤ法により、上記実
施例２と同様の条件によって、Ｓｉリッチ型シリコン窒
化膜１０（ＳｉＮy1；y1＝０．８〜１，厚さ２０〜３０
ｎｍ）を形成する。このＳｉリッチ型シリコン窒化膜１
０は、ＣＶＤ処理の際に、上述の実施例３と同様にし
て、導入ガスの流量を適当に設定することによって、容
易に形成される。

【００８６】次に、図１１（ｂ）に示すように、例えば
砒素などのゲート不純物のイオンを、注入エネルギー４
０ｋｅＶ、注入ドーズ量４×１０¹⁵ｃｍ^-3なる条件で、
シリコン基板の上方から注入する。

【００８７】続いて、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｉ
リッチ型シリコン窒化膜１０の表面部を例えば炉内温度
が８５０℃で２０分間電気炉にて窒化し、窒素元素の含
有率を高める。つまり、Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜１
０の上部を、化学量論的組成式Ｓｉ3 Ｎ4 膜に近い組成
を有するシリコン窒化膜１２（ＳｉＮy2；y2＝１〜１．
３３，厚さ１０〜２０ｎｍ）に変える。このとき、注入
されたゲート不純物は多結晶シリコン膜３中に拡散して
活性化され、イオン注入によって構造が乱されたタング
ステンシリサイド膜４とシリコン窒化膜１０の再構成が
行われる。

【００８８】その後、パターニングを行って、多結晶シ
リコン膜３，タングステンシリサイド膜４，Ｓｉリッチ
型シリコン窒化膜１０および保護用シリコン窒化膜１２
を順次エッチングすることによりゲート電極を形成す
る。さらに、以後の工程で、不純物の活性化等のために
８５０℃〜９５０℃の熱処理が加えられる。

【００８９】図示しないが、実施例６における半導体装
置Ａの保護用シリコン窒化膜１２からシリコン基板本体
１までの窒素と砒素の濃度プロファイルは、図８に示す
実施例４における濃度プロファイルと同様になる。すな
わち、タングステンシリサイド膜４とシリコン窒化膜１
０との界面の砒素濃度は従来例と比較して低くなってい
る。

【００９０】したがって、本実施例６では、上記実施例
４と同様の効果が得られるとともに、下記の特有の効果
が得られる。

【００９１】すなわち、上記実施例５と同様に、タング
ステンシリサイド膜４の表面にゲート不純物をイオン注
入法により直接打ち込む場合、従来は、イオン注入され
て荒れたタングステンシリサイド膜４の表面が露出して
いるために、後の熱処理や酸化の工程で異常酸化が起き
易くなるという問題があったが、タングステンシリサイ
ド膜４の表面にＳｉリッチ型シリコン酸化膜１０が被覆
された状態で、不純物イオンが高融点金属シリサイド膜
中に注入されるために、後の熱処理や酸化の工程で異常
酸化が起きにくくなる。

【００９２】（実施例７）次に、実施例７について、図
１２及び図１３を参照しながら説明する。

【００９３】図１２は、実施例７に係るＭＯＳトランジ
スタを搭載した半導体装置Ａの断面図である。まず、上
記実施例１と同様に、シリコン基板本体１上にゲート絶
縁膜２及び多結晶シリコン膜３を形成した後、例えば砒
素などのゲート不純物のイオンを注入しておく（注入条
件は実施例１と同じ）。

【００９４】さらに、タングステンシリサイド膜４（厚
さ５０〜２００ｎｍ）を形成した後、このタングステン
シリサイド膜４の上に、化学量論的組成式ＳｉＯ2 に基
づく組成よりもシリコン元素の含有率が高い組成を有す
るＳｉリッチ型シリコン酸化膜７を同じＣＶＤ装置内で
積層するが、その際、双方ともジクロールシランガス
（ＳＨ2 Ｃl 2 ）を原料の一部として積層する。

