JPH08107153A - 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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- JPH08107153A JPH08107153A JP6268333A JP26833394A JPH08107153A JP H08107153 A JPH08107153 A JP H08107153A JP 6268333 A JP6268333 A JP 6268333A JP 26833394 A JP26833394 A JP 26833394A JP H08107153 A JPH08107153 A JP H08107153A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 CMOS形の半導体装置を構成するMOSト
ランジスタのゲート電極をポリサイド構造とし、かつそ
のゲート電極のポリシリコン層に、そのMOSトランジ
スタのチャネル形等に応じてn形又はp形の不純物を導
入するにあたり、ポリシリコン層に導入したn形及びp
形の不純物の相互拡散を抑制する。 【構成】 ポリサイド構造のゲート電極を有するCMO
S形の半導体装置の製造方法であって、ゲート電極を構
成することとなるポリシリコン層5をゲート酸化膜4上
に形成後、そのポリシリコン層5のNチャネルMOSト
ランジスタ形成領域及びPチャネルMOSトランジスタ
形成領域にそれぞれ不純物を導入することによりポリシ
リコン層5にn形領域とp形領域とを形成し、その不純
物を導入したポリシリコン層5上にシリサイド層7を形
成する方法において、シリサイド層7の形成前にポリシ
リコン層5上にSi3N4薄膜等の不純物拡散防止層1
2を形成する。
ランジスタのゲート電極をポリサイド構造とし、かつそ
のゲート電極のポリシリコン層に、そのMOSトランジ
スタのチャネル形等に応じてn形又はp形の不純物を導
入するにあたり、ポリシリコン層に導入したn形及びp
形の不純物の相互拡散を抑制する。 【構成】 ポリサイド構造のゲート電極を有するCMO
S形の半導体装置の製造方法であって、ゲート電極を構
成することとなるポリシリコン層5をゲート酸化膜4上
に形成後、そのポリシリコン層5のNチャネルMOSト
ランジスタ形成領域及びPチャネルMOSトランジスタ
形成領域にそれぞれ不純物を導入することによりポリシ
リコン層5にn形領域とp形領域とを形成し、その不純
物を導入したポリシリコン層5上にシリサイド層7を形
成する方法において、シリサイド層7の形成前にポリシ
リコン層5上にSi3N4薄膜等の不純物拡散防止層1
2を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリサイド構造のゲー
ト電極を有するCMOS形の半導体装置の製造方法に関
する。
ト電極を有するCMOS形の半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、MOS形半導体装置のゲート
配線構造の一つとしてポリサイド構造が知られている。
ポリサイド構造はゲート酸化膜上にポリシリコン層とシ
リサイド層とを順次積層したものである。通常、下層の
ポリシリコン層としては、P等によりn形にドープした
ものが使用されている。このポリサイド構造のゲート電
極は、それまでのポリシリコンゲート電極に比して配線
抵抗を約1桁低下させることができる。そのため、配線
抵抗による信号の遅延が問題となる、約1μm以下のデ
ザインルールのLSIにおいて広く使用されている。
配線構造の一つとしてポリサイド構造が知られている。
ポリサイド構造はゲート酸化膜上にポリシリコン層とシ
リサイド層とを順次積層したものである。通常、下層の
ポリシリコン層としては、P等によりn形にドープした
ものが使用されている。このポリサイド構造のゲート電
極は、それまでのポリシリコンゲート電極に比して配線
抵抗を約1桁低下させることができる。そのため、配線
抵抗による信号の遅延が問題となる、約1μm以下のデ
ザインルールのLSIにおいて広く使用されている。
【0003】ところで、同一基板上にNチャネルMOS
トランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタを形成
したCMOS形の半導体装置においては、近年の素子の
微細化に伴い、それぞれのチャネルを形成する不純物の
濃度の調整のみでは、各チャネルのしきい値電圧Vthを
最適値に設定することが困難となっており、また、短チ
ャネル効果に対して強くかつ接合深さの浅いトランジス
タを形成することも困難になってきている。そこで、ゲ
ート電極の仕事関数の寄与も用いてしきい値電圧Vthを
