JPH0794716A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0794716A JPH0794716A JP23678393A JP23678393A JPH0794716A JP H0794716 A JPH0794716 A JP H0794716A JP 23678393 A JP23678393 A JP 23678393A JP 23678393 A JP23678393 A JP 23678393A JP H0794716 A JPH0794716 A JP H0794716A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱処理時間を短縮して、熱的負荷を軽減する
とともに、ゲート耐圧を向上させた半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 シリコン基板11上にゲ−ト酸化膜13を介
して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造を有するゲ
ート電極18を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することによりシリ
コン基板11表面の酸化を行なう工程とを具備し、前記
熱処理工程の前後において、金属窒化物層15及び金属
層16の酸化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の
膜厚が金属窒化物層15及び金属層16の膜厚の20%
以下となるように制御された昇温速度及び降温速度で昇
降温を行なうことを特徴とする。
とともに、ゲート耐圧を向上させた半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 シリコン基板11上にゲ−ト酸化膜13を介
して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造を有するゲ
ート電極18を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することによりシリ
コン基板11表面の酸化を行なう工程とを具備し、前記
熱処理工程の前後において、金属窒化物層15及び金属
層16の酸化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の
膜厚が金属窒化物層15及び金属層16の膜厚の20%
以下となるように制御された昇温速度及び降温速度で昇
降温を行なうことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にゲート電極形成後のシリコンの酸化工程を
改良した半導体装置の製造方法に関する。
に関し、特にゲート電極形成後のシリコンの酸化工程を
改良した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体装置の電極や配線の材料と
して、多結晶シリコンが広範に使用されている。しかし
ながら、半導体装置の高集積化、高速化に伴い、電極や
配線の抵抗による信号伝達の遅延が重大な問題となって
きている。特に、大容量、高集積化が進展しているMO
SLSIの分野では、ゲート電極に使用されている多結
晶シリコンは第1層配線と共用になるので、ここでの多
結晶シリコンの抵抗値が半導体装置の高速動作の障害と
なっている。
して、多結晶シリコンが広範に使用されている。しかし
ながら、半導体装置の高集積化、高速化に伴い、電極や
配線の抵抗による信号伝達の遅延が重大な問題となって
きている。特に、大容量、高集積化が進展しているMO
SLSIの分野では、ゲート電極に使用されている多結
晶シリコンは第1層配線と共用になるので、ここでの多
結晶シリコンの抵抗値が半導体装置の高速動作の障害と
なっている。
【0003】このようなことから、多結晶シリコンに代
わる電極配線材料として、熱的な安定性と電気的低抵抗
を有する高融点金属のシリサイドが使用されつつある。
また、最近ではW、Mo等の高融点金属そのものをゲー
ト電極として使用する試みもなされている。W、Mo等
の高融点金属は、その電気抵抗率が多結晶シリコンより
も2桁低く、またシリサイドの抵抗率の1/4〜1/3
であり、低抵抗の電極配線材料として有望視されてい
る。
わる電極配線材料として、熱的な安定性と電気的低抵抗
を有する高融点金属のシリサイドが使用されつつある。
また、最近ではW、Mo等の高融点金属そのものをゲー
ト電極として使用する試みもなされている。W、Mo等
の高融点金属は、その電気抵抗率が多結晶シリコンより
も2桁低く、またシリサイドの抵抗率の1/4〜1/3
であり、低抵抗の電極配線材料として有望視されてい
る。
【0004】上述した高融点金属(例えばW)をゲート
電極の一構成材として用いた半導体装置としては、従来
より図9(a)に示す構造のものが知られている。即
ち、図中の参照数字1はp型シリコン基板を示し、この
p型シリコン基板1には素子領域を電気的に分離するた
めのフィールド絶縁膜2が形成されている。このフィー
ルド絶縁膜2で分離されたp型シリコン基板1の表面に
は、互いに電気的に分離されたソース、ドレインとなる
n+ 型拡散層3a、3bが形成されている。
電極の一構成材として用いた半導体装置としては、従来
より図9(a)に示す構造のものが知られている。即
ち、図中の参照数字1はp型シリコン基板を示し、この
p型シリコン基板1には素子領域を電気的に分離するた
めのフィールド絶縁膜2が形成されている。このフィー
ルド絶縁膜2で分離されたp型シリコン基板1の表面に
は、互いに電気的に分離されたソース、ドレインとなる
n+ 型拡散層3a、3bが形成されている。
【0005】これら拡散層3a、3b間のチャンネル領
域を含む前記基板1の表面上には、ゲート酸化膜4を介
して、多結晶シリコン層5、金属窒化物層(例えばTi
N層)6及びタングステン(W)層7からなるゲート電
極8が設けられている。なお、前記ゲート電極8を構成
する金属窒化物層6は、タングステン層7と多結晶シリ
コン層5との密着性を向上させると共に、タングステン
層7と多結晶シリコン層5とが反応して抵抗率が1桁上
昇するのを防止するための反応障壁として作用する。
域を含む前記基板1の表面上には、ゲート酸化膜4を介
して、多結晶シリコン層5、金属窒化物層(例えばTi
N層)6及びタングステン(W)層7からなるゲート電
極8が設けられている。なお、前記ゲート電極8を構成
する金属窒化物層6は、タングステン層7と多結晶シリ
コン層5との密着性を向上させると共に、タングステン
層7と多結晶シリコン層5とが反応して抵抗率が1桁上
昇するのを防止するための反応障壁として作用する。
【0006】ところで、従来より採用されている多結晶
シリコンからなるゲート電極の形成工程では、5〜50
nmといった薄いゲート酸化膜の欠陥やゲート電極のエ
ッジ形状に起因するゲート耐圧劣化を回復するために、
酸化雰囲気(例えば乾燥酸素)中で熱処理を行い、多結
晶シリコン層の露出面やソース、ドレイン領域の基板上
にシリコン酸化層を新たに成長させる工程を行ってい
る。この工程は、ゲート後酸化工程と呼ばれている。
シリコンからなるゲート電極の形成工程では、5〜50
nmといった薄いゲート酸化膜の欠陥やゲート電極のエ
ッジ形状に起因するゲート耐圧劣化を回復するために、
酸化雰囲気(例えば乾燥酸素)中で熱処理を行い、多結
晶シリコン層の露出面やソース、ドレイン領域の基板上
にシリコン酸化層を新たに成長させる工程を行ってい
る。この工程は、ゲート後酸化工程と呼ばれている。
【0007】しかしながら、一般にW、Mo等の高融点
金属は、酸化雰囲気中での熱処理に対する耐性がないた
め、前述した図9(a)に示すゲート電極構造では従来
のようなゲート後酸化工程を適用することができないと
いう問題があった。
金属は、酸化雰囲気中での熱処理に対する耐性がないた
め、前述した図9(a)に示すゲート電極構造では従来
のようなゲート後酸化工程を適用することができないと
いう問題があった。
【0008】上記問題を解決する方法として、還元性気
体(例えば水素)及び酸化性気体(例えば水蒸気)を含
み、かつ窒素を含む気体を希釈気体とした雰囲気中で熱
処理することで、ゲート電極を構成する金属層及び金属
窒化物層の酸化を招くことなくシリコン酸化膜を形成で
き、それによってゲート耐圧を向上させることの可能な
シリコン選択酸化技術がよく知られている(特開平3−
119763)。
体(例えば水素)及び酸化性気体(例えば水蒸気)を含
み、かつ窒素を含む気体を希釈気体とした雰囲気中で熱
処理することで、ゲート電極を構成する金属層及び金属
窒化物層の酸化を招くことなくシリコン酸化膜を形成で
き、それによってゲート耐圧を向上させることの可能な
シリコン選択酸化技術がよく知られている(特開平3−
119763)。
【0009】この場合、還元性気体としてはH2 を、酸
化性気体として水蒸気(H2 O)を、窒素を含む気体と
してN2 を用いた場合には、それらの混合比率を次のよ
うに設定することが望ましいと言われている。即ち、H
2 、H2 O、N2 の分圧をPH2、PH2O 、PN2とする
と、PN2/PH2O を0.5〜1.0×109 にし、かつ
logPN2を−22〜14にする。更に、より好ましい
条件としては、温度を800〜900℃にすることがよ