【００９５】この積層膜の形成方法としては、図１３に
示すように、まず、初めにジクロールシランガス（ＳＨ
2 Ｃl 2 ）と六弗化タングステンガス（ＷＦ6 ）の混合
ガスの熱分解によりタングステンシリサイド膜４を５０
０℃〜６００℃の炉内温度で形成する（図中の時刻ｔ1
まで）。次いで、ウエハを炉内に残留させたまま、六弗
化タングステンガス（ＷＦ6 ）を遮断すると同時に炉内
温度を６５０℃〜７００℃まで昇温させ、亜酸化窒素ガ
ス（Ｎ2 Ｏ）を０．４〜０．６１／分の流量で導入し
（図中の時刻ｔ2 ）、シリコンと酸素の組成比が１対１
〜１．５であるＳｉリッチ型シリコン酸化膜７を堆積す
る。なお、図１３には図示されていないが、ジクロール
シランガス（ＳＨ2 Ｃl2）は、タングステンシリサイド
膜４を形成する工程及びＳｉリッチ型シリコン酸化膜７
を堆積する工程のいずれにおいても、炉内に供給されて
いる。

【００９６】その後、パターニングを行って、多結晶シ
リコン膜３とタングステンシリサイド膜４とＳｉリッチ
型シリコン酸化膜７を順次エッチングすることによりゲ
ート電極を形成する。さらに、以後の工程で、不純物の
活性化等のために８５０℃〜９５０℃の熱処理が加えら
れる。

【００９７】これにより、タングステンシリサイド膜４
とＳｉリッチ型シリコン酸化膜７とを、同じジクロール
シランガスを含む混合ガスにより形成することで、双方
の膜の堆積温度をほぼ同じにすることができる。そし
て、その結果、両者の熱収縮率の差が縮まり、熱処理等
の際に界面に加わる応力も小さくなるので、膜剥がれが
防止できる。

【００９８】さらに、タングステンシリサイド膜４とＳ
ｉリッチ型シリコン酸化膜７を同じＣＶＤ装置内で連続
で堆積することにより、タングステンシリサイド膜４が
結晶化してグレインが成長する前に、大気にさらすこと
なく絶縁膜で表面を覆うことが可能となり、タングステ
ンシリサイド膜４の異常酸化を防ぐことができる。

【００９９】（実施例８）次に、実施例８について、図
１４及び図１５を参照しながら説明する。

【０１００】図１４は、実施例８に係るＭＯＳ型トラン
ジスタを搭載した半導体装置Ａの断面図である。まず、
上記実施例１と同様に、シリコン基板本体１上にゲート
絶縁膜２及び多結晶シリコン膜３を形成した後、例えば
砒素などのゲート不純物のイオンを注入しておく（注入
条件は実施例１と同じ）。

【０１０１】さらに、タングステンシリサイド膜４（厚
さ５０〜２００ｎｍ）を形成した後、このタングステン
シリサイド膜４の上に、化学量論的組成式Ｓｉ3 Ｎ4 に
基づく組成よりもシリコン元素の含有率が高い組成を有
するＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０を同じＣＶＤ装置
内で積層するが、その際、双方ともジクロールシランガ
ス（Ｓi Ｈ2 Ｃl 2 ）を原料の一部として積層する。

【０１０２】この積層膜の形成方法としては、図１５に
示すように、まず、初めにジクロールシランガス（Ｓi
Ｈ2 Ｃl 2 ）と六弗化タングステンガス（ＷＦ6 ）との
混合ガスの熱分解によりタングステンシリサイド膜４を
５００℃〜６００℃の炉内温度で形成する（図中の時刻
ｔ3 まで）。次いで、ウエハを炉内に残留させたまま、
六弗化タングステンガス（ＷＦ6 ）を遮断すると同時に
炉内温度を６５０℃〜７００℃まで昇温させて、アンモ
ニアガス（ＮＨ3 ）を０．３〜０．５１／分の流量で導
入し（図中の時刻ｔ4 から）、シリコンと酸素の組成比
が１対０．８〜１であるＳｉリッチ型シリコン窒化膜１
０を成長する。ジクロールシランガスは、タングステン
シリサイド膜４を堆積する工程及びＳｉリッチ型シリコ
ン窒化膜１０を堆積する工程の間連続的に炉内に供給し
続ける。

