JPH0715014A - Formation of gate electrode of mos field-effect transistor - Google Patents

Formation of gate electrode of mos field-effect transistor

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JPH0715014A
JPH0715014A JP14813493A JP14813493A JPH0715014A JP H0715014 A JPH0715014 A JP H0715014A JP 14813493 A JP14813493 A JP 14813493A JP 14813493 A JP14813493 A JP 14813493A JP H0715014 A JPH0715014 A JP H0715014A
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JP
Japan
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film
gate electrode
resist
effect transistor
forming
Prior art date
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Application number
JP14813493A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Narai
哲 奈良井
Toshihisa Nozawa
俊久 野沢
Tetsuya Nishizuka
哲也 西塚
Takashi Kinoshita
隆 木下
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0715014A publication Critical patent/JPH0715014A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a gate electrode forming method of a MOS field effect transistor wherein generation of notch is prevented and a microstructural MOS field effect transistor can be manufactured. CONSTITUTION:A gate oxide film 2 composed of SiO2 is formed on a semiconductor substrate 1, and a conductor film 3 composed of TiN or TiC is formed on the gate oxide film 2. A poly silicon film 4 is formed on the conductor film 3, and resist 5 is selectively formed on the poly silicon film 4. The poly silicon film 4 except the part covered with the resist 5 is eliminated by, e.g. high density plasma etching. Thereby the poly silicon film 4 left under the resist 5 is turned into a gate electrode 6. The resist 5 is eliminated. In the process for eliminating the resist, the exposed conductor film 3 is oxidized and an insulating film 7 is formed.

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、プラズマエッチング等
のドライエッチングによりゲート電極を形成するMOS
型電界効果トランジスタのゲート電極形成方法に関し、
特に微細化されたMOS型電界効果トランジスタの製造
に好適のMOS型電界効果トランジスタのゲート電極形
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS for forming a gate electrode by dry etching such as plasma etching.
The method for forming the gate electrode of the field effect transistor
In particular, the present invention relates to a method for forming a gate electrode of a MOS field effect transistor suitable for manufacturing a miniaturized MOS field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、従来のLDD(Lightly Doped
Drain)構造のMOS型電界効果トランジスタ(MOS
FET)を示す断面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional LDD (Lightly Doped).
Drain) MOS field effect transistor (MOS)
It is sectional drawing which shows (FET).

【0003】半導体基板11の表面にはフィールド酸化
膜12が選択的に形成されており、基板表面はこのフィ
ールド酸化膜12により複数の素子形成領域に分割され
ている。また、素子形成領域の基板表面にはソース領域
13及びドレイン領域14が相互に離隔して形成されて
いる。更に、素子形成領域の基板表面上には、SiO2
からなるゲート絶縁膜15が形成されている。なお、ソ
ース領域13及びドレイン領域14の相互に対向する側
の端部には、ソース領域13及びドレイン領域14に比
して不純物濃度が低い電界緩和領域13a,14aが設
けられている。
A field oxide film 12 is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate 11, and the surface of the substrate is divided into a plurality of element formation regions by the field oxide film 12. Further, a source region 13 and a drain region 14 are formed separately from each other on the substrate surface of the element formation region. Furthermore, SiO 2 is formed on the substrate surface in the element formation region.
A gate insulating film 15 made of is formed. In addition, electric field relaxation regions 13 a and 14 a having a lower impurity concentration than the source region 13 and the drain region 14 are provided at the end portions of the source region 13 and the drain region 14 which face each other.

【0004】ソース領域13とドレイン領域14との間
の領域のゲート酸化膜15上には、ポリシリコンからな
るゲート電極16が選択的に形成されている。そして、
このゲート電極16の両側には側壁保護膜17が形成さ
れている。また、基板上側の全面には例えば絶縁膜18
a,18bが積層されてなる層間絶縁膜が形成されてい
る。この層間絶縁膜上には所定のパターンでアルミニウ
ム配線(図示せず)が形成されており、このアルミニウ
ム配線は層間絶縁膜に選択的に設けられた開口部をアル
ミニウムで埋め込んで形成されたアルミニウム電極19
を介してソース領域13及びドレイン領域14に電気的
に接続されている。また、前記アルミニウム配線は、絶
縁膜18cにより被覆されている。
A gate electrode 16 made of polysilicon is selectively formed on the gate oxide film 15 in the region between the source region 13 and the drain region 14. And
Sidewall protective films 17 are formed on both sides of the gate electrode 16. In addition, for example, an insulating film 18 is formed on the entire upper surface of the substrate.
An interlayer insulating film formed by laminating a and 18b is formed. Aluminum wiring (not shown) is formed in a predetermined pattern on the interlayer insulating film, and the aluminum wiring is formed by filling an opening selectively provided in the interlayer insulating film with aluminum. 19
Is electrically connected to the source region 13 and the drain region 14 via. The aluminum wiring is covered with an insulating film 18c.