く、この際PH2/PH2O を1.0×103 〜1.0×1
04 にし、かつlogPN2を−2〜2にするものであ
る。このような雰囲気条件で熱処理することにより、ゲ
ート電極を構成する金属を酸化することなくシリコンの
みを酸化することが可能となる。
化性気体として水蒸気(H2 O)を、窒素を含む気体と
してN2 を用いた場合には、それらの混合比率を次のよ
うに設定することが望ましいと言われている。即ち、H
2 、H2 O、N2 の分圧をPH2、PH2O 、PN2とする
と、PN2/PH2O を0.5〜1.0×109 にし、かつ
logPN2を−22〜14にする。更に、より好ましい
条件としては、温度を800〜900℃にすることがよ
く、この際PH2/PH2O を1.0×103 〜1.0×1
04 にし、かつlogPN2を−2〜2にするものであ
る。このような雰囲気条件で熱処理することにより、ゲ
ート電極を構成する金属を酸化することなくシリコンの
みを酸化することが可能となる。
【0010】しかしながら、最近の精力的な研究によ
り、この種の方法にあっては以下のような問題の生じる
事が明らかとなった。まず上記選択酸化条件ではPH2O
が低いためシリコンの酸化速度が非常に遅く、ゲート電
極の耐圧性向上に必要なシリコン酸化膜を得るためには
高温で長時間加熱する必要があり、熱的負荷が大きくな
る。また、上記選択酸化条件は温度安定後のアニール中
の場合であり、基板の昇温並びに降温時において選択条
件を満たさないため、ゲート電極における金属層及び金
属窒化物層の酸化を招くことが明らかになった。
り、この種の方法にあっては以下のような問題の生じる
事が明らかとなった。まず上記選択酸化条件ではPH2O
が低いためシリコンの酸化速度が非常に遅く、ゲート電
極の耐圧性向上に必要なシリコン酸化膜を得るためには
高温で長時間加熱する必要があり、熱的負荷が大きくな
る。また、上記選択酸化条件は温度安定後のアニール中
の場合であり、基板の昇温並びに降温時において選択条
件を満たさないため、ゲート電極における金属層及び金
属窒化物層の酸化を招くことが明らかになった。
【0011】例として、図9(a)に示すようなタング
ステン層7/TiN層6/多結晶シリコン層5のゲート
電極構造において、ガス分圧をH2 :H2 O:N2 =
0.164:1×10-4:0.836のままで昇降温速
度を±45℃/分にし、900℃で120分加熱を行っ
た。この時のH2 O分圧と基板温度の時間的変化を図1
0に示す。しかし、このような熱処理によると、図9
(b)に示すように、多結晶シリコン層5及び側壁部と
シリコン基板1の表面だけでなく、ゲート電極側面のT
iN層6が酸化され、約10nmのTiO2 膜9が形成
されることが確認された。また、このようにして形成さ
れたゲート電極においては、その後、ゲ−ト電極側壁に
側壁膜を形成することが困難となったり、TiN層自体
の反応障壁性が劣化したり、イオン注入時のマスクとし
ての機能が損なわれたりするという問題が生じた。
ステン層7/TiN層6/多結晶シリコン層5のゲート
電極構造において、ガス分圧をH2 :H2 O:N2 =
0.164:1×10-4:0.836のままで昇降温速
度を±45℃/分にし、900℃で120分加熱を行っ
た。この時のH2 O分圧と基板温度の時間的変化を図1
0に示す。しかし、このような熱処理によると、図9
(b)に示すように、多結晶シリコン層5及び側壁部と
シリコン基板1の表面だけでなく、ゲート電極側面のT
iN層6が酸化され、約10nmのTiO2 膜9が形成
されることが確認された。また、このようにして形成さ
れたゲート電極においては、その後、ゲ−ト電極側壁に
側壁膜を形成することが困難となったり、TiN層自体
の反応障壁性が劣化したり、イオン注入時のマスクとし
ての機能が損なわれたりするという問題が生じた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決するためになされたもので、ゲ−ト電極を構成する
金属層の酸化を抑制しつつ、ゲート後酸化を行なうこと
を可能とし、かつ熱処理時間の短縮による熱的負荷の軽
減、及びゲ−ト耐圧の向上を達成し得る半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
解決するためになされたもので、ゲ−ト電極を構成する
金属層の酸化を抑制しつつ、ゲート後酸化を行なうこと
を可能とし、かつ熱処理時間の短縮による熱的負荷の軽
減、及びゲ−ト耐圧の向上を達成し得る半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
上にゲ−ト絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含
む積層構造を有するゲート電極を形成する工程と、還元
性気体、酸化性気体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理す
ることにより前記シリコン基板表面の酸化を行なう工程
と、前記熱処理の工程の前後において前記雰囲気中で前
記シリコン基板の昇降温を行なう工程工程とを具備し、
前記昇降温の工程は、前記金属窒化物層及び前記金属層
の酸化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の膜厚が
前記金属酸化物層及び前記金属層の膜厚の20%となる
昇温速度及び降温速度以上の速度で行なうことを特徴と
する半導体装置の製造方法を提供する。
上にゲ−ト絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含
む積層構造を有するゲート電極を形成する工程と、還元
性気体、酸化性気体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理す
ることにより前記シリコン基板表面の酸化を行なう工程
と、前記熱処理の工程の前後において前記雰囲気中で前
記シリコン基板の昇降温を行なう工程工程とを具備し、
前記昇降温の工程は、前記金属窒化物層及び前記金属層
の酸化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の膜厚が
前記金属酸化物層及び前記金属層の膜厚の20%となる
昇温速度及び降温速度以上の速度で行なうことを特徴と
する半導体装置の製造方法を提供する。
【0014】本発明の方法において、ゲート電極は、多
結晶シリコン層、金属窒化物層、及び金属層の積層構造
とすることが出来る。金属層としては、タングステン、
モリブデン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タンタル、チタ
ン等を用いることが出来る。金属窒化物層は、金属層と
多結晶シリコン層との間の障壁層をなすものであって、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、バ
ナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、レニウム等の窒
化物を用いることが出来る。
結晶シリコン層、金属窒化物層、及び金属層の積層構造
とすることが出来る。金属層としては、タングステン、
モリブデン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タンタル、チタ
ン等を用いることが出来る。金属窒化物層は、金属層と
多結晶シリコン層との間の障壁層をなすものであって、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、バ
ナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、レニウム等の窒
化物を用いることが出来る。
【0015】また、本発明の方法における熱処理工程に
おいては、昇温速度及び降温速度は、金属窒化物層及び
金属層の酸化により形成される金属酸化物層の膜厚が金
属層の膜厚の20%以下となるような速度である。この
ような昇温速度及び降温速度で行なうことにより、シリ
コンの酸化を行なうとともに金属窒化物層及び金属層の
酸化を抑制するような熱処理を行なうことが可能であ
る。
おいては、昇温速度及び降温速度は、金属窒化物層及び
金属層の酸化により形成される金属酸化物層の膜厚が金
属層の膜厚の20%以下となるような速度である。この
ような昇温速度及び降温速度で行なうことにより、シリ
コンの酸化を行なうとともに金属窒化物層及び金属層の
酸化を抑制するような熱処理を行なうことが可能であ
る。
【0016】更に、本発明は、シリコン基板上にゲ−ト
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有する電極を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより前記
シリコン基板表面の酸化を行なう工程と、前記熱処理の
工程の前後において前記シリコン基板の昇降温を行なう
工程工程とを具備し、前記昇降温の工程に先立ち、或い
は該工程中に、前記金属窒化物層及び前記金属層中の金
属の酸化反応における自由エネルギ−窒化がゼロ又は正
となるように、前記雰囲気中に含まれる気体の分圧を制
御することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供す
