JPH07235542A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH07235542A
JPH07235542A JP6237733A JP23773394A JPH07235542A JP H07235542 A JPH07235542 A JP H07235542A JP 6237733 A JP6237733 A JP 6237733A JP 23773394 A JP23773394 A JP 23773394A JP H07235542 A JPH07235542 A JP H07235542A
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tungsten
metal
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信太郎 末廣
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
Yasushi Akasaka
泰志 赤坂
Kazuaki Nakajima
一明 中嶋
Tadashi Iijima
匡 飯島
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lessen the contact resistance between a polycrystalline silicon film and a tungsten film and to shorten the delay time of a semiconductor device by a method wherein a gate electrode is formed and a multilayer film, which consists of the polycrystalline silicon film, a silicon nitride film, in which the surface density of nitrogen is less than a specified value, and the tungsten film, is used for the formation of the gate electrode. CONSTITUTION:A silicon oxide film 2 and a conductive impurity-doped polycrystalline silicon film 3 are formed on a silicon substrate 1. Moreover, a tungsten nitride film 4 and a tungsten film 5 are formed. When heat treatment is conducted, nitrogen is redistributed in the film 3 from the film 4 and a high- concentration nitrogen-containing silicon film 6 is formed. The surface density of nitrogen in this film 6 is less than 8X10<14>cm<-2> and the contact resistance between the films 3 and 5 is reduced to less than 100OMEGAcm<2>. Accordingly, the delay time of a semiconductor device can be significantly improved.

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、半導体装置およびその
製造方法に係り、特に半導体装置における電極または配
線、およびその製造方法の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to improvements in electrodes or wirings in the semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュ−タ−や通信機器等の重要部分
には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達成す
るようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成した
大規模集積回路(LSI)が多用されている。このた
め、機器全体の性能は、LSI単体の性能と大きく結び
付いている。LSI単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。
2. Description of the Related Art Large-scale integrated circuits (LSIs) formed by connecting a large number of transistors, resistors, etc. to an electric circuit in important parts of a computer, communication equipment, etc. ) Is often used. Therefore, the performance of the entire device is largely linked to the performance of the LSI alone. The performance improvement of a single LSI can be realized by increasing the degree of integration, that is, by miniaturizing the element.

【0003】しかし、近年の素子の微細化による半導体
集積回路の高集積化や高速化に伴い、ゲート電極等の電
極やゲート配線等の配線のRC遅延によって、素子の動
作速度が律速されるという問題が顕在化してきた。
However, with the recent higher integration and higher speed of semiconductor integrated circuits due to the miniaturization of elements, the RC delay of electrodes such as gate electrodes and wirings such as gate wirings limits the operating speed of the elements. The problem has become apparent.

【0004】RC遅延の問題は、電極材料を変えなくて
も厚さを増して低抵を小さくすれば改善できるが、加工
の点で問題が残る。例えば、ゲート電極の場合であれ
ば、ゲート長:ゲート高=1:1を大きく越えないほう
が望ましい。
The problem of RC delay can be solved by increasing the thickness and reducing the low resistance without changing the electrode material, but the problem remains in terms of processing. For example, in the case of a gate electrode, it is desirable not to greatly exceed gate length: gate height = 1: 1.

【0005】ゲート電極の厚さを変えずにゲート抵抗を
小さくする方法として、ゲート電極として、多結晶シリ
コン膜と高融点金属珪化物膜との積層膜を利用すること
があげられる。この方法によれば、従来の多結晶シリコ
ンゲート技術におけるしきい値電圧の制御方法を踏襲で
き、しかも、高融点金属珪化物膜は一般に耐熱性が高
く、従来の多結晶シリコンゲートプロセスと互換性が高
いという利点もある。
As a method of reducing the gate resistance without changing the thickness of the gate electrode, a laminated film of a polycrystalline silicon film and a refractory metal silicide film can be used as the gate electrode. According to this method, the threshold voltage control method in the conventional polycrystalline silicon gate technology can be followed, and the refractory metal silicide film generally has high heat resistance and is compatible with the conventional polycrystalline silicon gate process. Is also high.

【0006】しかしながら、例えば0.3μm以下のゲ
ート長を持つ微細なMOSFETのことを考えるなら
ば、高融点金属珪化物膜の厚さは、100乃至200n
mの程度に制限され、数10Ω/口程度のシート抵抗し
か達成できない。
However, when considering a fine MOSFET having a gate length of 0.3 μm or less, for example, the refractory metal silicide film has a thickness of 100 to 200 n.
The sheet resistance is limited to the level of m, and only a sheet resistance of several tens Ω / port can be achieved.

【0007】このような微細なMOSFETにおいて、
100nmで数Ω/口程度のシート抵抗を実現するため
に、高融点金属珪化物膜よりも低抵抗で、しかもある程
度の耐熱性を有するタングステン,モリブデン等の高融
点金属からなる金属膜と多結晶シリコン膜との積層膜を
ゲート電極に用いることが検討されている。
In such a fine MOSFET,
In order to realize a sheet resistance of about several Ω / port at 100 nm, a metal film made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum having a lower resistance than the refractory metal silicide film and having a certain degree of heat resistance, and a polycrystalline film. The use of a laminated film with a silicon film for the gate electrode is being studied.

【0008】しかしながら、高融点金属として、比較的
シリコンと反応し難いとされるタングステンを用いた場
合でも、800℃程度の温度で容易にタングステンはシ
リコンと反応し、珪化タングステンが形成され、抵抗が
上昇してしまうという問題がある。
However, even if tungsten, which is relatively hard to react with silicon, is used as the refractory metal, the tungsten easily reacts with silicon at a temperature of about 800 ° C. to form tungsten silicide, resulting in a resistance. There is a problem of rising.

【0009】このような反応を防止する方法として、多
結晶シリコン膜と高融点金属膜との界面に反応防止膜を
挿入することが検討されており、例えば、多結晶シリコ
ン膜とモリブデン膜との反応を防止する材料として、シ
リコン窒化物が有効であることが、特許公開公報(特開
昭60−195975)に開示されている。この特許公
開公報によれば、多結晶シリコン膜とモリブデン膜との
反応を防止し、且つこれら膜間にトンネル電流を流すに
は、シリコン窒化膜の厚さを1〜5nm程度の範囲にす
ることが望ましいとされている。
As a method of preventing such a reaction, it has been considered to insert a reaction preventive film at the interface between the polycrystalline silicon film and the refractory metal film. It is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 60-195975 that silicon nitride is effective as a material for preventing the reaction. According to this patent publication, in order to prevent the reaction between the polycrystalline silicon film and the molybdenum film and to pass the tunnel current between these films, the thickness of the silicon nitride film should be in the range of about 1 to 5 nm. Is said to be desirable.

【0010】しかしながら、シリコン窒化膜を反応防止
膜として用いると、多結晶シリコン膜は絶縁膜であるシ
リコン窒化膜を介して高融点金属膜とコンタクトするこ
とになるので、コンタクト抵抗が増加し、素子の遅延が
大きくなるという新たな問題が生じる。このことについ
て以下より詳細に説明する。
However, when the silicon nitride film is used as the reaction preventing film, the polycrystalline silicon film comes into contact with the refractory metal film through the silicon nitride film which is an insulating film, so that the contact resistance increases and the element A new problem arises in that the delay of is increased. This will be described in more detail below.

【0011】ゲート部における遅延は、図11(a)に
示すように、シリコン基板91とタングステン膜95と
の間のゲート容量COXおよびコンタクト抵抗RC の影響
を受け、この場合のゲート部の等価回路は、図11
(b)のようになる。図中、92はゲート酸化膜、93
は多結晶シリコン膜、94はシリコン窒化膜を示してい
る。なお、ここでは、議論を簡単にするためにシート抵
抗の影響は無視したが、コンタクト抵抗RC によるRC
遅延の寄与分を見積もるには十分である。
The delay in the gate section is affected by the gate capacitance C OX between the silicon substrate 91 and the tungsten film 95 and the contact resistance R C , as shown in FIG. The equivalent circuit is shown in FIG.
It becomes like (b). In the figure, 92 is a gate oxide film, and 93
Indicates a polycrystalline silicon film, and 94 indicates a silicon nitride film. Although the influence of the sheet resistance is neglected here to simplify the discussion, RC due to the contact resistance R C
Sufficient to estimate the delay contribution.

【0012】図11(b)から分かるように、コンタク
ト抵抗RC は、ゲート容量COXと結合し、RC遅延の原
因となる。このRC遅延の時定数は、ゲート容量COX
コンタクト抵抗RC との積で表される。コンタクト抵抗
C は面積に反比例し、ゲート容量COXは面積に比例す
るから、その積はゲート部の形状に依存しない値にな
る。
As can be seen from FIG. 11B, the contact resistance R C is combined with the gate capacitance C OX and causes RC delay. The time constant of this RC delay is represented by the product of the gate capacitance C OX and the contact resistance R C. Since the contact resistance R C is inversely proportional to the area and the gate capacitance C OX is proportional to the area, the product thereof has a value that does not depend on the shape of the gate portion.

【0013】仮にゲート酸化膜92の膜厚を7nmとす
ると、ゲート容量COXは4.9×10-15 F/μm2
なる。コンタクト抵抗RC を1×103 Ωμm2 程度と
すると、RC遅延の時定数は4.9×10-12 sec程
度となる。すなわち、5psec程度の時定数を持つこ
とになる。
Assuming that the thickness of the gate oxide film 92 is 7 nm, the gate capacitance C ox will be 4.9 × 10 -15 F / μm 2 . When the contact resistance R C is about 1 × 10 3 Ωμm 2 , the time constant of RC delay is about 4.9 × 10 -12 sec. That is, it has a time constant of about 5 psec.

【0014】以上の遅延の説明は、遅延要因として、コ
ンタクト抵抗RC とゲート容量COXとの結合だけを考慮
したものであるが、実際にはこれら遅延成分の他にシー
ト抵抗とゲート容量COXとの結合による遅延成分が存在
する。
Although the above description of the delay considers only the coupling of the contact resistance R C and the gate capacitance C OX as the delay factor, in reality, in addition to these delay components, the sheet resistance and the gate capacitance C are actually taken into consideration. There is a delay component due to binding with OX .

【0015】図12は、シート抵抗を考慮した遅延を説
明するための図であり、図12(a)は、ゲート部に存
在するコンタクト抵抗RC ,ゲート容量COX,多結晶シ
リコン膜93の抵抗Rpoly,タングステン膜95の抵抗
W を示しており、この場合のゲート部の等価回路は、
図12(b)に示すような複数段(ここでは5段)の集
中定数回路となる。ゲート容量COXは蓄積状態のときの
値に固定している。また、素子サイズは、チャネル長/
チャネル幅が0.25/20(μm)のものである。こ
れは論理LSIで用いられるMOSFETとしては現実
的なサイズである。
FIG. 12 is a diagram for explaining the delay in consideration of the sheet resistance, and FIG. 12A shows the contact resistance R C , the gate capacitance C OX , and the polycrystalline silicon film 93 existing in the gate portion. The resistance R poly and the resistance R W of the tungsten film 95 are shown. The equivalent circuit of the gate portion in this case is
The lumped constant circuit has a plurality of stages (here, five stages) as shown in FIG. The gate capacitance C OX is fixed to the value in the storage state. The element size is the channel length /
The channel width is 0.25 / 20 (μm). This is a realistic size for a MOSFET used in a logic LSI.