【0005】このように構成されたMOS型電界効果ト
ランジスタにおいて、ソース領域13及びドレイン領域
14間に所定の電圧を印加すると共に、ゲート電極16
に電圧を印加すると、ゲート電極16の直下の基板表面
に反転層(チャンネル)が形成され、このチャンネルを
介してソース領域13及びドレイン領域14間に電流が
流れる。このソース領域13及びドレイン領域14に流
れる電流は、ゲート電極16に印加する電圧値に応じて
変化する。
In the MOS field effect transistor having such a structure, a predetermined voltage is applied between the source region 13 and the drain region 14 and the gate electrode 16 is also applied.
When a voltage is applied to the substrate, an inversion layer (channel) is formed on the substrate surface immediately below the gate electrode 16, and a current flows between the source region 13 and the drain region 14 via this channel. The current flowing through the source region 13 and the drain region 14 changes according to the voltage value applied to the gate electrode 16.

【0006】図3は、従来のMOS型電界効果トランジ
スタのゲート電極形成方法を示す断面図である。先ず、
半導体基板11上にゲート酸化膜15を形成した後、全
面にポリシリコン膜16aを形成する。次に、このポリ
シリコン膜16a上の全面にレジスト液を塗布し、露光
及び現像処理を行うことにより、所望のゲート電極パタ
ーンでレジスト20を残存させる。
FIG. 3 is a sectional view showing a method of forming a gate electrode of a conventional MOS field effect transistor. First,
After forming the gate oxide film 15 on the semiconductor substrate 11, a polysilicon film 16a is formed on the entire surface. Next, a resist solution is applied to the entire surface of the polysilicon film 16a, and exposure and development processes are performed to leave the resist 20 in a desired gate electrode pattern.

【0007】次いで、Cl2 等の反応性ガスを用いたプ
ラズマエッチングによりポリシリコン膜16aをエッチ
ングする。これにより、レジスト20に被覆された部分
以外のポリシリコン膜16aが除去され、レジスト20
の下に残存したポリシリコン膜16aがゲート電極とな
る。その後、レジスト20を除去する。これにより、ゲ
ート電極が完成する。
Next, the polysilicon film 16a is etched by plasma etching using a reactive gas such as Cl 2 . As a result, the polysilicon film 16a other than the portion covered by the resist 20 is removed, and the resist 20
The polysilicon film 16a left under the gate becomes a gate electrode. After that, the resist 20 is removed. As a result, the gate electrode is completed.

【0008】ところで、図3に示すように、フィールド
酸化膜12の上半部は基板表面から突出しているため、
フィールド酸化膜12の端部におけるポリシリコン膜1
6aの厚さT2 は素子形成領域上のポリシリコン膜16
aの厚さT1 に比して厚くなっている。このため、通常
のドライエッチングの垂直加工によりレジスト20に被
覆された部分以外のポリシリコン膜16aを完全に除去
するためには、平坦部分におけるポリシリコン膜16a
を除去した後もエッチングを続行し、フィールド酸化膜
12の端部部分のポリシリコン膜16aを除去すること
が必要である。このため、ゲート電極形成時には、一般
的に、T1 の2倍の厚さのポリシリコン膜を除去できる
だけのエッチング(以下、100%オーバーエッチング
という)を行っている。
By the way, as shown in FIG. 3, since the upper half of the field oxide film 12 projects from the substrate surface,
Polysilicon film 1 at the end of field oxide film 12
The thickness T 2 of 6a is the polysilicon film 16 on the element formation region.
It is thicker than the thickness T 1 of a. Therefore, in order to completely remove the polysilicon film 16a other than the portion covered by the resist 20 by vertical processing of normal dry etching, the polysilicon film 16a in the flat portion is removed.
It is necessary to continue the etching even after the removal of the above to remove the polysilicon film 16a at the end portion of the field oxide film 12. Therefore, when forming the gate electrode, generally, etching is performed to remove a polysilicon film having a thickness twice that of T 1 (hereinafter referred to as 100% over-etching).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のゲート電極形成方法には以下に示す問題点があ
る。近年、半導体装置の高密度化に対応して、MOS型
電界効果トランジスタの微細化が促進されている。この
ため、ゲート電極の形成には、ECR(電子サイクロト
ロン共鳴:Electron Cyclotron Resonance)エッチング
等の高密度プラズマを用いたエッチング法が使用される
ようになった。しかし、ゲート電極が微細化するのに伴
い、図4に示すように、ゲート電極16の下部部分が水
平方向にエッチングされる加工異常が発生するようにな
った。この異常加工はノッチといわれている。本願にお
いては、ゲート電極の高さをA、ノッチ量をBとする
と、ノッチ比を(B/A)と定義する。
However, the above-mentioned conventional method for forming a gate electrode has the following problems. In recent years, miniaturization of MOS field effect transistors has been promoted in response to higher density of semiconductor devices. Therefore, an etching method using high-density plasma such as ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching has come to be used for forming the gate electrode. However, with the miniaturization of the gate electrode, as shown in FIG. 4, a processing abnormality occurs in which the lower portion of the gate electrode 16 is etched in the horizontal direction. This abnormal processing is called a notch. In the present application, when the height of the gate electrode is A and the notch amount is B, the notch ratio is defined as (B / A).