る。
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有する電極を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより前記
シリコン基板表面の酸化を行なう工程と、前記熱処理の
工程の前後において前記シリコン基板の昇降温を行なう
工程工程とを具備し、前記昇降温の工程に先立ち、或い
は該工程中に、前記金属窒化物層及び前記金属層中の金
属の酸化反応における自由エネルギ−窒化がゼロ又は正
となるように、前記雰囲気中に含まれる気体の分圧を制
御することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供す
る。
【0017】例えば、昇降温において、ガス分圧比を、
変化している温度に対応した選択酸化条件の中に含まれ
るように変化させることで、昇降温時の金属窒化物層及
び金属層の酸化を抑えることが可能である。
変化している温度に対応した選択酸化条件の中に含まれ
るように変化させることで、昇降温時の金属窒化物層及
び金属層の酸化を抑えることが可能である。
【0018】本発明は、更に、シリコン基板上にゲ−ト
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有するゲート電極を形成する工程と、還元性気体及び
窒素を含む還元雰囲気中で熱処理する第1の熱処理工程
と、酸化性気体及び窒素を含む酸化雰囲気中で熱処理す
る第2の熱処理工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法を提供する。
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有するゲート電極を形成する工程と、還元性気体及び
窒素を含む還元雰囲気中で熱処理する第1の熱処理工程
と、酸化性気体及び窒素を含む酸化雰囲気中で熱処理す
る第2の熱処理工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法を提供する。
【0019】
【作用】本発明の方法では、ゲ−ト後酸化のための熱処
理工程を、シリコンの酸化を行なうとともに金属窒化物
層及び金属層の酸化を抑制するように制御された条件で
行なっている。即ち、熱処理を還元性気体、酸化性気体
及び窒素を含む雰囲気中で行なうとともに、昇温速度及
び降温速度を適切に制御している。それによって、金属
層の酸化により形成される金属酸化物層の膜厚を金属窒
化物層及び金属層の膜厚の20%以下とすることが可能
である。
理工程を、シリコンの酸化を行なうとともに金属窒化物
層及び金属層の酸化を抑制するように制御された条件で
行なっている。即ち、熱処理を還元性気体、酸化性気体
及び窒素を含む雰囲気中で行なうとともに、昇温速度及
び降温速度を適切に制御している。それによって、金属
層の酸化により形成される金属酸化物層の膜厚を金属窒
化物層及び金属層の膜厚の20%以下とすることが可能
である。
【0020】昇温速度及び降温速度と金属酸化物層の膜
厚との関係について、以下に説明する。まず、時間t0
とt1 との間にT0 からT1 へ昇温する時に金属窒化物
層及び金属層が酸化される膜厚ΔtOX↑は、下記数1に
示す式(1)により表わされる。なお、温度T=At+
B(A,Bは定数、Aは昇温及び降温の速度勾配を表わ
す)で表わされ、酸化速度R=Cexp(−Ea/k
T)(C=C´PH2O n 、nは約1)で表わされる。
厚との関係について、以下に説明する。まず、時間t0
とt1 との間にT0 からT1 へ昇温する時に金属窒化物
層及び金属層が酸化される膜厚ΔtOX↑は、下記数1に
示す式(1)により表わされる。なお、温度T=At+
B(A,Bは定数、Aは昇温及び降温の速度勾配を表わ
す)で表わされ、酸化速度R=Cexp(−Ea/k
T)(C=C´PH2O n 、nは約1)で表わされる。
【0021】
【数1】
【0022】降温する時に金属窒化物層及び金属層が酸
化される膜厚ΔtOX↓も同様に計算することが出来る。
従って、昇温する時に金属窒化物層及び金属層が酸化さ
れる膜厚ΔtOX↑と降温する時に金属窒化物層及び金属
層が酸化される膜厚ΔtOX↓の合計の膜厚をΔtOXとす
ると、下記の式を満たす必要がある。
化される膜厚ΔtOX↓も同様に計算することが出来る。
従って、昇温する時に金属窒化物層及び金属層が酸化さ
れる膜厚ΔtOX↑と降温する時に金属窒化物層及び金属
層が酸化される膜厚ΔtOX↓の合計の膜厚をΔtOXとす
ると、下記の式を満たす必要がある。
【0023】ΔtOX=ΔtOX↑+ΔtOX↓≦0.2t
(t:金属窒化物層及び金属膜厚)この式を実際に
計算し、PH2O と昇降温速度との関係を求めたところ、
図7に示す結果を得た。この図において、4つの点(白
丸で示す)を滑らかに結んで形成される曲線、及びそれ
より高昇温速度側の領域で昇降温するとよいことがわか
る。
(t:金属窒化物層及び金属膜厚)この式を実際に
計算し、PH2O と昇降温速度との関係を求めたところ、
図7に示す結果を得た。この図において、4つの点(白
丸で示す)を滑らかに結んで形成される曲線、及びそれ
より高昇温速度側の領域で昇降温するとよいことがわか
る。
【0024】なお、通常の常圧条件では、金属窒化物層
の方が金属層より酸化され易いので、金属窒化物層の膜
厚のみを考えるとよい。このように、金属窒化物層及び
金属層の酸化を抑制することにより、低抵抗のゲ−ト電
極を得ることが出来るとともに、また熱処理時間の短縮
により熱的負荷軽減並びにスループットの向上につなが
り、良好なゲート絶縁耐性を有する半導体装置を製造す
ることができる。
の方が金属層より酸化され易いので、金属窒化物層の膜
厚のみを考えるとよい。このように、金属窒化物層及び
金属層の酸化を抑制することにより、低抵抗のゲ−ト電
極を得ることが出来るとともに、また熱処理時間の短縮
により熱的負荷軽減並びにスループットの向上につなが
り、良好なゲート絶縁耐性を有する半導体装置を製造す
ることができる。
【0025】なお、Siのみ酸化し、W及びTiNは酸
化しない水素と水蒸気の分圧については、以下のことが
言える。即ち、まずSi、W及びTiNの酸化反応は、
次の反応式で示される。
化しない水素と水蒸気の分圧については、以下のことが
言える。即ち、まずSi、W及びTiNの酸化反応は、
次の反応式で示される。
【0026】 Si+2H2 O=SiO2 +2H2 …(1) ΔG1 °(T) W +2H2 O=WO2 +2H2 …(2) ΔG2 °(T) TiN+2H2 O=TiO2 +2H2 +1/2N2 …(2) ΔG2 °(T) なお、ΔG1 °(T)、ΔG2 °(T)、ΔG2 °
(T)は、各反応式におけるギブスの自由エネルギ−で
ある。
(T)は、各反応式におけるギブスの自由エネルギ−で
ある。
【0027】Siのみ酸化し、W及びTiは酸化されな
いための水素と水蒸気の分圧の条件は、以下の式で表わ
される。 ΔG1 °(T)≧−4.575×T×2log(PH2/PH2O )…(1) ΔG2 °(T)≦−4.575×T×2log(PH2/PH2O )…(2) ΔG2 °(T)≦−4.575×T ×{1/2[logPN2+2log(PH2/PH2O )]} …(3) 例えば、昇降温時において、ΔGn °(T)はΔGn °
(T´)に変化するため(T>T´)、各気体の分圧の
範囲は、図8に示すように変化する。その変化する範囲
内に実験条件が入るように分圧を変化させることによ
り、W及びTiを酸化することなく、Siのみを酸化す
ることが可能である。即ち、図8における直線1、2、
3、1´、2´、3´はそれぞれ上記不等式の等号を表
わすものであり、直線1と2と3に囲まれた領域がW及
びTiを酸化することなく、Siのみを酸化する範囲で
ある。なお、昇温時においても、同様のことが言える。
いための水素と水蒸気の分圧の条件は、以下の式で表わ
される。 ΔG1 °(T)≧−4.575×T×2log(PH2/PH2O )…(1) ΔG2 °(T)≦−4.575×T×2log(PH2/PH2O )…(2) ΔG2 °(T)≦−4.575×T ×{1/2[logPN2+2log(PH2/PH2O )]} …(3) 例えば、昇降温時において、ΔGn °(T)はΔGn °
(T´)に変化するため(T>T´)、各気体の分圧の
範囲は、図8に示すように変化する。その変化する範囲
内に実験条件が入るように分圧を変化させることによ
り、W及びTiを酸化することなく、Siのみを酸化す
ることが可能である。即ち、図8における直線1、2、
3、1´、2´、3´はそれぞれ上記不等式の等号を表
わすものであり、直線1と2と3に囲まれた領域がW及
びTiを酸化することなく、Siのみを酸化する範囲で
ある。なお、昇温時においても、同様のことが言える。
【0028】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。図1(a)〜(e)は、本発明の
第1の実施例に係るゲ−ト電極の形成工程を示す断面図
である。まず、図1(a)に示すように、例えばp型シ
リコン基板11表面に選択酸化によりフィールド酸化膜
12を形成した後、熱酸化処理を施してフィールド酸化
膜12で分離されたシリコン基板11の表面に厚さ5〜
30nmのシリコン酸化膜13を形成した。