【０１０３】その後、パターニングを行って、多結晶シ
リコン膜３とタングステンシリサイド膜４とＳｉリッチ
型シリコン窒化膜１０とを順次エッチングすることによ
りゲート電極を形成する。さらに、以後の工程で、不純
物の活性化等のために８５０℃〜９５０℃の熱処理が加
えられる。

【０１０４】これにより、タングステンシリサイド膜４
とＳｉリッチ型シリコン窒化膜１０を、同じジクロール
シランガス（Ｓi Ｈ2 Ｃl 2 ）とを含む混合ガスにより
形成することで、双方の膜の堆積温度をほぼ同じにする
ことができ、その結果、熱処理による収縮率の差が縮ま
り、熱処理等の際に界面に加わる応力も小さくなって膜
剥がれが起こりにくくなる。

【０１０５】さらに、タングステンシリサイド膜４とＳ
ｉリッチ型シリコン窒化膜１０とを同じＣＶＤ装置内で
連続で堆積することにより、タングステンシリサイド膜
４が結晶化してグレインが成長する前に、大気にさらす
ことなく絶縁膜で表面を覆うことが可能となり、タング
ステンシリサイド膜４の異常酸化を防ぐことができる。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、半導体装置として、高融点金属シリサイド膜の
上にシリコン元素と他の化合物からなり、そのシリコン
元素の含有率が化学量論的組成式に基づく含有率よりも
高いＳｉリッチ型絶縁膜を堆積するように構成したの
で、高融点金属シリサイド膜から拡散してくる不純物を
界面に凝集させることなく絶縁膜側に拡散させて、界面
における高融点金属とシリコンとの反応を促進するとと
もに、Ｓｉリッチ型絶縁膜と高融点金属シリサイド膜と
の熱収縮率の差を低減することができ、よって、高融点
金属シリサイド膜とＳｉリッチ型絶縁膜との密着性の向
上を図ることができる。

【０１０７】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明において、高融点金属シリサイド膜を多結晶シリコ
ン膜の上に設けたいわゆるポリサイド構造としたので、
ポリサイド膜の高い導電性と下地との良好な整合性とい
う特徴を維持しながら、上方の絶縁膜との密着性の向上
を図ることができる。

【０１０８】請求項３の発明によれば、上記請求項１又
は２の発明において、Ｓｉリッチ型絶縁膜の上に、シリ
コン元素の含有率が化学量論的組成式に基づく含有率に
近い保護用絶縁膜を形成する構成としたので、高融点金
属シリサイド膜中の高融点金属元素や下方から拡散して
きた不純物の上方への放散や外部からの不純物の侵入を
阻止することができ、よって、半導体装置各部の特性の
向上を図ることができる。

【０１０９】請求項４の発明によれば、上記請求項１又
は２記載の半導体装置において、Ｓｉリッチ型絶縁膜の
Ｓｉ含有率を上部に向うにつれて化学量論的組成式に基
づく含有率に連続的に近付けるように構成したので、Ｓ
ｉリッチ型絶縁膜の下部では高融点金属との密着性を良
好に維持しながら、上部では不純物等の侵入や放散を阻
止することができる。

【０１１０】請求項５の発明によれば、請求項１，２，
３又は４記載の半導体装置においてＳｉリッチ型絶縁膜
を、化学量論的組成式がＳｉＯ2 で表されるシリコン酸
化膜としたので、化学量論的組成式に基づく組成を有す
るシリコン酸化膜には拡散し難い砒素やボロン等の不純
物をＳｉリッチ型シリコン酸化膜内に容易に拡散させる
ことができ、よって、密着性の改善等の効果を有効に発
揮することができる。

【０１１１】請求項６の発明によれば、請求項１，２，
３又は４記載の半導体装置においてＳｉリッチ型絶縁膜
を、化学量論的組成式がＳｉ3 Ｎ4 で表されるシリコン
窒化膜としたので、化学量論的組成式に基づく組成を有
するシリコン窒化膜には拡散し難い砒素やボロン等の不
純物をＳｉリッチ型シリコン窒化膜内に容易に拡散させ
ることができ、よって、密着性の改善等の効果を有効に
発揮することができる。