【0016】ここでは、ゲートの一端に0.01pse
cという十分に立ち上がりの速いパルス状の入力電圧V
in(=1V)を与え、他端(多結晶シリコン膜93)に
現れる出力電圧Vout が入力電圧Vinの90%になるま
での時間を遅延時間と定義する。
Here, 0.01 pse is applied to one end of the gate.
A pulse-shaped input voltage V that has a sufficiently fast rise time of c
The delay time is defined as the time until the output voltage V out appearing at the other end (polycrystalline silicon film 93) reaches 90% of the input voltage V in when in (= 1 V) is applied.

【0017】本発明者等は、上記等価回路についてのコ
ンタクト抵抗RC と遅延時間との関係を調べたところ以
下のような結果が得られた。すなわち、図13に示すよ
うに、コンタクト抵抗RC の値が100Ωμm2 を越え
るあたりで遅延時間の急激な増大が始まり、コンタクト
抵抗RC の値が1KΩμm2 で遅延時間は14psec
に達する。
The present inventors examined the relationship between the contact resistance R C and the delay time in the above equivalent circuit, and obtained the following results. That is, as shown in FIG. 13, when the value of the contact resistance R C exceeds 100 Ωμm 2 , the delay time starts to increase rapidly, and when the value of the contact resistance R C is 1 KΩμm 2 , the delay time is 14 psec.
Reach

【0018】上述したような微細なMOSFETを用い
たインバータにおいて、MOSFETの上記の如きの寄
生抵抗,寄生容量等を無視した理想的な場合におけるイ
ンバータ1段当たりのスイッチング時間は30psec
を下回ると考えられる。このため、このような短いスイ
ッチング時間に対して、上記14psecという値の遅
延時間はもはや許容できる範囲ではない。
In the inverter using the fine MOSFET as described above, the switching time per inverter is 30 psec in an ideal case in which the above parasitic resistance and parasitic capacitance of the MOSFET are ignored.
It is considered to be below. Therefore, for such a short switching time, the delay time of 14 psec is no longer acceptable.

【0019】また、サブハーフミクロン以下の次世代の
MOSFETを考えるならば、論理ゲートの1段当たり
のスイッチング時間は数10psec程度であり、RC
遅延として許容される値は高々数psec程度と考えな
ければならない。
Further, when considering a next-generation MOSFET of sub-half micron or less, the switching time per logic gate stage is about several tens of psec, and RC
The value allowed as the delay must be considered to be about several psec at most.

【0020】ところで、多結晶シリコン膜とタングステ
ン膜との間に挿入する反応防止膜としては、上述したシ
リコン窒化膜以外に、窒化チタン膜がある。しかしなが
ら、反応防止膜としての窒化チタン膜には以下に述べる
ように二つの大きな問題がある。
By the way, as the reaction preventive film inserted between the polycrystalline silicon film and the tungsten film, there is a titanium nitride film in addition to the above-mentioned silicon nitride film. However, the titanium nitride film as the reaction preventing film has two major problems as described below.

【0021】まず、第1に、窒化チタン膜は非常に酸化
され易いので異常酸化という問題がある。この問題を図
14の工程断面図を用いて説明する。図中、101はシ
リコン基板を示しており、図14(a)はシリコン基板
101上に、ゲート酸化膜102を介して、多結晶シリ
コン膜103、窒化チタン膜104およびタングステン
膜105からなるゲート電極が完成した状態を示してい
る。この後、ゲート端の酸化膜厚を厚くするためのシリ
コンの選択酸化を行なうと、図14(b)に示すよう
に、窒化チタン膜104aが粒状に異常酸化されてしま
う。第2に、多結晶シリコン膜上に形成される窒化チタ
ン膜の結晶粒は小さく、窒化チタン膜上に形成するW膜
の比抵抗が高くなるという問題がある。
First, since the titanium nitride film is very easily oxidized, there is a problem of abnormal oxidation. This problem will be described with reference to the process sectional view of FIG. In the figure, 101 indicates a silicon substrate, and FIG. 14A shows a gate electrode composed of a polycrystalline silicon film 103, a titanium nitride film 104 and a tungsten film 105 on a silicon substrate 101 with a gate oxide film 102 interposed therebetween. Shows the completed state. Thereafter, if the silicon is selectively oxidized to increase the thickness of the oxide film at the gate end, the titanium nitride film 104a is abnormally oxidized into particles as shown in FIG. 14B. Secondly, there is a problem that the crystal grain of the titanium nitride film formed on the polycrystalline silicon film is small and the specific resistance of the W film formed on the titanium nitride film becomes high.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のM
OSFETにおいては、その微細化が進むと、スイッチ
時間に対して、コンタクト抵抗に起因する遅延時間が長
くなり、高速動作が妨げられるという問題があった。
As described above, the conventional M
As the miniaturization of the OSFET progresses, there is a problem that the delay time due to the contact resistance becomes longer than the switch time, which hinders high-speed operation.

【0023】また、多結晶シリコン膜と、反応防止膜と
して窒化チタン膜と、タングステン膜との積層膜が酸化
を受けと、窒化チタン膜が異常酸化したり、タングステ
ン膜の比抵抗が高くなるという問題があった。
Further, when the laminated film of the polycrystalline silicon film, the titanium nitride film as the reaction preventing film, and the tungsten film is oxidized, the titanium nitride film is abnormally oxidized or the specific resistance of the tungsten film is increased. There was a problem.

【0024】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その第1の目的とするところは、コンタクト抵抗
に起因する遅延時間を短縮できる半導体装置およびその
製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of shortening the delay time caused by contact resistance and a method of manufacturing the same. .

【0025】また、本発明の第2の目的は、酸化を受け
ても、異常酸化が生じない、シリコン膜と窒素を含む第
1の導電膜と第2の導電膜との積層膜からなる電極(配
線)を有する半導体装置およびその製造方法を提供する
ことにある。
A second object of the present invention is to provide an electrode composed of a laminated film of a first conductive film containing a silicon film and nitrogen and a second conductive film, which does not cause abnormal oxidation even when subjected to oxidation. It is to provide a semiconductor device having (wiring) and a manufacturing method thereof.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の半導体装置(請求項1)は、シリコ
ン膜と、このシリコン膜上に形成され、窒素とシリコン
とを含み、前記窒素の面密度が8×1014cm-2未満の
膜と、この膜上に形成された高融点金属膜とが積層して
なる電極および配線の少なくとも一方を備えたものであ
る。
In order to achieve the first object, a semiconductor device of the present invention (claim 1) includes a silicon film, and a nitrogen film and a silicon film formed on the silicon film. A film having a nitrogen surface density of less than 8 × 10 14 cm −2 and a refractory metal film formed on the film are laminated, and at least one of an electrode and a wiring is provided.

【0027】また、本発明の他の半導体装置(請求項
2)は、シリコン膜と、このシリコン膜上に形成され、
窒素とシリコンとを含み、前記窒素の面密度が8×10
14cm-2未満の膜と、この膜上に形成され、高融点金属
と窒素とを含む膜と、この膜上に形成された前記高融点
金属からなる膜とが積層してなる電極および配線の少な
くとも一方を備えたものである。
Another semiconductor device of the present invention (claim 2) is a silicon film and a silicon film formed on the silicon film.
It contains nitrogen and silicon, and the surface density of the nitrogen is 8 × 10.
Electrode and wiring formed by laminating a film having a thickness of less than 14 cm −2, a film formed on the film and containing a refractory metal and nitrogen, and a film formed on the film and made of the refractory metal. Of at least one of the above.

【0028】また、本発明の半導体装置の製造方法(請
求項3)は、シリコン膜上に金属と窒素とを含む膜を形
成する工程であって、前記金属として、前記金属からそ
の窒化物を形成する際に生じるギブスの自由エネルギー
低下値から、シリコンからその窒化物を形成する際に生
じるギブスの自由エネルギーの低下値を引いた値が負と
なるものを用いる前記金属と窒素とを含む膜を形成する
工程と、熱処理により、前記膜を前記金属からなる金属
膜に変えるとともに、前記金属膜と前記シリコン膜との
界面に、窒素とシリコンとを含む膜を形成して、前記シ
リコン膜と前記窒素とシリコンとを含む膜と前記金属膜
との積層膜を含む電極および配線の少なくとも一方を形
成する工程とを備えたことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 3) is a step of forming a film containing a metal and nitrogen on a silicon film, wherein the metal is a nitride of the metal. A film containing the metal and nitrogen, wherein the value obtained by subtracting the reduction value of the Gibbs free energy generated when forming the nitride from silicon from the reduction value of the Gibbs free energy generated during formation is negative. And a heat treatment to form a film containing nitrogen and silicon at the interface between the metal film and the silicon film. And a step of forming at least one of an electrode and a wiring including a laminated film of the film containing nitrogen and silicon and the metal film.

【0029】ここで、上記金属は、特に高融点金属が好
ましい。また、上記窒素とシリコンとを含む膜は、窒素
の面密度が8×1014cm-2未満となるようにすること
が好ましい。
Here, the metal is preferably a high melting point metal. Further, it is preferable that the film containing nitrogen and silicon has an area density of nitrogen of less than 8 × 10 14 cm -2 .

【0030】ここで、金属とは高融点金属(例えば、
W,Mo)も含んでいる。また、窒素の面密度とは、膜
の上から見たときの単位面積当りの窒素数であり、これ
は例えばX線光電子分光法等を用いて求めることができ
る。
Here, the metal is a refractory metal (for example,
W, Mo) is also included. Further, the surface density of nitrogen is the number of nitrogen per unit area when viewed from above the film, and this can be obtained by using, for example, X-ray photoelectron spectroscopy.

【0031】上記窒素とシリコンとを含む膜に酸素等の
大気成分が多少含まれていても問題はない。例えば、酸
素の場合には、上記膜中に20%程含まれていても良
い。上記高融点金属は上記膜と界面で化学的に反応しな
いものが良い。例えば、Mo,W,Nb,Ta,Cuが
良い。また、このような化学的に反応しない高融点金属
膜上にCuまたはAgを主成分とする金属膜を設けても
良い。
There is no problem if the film containing nitrogen and silicon contains some atmospheric components such as oxygen. For example, in the case of oxygen, about 20% may be contained in the film. The refractory metal is preferably one that does not chemically react with the film at the interface. For example, Mo, W, Nb, Ta and Cu are preferable. Further, a metal film containing Cu or Ag as a main component may be provided on such a refractory metal film that does not chemically react.

【0032】上記窒素とシリコンを含む膜は、高融点金
属と窒素を含む膜からの再分布による方法に限らず、N
3 雰囲気での窒化、窒素を含むガス中でのプラズマ窒
化などによるものでも良い。
The film containing nitrogen and silicon is not limited to the method by redistribution from the film containing refractory metal and nitrogen, but is not limited to N.
Nitriding in an H 3 atmosphere, plasma nitriding in a gas containing nitrogen, or the like may be used.