【0010】図5はゲート加工評価用試料(ライン・ア
ンド・スペース:以下、L/Sという)を示す模式的断
面図である。このL/Sは、ポリシリコン膜上に所定の
幅のレジスト20を一定のピッチで配列したものであ
り、エッチング後のゲート電極16の形状等によりエッ
チング条件等の評価を行うものである。このL/Sを用
いた実験から、図6に示すように、ノッチは、複数個配
列されたゲート電極16のうちの端部のゲート電極16
のみに発生する場合と、図7に示すように、全てのゲー
ト電極16に発生する場合とがあることが知られてい
る。また、ゲート電極パターンが微細なものほど加工異
常が発生しやすいことも知られている。ノッチが発生す
ると、トランジスタの特性を決定するゲート長を所望の
長さとすることができなくなり、トランジスタ特性のば
らつきの原因となると共に、製造歩留りの低下の原因と
なる。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a gate processing evaluation sample (line and space: hereinafter referred to as L / S). The L / S is obtained by arranging resists 20 having a predetermined width on the polysilicon film at a constant pitch, and the etching conditions and the like are evaluated by the shape of the gate electrode 16 after etching. From the experiment using this L / S, as shown in FIG. 6, the notch has the gate electrode 16 at the end of the plurality of arranged gate electrodes 16.
It is known that there are cases where it occurs only in one case and cases where it occurs in all the gate electrodes 16 as shown in FIG. 7. It is also known that a finer gate electrode pattern is more likely to cause a processing abnormality. When the notch occurs, the gate length that determines the characteristics of the transistor cannot be set to a desired length, which causes variations in transistor characteristics and also causes a reduction in manufacturing yield.

【0011】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、微細なMOS型電界効果トランジスタの製
造に適用できて、ノッチの発生を防止でき、MOS型電
界効果トランジスタの製造歩留りを向上できるMOS型
電界効果トランジスタのゲート電極形成方法を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and can be applied to the manufacture of a fine MOS field effect transistor, can prevent the occurrence of notches, and improve the manufacturing yield of the MOS field effect transistor. An object of the present invention is to provide a method of forming a gate electrode of a MOS field effect transistor that can be used.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係るMOS型電
界効果トランジスタのゲート電極形成方法は、半導体基
板上にゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化
膜上にポリシリコンに比して化学的結合力が大きい導電
体からなる下地膜を形成する工程と、前記下地膜上にポ
リシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜上
に所定のパターンでレジストを形成する工程と、ドライ
エッチングを施し前記レジストの下方のみに前記ポリシ
リコン膜を残存させ他の領域のポリシリコン膜を除去す
る工程とを有することを特徴とする。
A method of forming a gate electrode of a MOS field effect transistor according to the present invention comprises a step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate and a step of forming a gate oxide film on the gate oxide film as compared with polysilicon. A step of forming a base film made of a conductor having a large chemical bonding force, a step of forming a polysilicon film on the base film, a step of forming a resist on the polysilicon film in a predetermined pattern, and a dry step. A step of performing etching to leave the polysilicon film only under the resist and remove the polysilicon film in other regions.

【0013】[0013]

【作用】本願発明者等は、ノッチの発生するメカニズム
を解明すべく種々実験研究を行った。即ち、先ず、基板
温度を種々変化させて100%オーバーエッチングを実
施し、ノッチと基板温度との関係を調べた。図9は、横
軸に基板温度をとり、縦軸にノッチ比をとって、ノッチ
比の温度依存性を示すグラフ図である。但し、エッチン
グ条件は、マイクロ波の出力が250W、Cl2 ガスの
流速は20sccm、圧力は0.85mTorr 、RF(高周
波)バイアス(Vpp)は100Vである。この図9から
明らかなように、基板温度が変化してもノッチ比は変化
せず、化学反応性(ラジカル)に特有の温度依存性がみ
られない。このことから、ノッチの発生はイオン主導型
の反応であることが判明した。
The present inventors conducted various experimental studies to clarify the mechanism of notch generation. That is, first, 100% over-etching was performed while changing the substrate temperature variously, and the relationship between the notch and the substrate temperature was investigated. FIG. 9 is a graph showing the temperature dependence of the notch ratio, with the substrate temperature on the horizontal axis and the notch ratio on the vertical axis. However, as the etching conditions, the microwave output is 250 W, the Cl 2 gas flow rate is 20 sccm, the pressure is 0.85 mTorr, and the RF (high frequency) bias (Vpp) is 100 V. As is clear from FIG. 9, the notch ratio does not change even when the substrate temperature changes, and the temperature dependence peculiar to the chemical reactivity (radical) is not seen. From this, it was found that the notch generation is an ion-driven reaction.