【０１１２】請求項７の発明によれば、請求項１，３，
４，５又は６の発明において、半導体素子をＣＭＯＳ型
トランジスタとし、かつ多結晶シリコン膜と高融点シリ
サイド膜とからなるポリサイド電極構造を採用したの
で、ゲート不純物としてｐ型不純物とｎ型不純物とが導
入される構造においても、界面におけるゲート不純物の
凝集を防止することができ、よって、ポリサイド膜と上
方の絶縁膜との密着性の向上を図ることができる。

【０１１３】請求項８の発明によれば、半導体装置の製
造方法として、半導体基板の上方に高融点金属シリサイ
ド膜を形成し、その上にＳｉリッチ型絶縁膜を形成する
ようにしたので、Ｓｉリッチ型絶縁膜を形成した後に下
方から拡散してくる不純物をＳｉ過剰多絶縁膜内に容易
に拡散させるとともに、高融点金属シリサイド膜とＳｉ
リッチ型絶縁膜との熱収縮率の差の低減させることで、
両者の密着性を向上させることができ、よって、半導体
装置の製造の容易化を図ることができる。

【０１１４】請求項９の発明によれば、上記請求項８の
発明において、Ｓｉリッチ型絶縁膜として化学量論的組
成式がＳi Ｏ2 で表されるシリコン酸化膜を形成し、シ
リコン酸化膜を形成した後に不純物イオンを高融点金属
シリサイド膜中に注入し、その後、シリコン酸化膜の上
部を酸化するようにしたので、高融点金属シリサイド膜
の表面状態を荒らすことなく良好に維持することがで
き、よって、後の熱処理や酸化の工程における異常酸化
を防止することができる。

【０１１５】請求項１０の発明によれば、上記請求項８
の発明において、Ｓｉリッチ型絶縁膜として化学量論的
組成式がＳｉ3 Ｎ4 で表されるシリコン窒化膜を形成
し、シリコン窒化膜を形成した後に不純物イオンを高融
点金属シリサイド膜中に注入し、その後、シリコン窒化
膜の上部を窒化するようにしたので、高融点金属シリサ
イド膜の表面状態を荒らすことなく良好に維持すること
ができ、よって、後の熱処理や酸化の工程における異常
酸化を防止することができる。

【０１１６】請求項１１の発明によれば、半導体装置の
製造方法として、ジクロールシランと六弗化タングステ
ンとの混合ガスを熱分解してタングステンシリサイド膜
を形成し、その後、六弗化タングステンガスの供給を停
止する一方、亜酸化窒素ガスを導入し、タングステンシ
リサイド膜の上にシリコン酸化膜を積層するようにした
ので、タングステンシリサイド膜とシリコン酸化膜との
熱収縮率の差の低減とタングステンシリサイド膜の異常
酸化とを防止することができる。

【０１１７】請求項１２の発明によれば、半導体装置の
製造方法として、ジクロールシランと六弗化タングステ
ンとの混合ガスを熱分解してタングステンシリサイド膜
を形成し、その後、六弗化タングステンガスの供給を停
止する一方、アンモニアガスを導入し、タングステンシ
リサイド膜の上にシリコン窒化膜を積層するようにした
ので、タングステンシリサイド膜とシリコン窒化膜との
熱収縮率の差の低減とタングステンシリサイド膜の異常
酸化とを防止することができる。

【０１１８】請求項１３の発明によれば、上記請求項８
の発明において、ジクロールシランと六弗化タングステ
ンとの混合ガスを熱分解して、高融点金属シリサイド膜
となるタングステンシリサイド膜を形成し、その後、六
弗化タングステンガスの供給を停止する一方、亜酸化窒
素ガスを導入し、タングステンシリサイド膜の上にＳｉ
リッチ型絶縁膜となるＳｉリッチ型シリコン酸化膜を積
層するようにしたので、Ｓｉリッチ型絶縁膜による密着
性の向上効果と堆積温度の均一化による密着性の向上効
果とに加え、タングステンシリサイド膜の異常酸化の防
止効果を得ることができる。