【0033】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の半導体装置(請求項4)は、シリコン膜と、こ
のシリコン膜上に形成され、窒素とシリコンと高融点金
属とを含む第1の導電膜と、この第1の導電膜上に形成
された第2の導電膜とが積層してなる電極および配線の
少なくとも一方を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above second object,
A semiconductor device of the present invention (claim 4) is formed on a silicon film, a first conductive film formed on the silicon film and containing nitrogen, silicon, and a refractory metal, and formed on the first conductive film. At least one of an electrode and a wiring formed by stacking the formed second conductive film is laminated.

【0034】ここで、上記第1の導電膜はアモルファス
状の導電膜であることが好ましい(請求項5)。また、
本発明の半導体装置の製造方法(請求項6)は、シリコ
ン膜上に窒素と高融点金属とを含む第1の導電膜を形成
する工程と、この第1の導電膜上に第2の導電膜を形成
する工程と、熱処理により、前記第1の導電膜の一部も
しくは全部を、窒素とシリコンと前記高融点金属とを含
む第3の導電膜に変えて、前記シリコン膜と前記第1の
導電膜と前記第3の導電膜との積層膜を含む電極および
配線の少なくとも一方を形成する工程とを備えたことを
特徴とする。
Here, it is preferable that the first conductive film is an amorphous conductive film. Also,
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 6) includes a step of forming a first conductive film containing nitrogen and a refractory metal on a silicon film, and a second conductive film on the first conductive film. By the step of forming a film and the heat treatment, part or all of the first conductive film is changed to a third conductive film containing nitrogen, silicon, and the refractory metal, and the silicon film and the first conductive film are formed. And a step of forming at least one of an electrode and a wiring including a laminated film of the conductive film and the third conductive film.

【0035】[0035]

【作用】本発明者等の研究によれば、シリコン膜/窒素
とシリコンとを含む膜/高融点金属膜の積層電極を用い
た場合において、シリコン膜と高融点金属膜との間のコ
ンタクト抵抗が100Ωcm2 よりも小さくなると、遅
延時間が急激に短縮されることが分かった。更に、コン
タクト抵抗が100Ωcm2 よりも小さくするには、窒
素とシリコンとを含む膜の窒素の面密度を8×1014
-2よりも小さくすれば良いことが分かった。また、上
記高融点金属膜の代わりに、第1の高融点金属と窒素と
を含む膜と、第2の高融点金属膜との積層膜を用いても
同様な結果が得られた。
According to the research conducted by the present inventors, the contact resistance between the silicon film and the refractory metal film is used when the laminated electrode of the silicon film / the film containing nitrogen and silicon / the refractory metal film is used. It has been found that the delay time is drastically shortened when is smaller than 100 Ωcm 2 . Further, in order to make the contact resistance smaller than 100 Ωcm 2 , the surface density of nitrogen of the film containing nitrogen and silicon is 8 × 10 14 c.
It turns out that it should be smaller than m -2 . Similar results were obtained by using a laminated film of a film containing a first refractory metal and nitrogen and a second refractory metal film instead of the refractory metal film.

【0036】したがって、このような知見に基づいて、
窒素とシリコンとを含む膜の窒素の面密度を8×1014
cm-2未満にした本発明の半導体装置(請求項1,2)
によれば、コンタクト抵抗が小さくなり、遅延時間が短
縮される。
Therefore, based on such knowledge,
The surface density of nitrogen in a film containing nitrogen and silicon is set to 8 × 10 14.
The semiconductor device of the present invention having a size of less than cm -2 (claims 1 and 2)
According to this, the contact resistance is reduced and the delay time is shortened.

【0037】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、シリコン膜上に金属と窒素とを含む膜を形成する際
に、前記金属として、前記金属からその窒化物を形成す
る際に生じるギブスの自由エネルギー低下値から、シリ
コンからその窒化物を形成する際に生じるギブスの自由
エネルギーの低下値を引いた値が負となるものを用いて
いる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a film containing a metal and nitrogen on a silicon film, Gibbs which is generated when forming a nitride of the metal as the metal is formed. The value obtained by subtracting the decrease value of Gibbs free energy generated when forming the nitride from silicon from the decrease value of free energy is negative.

【0038】このため、前記膜上に、前記金属からなる
金属膜を形成した後、熱処理を行なうと、前記膜中の窒
素がシリコン膜に移動し、そして、前記膜中の窒素が前
記金属に向かって外方拡散する。この結果、前記膜は前
記金属からなる金属膜に変わるとともに、該金属膜と前
記シリコン膜との界面に、窒素とシリコンとを含む膜が
形成される。
Therefore, when a heat treatment is performed after forming a metal film made of the metal on the film, nitrogen in the film moves to the silicon film, and nitrogen in the film changes to the metal. Spread outwards. As a result, the film is changed to a metal film made of the metal, and a film containing nitrogen and silicon is formed at the interface between the metal film and the silicon film.

【0039】この方法は窒素の面密度の制御性が良く、
窒素の面密度が8×1014cm-2未満の窒素とシリコン
とを含む膜を容易に形成でき、本発明の半導体装置を簡
単に製造できるようになる。
This method has good controllability of the surface density of nitrogen,
A film containing nitrogen and silicon having a surface density of nitrogen of less than 8 × 10 14 cm -2 can be easily formed, and the semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

【0040】また、本発明者等の研究によれば、シリコ
ン膜と、このシリコン膜上に形成され、窒素とシリコン
と高融点金属とを含む第1の導電膜と、この第1の導電
膜上に形成された第2の導電膜との積層膜を酸化して
も、第1の導電膜は異常酸化されないことが分かった。
According to the research conducted by the present inventors, a silicon film, a first conductive film formed on the silicon film and containing nitrogen, silicon, and a refractory metal, and the first conductive film. It was found that the first conductive film was not abnormally oxidized even if the stacked film formed with the second conductive film formed above was oxidized.

【0041】したがって、電極、配線を構成する膜とし
て、上記積層膜を用いれば、異常酸化を防止できる電
極、配線が得られるようになる(請求項4)。さらに、
本発明者等の研究によれば、第1の導電層がアモルファ
ス状態の導電膜であれば、結晶粒の大きい第2の導電膜
を形成でき、第2の導電膜の比抵抗を小さくできること
が分かった。
Therefore, if the above-mentioned laminated film is used as a film forming the electrodes and wirings, electrodes and wirings capable of preventing abnormal oxidation can be obtained (claim 4). further,
According to the study by the present inventors, if the first conductive layer is a conductive film in an amorphous state, the second conductive film having large crystal grains can be formed and the specific resistance of the second conductive film can be reduced. Do you get it.

【0042】そのメカニズムの詳細は明らかではない
が、本発明者等は以下のように推測している。下地であ
る第1の導電層が特定の結晶構造を有する場合には、第
2の導電層は、下地の結晶構造の影響(歪み)を受け
る。
Although the details of the mechanism are not clear, the present inventors presume as follows. When the underlying first conductive layer has a specific crystal structure, the second conductive layer is affected (strained) by the underlying crystal structure.

【0043】ここで、第2の導電層は、下地の結晶構造
が異なると、異なる影響(歪み)を受け、よって下地の
結晶構造が場所によって異なると、第2の導電層は場所
によって異なる歪みを受ける。
Here, the second conductive layer is affected differently (strained) when the crystal structure of the base is different, and when the crystal structure of the base is different depending on the place, the second conductive layer is distorted depending on the place. Receive.

【0044】このため、場所によって結晶構造が異なる
第1の導電層上に形成される第2の導電層は、場所によ
って異なる歪みを受ける。そして、第2の導電層がある
厚さを越え、歪みがある大きさを越えると、結晶粒界が
形成されるので、大きな結晶粒は形成されない。
Therefore, the second conductive layer formed on the first conductive layer having a different crystal structure depending on the location is subject to different strains depending on the location. If the second conductive layer exceeds a certain thickness and the strain exceeds a certain size, a grain boundary is formed, so that a large crystal grain is not formed.

【0045】一方、下地である第1の導電層がアモルフ
ァス状態であれば、その上に形成される第2の導電層
は、場所によって異なる歪みを受けることはない。この
ため、第2の導電層を厚く形成しても、結晶粒界は生じ
ないので、大きな結晶粒が形成され、比抵抗は小さくな
る。
On the other hand, if the underlying first conductive layer is in an amorphous state, the second conductive layer formed thereon will not be distorted differently depending on the location. For this reason, even if the second conductive layer is formed thick, no crystal grain boundary is generated, so that large crystal grains are formed and the specific resistance is reduced.

【0046】また、本発明の半導体装置の製造方法(請
求項6)では、熱処理により、窒素と高融点金属とを含
む第1の導電膜の一部もしくは全部を、反応防止膜とし
ての、窒素、シリコンおよび高融点金属を含む第3の導
電膜に変えている。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (claim 6), a part of or all of the first conductive film containing nitrogen and a refractory metal is subjected to a heat treatment to form a nitrogen gas as a reaction preventing film. , And a third conductive film containing silicon and a refractory metal.

【0047】ここで、第3の導電膜(窒化膜)の形成速
度は熱処理温度の依存性が低く、しかも、第3の導電膜
の膜厚は熱処理時間の依存性が低い。したがって、本発
明によれば、第3の導電膜のプロセスマージンは高いも
のとなるので、第3の導電膜を容易に設計通りに形成で
きるようになる。
Here, the formation rate of the third conductive film (nitride film) has a low dependency on the heat treatment temperature, and the film thickness of the third conductive film has a low dependency on the heat treatment time. Therefore, according to the present invention, since the process margin of the third conductive film is high, the third conductive film can be easily formed as designed.

【0048】[0048]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るゲート電極の
形成方法を示す工程断面図である。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. 1A to 1D are process sectional views showing a method of forming a gate electrode according to a first embodiment of the present invention.

【0049】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1上にシリコン酸化膜2を形成し、このシリコン酸
化膜2上に厚さ100nmの導電性不純物が添加された
多結晶シリコン膜3を形成する。この多結晶シリコン膜
3の表面の自然酸化膜は予め除去しておく。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1, and a 100 nm-thick polycrystalline silicon film to which a conductive impurity is added is formed on the silicon oxide film 2. 3 is formed. The natural oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film 3 is removed in advance.