調整することが試みられている。例えば、bulkシリ
コン基板にCMOSを形成する場合、そのNチャネルM
OSトランジスタのポリサイド構造のゲート電極のポリ
シリコン層をn形にドープし、PチャネルMOSトラン
ジスタのポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層
をp形にドープすることが検討されている。また、SO
I基板にCMOSを形成する場合には、bulkシリコ
ン基板にCMOSを形成する場合と逆の組み合わせで、
Nチャネル又はPチャネルMOSトランジスタのポリサ
イド構造のゲート電極のポリシリコン層をp形又はn形
にドープすることが検討されている。
トランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタを形成
したCMOS形の半導体装置においては、近年の素子の
微細化に伴い、それぞれのチャネルを形成する不純物の
濃度の調整のみでは、各チャネルのしきい値電圧Vthを
最適値に設定することが困難となっており、また、短チ
ャネル効果に対して強くかつ接合深さの浅いトランジス
タを形成することも困難になってきている。そこで、ゲ
ート電極の仕事関数の寄与も用いてしきい値電圧Vthを
調整することが試みられている。例えば、bulkシリ
コン基板にCMOSを形成する場合、そのNチャネルM
OSトランジスタのポリサイド構造のゲート電極のポリ
シリコン層をn形にドープし、PチャネルMOSトラン
ジスタのポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層
をp形にドープすることが検討されている。また、SO
I基板にCMOSを形成する場合には、bulkシリコ
ン基板にCMOSを形成する場合と逆の組み合わせで、
Nチャネル又はPチャネルMOSトランジスタのポリサ
イド構造のゲート電極のポリシリコン層をp形又はn形
にドープすることが検討されている。
【0004】このように当該半導体装置の基板の種類、
目的、そのトランジスタのチャネルの導電形等に応じ
て、ポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層をド
ープした半導体装置の製造方法としては、例えば、bu
lkシリコン基板に形成したCMOS形半導体装置の場
合、図4及び図5に示したように、半導体基板1のNチ
ャネルMOSトランジスタ形成領域(Nth)、Pチャネ
ルMOSトランジスタ形成領域(Pth)にそれぞれpウ
エル2p及びnウエル2nを形成し、フィールド酸化膜
(LOCOS)3及びゲート酸化膜4を形成し(図4
(a))、ポリシリコン層5を堆積させ(図4
(b))、マスク6を用いてNチャネルMOSトランジ
スタ形成領域のポリシリコン層5にはAs等のn形不純
物(n+)をイオン注入し、PチャネルMOSトランジ
スタ形成領域のポリシリコン層5にはB等のp形不純物
(p+)をイオン注入する(図4(c))。次いでWS
ix等のシリサイド層7をスパッタリング等により堆積
させる(図5(d))。そして、n形又はp形にドープ
したポリシリコン層5及びシリサイド層7をゲート電極
にパターニングし(図5(e))、ソース・ドレイン領
域となる拡散層8n、8pをゲート電極をマスクとして
自己整合的に形成する(図5(f))。そして、層間絶
縁膜9を堆積し、コンタクトホール10を開口し、メタ
ライゼーションによりブランケットタングステン等を充
填し、Al配線11を形成する(図5(g))。
目的、そのトランジスタのチャネルの導電形等に応じ
て、ポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層をド
ープした半導体装置の製造方法としては、例えば、bu
lkシリコン基板に形成したCMOS形半導体装置の場
合、図4及び図5に示したように、半導体基板1のNチ
ャネルMOSトランジスタ形成領域(Nth)、Pチャネ
ルMOSトランジスタ形成領域(Pth)にそれぞれpウ
エル2p及びnウエル2nを形成し、フィールド酸化膜
(LOCOS)3及びゲート酸化膜4を形成し(図4
(a))、ポリシリコン層5を堆積させ(図4
(b))、マスク6を用いてNチャネルMOSトランジ
スタ形成領域のポリシリコン層5にはAs等のn形不純
物(n+)をイオン注入し、PチャネルMOSトランジ
スタ形成領域のポリシリコン層5にはB等のp形不純物
(p+)をイオン注入する(図4(c))。次いでWS
ix等のシリサイド層7をスパッタリング等により堆積
させる(図5(d))。そして、n形又はp形にドープ
したポリシリコン層5及びシリサイド層7をゲート電極
にパターニングし(図5(e))、ソース・ドレイン領
域となる拡散層8n、8pをゲート電極をマスクとして
自己整合的に形成する(図5(f))。そして、層間絶