【0014】次に、L/Sのパターンを変化させてノッ
チ量を調べた。その結果、複数個配列されたゲート電極
のうち端部に配置されたゲート電極ほどノッチが発生し
やすく、また、パターンが他のパターンと接続されてい
るものほどノッチが発生しやすいことが判明した。
Next, the notch amount was examined by changing the L / S pattern. As a result, it was found that among the plurality of arranged gate electrodes, the notch is more likely to occur in the gate electrode located at the end portion, and the notch is more likely to occur in the one in which the pattern is connected to another pattern. .

【0015】次いで、処理ウエハ上でのノッチについて
調べたところ、プラズマが均一であるか又は不均一であ
るかに関係なくノッチが発生することが判明した。これ
らのノッチ量を電子離度の対数に対してプロットしたと
ころ、略直線となった。このことから、ノッチ量は電子
密度の関数であることが判明した。また、ノッチは、エ
ッチングによりポリシリコン膜の下方のゲート酸化膜が
露出するまでは発生せず、ゲート酸化膜が部分的に露出
してから発生することが判明した。
Next, when the notch on the processed wafer was examined, it was found that the notch occurred regardless of whether the plasma was uniform or nonuniform. When these notch amounts were plotted against the logarithm of electron dissociation, they became almost straight lines. From this, it was found that the notch amount is a function of the electron density. It was also found that the notch does not occur until the gate oxide film below the polysilicon film is exposed by etching, but occurs after the gate oxide film is partially exposed.

【0016】本願発明者等は、これらの実験結果から、
ノッチの発生メカニズムを以下のように考えた。即ち、
プラズマエッチングの際は、半導体基板は負に帯電して
いる。図8(a)に示すように、シース電位に逆らって
半導体基板上に入射する電子23は、基板11による電
気的な反発力により垂直方向の速度が低下するため、絶
縁体であるレジスト20に吸収されやすい。このため、
レジスト20は負に帯電する。これにより、レジスト2
0に接触しているポリシリコン膜16aの電位は、レジ
ストのチャージアップを打ち消すように正の電位に変化
する。また、ポリシリコン膜16aは導電性であるの
で、ポリシリコン膜16a全体の電位を変えないように
レジスト20と接触していない部分は負の電位に保たれ
る。
From the results of these experiments, the inventors of the present application
The notch generation mechanism was considered as follows. That is,
During plasma etching, the semiconductor substrate is negatively charged. As shown in FIG. 8A, the velocity of electrons 23 that enter the semiconductor substrate against the sheath potential decreases in the vertical direction due to the electric repulsive force of the substrate 11, and thus the electrons 23 are applied to the resist 20 that is an insulator. Easy to be absorbed. For this reason,
The resist 20 is negatively charged. As a result, the resist 2
The potential of the polysilicon film 16a in contact with 0 changes to a positive potential so as to cancel the charge-up of the resist. Further, since the polysilicon film 16a is conductive, the portion not in contact with the resist 20 is kept at a negative potential so as not to change the potential of the entire polysilicon film 16a.

【0017】エッチングが進行し、図8(b)に示すよ
うにゲート酸化膜15が部分的に露出すると、ゲート酸
化膜15に侵入した正のイオンは蓄積され、ゲート酸化
膜15に局部的な正の帯電領域22が発生する。この場
合に、負の電荷をもつ電子23は、質量が小さいため、
また、基板11の電位により反発力を受け垂直方向の速
度が減少して相対的に横方向の速度成分が大きくなるた
め、進行方向が変化して、レジスト壁等の側壁に衝突し
吸収され、ゲート酸化膜15には殆ど到達しない。
When the etching progresses and the gate oxide film 15 is partially exposed as shown in FIG. 8B, the positive ions penetrating into the gate oxide film 15 are accumulated and the gate oxide film 15 is locally exposed. Positively charged areas 22 are generated. In this case, since the electron 23 having a negative charge has a small mass,
In addition, since the vertical velocity decreases due to the repulsive force due to the potential of the substrate 11 and the lateral velocity component relatively increases, the traveling direction changes and collides against the side wall such as the resist wall and is absorbed. The gate oxide film 15 is hardly reached.