【0050】次に図1(b)に示すように、多結晶シリ
コン膜3上に厚さ10nmの窒化タングステン(具体的
にはW2 NやWN)膜4をN2 :Ar=3:2の雰囲気
中で反応性スパッタ法で形成し、引き続き、厚さ100
nmのタングステン膜5をAr雰囲気でスパッタ法によ
り形成する。この一連のスパッタ法は基板を大気に晒さ
ず、連続的に行なうことが好ましい。なお、多結晶シリ
コン膜3の表面に自然酸化膜が形成されないように、多
結晶シリコン膜を堆積した後、大気に晒さずに連続して
窒化タングステン膜4、タングステン膜5を堆積しても
良い。
Next, as shown in FIG. 1B, a 10 nm thick tungsten nitride (specifically W 2 N or WN) film 4 is formed on the polycrystalline silicon film 3 with N 2 : Ar = 3: 2. Formed by reactive sputtering in an atmosphere of
A tungsten film 5 having a thickness of nm is formed by a sputtering method in an Ar atmosphere. This series of sputtering methods is preferably performed continuously without exposing the substrate to the atmosphere. Note that the tungsten nitride film 4 and the tungsten film 5 may be continuously deposited without exposing to the atmosphere after depositing the polycrystalline silicon film so that a natural oxide film is not formed on the surface of the polycrystalline silicon film 3. .

【0051】次に図1(c)に示すように、不活性雰囲
気、若しくは還元性雰囲気等の非酸化性雰囲気、例え
ば、窒素,アルゴン,水素またはこれらの混合ガス雰囲
気中での750〜1000℃程度の熱処理により、窒化
タングステン膜4から窒素を多結晶シリコン膜3に再分
布させることにより、高濃度の窒素を含むシリコン膜6
(以下、窒化シリコン(SiNx )膜6という)を形成
する。この方法により窒化シリコン膜6の厚さを1nm
以下に制御でき、実際にX線光電子分光法を用いて調べ
たところ、窒化シリコン膜6の厚さを0.2〜1nm程
度に制御できることを確認した。
Next, as shown in FIG. 1C, a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere or a reducing atmosphere, for example, 750 to 1000 ° C. in an atmosphere of nitrogen, argon, hydrogen or a mixed gas thereof. The nitrogen film from the tungsten nitride film 4 is redistributed into the polycrystalline silicon film 3 by a heat treatment of about 10 ° C.
(Hereinafter, referred to as a silicon nitride (SiN x ) film 6) is formed. By this method, the thickness of the silicon nitride film 6 is set to 1 nm.
The thickness of the silicon nitride film 6 can be controlled to about 0.2 to 1 nm as a result of actual control using X-ray photoelectron spectroscopy.

【0052】このように窒化タングステン膜4が変わっ
たのは、窒化タングステン膜4中の窒素が多結晶シリコ
ン膜3に移動するという窒素の再分布によって、窒化シ
リコン膜6が形成されるとともに、窒化タングステン膜
4中の窒素が外方拡散し、窒化タングステン膜4がタン
グステン膜となり、タングステン膜5と一体になったか
らである。
The tungsten nitride film 4 is changed as described above because the nitrogen in the tungsten nitride film 4 is re-distributed to the polycrystalline silicon film 3 so that the silicon nitride film 6 is formed and nitrided. This is because nitrogen in the tungsten film 4 diffuses outward, the tungsten nitride film 4 becomes a tungsten film, and is integrated with the tungsten film 5.

【0053】窒化タングステン膜4中の窒素が多結晶シ
リコン膜3に移動するメカニズムは以下のように考えら
れる。タングステンから窒化タングステンが形成される
ときのギブスの自由エネルギーの低下は、シリコンから
窒化シリコンが形成されるときのそれより小さい。この
ため、窒化タングステン膜4と多結晶シリコン膜3とが
接触している状態では、窒素の化学ポテンシャルは多結
晶シリコン膜3側の方が小さい。この結果、窒化タング
ステン膜4中の窒素は、多結晶シリコン膜3に移動する
ようになる。
The mechanism by which nitrogen in the tungsten nitride film 4 moves to the polycrystalline silicon film 3 is considered as follows. The reduction in Gibbs free energy when forming tungsten nitride from tungsten is less than that when forming silicon nitride from silicon. Therefore, in the state where the tungsten nitride film 4 and the polycrystalline silicon film 3 are in contact with each other, the chemical potential of nitrogen is smaller on the polycrystalline silicon film 3 side. As a result, nitrogen in the tungsten nitride film 4 moves to the polycrystalline silicon film 3.

【0054】また、窒化タングステン膜4の窒素が外方
拡散する理由は、ギブスの自由エネルギーの変化が負か
ら正方向に変化するので、窒素が外方拡散したほうが熱
力学的に安定になるからである。
The reason why nitrogen in the tungsten nitride film 4 diffuses outward is that the change in Gibbs free energy changes from the negative direction to the positive direction. Therefore, outward diffusion of nitrogen is thermodynamically stable. Is.

【0055】なお、多結晶シリコン膜3の表面に自然酸
化膜が形成されている場合、この上に窒化タングステン
膜4、タングステン膜5を堆積して、上記の如く、熱処
理を行なうと、窒化シリコン(SiNx )膜6の代わり
に、自然酸化膜の酸素を含む窒化シリコン(SiOx
y )膜が形成される。
When a natural oxide film is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 3, the tungsten nitride film 4 and the tungsten film 5 are deposited on the native oxide film, and the heat treatment is performed as described above. Instead of the (SiN x ) film 6, a natural oxide film of silicon nitride containing oxygen (SiO x N
y ) A film is formed.

【0056】最後に、図1(d)に示すように、タング
ステン膜5,窒化シリコン膜6,多結晶シリコン膜3を
ゲート電極状に加工して、ゲート電極が完成する。図1
3に示した本発明者等に見出だされた遅延時間とコンタ
クト抵抗との関係を示す特性図によれば、コンタクト抵
抗100(Ωcm2 )を境にして、遅延時間が大きく変
わることが分かる。すなわち、コンタクト抵抗を100
(Ωcm2)よりも小さくすれば、遅延時間を大幅に小
さくできる。
Finally, as shown in FIG. 1D, the tungsten film 5, the silicon nitride film 6, and the polycrystalline silicon film 3 are processed into a gate electrode shape to complete the gate electrode. Figure 1
According to the characteristic diagram showing the relationship between the delay time and the contact resistance found by the present inventors shown in FIG. 3, it can be seen that the delay time greatly changes at the contact resistance of 100 (Ωcm 2 ). . That is, the contact resistance is 100
If it is smaller than (Ωcm 2 ), the delay time can be greatly reduced.

【0057】コンタクト抵抗と本実施例の形成方法に従
って形成されたゲート電極の窒化シリコン膜6の膜厚と
の関係を図2に示す。図中、特性曲線aは多結晶シリコ
ン膜3として高濃度のn型不純物が添加されたものを用
いた場合、特性曲線bは多結晶シリコン膜3として高濃
度のp型不純物が添加されたものを用いた場合の結果を
示している。
FIG. 2 shows the relationship between the contact resistance and the film thickness of the silicon nitride film 6 of the gate electrode formed according to the forming method of this embodiment. In the figure, a characteristic curve a is a polycrystalline silicon film 3 to which a high concentration of n-type impurities is added, and a characteristic curve b is a polycrystalline silicon film 3 to which a high concentration of p-type impurities is added. The result when using is shown.

【0058】この図2からp+ 型多結晶シリコン膜の場
合、例えば、コンタクト抵抗として100(Ωcm2
未満を確保するのには、窒化シリコン膜6のタングステ
ン膜との界面における窒素面密度を8×1014cm-2
満(窒化シリコン膜6の膜厚に換算すると1nm未満)
にする必要があることが分かる。更に、図2からコンタ
クト抵抗は、窒素面密度8×1014cm-2を境にして大
幅に変わることが分かる。すなわち、窒素面密度を8×
1014cm-2未満にすれば、コンタクト抵抗を大幅に低
減できることが分かる。
In the case of the p + type polycrystalline silicon film from FIG. 2, for example, the contact resistance is 100 (Ωcm 2 ).
In order to ensure the above, the nitrogen surface density at the interface of the silicon nitride film 6 with the tungsten film is less than 8 × 10 14 cm -2 (converted into the thickness of the silicon nitride film 6 is less than 1 nm)
I know you need to. Further, it can be seen from FIG. 2 that the contact resistance greatly changes at a nitrogen surface density of 8 × 10 14 cm -2 . That is, the nitrogen surface density is 8 ×
It can be seen that the contact resistance can be significantly reduced by setting it to less than 10 14 cm -2 .

【0059】上述したように、本実施例の形成方法は、
窒化シリコン膜6の窒素面密度を8×1014cm-2未満
にすることができるものである。したがって、本実施例
によれば、窒化シリコン膜6を薄く形成でき、コンタク
ト抵抗を低減できるので、遅延時間を改善できる。
As described above, the forming method of this embodiment is
The nitrogen surface density of the silicon nitride film 6 can be made less than 8 × 10 14 cm -2 . Therefore, according to this embodiment, the silicon nitride film 6 can be formed thin and the contact resistance can be reduced, so that the delay time can be improved.

【0060】図3は、多結晶シリコン膜/反応防止膜
(SiNx ,SiOxy ,SiO2)/タングステン
膜の積層電極における界面窒素濃度と、この積層電極の
熱処理(N2 雰囲気,800℃,1時間)後のタングス
テン膜のシート抵抗との関係を示す特性図である。ここ
で、タングステン膜の膜厚は100nmとした。
FIG. 3 shows the interfacial nitrogen concentration in the laminated electrode of polycrystalline silicon film / reaction prevention film (SiN x , SiO x N y , SiO 2 ) / tungsten film and heat treatment of this laminated electrode (N 2 atmosphere, 800). FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship with the sheet resistance of the tungsten film after 1 hour (° C.). Here, the film thickness of the tungsten film was 100 nm.

【0061】この図3から反応防止膜がSiNx 膜,S
iOxy 膜の場合には、界面窒素濃度が2.2×10
14cm-2に至まで(SiNx 膜の膜厚換算で0.3n
m)シート抵抗は低いレベルに保たれていることが分か
る。したがって、本実施例のように反応防止膜としてS
iNx 膜(窒化シリコン膜6)、或いはSiOxy
を用いれば、熱処理の悪影響を防止できる。
From FIG. 3, the reaction prevention film is the SiN x film, S
In the case of an iO x N y film, the interfacial nitrogen concentration is 2.2 × 10
Up to 14 cm -2 (0.3n in terms of SiN x film thickness conversion)
m) It can be seen that the sheet resistance is kept at a low level. Therefore, as in this embodiment, S is used as the reaction preventing film.
If an iN x film (silicon nitride film 6) or a SiO x N y film is used, adverse effects of heat treatment can be prevented.

【0062】一方、反応防止膜が従来より用いられてい
るSiO2 膜の場合には、膜厚が2nm程度以下になる
とシート抵抗が増加してしまうことが分かる。シート抵
抗の増加はタングステン膜と多結晶シリコン膜とが反応
し、シリサイドが形成されるからである。
On the other hand, when the reaction preventive film is a conventionally used SiO 2 film, it can be seen that the sheet resistance increases when the film thickness becomes about 2 nm or less. The increase in sheet resistance is because the tungsten film and the polycrystalline silicon film react with each other to form silicide.