縁膜9を堆積し、コンタクトホール10を開口し、メタ
ライゼーションによりブランケットタングステン等を充
填し、Al配線11を形成する(図5(g))。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ポリサイド構造のゲート電極形成においては、ポリシリ
コン層5に導入したn形不純物(n+)及びp形不純物
(p+)が、その後の工程で行われる熱処理等により、
図6に矢印で示したように、ポリシリコン層5の上層の
シリサイド層7を通して相互に拡散する。これは、一般
にシリサイド中の不純物の拡散係数がポリシリコン中の
拡散係数よりも1〜2桁大きいことによる。そしてその
結果、各ゲート電極中の不純物濃度、即ちゲートの仕事
関数がゲート電極のパターン等に応じて変動し、所期の
しきい値電圧Vthを得られないという重大な問題が生じ
ている。
ポリサイド構造のゲート電極形成においては、ポリシリ
コン層5に導入したn形不純物(n+)及びp形不純物
(p+)が、その後の工程で行われる熱処理等により、
図6に矢印で示したように、ポリシリコン層5の上層の
シリサイド層7を通して相互に拡散する。これは、一般
にシリサイド中の不純物の拡散係数がポリシリコン中の
拡散係数よりも1〜2桁大きいことによる。そしてその
結果、各ゲート電極中の不純物濃度、即ちゲートの仕事
関数がゲート電極のパターン等に応じて変動し、所期の
しきい値電圧Vthを得られないという重大な問題が生じ
ている。
【0006】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、CMOS形の半導体装置を
構成するMOSトランジスタのゲート電極をポリサイド
構造とし、かつそのポリサイド構造のゲート電極のポリ
シリコン層に、そのトランジスタのチャネル形に応じて
n形又はp形の不純物を導入するにあたり、ポリシリコ
ン層に導入したn形及びp形の不純物の相互拡散を抑制
し、各トランジスタに所期のしきい値電圧Vthが得られ
るようにすることを目的とする。
決しようとするものであり、CMOS形の半導体装置を
構成するMOSトランジスタのゲート電極をポリサイド
構造とし、かつそのポリサイド構造のゲート電極のポリ
シリコン層に、そのトランジスタのチャネル形に応じて
n形又はp形の不純物を導入するにあたり、ポリシリコ
ン層に導入したn形及びp形の不純物の相互拡散を抑制
し、各トランジスタに所期のしきい値電圧Vthが得られ
るようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、CMOS形
の半導体装置のゲート電極をポリサイド構造とし、かつ
そのポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層に当
該MOSトランジスタのチャネル形に応じた不純物を導
入した構造を形成するにあたり、不純物を導入したゲー
ト電極のポリシリコン層とシリサイド層との間に不純物
拡散防止層を設け、ポリシリコン層に導入した不純物
が、その上層のシリサイド層を通して拡散することを防
止することにより、上記の目的が達成できることを見出
し、本発明を完成させるに至った。
の半導体装置のゲート電極をポリサイド構造とし、かつ
そのポリサイド構造のゲート電極のポリシリコン層に当
該MOSトランジスタのチャネル形に応じた不純物を導
入した構造を形成するにあたり、不純物を導入したゲー
ト電極のポリシリコン層とシリサイド層との間に不純物
拡散防止層を設け、ポリシリコン層に導入した不純物
が、その上層のシリサイド層を通して拡散することを防
止することにより、上記の目的が達成できることを見出
し、本発明を完成させるに至った。
【0008】即ち、本発明は、同一基板上にNチャネル
MOSトランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタ
を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート酸化膜
を形成した半導体基板上にポリシリコン層を形成する工
程、ポリシリコン層のNチャネルMOSトランジスタ形
成領域及びPチャネルMOSトランジスタ形成領域にそ
れぞれ不純物を導入することによりポリシリコン層にn
形領域とp形領域とを形成する工程、不純物を導入した
ポリシリコン層上にシリサイド層を形成する工程、ゲー
ト酸化膜上に積層した各層をゲート電極にパターニング
する工程、及び半導体基板のNチャネルMOSトランジ
スタ形成領域及びPチャネルMOSトランジスタ形成領
域にそれぞれ不純物を導入することによりn形ソース・
ドレイン領域とp形ソース・ドレイン領域とを形成する
工程を含む半導体装置の製造方法において、シリサイド
層の形成前にポリシリコン層上に不純物拡散防止層を形