【0018】図10は、ゲート酸化膜に発生した帯電領
域22からイオン24が受ける静電気の反発力を示す模
式図である。イオン24は、シース電位により基板表面
に向かう力F1 を受ける。また、正に帯電した帯電領域
22から、電気的に反発力F2 を受ける。従って、イオ
ン24が受ける実質的な力F3は、F1 ,F2 のベクト
ル和で示される。静電気的反発力F2 は、電気素量を
e、帯電領域22の電荷をQ、帯電領域22とイオンと
の距離をrとすると、下記数式1により表される。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the repulsive force of static electricity received by the ions 24 from the charged region 22 generated in the gate oxide film. The ions 24 receive a force F 1 toward the substrate surface due to the sheath potential. Further, the repulsive force F 2 is electrically received from the positively charged charging area 22. Therefore, the substantial force F 3 received by the ion 24 is represented by the vector sum of F 1 and F 2 . The electrostatic repulsive force F 2 is represented by the following formula 1 where e is the elementary amount of electricity, Q is the charge of the charged region 22, and r is the distance between the charged region 22 and the ions.

【0019】[0019]

【数1】F2 =(e+Q)/r2 [Formula 1] F 2 = (e + Q) / r 2

【0020】従って、イオンの受ける力F3 は、帯電領
域とイオンとの距離r2 に反比例して大きくなる。ま
た、図11に示すように、イオンが受ける水平方向の力
x3は、Fx3=cosθで表される。従って、イオン2
4が受ける水平方向の力Fx3は、θ=0°のときに最大
となる。
Therefore, the force F 3 received by the ions increases in inverse proportion to the distance r 2 between the charged area and the ions. Further, as shown in FIG. 11, the horizontal force F x3 received by the ions is represented by F x3 = cos θ. Therefore, ion 2
The horizontal force F x3 received by 4 becomes maximum when θ = 0 °.

【0021】通常のエッチングでは、図8(a),
(b)に示すように、有機膜であるレジスト及び反応に
より生成された反応副生成物等がポリシリコン層の側壁
に付着して、横方向のエッチングを防止する側壁保護膜
25の役割を果たすため、横方向のエッチングはイオン
24の水平方向のエネルギーが一定の値以上でなければ
進行しない。イオン24が帯電領域22に近づくと、イ
オン24の水平方向のエネルギーが大きくなり、前記一
定の値を超えるため、エッチングが進行してノッチが発
生する。
In normal etching, as shown in FIG.
As shown in (b), the resist that is an organic film and the reaction by-products generated by the reaction adhere to the sidewalls of the polysilicon layer and play the role of the sidewall protection film 25 that prevents lateral etching. Therefore, the lateral etching does not proceed unless the horizontal energy of the ions 24 is a certain value or more. When the ions 24 approach the charged region 22, the energy of the ions 24 in the horizontal direction increases and exceeds the predetermined value, so that etching progresses and a notch occurs.

【0022】このようにしてノッチが発生するものと考
えられるが、ノッチ形成の進行中は、上述の帯電領域の
作用に加えて、以下に示すような作用が加わるものと考
えられる。即ち、図8(c)に示すように、基板上に入
射したプラズマ電子23は絶縁体であるレジスト20に
吸収される。これによりレジスト20が負に帯電する
と、レジスト20に接触する部分のポリシリコン膜16
a上部に正電荷が集まり、下部には、電気的中性を補償
するために負電荷が集まる。その結果、負に帯電したポ
リシリコン膜16aの下部と、正に帯電した帯電領域2
2との間で局所的に電界が発生する。この電界により、
イオン24が水平方向に加速される。
It is considered that the notch is generated in this way, but during the progress of notch formation, it is considered that the following action is added in addition to the action of the charging region described above. That is, as shown in FIG. 8C, the plasma electrons 23 incident on the substrate are absorbed by the resist 20, which is an insulator. As a result, when the resist 20 is negatively charged, the polysilicon film 16 in the portion contacting the resist 20 is charged.
a Positive charges are collected on the upper part, and negative charges are collected on the lower part to compensate for electrical neutrality. As a result, the bottom of the negatively charged polysilicon film 16a and the positively charged charging region 2
An electric field is locally generated between the two. By this electric field,
The ions 24 are accelerated horizontally.

【0023】本願発明者等は、これらの実験及び考察か
ら、下記数式2に示す実験式を得た。
The inventors of the present application obtained an empirical formula shown in the following formula 2 from these experiments and consideration.

【0024】[0024]

【数2】NR=C・exp(−r/ne) 但し、NR;ノッチ発生比 C;定数 r;エッチングパターン幅に比例する量 ne ;電子密度NR = C · exp (−r / n e ) where NR; notch generation ratio C; constant r; amount proportional to etching pattern width n e ; electron density

【0025】この実験式から、ノッチが高密度プラズマ
で多く発生し、ポリシリコン電極のパターン幅が狭いと
きほど、ノッチが発生しやすいことが説明できる。
From this empirical formula, it is possible to explain that notches are more likely to occur in high density plasma, and the notches are more likely to occur as the pattern width of the polysilicon electrode is narrower.