【0063】なお、本実施例の形成方法においては、窒
化タングステン膜4をスパッタ法により形成する際に、
雰囲気中に生成されるプラズマによって多結晶シリコン
膜3が極薄く窒化され、窒化シリコン膜が形成されるこ
とがある。この場合、この窒化シリコン膜と、窒化タン
グステン膜4からの窒素の再分布で形成される窒化シリ
コン膜6との二つの窒化シリコン膜をともに反応防止膜
として用いることができる。
In the forming method of this embodiment, when the tungsten nitride film 4 is formed by the sputtering method,
The polycrystalline silicon film 3 may be extremely thinly nitrided by the plasma generated in the atmosphere to form a silicon nitride film. In this case, both the silicon nitride film and the silicon nitride film 6 formed by redistribution of nitrogen from the tungsten nitride film 4 can be used as the reaction preventing film.

【0064】また、本実施例では、窒化タングステン膜
4が全てタングステン膜に変化する場合について説明し
たが、図4(a)に示すように、必要とする窒化シリコ
ン膜6の厚さに応じて窒化タングステン膜4の一部を残
して、ゲート電極を形成することもできる。
In the present embodiment, the case where the tungsten nitride film 4 is entirely changed to the tungsten film has been described. However, as shown in FIG. 4A, the thickness of the silicon nitride film 6 is changed according to the required thickness. The gate electrode can be formed while leaving part of the tungsten nitride film 4.

【0065】更に、図1(a)の工程の後に、図4
(b)に示すように、多結晶シリコン膜3上に厚い窒化
タングステン膜4aを形成しても、図1(c)に示す構
造を形成できる。
Further, after the step of FIG.
As shown in (b), even if a thick tungsten nitride film 4a is formed on the polycrystalline silicon film 3, the structure shown in FIG. 1 (c) can be formed.

【0066】すなわち、図1(a)の工程の後に、窒素
または励起された窒素またはイオン化された窒素を含む
雰囲気ガス中で、多結晶シリコン膜3上に100nm程
度の厚い窒化タングステン膜4aをスパッタ法を用いて
形成した後、上記実施例と同様に非酸化性雰囲気、特に
還元雰囲気中で熱処理する。
That is, after the step of FIG. 1A, a thick tungsten nitride film 4a having a thickness of about 100 nm is sputtered on the polycrystalline silicon film 3 in an atmosphere gas containing nitrogen or excited nitrogen or ionized nitrogen. After being formed by using the method, heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, particularly a reducing atmosphere, as in the above embodiment.

【0067】この結果、窒化タングステン膜4a中の窒
素が多結晶シリコン膜3に移動して厚さ1nm程度の1
原子程度の窒化シリコン膜が形成されるとともに、窒化
タングステン膜4a中の窒素が外方拡散し、タングステ
ン膜となり、図1(c)に示すような構造が形成され
る。
As a result, the nitrogen in the tungsten nitride film 4a migrates to the polycrystalline silicon film 3 and the thickness of 1 nm is about 1 nm.
A silicon nitride film of about atomic size is formed, and nitrogen in the tungsten nitride film 4a is diffused outward to form a tungsten film, so that a structure as shown in FIG. 1C is formed.

【0068】更にまた、本実施例では、窒化タングステ
ン膜の窒素の再分布および外方拡散を行なった後に積層
膜をゲート電極状に加工したが、この加工を異方性エッ
チングにより行なうと、熱処理によるタングステン膜の
結晶成長に伴ってエッチングレート等が変化することが
ある。
Furthermore, in this embodiment, the laminated film was processed into a gate electrode shape after redistribution and outdiffusion of nitrogen in the tungsten nitride film, but when this processing is performed by anisotropic etching, heat treatment is performed. The etching rate and the like may change due to the crystal growth of the tungsten film due to.

【0069】このような影響を無くすには、積層膜を加
工した後に窒素の再分布および外方拡散のための熱処理
を行なえば良い。なお、この窒化タングステン膜形成用
の特別の熱処理は、他の熱処理、例えば、後工程におけ
るソース拡散層,ドレイン拡散層中の不純物を活性化す
るための熱処理等で代用しても良い。
In order to eliminate such an influence, heat treatment for redistribution of nitrogen and outward diffusion may be carried out after processing the laminated film. The special heat treatment for forming the tungsten nitride film may be replaced with another heat treatment, for example, a heat treatment for activating impurities in the source diffusion layer and the drain diffusion layer in a later step.

【0070】図5は、本発明の第2の実施例に係るゲー
ト電極の形成方法を示す工程断面図である。まず、図5
(a)に示すように、シリコン基板11上にゲート絶縁
膜としてのシリコン酸化膜12を形成し、このシリコン
酸化膜12上に厚さ100nmの多結晶シリコン膜13
を形成する。
FIGS. 5A to 5C are process sectional views showing a method of forming a gate electrode according to the second embodiment of the present invention. First, FIG.
As shown in (a), a silicon oxide film 12 as a gate insulating film is formed on a silicon substrate 11, and a polycrystalline silicon film 13 having a thickness of 100 nm is formed on the silicon oxide film 12.
To form.

【0071】次に図5(b)に示すように、反応防止膜
として、厚さ1nm未満、好ましくは0.7nm程度の
極薄の窒化シリコン膜14を形成する。このような極薄
の窒化シリコン膜14は、例えば、以下の五つの成膜方
法(1)〜(5)のどれかで形成することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 5B, an ultrathin silicon nitride film 14 having a thickness of less than 1 nm, preferably about 0.7 nm is formed as a reaction preventing film. Such an ultrathin silicon nitride film 14 is preferably formed by, for example, one of the following five film forming methods (1) to (5).

【0072】(1)NH3 雰囲気,温度1000℃,時
間30秒の熱窒化法による成膜 (2)窒素を含むガス中でプラズマ窒化による成膜 (3)600〜800℃の熱CVD法による成膜 (ソースガス:SiH2 Cl2 +NH3 またはSiH4
+NH3 ) (4)プラズマCVD法による成膜 (5)基板温度500〜800℃,シリコン基板11と
は別領域で生成されたプラズマ(プラズマ:N2 /H2
またはNH3 )による成膜、すなわち、プラズマにおけ
る活性種をダウンフローで基板に供給。
(1) Film formation by thermal nitriding method at a temperature of 1000 ° C. for 30 seconds in NH 3 atmosphere (2) Film formation by plasma nitriding in a gas containing nitrogen (3) By thermal CVD method at 600 to 800 ° C. Film formation (source gas: SiH 2 Cl 2 + NH 3 or SiH 4
+ NH 3 ) (4) Film formation by plasma CVD method (5) Substrate temperature of 500 to 800 ° C., plasma generated in a region different from the silicon substrate 11 (plasma: N 2 / H 2
Alternatively, a film is formed by NH 3 ), that is, active species in plasma are supplied to the substrate by downflow.

【0073】この後、窒化シリコン膜14上に厚さ10
0nmのタングステン膜15をスパッタ法により形成す
る。最後に、図5(c)に示すように、タングステン膜
15,窒化シリコン膜14,多結晶シリコン膜13の積
層膜を所望のゲート電極状に加工して、ゲート電極が完
成する。
After this, a thickness of 10 is formed on the silicon nitride film 14.
A 0 nm tungsten film 15 is formed by the sputtering method. Finally, as shown in FIG. 5C, the laminated film of the tungsten film 15, the silicon nitride film 14, and the polycrystalline silicon film 13 is processed into a desired gate electrode shape to complete the gate electrode.

【0074】本実施例の形成方法でも薄い窒化シリコン
膜14を形成できるので、先の実施例と同様な効果を得
ることができる。なお、第1,第2の実施例ではゲート
電極について説明したが、本発明は他の電極、若しくは
配線の構造に対しても適用できる。
Since the thin silicon nitride film 14 can be formed also by the forming method of this embodiment, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained. Although the gate electrode has been described in the first and second embodiments, the present invention can be applied to other electrode or wiring structures.

【0075】図6は、本発明の第3の実施例に係るMO
SFETの構造を示す素子断面図である。これを製造工
程に従い説明すると、まず、シリコン基板21の表面に
素子分離用の絶縁膜22,ゲート酸化膜23を形成す
る。
FIG. 6 shows an MO according to the third embodiment of the present invention.
It is an element sectional view showing the structure of SFET. This will be described according to manufacturing steps. First, an insulating film 22 for element isolation and a gate oxide film 23 are formed on the surface of a silicon substrate 21.

【0076】次にゲート酸化膜23上に多結晶シリコン
膜24,窒化シリコン膜25,タングステン膜26から
なる積層膜を形成した後、タングステン膜26上にキャ
ップ用絶縁膜としての窒化シリコン(SiN)膜27を
形成する。
Next, after a laminated film composed of the polycrystalline silicon film 24, the silicon nitride film 25, and the tungsten film 26 is formed on the gate oxide film 23, silicon nitride (SiN) as an insulating film for cap is formed on the tungsten film 26. The film 27 is formed.

【0077】ここで、窒化シリコン膜25は、コンタク
ト抵抗が十分小さくなり、遅延時間が改善されるように
上述したように薄く形成する。また、窒化シリコン膜2
7は通常NH3 ガスと無機シラン系ガスSiH2 Cl2
ガスとをソースガスとするLPCVD法で形成するが、
予めNH3 とSiH2Cl2 とを導入すると、タングス
テン膜26の表面が不均一に窒化され、窒化シリコンが
粒状成長するため、窒化シリコン膜27がキャップ用絶
縁膜としての機能を果たさなくなる恐れがある。
Here, the silicon nitride film 25 is formed thin as described above so that the contact resistance becomes sufficiently small and the delay time is improved. In addition, the silicon nitride film 2
7 is usually NH 3 gas and inorganic silane gas SiH 2 Cl 2
It is formed by the LPCVD method using a gas and a source gas,
If NH 3 and SiH 2 Cl 2 are introduced in advance, the surface of the tungsten film 26 is nitrided unevenly, and silicon nitride grows granularly, so that the silicon nitride film 27 may not function as a cap insulating film. is there.

【0078】このような不都合を防ぐには、NH3 とS
iH2 Cl2 とを導入する前に、SiH2 Cl2 を単独
で導入し、タングステン膜26上にシリコンを含む薄い
膜を形成することが有効である。この方法により均一な
窒化シリコン膜27を形成できることを確認した。
In order to prevent such inconvenience, NH 3 and S
It is effective to introduce SiH 2 Cl 2 alone to form a thin film containing silicon on the tungsten film 26 before introducing iH 2 Cl 2 . It was confirmed that a uniform silicon nitride film 27 could be formed by this method.

【0079】次に多結晶シリコン膜24,窒化シリコン
膜25,タングステン膜26からなる積層膜を加工して
ゲート電極を形成した後、N2 ガスとH2 ガスとH2
ガスとの混合ガスを用い、多結晶シリコン膜24および
シリコン基板21のみを選択的に酸化する。この多結晶
シリコン膜24等の酸化によりゲート端の酸化膜厚が厚
くなり、ゲート端における電界集中による信頼性の低下
を防止できる。
Next, after a laminated film composed of the polycrystalline silicon film 24, the silicon nitride film 25 and the tungsten film 26 is processed to form a gate electrode, N 2 gas, H 2 gas and H 2 O are formed.
Using the mixed gas with the gas, only the polycrystalline silicon film 24 and the silicon substrate 21 are selectively oxidized. Oxidation of the polycrystalline silicon film 24 and the like increases the thickness of the oxide film at the gate end, which can prevent a decrease in reliability due to electric field concentration at the gate end.