いて詳細に説明する。図1(a)〜(e)は、本発明の
第1の実施例に係るゲ−ト電極の形成工程を示す断面図
である。まず、図1(a)に示すように、例えばp型シ
リコン基板11表面に選択酸化によりフィールド酸化膜
12を形成した後、熱酸化処理を施してフィールド酸化
膜12で分離されたシリコン基板11の表面に厚さ5〜
30nmのシリコン酸化膜13を形成した。
【0029】次いで、図1(b)に示すように、シリコ
ン酸化膜13上に、不純物が添加された厚さ50nmの
多結晶シリコン層14を推積した後、基板11を473
Kの温度に保持した状態で、N2 とArの混合ガス中で
Tiをターゲットとしたスパッタリングを行なうことに
より、多結晶シリコン層14上に厚さ50nmのTiN
層15を推積した。続いて、LPCVD法により水素
(H2 )、モノシラン(SiH4 )及び六フッ化タング
ステン(WF6 )の混合ガスを用い、H2 を0.173
Torr、SiH4 を0.013Torr、WF6 を
0.065Torrの各分圧に保持し、420℃の基板
温度でTiN層15上に厚さ約150nmのW層16を
推積した。
ン酸化膜13上に、不純物が添加された厚さ50nmの
多結晶シリコン層14を推積した後、基板11を473
Kの温度に保持した状態で、N2 とArの混合ガス中で
Tiをターゲットとしたスパッタリングを行なうことに
より、多結晶シリコン層14上に厚さ50nmのTiN
層15を推積した。続いて、LPCVD法により水素
(H2 )、モノシラン(SiH4 )及び六フッ化タング
ステン(WF6 )の混合ガスを用い、H2 を0.173
Torr、SiH4 を0.013Torr、WF6 を
0.065Torrの各分圧に保持し、420℃の基板
温度でTiN層15上に厚さ約150nmのW層16を
推積した。
【0030】引き続き、W層16、TiN層15及び多
結晶シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応
性イオンエッチング(RIE)を用いて順次選択的にエ
ッチングすることにより、図1(c)に示すように、ゲ
ート電極18を形成した。
結晶シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応
性イオンエッチング(RIE)を用いて順次選択的にエ
ッチングすることにより、図1(c)に示すように、ゲ
ート電極18を形成した。
【0031】次に、水素(H2 )と水蒸気(H2 O)を
含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰囲
気中(全圧1気圧)において、シリコンの酸化速度向上
のために水蒸気分圧をWO2 が還元され、TiNが酸化
される条件にまでに上げた。この条件のガス分圧は、H
2 :H2 O:N2 =0.164:1×10-3:0.83
5である。この分圧条件で100℃/分の昇温速度で9
00℃に昇温し、30分加熱を行なった後、−70℃/
分の降温速度で降温した。この時の基板温度の時間変化
を図2に示す。なお、H2 O分圧は、一定とした。
含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰囲
気中(全圧1気圧)において、シリコンの酸化速度向上
のために水蒸気分圧をWO2 が還元され、TiNが酸化
される条件にまでに上げた。この条件のガス分圧は、H
2 :H2 O:N2 =0.164:1×10-3:0.83
5である。この分圧条件で100℃/分の昇温速度で9
00℃に昇温し、30分加熱を行なった後、−70℃/
分の降温速度で降温した。この時の基板温度の時間変化
を図2に示す。なお、H2 O分圧は、一定とした。
【0032】以上の条件の下での酸化処理によると、図
1(d)に示すように、多結晶シリコン層14の側壁部
とシリコン基板11の表面が酸化されるだけでなく、T
iN層15の露出した側壁も酸化され、TiO2 膜17
が形成されるが、その厚さは約5nmと非常に薄いこと
が確認された。これは、上述の酸化処理方法は、従来の
方法に比べ、プロセス時間が160分から46分にまで
短縮でき、且つTiN層酸化抑制に有効であることを示
している。
1(d)に示すように、多結晶シリコン層14の側壁部
とシリコン基板11の表面が酸化されるだけでなく、T
iN層15の露出した側壁も酸化され、TiO2 膜17
が形成されるが、その厚さは約5nmと非常に薄いこと
が確認された。これは、上述の酸化処理方法は、従来の
方法に比べ、プロセス時間が160分から46分にまで
短縮でき、且つTiN層酸化抑制に有効であることを示
している。
【0033】また、レジスト剥離アッシャーによって酸
化されたW表面は、還元され、良好なW表面になること
もわかった。更に、本方法によりゲート電極18のエッ
ジ領域の酸化膜が約5nm厚くなっていることが確認さ
れた。
化されたW表面は、還元され、良好なW表面になること
もわかった。更に、本方法によりゲート電極18のエッ
ジ領域の酸化膜が約5nm厚くなっていることが確認さ
れた。
【0034】続いて、フィールド酸化膜12及びゲート
電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオ
ン注入し、活性化することにより、図1(e)に示すよ
うに、シリコン基板11の表面領域にソース、ドレイン
となるn+ 型拡散層19a、19bが形成された。
電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオ
ン注入し、活性化することにより、図1(e)に示すよ
うに、シリコン基板11の表面領域にソース、ドレイン
となるn+ 型拡散層19a、19bが形成された。
【0035】本実施例によれば、酸化処理工程におい
て、ゲート構造におけるW層及びTiN層の側壁の酸化
を最少にとどめることが出来ると共に、プロセス時間の
短縮が可能であり、更に、良好なゲート電極絶縁耐性を
有するMOS型半導体装置を製造することができること
が確認された。
て、ゲート構造におけるW層及びTiN層の側壁の酸化
を最少にとどめることが出来ると共に、プロセス時間の
短縮が可能であり、更に、良好なゲート電極絶縁耐性を
有するMOS型半導体装置を製造することができること
が確認された。
【0036】また本実施例に関し、ゲート電極構造にお
いて、TiN酸化の限界条件までPH2O を下げ(ガス分
圧はH2 :H2 O:N2 =0.164:1×10-4:
0.836)、昇温速度150℃/分、降温速度−90
℃/分の高速昇降温速度条件で120分間熱処理するこ
とで、TiN層の側壁の酸化を更に抑制することが可能
である。この方法によると、TiN層側壁の酸化物の膜
厚を1nm以下にすることが可能である。基板の昇降温
速度は、上記した値に限るものではなく、少なくとも電
極を形成する金属層の露出面の酸化を膜厚の20%以内
に抑制する範囲であれば、本発明の目的が達成される。
いて、TiN酸化の限界条件までPH2O を下げ(ガス分
圧はH2 :H2 O:N2 =0.164:1×10-4:
0.836)、昇温速度150℃/分、降温速度−90
℃/分の高速昇降温速度条件で120分間熱処理するこ
とで、TiN層の側壁の酸化を更に抑制することが可能
である。この方法によると、TiN層側壁の酸化物の膜
厚を1nm以下にすることが可能である。基板の昇降温
速度は、上記した値に限るものではなく、少なくとも電
極を形成する金属層の露出面の酸化を膜厚の20%以内
に抑制する範囲であれば、本発明の目的が達成される。
【0037】次に、本発明の第2の実施例に係る半導体
装置の製造工程について、図3(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、W層16、TiN層15及び多結晶
シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応性イ
オンエッチング(RIE)を用いて、順次選択的にエッ
チングすることにより、図3(a)に示すゲート電極1
8を形成した。
装置の製造工程について、図3(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、W層16、TiN層15及び多結晶
シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応性イ
オンエッチング(RIE)を用いて、順次選択的にエッ
チングすることにより、図3(a)に示すゲート電極1
8を形成した。
【0038】次いで、水素(H2 )と水蒸気(H2 O)
を含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰
囲気中(全圧1気圧)において、昇温時にそれぞれのガ
スの分圧比を昇温時におけるTiO2 の還元条件になる
ように予め設定した。その分圧比はH2 :H2 O:N2
=1:10-8:10である。ちなみにこの条件は、WO
2 の還元条件でもある。このTiO2 の還元雰囲気中で
150℃/分の昇温速度を保ちつつ900℃に上げ、温
度が一定になると同時にガス分圧比をTiN酸化限界条
件であるH2 :H2 O:N2 =0.164:1×1
0-4:0.836にまで変化させ、120分加熱を行っ
た。次に、ガス分圧比を元のH2 :H2 O:N2 =1:
10-8:10に変化させた後、−90℃/分で降温し