【0026】このように、ノッチは、ゲート酸化膜に局
部的に帯電領域が形成されることにより発生することが
判明した。そこで、本発明においては、先ず、ゲート酸
化膜上に、ポリシリコンよりも化学的結合力が大きい導
電体からなる下地を形成する。次に、この下地膜上にポ
リシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をドライエ
ッチングしてゲート電極を形成する。このエッチング工
程において、ポリシリコン膜が部分的に除去されても、
ポリシリコン膜の下には導電体からなる下地膜が設けら
れているため、部分的に電荷が蓄積されてなる帯電領域
の形成が回避される。従って、ノッチの発生を防止する
ことができる。なお、前記下地膜がエッチングにより除
去されないためには、前記導電体の化学的結合力がポリ
シリコンよりも大きいことが必要である。
As described above, it has been found that the notch is generated by locally forming a charged region on the gate oxide film. Therefore, in the present invention, first, an underlayer made of a conductor having a larger chemical bonding force than that of polysilicon is formed on the gate oxide film. Next, a polysilicon film is formed on this base film, and this polysilicon film is dry-etched to form a gate electrode. In this etching process, even if the polysilicon film is partially removed,
Since the base film made of a conductor is provided under the polysilicon film, formation of a charged region where charges are partially accumulated is avoided. Therefore, the occurrence of notches can be prevented. In addition, in order that the base film is not removed by etching, it is necessary that the chemical bonding force of the conductor is larger than that of polysilicon.

【0027】また、前記下地膜としてTiN又はTiC
(チタンカーバイド)を使用すると、エッチング後のレ
ジスト除去工程において酸化され、TiO系の絶縁体に
なるため、エッチング後に下地膜を除去する工程が不要
である。従って、下地膜を構成する導電体は、TiN又
はTiCであることが好ましい。
Further, TiN or TiC is used as the base film.
When (titanium carbide) is used, it is oxidized in the resist removing step after etching and becomes a TiO-based insulator, so that the step of removing the base film after etching is unnecessary. Therefore, the conductor forming the base film is preferably TiN or TiC.

【0028】[0028]

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

【0029】図1(a)乃至(d)は本発明の実施例に
係るMOS型電界効果トランジスタのゲート電極形成方
法を工程順に示す断面図である。先ず、図1(a)に示
すように、半導体基板1上にSiO2 からなるゲート酸
化膜2を形成し、このゲート酸化膜2上にTiN又はT
iCからなる導電体膜3を例えば50乃至100Åの厚
さで形成する。また、この導電体膜3上にポリシリコン
膜4を形成する。
FIGS. 1A to 1D are sectional views showing a method of forming a gate electrode of a MOS field effect transistor according to an embodiment of the present invention in the order of steps. First, as shown in FIG. 1 (a), a gate oxide film 2 made of SiO 2 is formed on the semiconductor substrate 1, TiN or T on the gate oxide film 2
The conductor film 3 made of iC is formed with a thickness of, for example, 50 to 100Å. Further, the polysilicon film 4 is formed on the conductor film 3.

【0030】次に、図1(b)に示すように、ポリシリ
コン膜4上にレジスト5を所望のゲート電極形状に形成
する。
Next, as shown in FIG. 1B, a resist 5 is formed in a desired gate electrode shape on the polysilicon film 4.

【0031】次に、図1(c)に示すように、高密度プ
ラズマエッチングによりポリシリコン膜4をエッチング
して、レジスト5に覆われた部分以外のポリシリコン膜
4を除去する。これにより、レジスト5の下方に残存し
たポリシリコン膜がゲート電極6となる。このエッチン
グ工程において、ゲート酸化膜2上に導電体膜3が形成
されているため、基板上に局所的な帯電領域が発生する
ことを回避できる。従って、ゲート電極6の下部にノッ
チが形成されることを防止できる。また、TiN及びT
iCは、ポリシリコンに比して化学的結合力が大きいた
め、TiN又はTiCからなる導電体膜3は殆どエッチ
ングされない。
Next, as shown in FIG. 1C, the polysilicon film 4 is etched by high density plasma etching to remove the polysilicon film 4 other than the portion covered with the resist 5. As a result, the polysilicon film remaining below the resist 5 becomes the gate electrode 6. In this etching step, since the conductor film 3 is formed on the gate oxide film 2, it is possible to avoid the occurrence of a local charged region on the substrate. Therefore, it is possible to prevent a notch from being formed under the gate electrode 6. Also, TiN and T
Since iC has a larger chemical bonding force than polysilicon, the conductor film 3 made of TiN or TiC is hardly etched.