成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。
MOSトランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタ
を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート酸化膜
を形成した半導体基板上にポリシリコン層を形成する工
程、ポリシリコン層のNチャネルMOSトランジスタ形
成領域及びPチャネルMOSトランジスタ形成領域にそ
れぞれ不純物を導入することによりポリシリコン層にn
形領域とp形領域とを形成する工程、不純物を導入した
ポリシリコン層上にシリサイド層を形成する工程、ゲー
ト酸化膜上に積層した各層をゲート電極にパターニング
する工程、及び半導体基板のNチャネルMOSトランジ
スタ形成領域及びPチャネルMOSトランジスタ形成領
域にそれぞれ不純物を導入することによりn形ソース・
ドレイン領域とp形ソース・ドレイン領域とを形成する
工程を含む半導体装置の製造方法において、シリサイド
層の形成前にポリシリコン層上に不純物拡散防止層を形
成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。
【0009】特にこのような半導体装置の製造方法であ
って、不純物拡散防止層として、厚さ1〜4nmのSi
3N4薄膜又は厚さ10〜150nmの高融点金属窒化
物層を形成し、シリサイド層としてWシリサイド層を形
成する方法を提供する。
って、不純物拡散防止層として、厚さ1〜4nmのSi
3N4薄膜又は厚さ10〜150nmの高融点金属窒化
物層を形成し、シリサイド層としてWシリサイド層を形
成する方法を提供する。
【0010】
【作用】本発明の方法においては、ゲート電極のポリシ
リコン層に当該MOSトランジスタのチャネル形等に応
じてn形又はp形の不純物を導入した後、そのポリシリ
コン層上に不純物拡散防止層を形成し、その不純物拡散
防止層の上にシリサイド層が積層される。したがって、
例えば、bulkシリコン基板にCMOSを形成する場
合において、図3に示したように、ポリシリコン層5に
不純物(n+、p+)を導入し、その後、その半導体装
置の製造工程において熱処理等を行っても、ポリシリコ
ン層5に導入した不純物(n+、p+)は不純物拡散防
止層12のためにシリサイド層7に到達せず、したがっ
て、n形及びp形の不純物(n+、p+)がシリサイド
層7を通して相互に拡散することが防止される。よっ
て、半導体装置を構成する各MOSトランジスタは、そ
れらのゲート電極のパターンによらず、それぞれ所期の
しきい値電圧Vthを有するようになる。
リコン層に当該MOSトランジスタのチャネル形等に応
じてn形又はp形の不純物を導入した後、そのポリシリ
コン層上に不純物拡散防止層を形成し、その不純物拡散
防止層の上にシリサイド層が積層される。したがって、
例えば、bulkシリコン基板にCMOSを形成する場
合において、図3に示したように、ポリシリコン層5に
不純物(n+、p+)を導入し、その後、その半導体装
置の製造工程において熱処理等を行っても、ポリシリコ
ン層5に導入した不純物(n+、p+)は不純物拡散防
止層12のためにシリサイド層7に到達せず、したがっ
て、n形及びp形の不純物(n+、p+)がシリサイド
層7を通して相互に拡散することが防止される。よっ
て、半導体装置を構成する各MOSトランジスタは、そ
れらのゲート電極のパターンによらず、それぞれ所期の
しきい値電圧Vthを有するようになる。
【0011】なお、このような本発明の効果は、bul
kシリコン基板にCMOS形半導体装置を形成する場合
に限られない。例えば、SOI基板にCMOS形半導体
装置を形成する場合でも同様に得ることができる。
kシリコン基板にCMOS形半導体装置を形成する場合
に限られない。例えば、SOI基板にCMOS形半導体
装置を形成する場合でも同様に得ることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等
の構成要素を表している。
的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等
の構成要素を表している。
【0013】図1及び図2は、本発明の実施例の工程説
明図である。
明図である。
【0014】この実施例においては、図4及び図5に示
した従来例と同様に、まず、常法にしたがってbulk
シリコン基板1のNチャネルMOSトランジスタ形成領
域(Nth)及びPチャネルMOSトランジスタ形成領域
(Pth)に、それぞれpウエル2p及びnウエル2nを
形成し、フィールド酸化膜(LOCOS)3及びゲート
酸化膜4を形成し(図1(a))、ポリシリコン層5