た。この時のH2 O分圧と基板温度の時間変化を図4に
示す。
を含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰
囲気中(全圧1気圧)において、昇温時にそれぞれのガ
スの分圧比を昇温時におけるTiO2 の還元条件になる
ように予め設定した。その分圧比はH2 :H2 O:N2
=1:10-8:10である。ちなみにこの条件は、WO
2 の還元条件でもある。このTiO2 の還元雰囲気中で
150℃/分の昇温速度を保ちつつ900℃に上げ、温
度が一定になると同時にガス分圧比をTiN酸化限界条
件であるH2 :H2 O:N2 =0.164:1×1
0-4:0.836にまで変化させ、120分加熱を行っ
た。次に、ガス分圧比を元のH2 :H2 O:N2 =1:
10-8:10に変化させた後、−90℃/分で降温し
た。この時のH2 O分圧と基板温度の時間変化を図4に
示す。
【0039】このような熱処理工程によれば、図3
(b)に示すように多結晶シリコン層14の側壁部とシ
リコン基板11の表面のみが酸化され、露出したTiN
層15及びW層の側壁には、酸化膜は形成されていなか
った。また、ゲート電極18のエッジ領域の酸化膜は、
約5nm厚くなっていることが確認された。
(b)に示すように多結晶シリコン層14の側壁部とシ
リコン基板11の表面のみが酸化され、露出したTiN
層15及びW層の側壁には、酸化膜は形成されていなか
った。また、ゲート電極18のエッジ領域の酸化膜は、
約5nm厚くなっていることが確認された。
【0040】続いて、フィールド酸化膜12及びゲート
電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオ
ン注入し、活性化することにより、図3(c)に示すよ
うに、シリコン基板11の表面領域にソース、ドレイン
となるn+ 型拡散層19a、19bを形成した。
電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオ
ン注入し、活性化することにより、図3(c)に示すよ
うに、シリコン基板11の表面領域にソース、ドレイン
となるn+ 型拡散層19a、19bを形成した。
【0041】以上説明した第2の実施例によれば、熱処
理工程によりゲート構造における金属電極構造のシリコ
ン以外の部分の側壁の酸化を抑制することができ、良好
なゲート電極絶縁耐性を有する半導体装置を製造するこ
とができることが確認された。
理工程によりゲート構造における金属電極構造のシリコ
ン以外の部分の側壁の酸化を抑制することができ、良好
なゲート電極絶縁耐性を有する半導体装置を製造するこ
とができることが確認された。
【0042】また本実施例に示した昇降温時のH2 /H
2 O/N2 分圧は、以下の条件の範囲内で変化させるこ
とが可能である。即ち、室温と処理温度の間の昇降温時
において、変化する温度に対応してPH2/PH2O 並びに
logPN2を制御し、絶えずシリコンの選択酸化条件を
満たす様にすることで金属層及び金属窒化物層の酸化を
抑制することも可能である。
2 O/N2 分圧は、以下の条件の範囲内で変化させるこ
とが可能である。即ち、室温と処理温度の間の昇降温時
において、変化する温度に対応してPH2/PH2O 並びに
logPN2を制御し、絶えずシリコンの選択酸化条件を
満たす様にすることで金属層及び金属窒化物層の酸化を
抑制することも可能である。
【0043】次に、本発明の第3の実施例に係る半導体
装置の製造工程について、図5(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、W層16、TiN層15及び多結晶
シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応性イ
オンエッチング(RIE)を用いて順次選択的にエッチ
ングすることにより、図5(a)に示すゲート電極18
を形成した後、フィールド酸化膜12及びゲート電極1
8をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオン注入
し、図5(b)に示すように、n+ 拡散層19a、19
bを形成する。
装置の製造工程について、図5(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、W層16、TiN層15及び多結晶
シリコン層14を通常のフォトリソグラフィと反応性イ
オンエッチング(RIE)を用いて順次選択的にエッチ
ングすることにより、図5(a)に示すゲート電極18
を形成した後、フィールド酸化膜12及びゲート電極1
8をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオン注入
し、図5(b)に示すように、n+ 拡散層19a、19
bを形成する。
【0044】次いで、水素(H2 )と水蒸気(H2 O)
を含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰
囲気中(全圧1気圧)において、それぞれのガスの分圧
比を昇温時におけるTiO2 の還元条件になるように変
化させた。その分圧比はH2:H2 O:N2 =1:10
-8:10である。このようなTiO2 の還元雰囲気中で
150℃/分の昇温速度を保ちつつ温度を1000℃に
上げ、温度が一定になると同時にガス分圧比をH2 :H
2 O:N2 =0.164:1×10-4:0.836に変
化させ、1分間加熱を行った。次に、ガス分圧比をH
2 :H2 O:N2=1:10-8:10に変化させた後、
−90℃/分で降温した。この時、ゲート電極エッジ領
域の酸化膜が約5nmほど厚くなっていることを確認し
た。
を含み、窒素(N2 )をキャリアガスとした混合ガス雰
囲気中(全圧1気圧)において、それぞれのガスの分圧
比を昇温時におけるTiO2 の還元条件になるように変
化させた。その分圧比はH2:H2 O:N2 =1:10
-8:10である。このようなTiO2 の還元雰囲気中で
150℃/分の昇温速度を保ちつつ温度を1000℃に
上げ、温度が一定になると同時にガス分圧比をH2 :H
2 O:N2 =0.164:1×10-4:0.836に変
化させ、1分間加熱を行った。次に、ガス分圧比をH
2 :H2 O:N2=1:10-8:10に変化させた後、
−90℃/分で降温した。この時、ゲート電極エッジ領
域の酸化膜が約5nmほど厚くなっていることを確認し
た。
【0045】このような熱処理工程によれば、図5
(c)に示すように、W層16/TiN層15の酸化な
しに多結晶シリコン層14の側壁部とシリコン基板11
の表面のみを酸化できると同時に、高温で短時間の熱処
理のため、ソース・ドレインとなるn+ 型拡散層19
a、19bを過大に広げることなく、イオン注入した不
純物の活性化を行うことができる。
(c)に示すように、W層16/TiN層15の酸化な
しに多結晶シリコン層14の側壁部とシリコン基板11
の表面のみを酸化できると同時に、高温で短時間の熱処
理のため、ソース・ドレインとなるn+ 型拡散層19
a、19bを過大に広げることなく、イオン注入した不
純物の活性化を行うことができる。
【0046】以上説明した第3の実施例によると、シリ
コンの選択酸化と同時に拡散層の活性化を行なっている
ため、工程数を増やす事なく良好なゲート電極絶縁耐性
を有する半導体装置を製造することが可能である。
コンの選択酸化と同時に拡散層の活性化を行なっている
ため、工程数を増やす事なく良好なゲート電極絶縁耐性
を有する半導体装置を製造することが可能である。
【0047】次に、本発明の第4の実施例に係る半導体
装置の製造工程について説明する。まず、W層/TiN
層/多結晶シリコン層を通常のフォトリソグラフィと反
応性イオンエッチング(RIE)を用いて順次選択的に
エッチングすることによりゲート電極18を形成する。
次いで、昇温時のガス雰囲気を水蒸気(H2 O)と窒素
(N2 )の混合ガス(全圧1気圧)とし、それぞれのガ
スの分圧比をH2 O:N2 =0.01:10に設定す
る。このような酸化性雰囲気中で150℃/分の昇温速
度を保ちつつ900℃に昇温し、温度一定で10分間加
熱処理する。これにより、W層/TiN層/多結晶シリ
コン層表面は酸化され、ゲート酸化膜は厚くなった。
装置の製造工程について説明する。まず、W層/TiN
層/多結晶シリコン層を通常のフォトリソグラフィと反
応性イオンエッチング(RIE)を用いて順次選択的に
エッチングすることによりゲート電極18を形成する。
次いで、昇温時のガス雰囲気を水蒸気(H2 O)と窒素
(N2 )の混合ガス(全圧1気圧)とし、それぞれのガ
スの分圧比をH2 O:N2 =0.01:10に設定す
る。このような酸化性雰囲気中で150℃/分の昇温速
度を保ちつつ900℃に昇温し、温度一定で10分間加
熱処理する。これにより、W層/TiN層/多結晶シリ
コン層表面は酸化され、ゲート酸化膜は厚くなった。
【0048】次に、ガスをH2 :N2 =1:10(全圧
1気圧)に変化させた後、この還元性雰囲気中で更に1
0分間加熱処理を行った後、−90℃/分の降温速度で
降温した。このように酸化性雰囲気から還元性雰囲気に
変えることにより、W層/TiN層表面の酸化膜は完全
に還元されたが、多結晶シリコン層側面の酸化膜並びに
ゲート酸化膜は還元されずに残すことが可能であった。