【0032】次いで、図1(d)に示すように、レジス
ト5を除去する。このレジスト5を除去する工程におい
て、ゲート電極6に被覆されていない部分の導電体膜3
は酸化され絶縁体に変化して絶縁膜7となる。この絶縁
膜7は、コンタクトホールエッチングにより、必要に応
じて後工程で部分的にエッチングされる。このようにし
て、各ゲート電極6が相互に電気的に分離される。
Next, as shown in FIG. 1D, the resist 5 is removed. In the step of removing the resist 5, the portion of the conductor film 3 not covered with the gate electrode 6
Is oxidized and converted into an insulator to become an insulating film 7. The insulating film 7 is partially etched by a contact hole etching in a later step as needed. In this way, the gate electrodes 6 are electrically isolated from each other.

【0033】本実施例においては、上述の如く、ポリシ
リコン膜の下方にTiN又はTiC膜からなる導電体膜
が設けられているため、ノッチの発生を回避できて、ゲ
ート電極を微細化することができる。
In this embodiment, as described above, since the conductor film made of the TiN or TiC film is provided below the polysilicon film, the occurrence of notches can be avoided and the gate electrode can be miniaturized. You can

【0034】次に、上述の実施例により実際にゲート電
極を形成し、ノッチ発生の有無を調べた結果について説
明する。
Next, the results obtained by actually forming the gate electrode according to the above-mentioned embodiment and examining the presence or absence of the notch will be described.

【0035】先ず、ゲート酸化膜2上にTiNからなる
導電体膜3を約100Åの厚さに形成した。そして、こ
の導電体膜3上にポリシリコン膜4を1.0μmの厚さ
に形成した。次に、このポリシリコン膜4上にレジスト
5を選択的に形成した。このレジスト5のパターン幅は
0.3μmである。
First, a conductor film 3 made of TiN was formed on the gate oxide film 2 to a thickness of about 100 Å. Then, a polysilicon film 4 having a thickness of 1.0 μm was formed on the conductor film 3. Next, a resist 5 was selectively formed on the polysilicon film 4. The pattern width of the resist 5 is 0.3 μm.

【0036】次に、高密度プラズマエッチング法によ
り、ポリシリコン膜4に対し100%オーバーエッチン
グを施した。これにより、レジスト5に覆われた領域以
外のポリシリコン膜を除去し、ゲート電極6を得た。こ
のときのエッチング条件は、エッチング速度が4500
Å/分である。また、高密度プラズマによる選択比(T
iN導電体膜1に対するポリシリコンのエッチング量)
は30である。
Next, the polysilicon film 4 was overetched by 100% by a high density plasma etching method. As a result, the polysilicon film other than the region covered with the resist 5 was removed to obtain the gate electrode 6. The etching condition at this time is that the etching rate is 4500.
Å / minute. In addition, the selection ratio (T
Etching amount of polysilicon for iN conductor film 1)
Is thirty.

【0037】次いで、レジスト5を除去した。このレジ
スト除去過程において、ゲート電極6に被覆されていな
い部分のTiNは酸化されて絶縁体となり、絶縁膜7が
形成された。
Then, the resist 5 was removed. In this resist removal process, TiN in the portion not covered with the gate electrode 6 was oxidized to become an insulator, and the insulating film 7 was formed.

【0038】このようにして形成したゲート電極につい
て、ノッチの発生の有無を調べた。その結果、ノッチの
発生はみられず、所望の形状のゲート電極を得ることが
できた。また、絶縁膜7の絶縁特性を調べたところ、良
好な絶縁特性と示した。
With respect to the gate electrode thus formed, the presence or absence of a notch was examined. As a result, no notch was observed, and a gate electrode having a desired shape could be obtained. Further, when the insulating property of the insulating film 7 was examined, it was found to be good insulating property.

【0039】なお、本実施例で形成されるTiN膜は不
純物の拡散を防止するという作用もある。また、このT
iN膜は酸化により高誘電率のTiO系化合物になるた
め、例えばDRAMのキャパシタの誘電体として使用す
ることもできる。更に、TiN膜を酸化することにより
高誘電性の絶縁体がゲート酸化膜上に残存することが好
ましくない場合は、TiN膜を水溶液系の化学反応によ
り除去してもよい。更にまた、導電体膜としては、Ti
N膜に替えて他の導電性のセラミック膜を形成してもよ
い。
The TiN film formed in this embodiment also has the function of preventing the diffusion of impurities. Also, this T
Since the iN film becomes a TiO-based compound having a high dielectric constant by oxidation, it can be used as a dielectric of a DRAM capacitor, for example. Further, when it is not preferable that the high-dielectric insulator remains on the gate oxide film by oxidizing the TiN film, the TiN film may be removed by an aqueous solution chemical reaction. Furthermore, as the conductor film, Ti
Instead of the N film, another conductive ceramic film may be formed.