を、例えば、CVD法により100nm程度堆積させる
(図1(b))。
した従来例と同様に、まず、常法にしたがってbulk
シリコン基板1のNチャネルMOSトランジスタ形成領
域(Nth)及びPチャネルMOSトランジスタ形成領域
(Pth)に、それぞれpウエル2p及びnウエル2nを
形成し、フィールド酸化膜(LOCOS)3及びゲート
酸化膜4を形成し(図1(a))、ポリシリコン層5
を、例えば、CVD法により100nm程度堆積させる
(図1(b))。
【0015】次に、この実施例においては、不純物拡散
防止層12として、厚さ1〜4nm、好ましくは2nm
程度のSi3N4薄膜を形成する(図1(c))。この
ようなSi3N4薄膜は、例えば、ポリシリコン層5を
直接急速熱窒化(RTN:Rapid Thermal Nitrization
)することにより形成することができ、この場合の窒
化条件としては、例えば、温度1100℃、雰囲気N2
Oガス、常圧、熱処理時間30秒程度とすることができ
る。このようにして形成されるSi3N4薄膜12は2
nm程度と十分に薄いので、この薄膜を導体で挟むと導
体間にトンネル電流を流すことができる。したがって、
ゲート電極のシート抵抗を上昇させることはない。ま
た、Si3N4薄膜の不純物拡散防止効果そのものにつ
いては、従来より種々の報告がなされており(例えば、
電子材料シリーズ「VLSIの薄膜技術」伊藤他著、丸
善、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,vol41,N
o.4,p546(1994)等)、この薄膜はポリシリコン層5に
ドープさせる不純物に対して優れた不純物拡散防止効果
を発揮するものである。
防止層12として、厚さ1〜4nm、好ましくは2nm
程度のSi3N4薄膜を形成する(図1(c))。この
ようなSi3N4薄膜は、例えば、ポリシリコン層5を
直接急速熱窒化(RTN:Rapid Thermal Nitrization
)することにより形成することができ、この場合の窒
化条件としては、例えば、温度1100℃、雰囲気N2
Oガス、常圧、熱処理時間30秒程度とすることができ
る。このようにして形成されるSi3N4薄膜12は2
nm程度と十分に薄いので、この薄膜を導体で挟むと導
体間にトンネル電流を流すことができる。したがって、
ゲート電極のシート抵抗を上昇させることはない。ま
た、Si3N4薄膜の不純物拡散防止効果そのものにつ
いては、従来より種々の報告がなされており(例えば、
電子材料シリーズ「VLSIの薄膜技術」伊藤他著、丸
善、IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,vol41,N
o.4,p546(1994)等)、この薄膜はポリシリコン層5に
ドープさせる不純物に対して優れた不純物拡散防止効果
を発揮するものである。
【0016】次に、Si3N4薄膜12を通して、ポリ
シリコン層5のNチャネルMOSトランジスタ形成領域
にn形不純物をイオン注入し、PチャネルMOSトラン
ジスタ形成領域にp形不純物をイオン注入する(図1
(d))。なお、このような不純物イオンの打ち分け
は、フォトレジストをマスク6として行うことができ
る。また、イオン注入の条件としては、例えば、n形不
純物をイオン注入する場合、Asを20keVで5×1
015・cm-2程度打ち込む。また、p形不純物をイオン
注入する場合、BF2を20keVで5×1015・cm
-2程度打ち込む。
シリコン層5のNチャネルMOSトランジスタ形成領域
にn形不純物をイオン注入し、PチャネルMOSトラン
ジスタ形成領域にp形不純物をイオン注入する(図1
(d))。なお、このような不純物イオンの打ち分け
は、フォトレジストをマスク6として行うことができ
る。また、イオン注入の条件としては、例えば、n形不
純物をイオン注入する場合、Asを20keVで5×1
015・cm-2程度打ち込む。また、p形不純物をイオン
注入する場合、BF2を20keVで5×1015・cm
-2程度打ち込む。
【0017】ポリシリコン層5にイオン注入を行った後
は、Si3N4薄膜12上にシリサイド層7としてWS
ix層を厚さ30〜300nm、好ましくは100nm
程度堆積させる(図2(e))。このWSix層の形成
条件としては、例えば、温度360℃、圧力27Pa
(200mTorr)、ガスSiH4/WF6/Ar=
1000/10/100sccmとすることができる。
は、Si3N4薄膜12上にシリサイド層7としてWS
ix層を厚さ30〜300nm、好ましくは100nm
程度堆積させる(図2(e))。このWSix層の形成
条件としては、例えば、温度360℃、圧力27Pa
(200mTorr)、ガスSiH4/WF6/Ar=
1000/10/100sccmとすることができる。