【0080】次にイオン注入等により低濃度の浅い不純
物拡散層(ソース・ドレイン領域)28を形成した後、
ゲート側壁絶縁膜として窒化シリコン膜29を形成す
る。この窒化シリコン膜29の形成は、上記した方法と
同様な方法で行なうことが可能である。この窒化シリコ
ン膜29と窒化シリコン膜27とにより、多結晶シリコ
ン膜24,窒化シリコン膜25,タングステン膜26か
らなるゲート電極は窒化シリコン膜によって被覆される
ので、引き続き行なわれる酸化雰囲気中での酸化工程に
よりタングステン膜26が酸化されるのを防止できる。
また、上層配線としてCuを含む材料を用いる場合に
は、Cuがゲート電極に侵入するのを防止できる。更に
また、多結晶シリコン膜24は、窒化シリコン膜25,
27,29により完全に覆われるので、これらの密着性
を向上させることが可能である。
Next, after forming a low-concentration shallow impurity diffusion layer (source / drain region) 28 by ion implantation or the like,
A silicon nitride film 29 is formed as a gate sidewall insulating film. The silicon nitride film 29 can be formed by the same method as described above. The silicon nitride film 29 and the silicon nitride film 27 cover the gate electrode composed of the polycrystalline silicon film 24, the silicon nitride film 25, and the tungsten film 26 with the silicon nitride film, so that the subsequent oxidation in an oxidizing atmosphere is performed. It is possible to prevent the tungsten film 26 from being oxidized by the process.
When a material containing Cu is used for the upper layer wiring, Cu can be prevented from entering the gate electrode. Furthermore, the polycrystalline silicon film 24 is a silicon nitride film 25,
Since it is completely covered by 27 and 29, it is possible to improve the adhesion between them.

【0081】最後に、高濃度の深い不純物拡散層30を
形成した後、この不純物拡散層30上に金属シリサイド
31を形成して、図6に示す構造のMOSトランジスタ
が完成する。
Finally, after forming a high-concentration deep impurity diffusion layer 30, a metal silicide 31 is formed on this impurity diffusion layer 30 to complete the MOS transistor having the structure shown in FIG.

【0082】図7は、本発明の第4の実施例に係る配線
の構造を示す断面図である。これを製造工程に従い説明
すると、まず、シリコン基板41に素子分離用の絶縁膜
42,不純物拡散層43を形成する。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the wiring according to the fourth embodiment of the present invention. This will be described according to the manufacturing process. First, the insulating film 42 for element isolation and the impurity diffusion layer 43 are formed on the silicon substrate 41.

【0083】次に全面に厚さ600nm程度の層間絶縁
膜としてのSiO2 膜44をCVD法により形成した
後、不純物拡散層43に対するコンタクトホール45を
SiO2 膜44に開孔する。
Next, a SiO 2 film 44 as an interlayer insulating film having a thickness of about 600 nm is formed on the entire surface by the CVD method, and then a contact hole 45 for the impurity diffusion layer 43 is opened in the SiO 2 film 44.

【0084】次に不純物拡散層43と同含む厚さ100
nm程度の多結晶シリコン膜46、薄い窒化シリコン膜
47および厚さ100nm程度のタングステン膜48か
らなる積層膜を、例えば、上述した幾つかの方法のいず
れかにより形成する。
Next, the thickness 100 including the impurity diffusion layer 43 is the same.
A laminated film including a polycrystalline silicon film 46 having a thickness of about nm, a thin silicon nitride film 47, and a tungsten film 48 having a thickness of about 100 nm is formed by, for example, any of the above-described methods.

【0085】最後に、上記積層膜を所望の形状の配線状
に加工して図7に示す構造の配線が完成する。このよう
な構造の配線によれば、窒化シリコン膜47を薄く形成
することによりコンタクト抵抗が低減され、遅延時間が
改善される。
Finally, the laminated film is processed into a wiring having a desired shape to complete the wiring having the structure shown in FIG. According to the wiring having such a structure, the contact resistance is reduced and the delay time is improved by forming the silicon nitride film 47 thin.

【0086】図8は、本発明の第5の実施例に係るゲー
ト電極の形成方法を示す工程断面図である。まず、図8
(a)に示すように、シリコン基板51上にゲート絶縁
膜としてのシリコン酸化膜52を形成し、このシリコン
酸化膜52上に導電性不純物を含む厚さ100nmの多
結晶シリコン膜53を形成する。
FIG. 8 is a process sectional view showing a method of forming a gate electrode according to the fifth embodiment of the present invention. First, FIG.
As shown in (a), a silicon oxide film 52 as a gate insulating film is formed on a silicon substrate 51, and a polycrystalline silicon film 53 containing conductive impurities and having a thickness of 100 nm is formed on the silicon oxide film 52. .

【0087】次に図8(b)に示すように、多結晶シリ
コン膜53上に厚さ1〜10nm程度の窒化タングステ
ン膜54、厚さ10nmのタングステン膜55を順次形
成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a tungsten nitride film 54 having a thickness of about 1 to 10 nm and a tungsten film 55 having a thickness of 10 nm are sequentially formed on the polycrystalline silicon film 53.

【0088】具体的には、例えば、Ar:N2 =1:1
の雰囲気でタングステンターゲットをスパッタし(反応
性スパッタ)、窒化タングステン膜54を形成した後、
2を抜きArのみでタングステンターゲットをスパッ
タすることにより、シリコン基板51を大気にさらさ
ず、同一真空中でタングステン膜55を連続形成する。
Specifically, for example, Ar: N 2 = 1: 1
After sputtering the tungsten target in the atmosphere of (reactive sputtering) to form the tungsten nitride film 54,
By removing N 2 and sputtering a tungsten target with Ar alone, the tungsten film 55 is continuously formed in the same vacuum without exposing the silicon substrate 51 to the atmosphere.

【0089】なお、タングステン膜55および窒化タン
グステン膜54は、CVD法で形成することも可能であ
る。この場合、タングステン膜を400〜500℃、ソ
ースガスWF6 +H2 、窒化タングステン膜を500〜
700℃、ソースガスWF6+NF3 の条件で成膜す
る。
The tungsten film 55 and the tungsten nitride film 54 can also be formed by the CVD method. In this case, the tungsten film is 400 to 500 ° C., the source gas is WF 6 + H 2 , and the tungsten nitride film is 500 to 500 ° C.
A film is formed under the conditions of 700 ° C. and source gas WF 6 + NF 3 .

【0090】次に図8(c)に示すように、水素を含む
還元性雰囲気中で、800℃以上、30分間の熱処理を
行ない、窒化タングステン膜54を、タングステンとシ
リコンと窒素とからなる(3元素からなる)厚さ10n
m以下の反応防止膜56に変える。
Next, as shown in FIG. 8C, heat treatment is performed at 800 ° C. or higher for 30 minutes in a reducing atmosphere containing hydrogen to form a tungsten nitride film 54 of tungsten, silicon and nitrogen (see FIG. 10n thick (consisting of 3 elements)
The reaction preventive film 56 having a thickness of m or less is used.

【0091】ここで、水素を含む還元性雰囲気中で熱処
理を行なったのは、タングステン膜55の酸化を防止す
るためである。反応防止膜56が形成されるメカニズム
は以下の通りである。まず、熱処理により、窒化タング
ステン膜54中の一部の窒素が、タングステン膜55を
介して外部に抜けたり、多結晶シリコン膜53に外方拡
散したりし、タングステン膜が形成される。このタング
ステン膜はタングステン膜55と一体化する。
The reason why the heat treatment is performed in a reducing atmosphere containing hydrogen is to prevent the tungsten film 55 from being oxidized. The mechanism by which the reaction preventing film 56 is formed is as follows. First, by heat treatment, part of nitrogen in the tungsten nitride film 54 escapes to the outside through the tungsten film 55 or diffuses outward into the polycrystalline silicon film 53 to form a tungsten film. This tungsten film is integrated with the tungsten film 55.

【0092】また、窒化タングステン膜54を構成する
窒化タングステンの一部が多結晶シリコン膜53に拡散
し、逆に多結晶シリコン膜54の一部が窒化タングステ
ン膜54に拡散することにより、タングステンとシリコ
ンと窒素とからなる反応防止膜56が形成される。
Further, part of the tungsten nitride forming the tungsten nitride film 54 diffuses into the polycrystalline silicon film 53, and conversely, a part of the polycrystalline silicon film 54 diffuses into the tungsten nitride film 54, so that tungsten is formed. A reaction preventive film 56 made of silicon and nitrogen is formed.

【0093】なお、反応防止膜56中に多結晶シリコン
膜53上に形成されていた自然酸化膜の酸素が含まれて
も、タングステン膜55と多結晶シリコン膜53との界
面のバリア性は保たれる。
Even if the reaction preventing film 56 contains oxygen of the natural oxide film formed on the polycrystalline silicon film 53, the barrier property of the interface between the tungsten film 55 and the polycrystalline silicon film 53 is maintained. Be drunk

【0094】このとき、作用の項目で説明した理由によ
り、容易に設計通りの反応防止膜56を形成できる。さ
らに、この反応防止膜56は導電性であるので、反応防
止膜56と多結晶シリコン膜53とのコンタクト抵抗、
および反応防止膜56とタングステン膜55とのコンタ
クト抵抗は小さい。
At this time, the reaction preventing film 56 can be easily formed as designed for the reason explained in the item of action. Further, since the reaction preventive film 56 is conductive, the contact resistance between the reaction preventive film 56 and the polycrystalline silicon film 53,
The contact resistance between the reaction preventing film 56 and the tungsten film 55 is small.

【0095】また、断面TEM、EDX分析により調べ
たところ、反応防止膜56中のタングステン、シリコ
ン、窒素の割合は、それぞれ、20%、60%、20%
程度であった。
Further, as a result of examination by cross-sectional TEM and EDX analysis, the proportions of tungsten, silicon and nitrogen in the reaction preventive film 56 are 20%, 60% and 20%, respectively.
It was about.

【0096】最後に、図8(d)に示すように、多結晶
シリコン膜53、反応防止膜56、タングステン膜55
の積層膜をパターニングして、ゲート電極が完成する。
図9は、本発明の第6の実施例に係るCMOSトランジ
スタの構造を示す断面図である。
Finally, as shown in FIG. 8D, the polycrystalline silicon film 53, the reaction preventive film 56, and the tungsten film 55.
The gate electrode is completed by patterning the laminated film of.
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a CMOS transistor according to the sixth embodiment of the present invention.

【0097】これを製造工程に従い説明すると、まず、
シリコン基板70の表面に素子分離用の絶縁膜62、p
型ウェル層71、n型ウェル層72を形成する。p型ウ
ェル層71にはn型MOSトランジスタ、n型ウェル層
72にはp型MOSトランジスタが形成されることにな
る。
Explaining this in accordance with the manufacturing process, first,
Insulating film 62 for element isolation, p on the surface of silicon substrate 70
The type well layer 71 and the n-type well layer 72 are formed. An n-type MOS transistor is formed in the p-type well layer 71, and a p-type MOS transistor is formed in the n-type well layer 72.