【0040】更にまた、前記レジストとして導電性レジ
ストを用いてもよい。この場合も、上述の実施例と同様
の効果を得ることができる。
Furthermore, a conductive resist may be used as the resist. Also in this case, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るMOS
型電界効果トランジスタのゲート電極形成方法は、ゲー
ト酸化膜上に導電体からなる下地膜を形成しこの下地膜
上にポリシリコン膜を形成するから、ゲート電極を微細
化してもノッチの発生を回避することができる。このた
め、本発明は、微細化されたMOS型電界効果トランジ
スタの製造歩留りを向上させることができて、MOS型
電界効果トランジスタの高集積化に極めて有用である。
As described above, the MOS according to the present invention
In the method of forming the gate electrode of the field effect transistor, since a base film made of a conductor is formed on the gate oxide film and a polysilicon film is formed on this base film, the occurrence of notches is avoided even if the gate electrode is miniaturized. can do. Therefore, the present invention can improve the manufacturing yield of miniaturized MOS field effect transistors, and is extremely useful for high integration of MOS field effect transistors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)乃至(d)は本発明の実施例に係るMO
S型電界効果トランジスタのゲート電極の形成方法を工
程順に示す断面図である。
1A to 1D are MOs according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the method of forming the gate electrode of the S-type field effect transistor in the order of steps.

【図2】従来のLDD構造のMOS型電界効果トランジ
スタを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional MOS type field effect transistor having an LDD structure.

【図3】従来のMOS型電界効果トランジスタのゲート
電極形成方法を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of forming a gate electrode of a conventional MOS field effect transistor.

【図4】従来の問題点を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional problem.

【図5】ゲート加工評価用試料を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a gate processing evaluation sample.

【図6】ノッチの発生状態の一例を示す模式的断面図で
ある。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a notch generation state.

【図7】ノッチの発生状態の他の例を示す模式的断面図
である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of a notch generation state.

【図8】(a)乃至(c)は、ノッチが発生する様子を
示す模式図である。
8A to 8C are schematic diagrams showing how notches are generated.

【図9】ノッチ比の温度依存性を示すグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing the temperature dependence of the notch ratio.

【図10】ゲート酸化膜に発生した帯電領域からイオン
が受ける静電気の反発力を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the repulsive force of static electricity received by ions from a charged region generated in a gate oxide film.

【図11】イオンが受ける水平方向の力を示す模式図で
ある。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a horizontal force received by ions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11;半導体基板 2,15;ゲート酸化膜 3;導電体膜 4,16a;ポリシリコン膜 5,20;レジスト 6,16;ゲート電極 7;絶縁膜 12;フィールド酸化膜 13;ソース領域 14;ドレイン領域 22;帯電領域 23;電子 24;イオン 1, 11; semiconductor substrate 2, 15; gate oxide film 3; conductor film 4, 16a; polysilicon film 5, 20; resist 6, 16; gate electrode 7; insulating film 12; field oxide film 13; source region 14 Drain region 22; charged region 23; electron 24; ion

フロントページの続き (72)発明者 木下 隆 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Front page continuation (72) Inventor Takashi Kinoshita 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Kobe Steel Works, Ltd. Kobe Research Institute

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する
工程と、前記ゲート酸化膜上にポリシリコンに比して化
学的結合力が大きい導電体からなる下地膜を形成する工
程と、前記下地膜上にポリシリコン膜を形成する工程
と、前記ポリシリコン膜上に所定のパターンでレジスト
を形成する工程と、ドライエッチングを施し前記レジス
トの下方のみに前記ポリシリコン膜を残存させ他の領域
のポリシリコン膜を除去する工程とを有することを特徴
とするMOS型電界効果トランジスタのゲート電極形成
方法。
1. A step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, a step of forming a base film made of a conductor having a greater chemical bonding force than polysilicon on the gate oxide film, A step of forming a polysilicon film on the ground film, a step of forming a resist on the polysilicon film in a predetermined pattern, and a step of performing dry etching to leave the polysilicon film only under the resist and to remove other regions. And a step of removing the polysilicon film. A method of forming a gate electrode of a MOS field effect transistor.
【請求項2】 前記下地膜はTiNからなることを特徴
とする請求項1に記載のMOS型電界効果トランジスタ
のゲート電極形成方法。
2. The method for forming a gate electrode of a MOS field effect transistor according to claim 1, wherein the base film is made of TiN.
【請求項3】 前記下地膜はTiCからなることを特徴
とする請求項1に記載のMOS型電界効果トランジスタ
のゲート電極形成方法。
3. The method of forming a gate electrode of a MOS field effect transistor according to claim 1, wherein the base film is made of TiC.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008530769A (en) * 2005-01-13 2008-08-07 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Method for producing TiC as a thermally stable p-type metal carbide on a high dielectric constant SiO2 gate stack
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