1気圧)に変化させた後、この還元性雰囲気中で更に1
0分間加熱処理を行った後、−90℃/分の降温速度で
降温した。このように酸化性雰囲気から還元性雰囲気に
変えることにより、W層/TiN層表面の酸化膜は完全
に還元されたが、多結晶シリコン層側面の酸化膜並びに
ゲート酸化膜は還元されずに残すことが可能であった。
【0049】このように、酸化と還元を交互に行うこと
で、シリコンの選択酸化と同様の効果をもたらす事がで
きる。図6に、W層表面の酸化量と、WOX 還元後のW
表面の平坦度を示す。W膜の膜厚に対し20%以下の酸
化量であれば、還元後の凹凸は10nm以下に抑えるこ
とが可能である。
で、シリコンの選択酸化と同様の効果をもたらす事がで
きる。図6に、W層表面の酸化量と、WOX 還元後のW
表面の平坦度を示す。W膜の膜厚に対し20%以下の酸
化量であれば、還元後の凹凸は10nm以下に抑えるこ
とが可能である。
【0050】以上説明した第4の実施例によると、、水
の分圧を高くすることで酸化速度を向上させることが可
能であるとともに、その酸化量を一定限度に抑えること
で、還元後のゲート表面の平坦度が保たれるので、プロ
セス時間を短縮することが出来、かつ良好なゲート電極
絶縁耐性を有する半導体装置を製造することが可能であ
る。
の分圧を高くすることで酸化速度を向上させることが可
能であるとともに、その酸化量を一定限度に抑えること
で、還元後のゲート表面の平坦度が保たれるので、プロ
セス時間を短縮することが出来、かつ良好なゲート電極
絶縁耐性を有する半導体装置を製造することが可能であ
る。
【0051】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明は、上記実施例に限られるものではな
く、金属層としてPt、Pd、Rh、Ru、Niなどを
用い、金属窒化物層としてZrN、HfN、WNx など
を用いた金属積層構造に対しても適用可能である。ま
た、ゲ−ト電極は、シリコン層、金属窒化物層、金属層
の積層構造に限られることはなく、ゲ−ト絶縁膜上に金
属窒化物層、金属層をこの順に積層したメタルゲ−ト構
造としてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範
囲で種々変形して適用可能であることは言うまでもな
い。
したが、本発明は、上記実施例に限られるものではな
く、金属層としてPt、Pd、Rh、Ru、Niなどを
用い、金属窒化物層としてZrN、HfN、WNx など
を用いた金属積層構造に対しても適用可能である。ま
た、ゲ−ト電極は、シリコン層、金属窒化物層、金属層
の積層構造に限られることはなく、ゲ−ト絶縁膜上に金
属窒化物層、金属層をこの順に積層したメタルゲ−ト構
造としてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範
囲で種々変形して適用可能であることは言うまでもな
い。
【0052】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、多
層構造を有するゲート電極の熱処理の昇温及び降温速度
を制御することにより、ゲート電極を構成する金属窒化
物層及び金属層の酸化を招くことなく、ゲ−ト後酸化を
行なうことが可能である。それによって、熱処理時間を
短縮して、熱的負荷を軽減するとともに、ゲート耐圧を
向上させた半導体装置を高歩留りで製造することが可能
である。
層構造を有するゲート電極の熱処理の昇温及び降温速度
を制御することにより、ゲート電極を構成する金属窒化
物層及び金属層の酸化を招くことなく、ゲ−ト後酸化を
行なうことが可能である。それによって、熱処理時間を
短縮して、熱的負荷を軽減するとともに、ゲート耐圧を
向上させた半導体装置を高歩留りで製造することが可能
である。
【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製造
工程を示す断面図。
工程を示す断面図。
【図2】本発明の第1の実施例における熱処理工程の基
板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
【図3】本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造
工程を示す断面図。
工程を示す断面図。
【図4】本発明の第2の実施例における熱処理工程の基
板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
【図5】本発明の第3の実施例に係る半導体装置の製造
工程を示す断面図。
工程を示す断面図。
【図6】本発明の第4の実施例における熱処理工程のW
層表面の酸化量とWOx 還元後のW表面の平坦度を示す
特性図。
層表面の酸化量とWOx 還元後のW表面の平坦度を示す
特性図。
【図7】水蒸気分圧と昇降温速度との関係を示す特性
図。
図。
【図8】気体の分圧と酸化の有無の関係を示す特性図。
【図9】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図10】従来の半導体装置の製造工程における熱処理
工程の基板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
工程の基板温度と水蒸気分圧の時間変化を示す特性図。
1…p型シリコン基板 2…フィールド絶縁膜 3a、3b…n+ 型拡散層 4…ゲート酸化膜 5…多結晶シリコン 6…窒化金属層 7…W層 8…ゲート電極 9…TiO2 膜 11…p型シリコン基板 12…フィールド酸化膜 13…シリコン酸化膜 14…多結晶シリコン層 15…TiN層 16…W層 17…TiO2 膜 18…ゲート電極 19a、19b…n+ 型拡散層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年12月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
上にゲ−ト絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含
む積層構造を有するゲート電極を形成する工程と、還元
性気体、酸化性気体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理す
ることにより前記シリコン基板表面の酸化を行なう工程
と、前記熱処理の工程の前後において前記雰囲気中で前
記シリコン基板の昇降温を行なう工程とを具備し、前記
昇降温の工程は、前記金属窒化物層及び前記金属層の酸
化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の膜厚が前記
金属酸化物層及び前記金属層の膜厚の20%となる昇温
速度及び降温速度以上の速度で行なうことを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供する。
上にゲ−ト絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含
む積層構造を有するゲート電極を形成する工程と、還元
性気体、酸化性気体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理す
ることにより前記シリコン基板表面の酸化を行なう工程
と、前記熱処理の工程の前後において前記雰囲気中で前
記シリコン基板の昇降温を行なう工程とを具備し、前記
昇降温の工程は、前記金属窒化物層及び前記金属層の酸
化によりそれぞれ形成される金属酸化物層の膜厚が前記
金属酸化物層及び前記金属層の膜厚の20%となる昇温
速度及び降温速度以上の速度で行なうことを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】本発明の方法において、ゲート電極は、多
結晶シリコン層、金属窒化物層、及び金属層の積層構造
とすることが出来る。金属層としては、タングステン、
モリブデン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、ニッケル、コバルト、タンタル、チタン等を用いる
ことが出来る。金属窒化物層は、金属層と多結晶シリコ
ン層との間の障壁層をなすものであって、チタン、ジル
コニウム、ハフニウム、タングステン、バナジウム、ニ
オブ、タンタル、クロム、レニウム等の窒化物を用いる
ことが出来る。
結晶シリコン層、金属窒化物層、及び金属層の積層構造
とすることが出来る。金属層としては、タングステン、
モリブデン、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、ニッケル、コバルト、タンタル、チタン等を用いる
ことが出来る。金属窒化物層は、金属層と多結晶シリコ
ン層との間の障壁層をなすものであって、チタン、ジル
コニウム、ハフニウム、タングステン、バナジウム、ニ
オブ、タンタル、クロム、レニウム等の窒化物を用いる
ことが出来る。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】更に、本発明は、シリコン基板上にゲ−ト
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有する電極を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより前記