【0098】次にp型ウェル層71上にゲート酸化膜6
3n、n型ウェル層72上にゲート酸化膜63pを形成
した後、ゲート酸化膜63n上にn型不純物を含む多結
晶シリコン膜64nを形成し、また、ゲート酸化膜63
p上にはp型不純物を含む多結晶シリコン膜64pを形
成する。
Next, the gate oxide film 6 is formed on the p-type well layer 71.
After the gate oxide film 63p is formed on the 3n, n-type well layer 72, a polycrystalline silicon film 64n containing an n-type impurity is formed on the gate oxide film 63n, and the gate oxide film 63 is formed.
A polycrystalline silicon film 64p containing p-type impurities is formed on p.

【0099】次に多結晶シリコン膜64n、64p上
に、それぞれ、窒素とタングステンとシリコンとを含む
反応防止膜65n、65p、タングステン膜66n,6
6pを順次形成した後、タングステン膜66n,66p
上に、それぞれ、キャップ用絶縁膜としての窒化シリコ
ン(SiN)膜67n,67pを形成する。
Next, on the polycrystalline silicon films 64n and 64p, reaction preventing films 65n and 65p containing nitrogen, tungsten and silicon, and tungsten films 66n and 6 respectively.
After sequentially forming 6p, tungsten films 66n and 66p are formed.
Silicon nitride (SiN) films 67n and 67p as insulating films for caps are formed on the respective layers.

【0100】反応防止膜65n、65pの形成方法は第
5の実施例のそれと同じである。また、反応防止膜65
n、65pを形成する際に、多結晶シリコン膜64n,
64pの表面に自然酸化膜が形成されていても、バリア
効果には影響ない。
The method of forming the reaction preventing films 65n and 65p is the same as that of the fifth embodiment. In addition, the reaction prevention film 65
n and 65p are formed, the polycrystalline silicon film 64n,
Even if a natural oxide film is formed on the surface of 64p, it does not affect the barrier effect.

【0101】次に多結晶シリコン膜64n、反応防止膜
65n、タングステン膜66nおよび窒化シリコン67
nをエッチングして、n型MOSトランジスタのゲート
電極を形成する。
Next, the polycrystalline silicon film 64n, the reaction preventive film 65n, the tungsten film 66n and the silicon nitride 67.
By etching n, the gate electrode of the n-type MOS transistor is formed.

【0102】このとき、多結晶シリコン膜64p、反応
防止膜65p、タングステン膜66pおよび窒化シリコ
ン67pも同時にエッチングして、p型MOSトランジ
スタのゲート電極も形成する。
At this time, the polycrystalline silicon film 64p, the reaction preventing film 65p, the tungsten film 66p and the silicon nitride 67p are simultaneously etched to form the gate electrode of the p-type MOS transistor.

【0103】次にN2 ガスとH2 ガスとH2 Oガスとの
混合ガスを用い、多結晶シリコン膜64n,65p、p
型ウェル層71、n型ウェル層72のシリコンを選択的
に酸化する。本方法としては、例えば、特開昭60−9
166に開示される方法が用いられる。この結果、ゲー
ト端の酸化膜厚が厚くなり、ゲート端における電界集中
による信頼性の低下を防止できる。
Next, using a mixed gas of N 2 gas, H 2 gas and H 2 O gas, the polycrystalline silicon films 64n, 65p, p
Silicon of the type well layer 71 and the n-type well layer 72 is selectively oxidized. This method is, for example, JP-A-60-9.
The method disclosed in 166 is used. As a result, the oxide film at the gate end becomes thicker, and it is possible to prevent a decrease in reliability due to electric field concentration at the gate end.

【0104】ここで、本実施例では、反応防止膜65
n,65pとして、最初にゲート電極を構成する金属と
同一の金属の窒化物(金属窒化物)を用いているので、
上記シリコンの選択酸化の際に、反応防止膜65n,6
5pが異常酸化されるのを効果的に防止できる。これは
本願発明者等が見出した新事実でその理由は明確ではな
い。もちろん、上記金属は異なっていても良い。
Here, in this embodiment, the reaction preventive film 65 is used.
Since a nitride of the same metal as the metal forming the gate electrode (metal nitride) is used as n and 65p,
During the selective oxidation of silicon, the reaction preventive films 65n and 6n are formed.
It is possible to effectively prevent abnormal oxidation of 5p. This is a new fact found by the inventors of the present application and the reason is not clear. Of course, the above metals may be different.

【0105】なお、上記金属は、望ましくは、後工程の
還元雰囲気中での熱処理で、金属窒化物を金属に還元で
きる材料が良く、本実施例の場合には、上記金属はタン
グステンであり、上記金属窒化物はタングステン窒化物
である。
The metal is preferably a material capable of reducing a metal nitride to a metal by a heat treatment in a reducing atmosphere in a subsequent step. In the case of the present embodiment, the metal is tungsten, The metal nitride is tungsten nitride.

【0106】タングステン窒化物は、窒素の含有量によ
ってはアモルファス状態になり、本実施例の場合、反応
防止膜65n,65p中の窒素の割合を5〜20%とす
ることにより、アモルファス状態となり、かつ多結晶シ
リコン膜64n,64pとタングステン膜66n,66
pとの反応を効果的に防止できる。
Tungsten nitride becomes amorphous depending on the content of nitrogen. In this embodiment, the amorphous state is obtained by setting the proportion of nitrogen in the reaction preventing films 65n and 65p to 5 to 20%. In addition, the polycrystalline silicon films 64n and 64p and the tungsten films 66n and 66
The reaction with p can be effectively prevented.

【0107】反応防止膜65n,65pがアモルファス
状態となると、作用の項目で説明したように、その上の
タングステン膜65n,65pの結晶粒が大きくなるの
で、比抵抗が小さくなる。
When the reaction preventing films 65n and 65p are in the amorphous state, the crystal grains of the tungsten films 65n and 65p on the reaction preventing films 65n and 65p are large, as described in the item of the action, so that the specific resistance is reduced.

【0108】次にイオン注入法により、低濃度の浅いソ
ース・ドレイン領域(不純物拡散層)68n,68pを
形成した後、ゲート側壁絶縁膜としての窒化シリコン膜
69n,69pを形成する。これら窒化シリコン膜69
n,69p、および窒化シリコン膜67n,67pによ
り、ゲート電極の側面および上面は保護される。このた
め、タングステン膜66n,66pは、後工程の酸化処
理により、酸化されることはない。
Next, low-concentration shallow source / drain regions (impurity diffusion layers) 68n and 68p are formed by ion implantation, and then silicon nitride films 69n and 69p are formed as gate sidewall insulating films. These silicon nitride films 69
The side surfaces and the upper surface of the gate electrode are protected by the n and 69p and the silicon nitride films 67n and 67p. Therefore, the tungsten films 66n and 66p are not oxidized by the oxidation process in the subsequent process.

【0109】最後に、イオン注入法により、高濃度の深
いソース・ドレイン領域60n,60pを形成した後、
これらソース・ドレイン領域60n,60p上に金属シ
リサイド61n,61pを形成して、図9に示す構造の
CMOSトランジスタが完成する。
Finally, after the high concentration deep source / drain regions 60n and 60p are formed by the ion implantation method,
Metal silicides 61n and 61p are formed on the source / drain regions 60n and 60p to complete the CMOS transistor having the structure shown in FIG.

【0110】図10は、本発明の第7の実施例に係るゲ
ート電極の形成方法を示す工程断面図である。まず、図
10(a)に示すように、シリコン基板81上にゲート
絶縁膜としてのシリコン酸化膜82を形成し、このシリ
コン酸化膜82上に導電性不純物を含む厚さ100nm
の多結晶シリコン膜83を形成する。
FIG. 10 is a process sectional view showing the method of forming a gate electrode according to the seventh embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 10A, a silicon oxide film 82 as a gate insulating film is formed on a silicon substrate 81, and a thickness of 100 nm including conductive impurities is formed on the silicon oxide film 82.
Of polycrystalline silicon film 83 is formed.

【0111】次に図10(b)に示すように、多結晶シ
リコン膜83上に、厚さ1〜10nm程度の窒化モリブ
デン膜84、厚さ10nmのモリブデン膜85を順次形
成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a molybdenum nitride film 84 having a thickness of about 1 to 10 nm and a molybdenum film 85 having a thickness of 10 nm are sequentially formed on the polycrystalline silicon film 83.

【0112】具体的には、例えば、Ar:N2 =1:1
の雰囲気でモリブデンターゲットをスパッタし(反応性
スパッタ)、窒化モリブデン膜84を形成した後、N2
を抜きArのみでモリブデンターゲットをスパッタする
ことにより、シリコン基板81を大気にさらさず、同一
真空中でモリブデン膜85を連続形成する。
Specifically, for example, Ar: N 2 = 1: 1
After the molybdenum target is sputtered in the atmosphere (reactive sputtering) to form the molybdenum nitride film 84, N 2
By removing the target and sputtering a molybdenum target with Ar alone, the molybdenum film 85 is continuously formed in the same vacuum without exposing the silicon substrate 81 to the atmosphere.

【0113】次に図10(c)に示すように、水素を含
む還元性雰囲気中で800℃以上、30分間の熱処理を
行ない、窒化モリブデン膜84を、モリブデンとシリコ
ンと窒素とからなる厚さ10nm以下の反応防止膜86
に変える。
Next, as shown in FIG. 10C, heat treatment is performed at 800 ° C. or higher for 30 minutes in a reducing atmosphere containing hydrogen to form a molybdenum nitride film 84 with a thickness of molybdenum, silicon and nitrogen. Reaction prevention film 86 of 10 nm or less
Change to.

【0114】ここで、水素を含む還元性雰囲気中で行な
ったのは、モリブデン膜85の酸化を防止するためであ
る。また、第5の実施例の場合と同様に、容易に設計通
りの反応防止膜86を形成できる。さらに、この反応防
止膜86は導電性であるので、反応防止膜86と多結晶
シリコン膜83とのコンタクト抵抗、および反応防止膜
86とモリブデン膜85とのコンタクト抵抗は小さい。
Here, the reason why the process is performed in a reducing atmosphere containing hydrogen is to prevent the molybdenum film 85 from being oxidized. Further, similarly to the case of the fifth embodiment, the reaction preventing film 86 as designed can be easily formed. Further, since the reaction preventive film 86 is conductive, the contact resistance between the reaction preventive film 86 and the polycrystalline silicon film 83 and the contact resistance between the reaction preventive film 86 and the molybdenum film 85 are small.