【0018】次にWSix層7上に所定のパターンのレ
ジスト13を形成し、エッチングすることによりゲート
電極をパターニングする(図2(f))。このパターニ
ングに際しては、まずWSix層7をエッチングし、次
いで下層のSi3N4薄膜12をエッチングすることに
なるが、WSix層7を以下のエッチング条件のステッ
プ1に示すようにバイアスの高い条件でエッチングする
とそのオーバーエッチングによりWSix層7の下層の
Si3N4薄膜12もエッチングすることができるの
で、従来のゲート電極のドライエッチング方法及びその
条件を採用することができる。即ち、エッチング条件と
しては、例えば、ステップ1(ガス:Cl2/O2=7
2/8、 圧力:400mPa、 第1のコイル電流:
27A、第2のコイル電流:6A、 RFバイアス:4
0W、 温度:0℃ )及びステップ2(ガス:HBr
/O2=120/4、 圧力:1000mPa、 第1
のコイル電流:27A、第2のコイル電流:6A、 R
Fバイアス:20W、 温度:0℃ )を順次行う。
ジスト13を形成し、エッチングすることによりゲート
電極をパターニングする(図2(f))。このパターニ
ングに際しては、まずWSix層7をエッチングし、次
いで下層のSi3N4薄膜12をエッチングすることに
なるが、WSix層7を以下のエッチング条件のステッ
プ1に示すようにバイアスの高い条件でエッチングする
とそのオーバーエッチングによりWSix層7の下層の
Si3N4薄膜12もエッチングすることができるの
で、従来のゲート電極のドライエッチング方法及びその
条件を採用することができる。即ち、エッチング条件と
しては、例えば、ステップ1(ガス:Cl2/O2=7
2/8、 圧力:400mPa、 第1のコイル電流:
27A、第2のコイル電流:6A、 RFバイアス:4
0W、 温度:0℃ )及びステップ2(ガス:HBr
/O2=120/4、 圧力:1000mPa、 第1
のコイル電流:27A、第2のコイル電流:6A、 R
Fバイアス:20W、 温度:0℃ )を順次行う。
【0019】ゲート電極をパターニングした後は、常法
にしたがってn形又はp形のソース・ドレイン領域とな
る拡散層8n、8pをゲート電極をマスクとして自己整
合的に形成することができるが、この場合、ゲート電極
にLDD用の側壁スペーサ14を形成し、側壁スペーサ
14の形成の前後でドーズ量を変えて不純物をドープす
ることによりLDD構造を形成することが好ましい(図
2(g))。なお、Si3N4薄膜12を形成しない従
来の半導体装置の製造方法における拡散層の形成工程に
おいては、その構造によっては拡散層の形成時のイオン
注入によりゲート電極に異種イオンがドープされる可能
性があり(例えば、n−MOSにp+ゲート電極を用い
る薄膜SOIの場合)、その場合にはゲート電極上にス
トッパーSiO2を形成しておく必要があったが、本発
明によればゲート電極内の縦方向の拡散が抑制されるの
で、その場合でもストッパーSiO2の形成は不要とな
る。
にしたがってn形又はp形のソース・ドレイン領域とな
る拡散層8n、8pをゲート電極をマスクとして自己整
合的に形成することができるが、この場合、ゲート電極
にLDD用の側壁スペーサ14を形成し、側壁スペーサ
14の形成の前後でドーズ量を変えて不純物をドープす
ることによりLDD構造を形成することが好ましい(図
2(g))。なお、Si3N4薄膜12を形成しない従
来の半導体装置の製造方法における拡散層の形成工程に
おいては、その構造によっては拡散層の形成時のイオン
注入によりゲート電極に異種イオンがドープされる可能
性があり(例えば、n−MOSにp+ゲート電極を用い
る薄膜SOIの場合)、その場合にはゲート電極上にス
トッパーSiO2を形成しておく必要があったが、本発
明によればゲート電極内の縦方向の拡散が抑制されるの
で、その場合でもストッパーSiO2の形成は不要とな
る。
【0020】拡散層8n、8pを形成した後は、常法に
したがって層間絶縁膜9を堆積し、コンタクトホール1
0を開口し、メタライゼーションによりブランケットタ
ングステン等を充填し、Al配線11を形成(図2
(h))し、素子を完成させる。以上の本発明の実施例
を具体的に説明したが、本発明の実施例は上述の態様に
限られることなく種々の態様とすることができる。
したがって層間絶縁膜9を堆積し、コンタクトホール1
0を開口し、メタライゼーションによりブランケットタ
ングステン等を充填し、Al配線11を形成(図2
(h))し、素子を完成させる。以上の本発明の実施例
を具体的に説明したが、本発明の実施例は上述の態様に
限られることなく種々の態様とすることができる。
【0021】例えば、上述の実施例においては、シリサ
イド層7として、WSix層を形成したが、この他シリ