シリコン基板表面の酸化を行なう工程と、前記熱処理の
工程の前後において前記シリコン基板の昇降温を行なう
工程とを具備し、前記昇降温の工程に先立ち、或いは該
工程中に、前記金属窒化物層及び前記金属層中の金属の
酸化反応における自由エネルギ−窒化がゼロ又は正とな
るように、前記雰囲気中に含まれる気体の分圧を制御す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
絶縁膜を介して金属窒化物層及び金属層を含む積層構造
を有する電極を形成する工程と、還元性気体、酸化性気
体及び窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより前記
シリコン基板表面の酸化を行なう工程と、前記熱処理の
工程の前後において前記シリコン基板の昇降温を行なう
工程とを具備し、前記昇降温の工程に先立ち、或いは該
工程中に、前記金属窒化物層及び前記金属層中の金属の
酸化反応における自由エネルギ−窒化がゼロ又は正とな
るように、前記雰囲気中に含まれる気体の分圧を制御す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【数1】
Claims (3)
- 【請求項1】シリコン基板上にゲ−ト絶縁膜を介して金
属窒化物層及び金属層を含む積層構造を有するゲート電
極を形成する工程と、還元性気体、酸化性気体及び窒素
を含む雰囲気中で熱処理することにより前記シリコン基
板表面の酸化を行なう工程と、前記熱処理の工程の前後
において前記雰囲気中で前記シリコン基板の昇降温を行
なう工程工程とを具備し、前記昇降温の工程は、前記金
属窒化物層及び前記金属層の酸化によりそれぞれ形成さ
れる金属酸化物層の膜厚が前記金属酸化物層及び前記金
属層の膜厚の20%となる昇温速度及び降温速度以上の
速度で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】シリコン基板上にゲ−ト絶縁膜を介して金
属窒化物層及び金属層を含む積層構造を有する電極を形
成する工程と、還元性気体、酸化性気体及び窒素を含む
雰囲気中で熱処理することにより前記シリコン基板表面
の酸化を行なう工程と、前記熱処理の工程の前後におい
て前記シリコン基板の昇降温を行なう工程工程とを具備
し、前記昇降温の工程に先立ち、或いは該工程中に、前
記金属窒化物層及び前記金属層中の金属の酸化反応にお
ける自由エネルギ−窒化がゼロ又は正となるように、前
記雰囲気中に含まれる気体の分圧を制御することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】シリコン基板上にゲ−ト絶縁膜を介して金
属窒化物層及び金属層を含む積層構造を有するゲート電
極を形成する工程と、還元性気体及び窒素を含む還元雰
囲気中で熱処理する第1の熱処理工程と、酸化性気体及
び窒素を含む酸化雰囲気中で熱処理する第2の熱処理工
程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
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---|---|
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Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5907188A (en) * | 1995-08-25 | 1999-05-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with conductive oxidation preventing film and method for manufacturing the same |
EP0964437A2 (en) * | 1998-05-20 | 1999-12-15 | Hitachi, Ltd. | Process for producing semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
US6187674B1 (en) * | 1998-12-08 | 2001-02-13 | United Microelectronics Corp. | Manufacturing method capable of preventing corrosion and contamination of MOS gate |
US6197702B1 (en) | 1997-05-30 | 2001-03-06 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
FR2799990A1 (fr) * | 1999-10-26 | 2001-04-27 | Mitel Semiconductor Ab | Procede et appareil pour l'oxydation controlee de materiaux |
US6555407B1 (en) | 1999-10-26 | 2003-04-29 | Zarlink Semiconductor Ab | Method for the controlled oxidiation of materials |
US6593229B1 (en) | 1999-06-04 | 2003-07-15 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same |
US6734114B2 (en) | 2001-11-15 | 2004-05-11 | Renesas Technology, Corp. | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device |
US7049187B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-23 | Renesas Technology Corp. | Manufacturing method of polymetal gate electrode |
US7053459B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for producing the same |
US7221056B2 (en) | 2003-09-24 | 2007-05-22 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
WO2007069438A1 (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Tokyo Electron Limited | 金属系膜の脱炭素処理方法、成膜方法および半導体装置の製造方法 |
US7253465B2 (en) | 2003-04-16 | 2007-08-07 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
KR100919076B1 (ko) * | 2004-02-25 | 2009-09-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 피처리체의 산화 방법 및 산화 장치 |
WO2010026624A1 (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-11 | 株式会社 東芝 | 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 |
WO2011013616A1 (ja) * | 2009-07-27 | 2011-02-03 | 東京エレクトロン株式会社 | 選択酸化処理方法、選択酸化処理装置およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP23678393A patent/JP3277043B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6133150A (en) * | 1995-08-25 | 2000-10-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US5907188A (en) * | 1995-08-25 | 1999-05-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with conductive oxidation preventing film and method for manufacturing the same |