【0115】最後に、図10(d)に示すように、多結
晶シリコン膜83、反応防止膜86、モリブデン膜85
の積層膜をパターニングして、ゲート電極が完成する。
なお、本実施例を含むこれまで説明した実施例では、反
応防止膜を形成した後に積層膜をパターニングしたが、
積層膜をパターニングした後に反応防止膜を形成しても
良い。
Finally, as shown in FIG. 10D, the polycrystalline silicon film 83, the reaction preventive film 86, the molybdenum film 85.
The gate electrode is completed by patterning the laminated film of.
In the examples described so far including this example, the laminated film was patterned after forming the reaction preventing film.
The reaction preventive film may be formed after patterning the laminated film.

【0116】[0116]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、シ
リコン膜/窒素とシリコンとを含む膜/高融点金属膜の
積層膜を電極(配線)に用いた場合において、窒素とシ
リコンとを含む膜の窒素の面密度を8×1014cm-2
満にしているので、コンタクト抵抗が十分に小さくな
り、遅延時間を大幅に改善できるようになる。
As described in detail above, according to the present invention, when a laminated film of silicon film / film containing nitrogen and silicon / refractory metal film is used for electrodes (wiring), nitrogen and silicon Since the surface area density of nitrogen of the film including is less than 8 × 10 14 cm -2 , the contact resistance is sufficiently small, and the delay time can be greatly improved.

【0117】また、本発明によれば、シリコン膜/窒素
とシリコンと高融点金属とを含む第1の導電膜/第2の
導電膜との積層膜を電極(配線)に用いているので、酸
化工程の際に第1の導電膜が異常酸化を起こすのを防止
できるようになる。
Furthermore, according to the present invention, since the laminated film of the silicon film / first conductive film / second conductive film containing nitrogen, silicon and refractory metal is used for the electrodes (wiring), It is possible to prevent abnormal oxidation of the first conductive film during the oxidation process.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係るゲート電極の形成
方法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view showing a method of forming a gate electrode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】窒化シリコン膜の膜厚とコンタクト抵抗との関
係を示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a film thickness of a silicon nitride film and a contact resistance.

【図3】反応防止膜の膜厚とシート抵抗との関係を示す
特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the reaction preventive film and the sheet resistance.

【図4】第1の実施例の変形例を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the first embodiment.

【図5】本発明の第2の実施例に係るゲート電極の形成
方法を示す工程断面図
FIG. 5 is a process sectional view showing a method of forming a gate electrode according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例に係るMOSFETの構
造を示す素子断面図
FIG. 6 is an element sectional view showing a structure of a MOSFET according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例に係る配線の構造を示す
断面図
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a wiring according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例に係るゲート電極の形成
方法を示す工程断面図
FIG. 8 is a process sectional view showing a method of forming a gate electrode according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例に係るCMOSトランジ
スタの構造を示す断面図
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a CMOS transistor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第7の実施例に係るゲート電極の形
成方法を示す工程断面図
FIG. 10 is a process sectional view showing a method of forming a gate electrode according to a seventh embodiment of the present invention.

【図11】従来の問題を説明するための図FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional problem.

【図12】従来の問題を説明するための図FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional problem.

【図13】コンタクト抵抗と遅延時間との関係を示す特
性図
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between contact resistance and delay time.

【図14】ゲート電極の異常酸化を説明するための図FIG. 14 is a diagram for explaining abnormal oxidation of a gate electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…シリコン酸化膜、3…多結晶シ
リコン膜、4…窒化タングステン膜、5…タングステン
膜、6…窒化シリコン膜 11…シリコン基板、12…シリコン酸化膜、13…多
結晶シリコン膜、14…窒化シリコン膜、15…タング
ステン膜 21…シリコン基板、22…絶縁膜、23…ゲート酸化
膜、24…多結晶シリコン膜、25…窒化シリコン膜、
26…タングステン膜、27…窒化シリコン膜、28…
不純物拡散層、29…浅い窒化シリコン膜、30…深い
不純物拡散層、31…金属シリサイド 41…シリコン基板、42…絶縁膜、43…不純物拡散
層、44…SiO2 膜、45…コンタクトホール、46
…多結晶シリコン膜、47…窒化シリコン膜、48…タ
ングステン膜 51…シリコン基板、52…絶縁膜、53…多結晶シリ
コン膜、54…窒化タングステン膜、55…タングステ
ン膜、56…反応防止膜 60n,60…深いソース・ドレイン領域、61n,6
1p…金属シリサイド層、62n,62p…絶縁膜、6
3n,63p…ゲート酸化膜、64n,64p…多結晶
シリコン膜、65n,65p…反応防止膜、66n,6
6p…タングステン膜、67n,67p…窒化シリコン
膜、68n,68p…浅いソース・ドレイン領域、69
n,69p…窒化シリコン膜、70…シリコン基板、7
1…p型ウェル層、72n…n型ウェル層、81…シリ
コン基板、82…シリコン酸化膜、83…多結晶シリコ
ン膜、84…窒化モリブデン膜、85…モリブデン膜、
86…反応防止膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Polycrystalline silicon film, 4 ... Tungsten nitride film, 5 ... Tungsten film, 6 ... Silicon nitride film 11 ... Silicon substrate, 12 ... Silicon oxide film, 13 ... Polycrystalline silicon Film, 14 ... Silicon nitride film, 15 ... Tungsten film 21 ... Silicon substrate, 22 ... Insulating film, 23 ... Gate oxide film, 24 ... Polycrystalline silicon film, 25 ... Silicon nitride film,
26 ... Tungsten film, 27 ... Silicon nitride film, 28 ...
Impurity diffusion layer, 29 ... Shallow silicon nitride film, 30 ... Deep impurity diffusion layer, 31 ... Metal silicide 41 ... Silicon substrate, 42 ... Insulating film, 43 ... Impurity diffusion layer, 44 ... SiO 2 film, 45 ... Contact hole, 46
... Polycrystalline silicon film, 47 ... Silicon nitride film, 48 ... Tungsten film 51 ... Silicon substrate, 52 ... Insulating film, 53 ... Polycrystalline silicon film, 54 ... Tungsten nitride film, 55 ... Tungsten film, 56 ... Reaction prevention film 60n , 60 ... Deep source / drain regions, 61n, 6
1p ... Metal silicide layer, 62n, 62p ... Insulating film, 6
3n, 63p ... Gate oxide film, 64n, 64p ... Polycrystalline silicon film, 65n, 65p ... Reaction prevention film, 66n, 6
6p ... Tungsten film, 67n, 67p ... Silicon nitride film, 68n, 68p ... Shallow source / drain region, 69
n, 69p ... Silicon nitride film, 70 ... Silicon substrate, 7
1 ... p-type well layer, 72n ... n-type well layer, 81 ... silicon substrate, 82 ... silicon oxide film, 83 ... polycrystalline silicon film, 84 ... molybdenum nitride film, 85 ... molybdenum film,
86 ... Reaction prevention film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7514−4M H01L 29/78 301 G (72)発明者 中嶋 一明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 飯島 匡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication 7514-4M H01L 29/78 301 G (72) Inventor Kazuaki Nakajima Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Tadashi Iijima Komukai Toshiba No. 1 in Kawasaki City, Kanagawa Prefecture

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン膜と、このシリコン膜上に形成さ
れ、窒素とシリコンとを含み、前記窒素の面密度が8×
1014cm-2未満の膜と、この膜上に形成された高融点
金属膜とが積層してなる電極および配線の少なくとも一
方を具備してなることを特徴とする半導体装置。
1. A silicon film, which is formed on the silicon film and contains nitrogen and silicon, wherein the nitrogen has an area density of 8 ×.
A semiconductor device comprising at least one of an electrode and a wiring formed by laminating a film having a thickness of less than 10 14 cm -2 and a refractory metal film formed on the film.
【請求項2】シリコン膜と、このシリコン膜上に形成さ
れ、窒素とシリコンとを含み、前記窒素の面密度が8×
1014cm-2未満の膜と、この膜上に形成され、高融点
金属と窒素とを含む膜と、この膜上に形成された前記高
融点金属からなる膜とが積層してなる電極および配線の
少なくとも一方を具備してなることを特徴とする半導体
装置。
2. A silicon film, which is formed on the silicon film and contains nitrogen and silicon, wherein the nitrogen has an area density of 8 ×.
An electrode having a film of less than 10 14 cm -2, a film formed on the film, containing a refractory metal and nitrogen, and a film formed on the film, the film being made of the refractory metal, and A semiconductor device comprising at least one of wirings.
【請求項3】シリコン膜上に金属と窒素とを含む膜を形
成する工程であって、前記金属として、前記金属からそ
の窒化物を形成する際に生じるギブスの自由エネルギー
低下値から、シリコンからその窒化物を形成する際に生
じるギブスの自由エネルギーの低下値を引いた値が負と
なるものを用いる前記金属と窒素とを含む膜を形成する
工程と、 熱処理により、前記膜を前記金属からなる金属膜に変え
るとともに、前記金属膜と前記シリコン膜との界面に、
窒素とシリコンとを含む膜を形成して、前記シリコン膜
と前記窒素とシリコンとを含む膜と前記金属膜との積層
膜を含む電極および配線の少なくとも一方を形成する工
程とを有してなることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. A step of forming a film containing a metal and nitrogen on a silicon film, wherein the value of the Gibbs free energy lowering value generated when forming a nitride of the metal as the metal A step of forming a film containing the metal and nitrogen using a material in which the value obtained by subtracting the lowering value of the Gibbs free energy that occurs when forming the nitride is negative, and a step of forming a film from the metal by heat treatment. While changing to a metal film that becomes, the interface between the metal film and the silicon film,
And a step of forming a film containing nitrogen and silicon and forming at least one of an electrode and a wiring including a laminated film of the silicon film, the film containing nitrogen and silicon, and the metal film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項4】シリコン膜と、このシリコン膜上に形成さ
れ、窒素とシリコンと高融点金属とを含む第1の導電膜
と、この第1の導電膜上に形成された第2の導電膜とが
積層してなる電極および配線の少なくとも一方を具備し
てなることを特徴とする半導体装置。
4. A silicon film, a first conductive film formed on the silicon film and containing nitrogen, silicon, and a refractory metal, and a second conductive film formed on the first conductive film. A semiconductor device comprising at least one of an electrode and a wiring formed by stacking and.
【請求項5】前記第1の導電膜は、アモルファス状の導
電膜であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first conductive film is an amorphous conductive film.
【請求項6】シリコン膜上に窒素と高融点金属とを含む
第1の導電膜を形成する工程と、 この第1の導電膜上に第2の導電膜を形成する工程と、 熱処理により、前記第1の導電膜の一部もしくは全部
を、窒素とシリコンと前記高融点金属とを含む第3の導
電膜に変えて、前記シリコン膜と前記第1の導電膜と前
記第3の導電膜との積層膜を含む電極および配線の少な
くとも一方を形成する工程とを有してなることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
6. A step of forming a first conductive film containing nitrogen and a refractory metal on a silicon film, a step of forming a second conductive film on the first conductive film, and a heat treatment, Part or all of the first conductive film is changed to a third conductive film containing nitrogen, silicon, and the refractory metal, and the silicon film, the first conductive film, and the third conductive film. And a step of forming at least one of an electrode and a wiring including a laminated film of the above.
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