【０１１９】請求項１４の発明によれば、上記請求項８
の発明において、ジクロールシランと六弗化タングステ
ンとの混合ガスを熱分解して、高融点金属シリサイド膜
となるタングステンシリサイド膜を形成し、その後、六
弗化タングステンガスの供給を停止する一方、アンモニ
アガスを導入し、タングステンシリサイド膜の上にＳｉ
リッチ型絶縁膜となるシリコン窒化膜を積層するように
したので、Ｓｉリッチ型絶縁膜による密着性の向上効果
と、堆積温度の均一化による密着性の向上効果とに加
え、タングステンシリサイド膜の異常酸化の防止効果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る半導体装置のゲート電極の製造
工程における半導体装置の断面図である。

【図２】実施例１におけるｎ型不純物濃度のプロファイ
ルを示す図である。

【図３】実施例１におけるｐ型不純物濃度のプロファイ
ルを示す図である。

【図４】実施例２に係る半導体装置のゲート電極の製造
工程における半導体装置の断面図である。

【図５】実施例２における不純物濃度のプロファイルを
示す図である。

【図６】実施例３に係る半導体装置の断面図である。

【図７】実施例３における不純物濃度のプロファイルを
示す図である。

【図８】実施例４に係る半導体装置の断面図である。

【図９】実施例４における不純物濃度のプロファイルを
示す図である。

【図１０】実施例５の半導体装置の製造工程における半
導体装置の断面図である。

【図１１】実施例６の半導体装置の製造工程における半
導体装置の断面図である。

【図１２】実施例７に係る半導体装置の断面図である。

【図１３】実施例７の半導体装置の製造工程における堆
積温度及びガス流量の時間変化を示す図である。

【図１４】実施例８に係る半導体装置の断面図である。

【図１５】実施例８の半導体装置の製造工程における堆
積温度及びガス流量の時間変化を示す図である。

【図１６】第１の従来例に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図１７】第１の従来例における不純物濃度のプロファ
イルを示す図である。

【図１８】第２の従来例に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図１９】第２の従来例における不純物濃度のプロファ
イルを示す図である。

【図２０】従来例のｎ型不純物の代わりにｐ型不純物を
注入した場合における不純物濃度のプロファイルを示す
図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板本体 ２ ゲート酸化膜 ３ 多結晶シリコン膜 ４ タングステンシリサイド膜（高融点金属シリサイ
ド膜） ５ シリコン酸化膜 ６ シリコン窒化膜 ７ Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜（Ｓｉリッチ型絶縁
膜） ９ 保護用シリコン酸化膜（保護用絶縁膜） １０ Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜（Ｓｉリッチ型絶縁
膜） １２ 保護用シリコン窒化膜（保護用絶縁膜）