サイドを形成する金属材料としては、Ti、Co、N
i、Pt、Mo、Hf、Zr、Ta等を使用することが
できる。
イド層7として、WSix層を形成したが、この他シリ
サイドを形成する金属材料としては、Ti、Co、N
i、Pt、Mo、Hf、Zr、Ta等を使用することが
できる。
【0022】また、上述の実施例においては、不純物拡
散防止層としてSi3N4薄膜12を、ポリシリコン層
5とシリサイド層(WSix層)6との界面に形成した
が、Si3N4薄膜12がポリシリコン層5の内部に挿
入されるように形成し、ゲート電極が、WSix層/ポ
リシリコン層/Si3N4薄膜/n又はpドープポリシ
リコン層の積層構造を有するようにしてもよい。この場
合の製造方法としては、ゲート酸化膜上にポリシリコン
層を形成し、その上にSi3N4薄膜を形成し、ポリシ
リコン層をn形又はp形にドープした後、さらにSi3
N4薄膜上にポリシリコン層を形成し、そのポリシリコ
ン層上にWSix層を形成する。このようにSi3N4
薄膜がポリシリコン層の内部に挿入されるように形成す
ると、Si3N4薄膜の形成後、再度ポリシリコン層を
堆積させる工程が必要となるが、WSix層とポリシリ
コン層とが直接接触し、熱処理によりWSix層中の過
剰のSi成分がWSix層とポリシリコン層との界面に
析出し、そのグレインがWSixのグレインよりも大き
く成長するので、ゲート電極のシート抵抗をより低下さ
せることができるので好ましい。
散防止層としてSi3N4薄膜12を、ポリシリコン層
5とシリサイド層(WSix層)6との界面に形成した
が、Si3N4薄膜12がポリシリコン層5の内部に挿
入されるように形成し、ゲート電極が、WSix層/ポ
リシリコン層/Si3N4薄膜/n又はpドープポリシ
リコン層の積層構造を有するようにしてもよい。この場
合の製造方法としては、ゲート酸化膜上にポリシリコン
層を形成し、その上にSi3N4薄膜を形成し、ポリシ
リコン層をn形又はp形にドープした後、さらにSi3
N4薄膜上にポリシリコン層を形成し、そのポリシリコ
ン層上にWSix層を形成する。このようにSi3N4
薄膜がポリシリコン層の内部に挿入されるように形成す
ると、Si3N4薄膜の形成後、再度ポリシリコン層を
堆積させる工程が必要となるが、WSix層とポリシリ
コン層とが直接接触し、熱処理によりWSix層中の過
剰のSi成分がWSix層とポリシリコン層との界面に
析出し、そのグレインがWSixのグレインよりも大き
く成長するので、ゲート電極のシート抵抗をより低下さ
せることができるので好ましい。
【0023】また、上述の実施例においては、不純物拡
散防止層としてSi3N4薄膜12を形成後、そのSi
3N4薄膜12を通して、ポリシリコン層5にn形不純
物及びp形不純物をそれぞれイオン注入したが(図1
(d))、ポリシリコン層5にn形不純物及びp形不純
物をそれぞれイオン注入した後Si3N4薄膜12を形
成してもよい。ただし、Si3N4薄膜12の形成条件
等によりポリシリコン層5単層でのn形不純物およびp
形不純物の相互拡散が問題となる場合には、Si3N4
薄膜12の形成後にポリシリコン層5に不純物をドープ
することが好ましい。
散防止層としてSi3N4薄膜12を形成後、そのSi
3N4薄膜12を通して、ポリシリコン層5にn形不純
物及びp形不純物をそれぞれイオン注入したが(図1
(d))、ポリシリコン層5にn形不純物及びp形不純
物をそれぞれイオン注入した後Si3N4薄膜12を形
成してもよい。ただし、Si3N4薄膜12の形成条件
等によりポリシリコン層5単層でのn形不純物およびp
形不純物の相互拡散が問題となる場合には、Si3N4
薄膜12の形成後にポリシリコン層5に不純物をドープ
することが好ましい。
【0024】また、上述の実施例においては、不純物拡
散防止層としてSi3N4薄膜12を、N2Oガスを用
いてRTNにより形成する例を示したが、N2Oガスに
代えてNH3ガスを用いてRTNにより形成することも
できる。また、これらのガスを用いて電気炉でアニール
することによりSi3N4薄膜を成膜することもでき
る。また、SiH2Cl2とNH3との混合ガスを使用
し、温度600℃程度で成膜速度を低くし、CVD法に
より形成することもできる。
散防止層としてSi3N4薄膜12を、N2Oガスを用
いてRTNにより形成する例を示したが、N2Oガスに
代えてNH3ガスを用いてRTNにより形成することも
できる。また、これらのガスを用いて電気炉でアニール
することによりSi3N4薄膜を成膜することもでき
る。また、SiH2Cl2とNH3との混合ガスを使用
し、温度600℃程度で成膜速度を低くし、CVD法に
より形成することもできる。
【0025】さらに、不純物拡散防止層としては、Ti
N、WN、BN等の高融点金属窒化物層等の導電層を形