US6503819B2 (en) | 1997-05-30 | 2003-01-07 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US7122469B2 (en) | 1997-05-30 | 2006-10-17 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US6197702B1 (en) | 1997-05-30 | 2001-03-06 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US6987069B2 (en) | 1997-05-30 | 2006-01-17 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US6784116B2 (en) | 1997-05-30 | 2004-08-31 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US6528403B2 (en) | 1997-05-30 | 2003-03-04 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
US6784038B2 (en) | 1998-05-20 | 2004-08-31 | Renesas Technology Corp. | Process for producing semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
EP0964437A3 (en) * | 1998-05-20 | 2002-11-27 | Hitachi, Ltd. | Process for producing semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
US6323115B1 (en) | 1998-05-20 | 2001-11-27 | Hitachi, Ltd. | Method of forming semiconductor integrated circuit device with dual gate CMOS structure |
EP0964437A2 (en) * | 1998-05-20 | 1999-12-15 | Hitachi, Ltd. | Process for producing semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
US6187674B1 (en) * | 1998-12-08 | 2001-02-13 | United Microelectronics Corp. | Manufacturing method capable of preventing corrosion and contamination of MOS gate |
US6593229B1 (en) | 1999-06-04 | 2003-07-15 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same |
KR100745960B1 (ko) * | 1999-06-04 | 2007-08-02 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법 |
US6737341B1 (en) * | 1999-06-04 | 2004-05-18 | Renesas Technology Corporation | Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same |
US6936550B2 (en) | 1999-06-04 | 2005-08-30 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same |
US6555407B1 (en) | 1999-10-26 | 2003-04-29 | Zarlink Semiconductor Ab | Method for the controlled oxidiation of materials |
FR2799990A1 (fr) * | 1999-10-26 | 2001-04-27 | Mitel Semiconductor Ab | Procede et appareil pour l'oxydation controlee de materiaux |
US7049187B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-23 | Renesas Technology Corp. | Manufacturing method of polymetal gate electrode |
US7053459B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for producing the same |
US7144766B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-12-05 | Renesas Technology Corp. | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device having polymetal gate electrode |
US7632744B2 (en) | 2001-03-12 | 2009-12-15 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for manufacturing the same |
US7300833B2 (en) | 2001-03-12 | 2007-11-27 | Renesas Technology Corp. | Process for producing semiconductor integrated circuit device |
US7375013B2 (en) | 2001-03-12 | 2008-05-20 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for manufacturing the same |
US7067889B2 (en) | 2001-11-15 | 2006-06-27 | Renesas Technology Corp. | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device |
US6734114B2 (en) | 2001-11-15 | 2004-05-11 | Renesas Technology, Corp. | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device |
US7253465B2 (en) | 2003-04-16 | 2007-08-07 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
US7221056B2 (en) | 2003-09-24 | 2007-05-22 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
KR100919076B1 (ko) * | 2004-02-25 | 2009-09-28 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 피처리체의 산화 방법 및 산화 장치 |
WO2007069438A1 (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Tokyo Electron Limited | 金属系膜の脱炭素処理方法、成膜方法および半導体装置の製造方法 |
JP2007165788A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Tokyo Electron Ltd | 金属系膜の脱炭素処理方法、成膜方法および半導体装置の製造方法 |
KR100980528B1 (ko) * | 2005-12-16 | 2010-09-07 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 금속계막의 탈탄소 처리 방법, 성막 방법 및 반도체 장치의제조 방법 |
WO2010026624A1 (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-11 | 株式会社 東芝 | 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 |
WO2011013616A1 (ja) * | 2009-07-27 | 2011-02-03 | 東京エレクトロン株式会社 | 選択酸化処理方法、選択酸化処理装置およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
JP2011029415A (ja) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Tokyo Electron Ltd | 選択酸化処理方法、選択酸化処理装置およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
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Publication number | Publication date |
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