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/3205 27/092 9054−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/08 ３２１ Ｄ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上方に形成され、タングス
   テン，モリブデン，チタン等の高融点金属とシリコンと
   の化合物からなる高融点金属シリサイド膜と、 上記高融点金属シリサイド膜の上に形成され、シリコン
   元素と他の元素との化合物からなり、シリコン元素の含
   有率が当該化合物の化学量論的組成式に基づく含有率よ
   りも高いＳｉリッチ型絶縁膜とを備えたことを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、 上記半導体基板の上方に形成された多結晶シリコン膜を
   有し、 上記高融点金属シリサイド膜は、上記多結晶シリコン膜
   の上に積層されており、多結晶シリコン膜及び高融点金
   属シリサイド膜が一体的に電極，配線として機能するよ
   うに構成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体装置におい
   て、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の上に形成され、Ｓｉリッチ型
   絶縁膜と同じ化合物からなり、シリコン元素の含有率が
   上記Ｓｉリッチ型絶縁膜のシリコン元素の含有率よりも
   化学量論的組成式に基づく含有率に近い保護用絶縁膜を
   備えたことを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の半導体装置におい
   て、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜のＳｉ含有率は、上部に向うに
   つれて化学量論的組成式に基づく含有率に連続的に近付
   くように構成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４記載の半導体装
   置において、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜は、化学量論的組成式がＳi Ｏ
   2 で表されるシリコン酸化膜にシリコン元素を過剰に含
   有させたものであることを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２，３又は４記載の半導体装
   置において、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜は、化学量論的組成式がＳｉ3
   Ｎ4 で表されるシリコン窒化膜にシリコン元素を過剰に
   含有させたものであることを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項１，３，４，５又は６記載の半導
   体装置において、 半導体装置は、少なくとも一つのＣＭＯＳトランジスタ
   を備えており、 上記半導体基板の上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲ
   ート絶縁膜の上に形成された多結晶シリコン膜とを有す
   るとともに、 上記高融点金属シリサイド膜は、上記多結晶シリコン膜
   の上に積層されており、 上記多結晶シリコン膜及び高融点金属シリサイド膜は、
   上記ＣＭＯＳトランジスタのゲート電極として機能する
   ことを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 半導体基板の上方に高融点金属シリサイ
   ド膜を形成する工程と、 上記高融点金属シリサイド膜の上に、シリコン元素と他
   の元素との化合物からなり、シリコン元素の含有率が当
   該化合物の化学量論的組成式に基づく含有率よりも高い
   Ｓｉリッチ型絶縁膜を形成する工程とを備えたことを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成工程は、化学量論的組成
   式がＳi Ｏ2 で表されかつシリコン元素を過剰に含有す
   るＳｉリッチ型シリコン酸化膜を形成するように行わ
   れ、 上記Ｓｉリッチ型シリコン酸化膜を形成した後に不純物
   イオンを高融点金属シリサイド膜中に注入する工程と、 上記不純物イオンの注入工程の後にシリコン酸化膜の上
   部を酸化する工程とを有することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の半導体装置の製造方法
    において、 上記Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成工程は、化学量論的組成
    式がＳｉ3 Ｎ4 で表されかつシリコン元素を過剰に含有
    するＳｉリッチ型シリコン窒化膜を形成するように行わ
    れ、 上記Ｓｉリッチ型シリコン窒化膜を形成した後に不純物
    イオンを高融点金属シリサイド膜中に注入する工程と、 上記不純物イオンの注入工程の後にシリコン窒化膜の上
    部を窒化する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
11. 【請求項１１】 ジクロールシランと六弗化タングステ
    ンとの混合ガスを熱分解して、半導体基板の上にタング
    ステンシリサイド膜を形成する工程と、 その後、六弗化タングステンガスの供給を停止する一
    方、亜酸化窒素ガスを導入し、ジクロールシランガスと
    亜酸化窒素ガスとの混合ガスを熱分解させて、上記タン
    グステンシリサイド膜の上にシリコン酸化膜を積層する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 半導体基板内に半導体素子を配設して
    なる半導体装置の製造方法であって、 ジクロールシランと六弗化タングステンとの混合ガスを
    熱分解して、半導体基板の上にタングステンシリサイド
    膜を形成する工程と、 その後、六弗化タングステンガスの供給を停止する一
    方、アンモニアガスを導入し、ジクロールシランガスと
    アンモニアガスとの混合ガスを熱分解させて、上記タン
    グステンシリサイド膜の上にシリコン窒化膜を積層する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項８記載の半導体装置の製造方法
    において、 高融点金属シリサイド膜の形成工程は、ジクロールシラ
    ンと六弗化タングステンとの混合ガスを熱分解して、半
    導体基板の上にタングステンシリサイド膜を形成するよ
    うに行われ、 Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成工程は、タングステンシリサ
    イド膜を形成した後、六弗化タングステンガスの供給を
    停止する一方、亜酸化窒素ガスを導入し、ジクロールシ
    ランガスと亜酸化窒素ガスとの混合ガスを熱分解させ
    て、上記タングステンシリサイド膜の上にシリコン酸化
    膜を積層するように行われることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項８記載の半導体装置の製造方法
    において、 高融点金属シリサイド膜の形成工程は、ジクロールシラ
    ンと六弗化タングステンとの混合ガスを熱分解して、半
    導体基板の上にタングステンシリサイド膜を形成するよ
    うに行われ、 Ｓｉリッチ型絶縁膜の形成工程は、タングステンシリサ
    イド膜を形成した後、六弗化タングステンガスの供給を
    停止する一方、アンモニアガスを導入し、ジクロールシ
    ランガスとアンモニアガスとの混合ガスを熱分解させ
    て、上記タングステンシリサイド膜の上にシリコン窒化
    膜を積層するように行われることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。