成することもできる。この場合には、不純物拡散防止層
は加工性の点から許容される限り厚く形成することがで
きるが、例えば高融点金属窒化物層としてTiN層を形
成する場合、対レジスト選択比の点から厚さ10〜15
0nm、好ましくは20nm程度形成することができ
る。
N、WN、BN等の高融点金属窒化物層等の導電層を形
成することもできる。この場合には、不純物拡散防止層
は加工性の点から許容される限り厚く形成することがで
きるが、例えば高融点金属窒化物層としてTiN層を形
成する場合、対レジスト選択比の点から厚さ10〜15
0nm、好ましくは20nm程度形成することができ
る。
【0026】高融点金属窒化物層の形成方法としては、
例えば、TiN層を形成する場合、CVD法において温
度420℃、ガスTiCl4/H2/N2=20/26
/6sccm、μ波パワー2.8kW、圧力0.13P
aとすることができる。
例えば、TiN層を形成する場合、CVD法において温
度420℃、ガスTiCl4/H2/N2=20/26
/6sccm、μ波パワー2.8kW、圧力0.13P
aとすることができる。
【0027】不純物拡散防止層としてこのような高融点
金属窒化物層を形成した場合も、その後の工程は、不純
物拡散防止層としてSi3N4薄膜を形成した上述の実
施例と同様に、ポリシリコン層5へのドープ、WSix
層等のシリサイド層7の形成、ゲート電極のパターニン
グ、拡散層8n、8pの形成等を順次行うことができ
る。特に、高融点金属窒化物層として厚さ50nm以下
程度のTiN薄膜を形成した場合には、ゲート電極のパ
ターニングの際のエッチング条件も上述の実施例におけ
るエッチング条件と同様とすることができる。また、高
融点金属窒化物層の形成後にポリシリコン層5へのドー
プを行うことなく、ポリシリコン層5へのドープを行っ
た後に高融点金属窒化物層を形成してもよいことも、上
述の不純物拡散防止層としてSi3N4薄膜を形成する
場合と同様である。特に、TiN層のように不純物拡散
防止層が温度900℃以下程度の比較的低い温度で形成
される場合には、ポリシリコン層5へのドープを行った
後に不純物拡散防止層を形成してもよい。
金属窒化物層を形成した場合も、その後の工程は、不純
物拡散防止層としてSi3N4薄膜を形成した上述の実
施例と同様に、ポリシリコン層5へのドープ、WSix
層等のシリサイド層7の形成、ゲート電極のパターニン
グ、拡散層8n、8pの形成等を順次行うことができ
る。特に、高融点金属窒化物層として厚さ50nm以下
程度のTiN薄膜を形成した場合には、ゲート電極のパ
ターニングの際のエッチング条件も上述の実施例におけ
るエッチング条件と同様とすることができる。また、高
融点金属窒化物層の形成後にポリシリコン層5へのドー
プを行うことなく、ポリシリコン層5へのドープを行っ
た後に高融点金属窒化物層を形成してもよいことも、上
述の不純物拡散防止層としてSi3N4薄膜を形成する
場合と同様である。特に、TiN層のように不純物拡散
防止層が温度900℃以下程度の比較的低い温度で形成
される場合には、ポリシリコン層5へのドープを行った
後に不純物拡散防止層を形成してもよい。
【0028】また、不純物拡散防止層として高融点金属
窒化物層を形成する場合にも、Si3N4薄膜を形成す
る場合と同様に、高融点金属窒化物層をポリシリコン層
とシリサイド層との界面だけでなく、ポリシリコン層の
内部に挿入されるように形成してもよい。
窒化物層を形成する場合にも、Si3N4薄膜を形成す
る場合と同様に、高融点金属窒化物層をポリシリコン層
とシリサイド層との界面だけでなく、ポリシリコン層の
内部に挿入されるように形成してもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明の方法によれば、CMOS形の半
導体装置を構成するMOSトランジスタのゲート電極を
ポリサイド構造とし、かつそのポリサイド構造のゲート
電極のポリシリコン層に、そのMOSトランジスタのチ
ャネル形に応じてn形又はp形の不純物を導入した構造
とするにあたり、ポリシリコン層に導入したn形及びp
形の不純物の相互拡散を抑制することが可能となる。し
たがって、各トランジスタに所期のしきい値電圧Vthを
得ることが可能となる。
導体装置を構成するMOSトランジスタのゲート電極を
ポリサイド構造とし、かつそのポリサイド構造のゲート
電極のポリシリコン層に、そのMOSトランジスタのチ
ャネル形に応じてn形又はp形の不純物を導入した構造
とするにあたり、ポリシリコン層に導入したn形及びp
形の不純物の相互拡散を抑制することが可能となる。し
たがって、各トランジスタに所期のしきい値電圧Vthを
得ることが可能となる。
【図1】本発明の実施例の工程説明図である。
【図2】本発明の実施例の工程説明図である。
【図3】本発明の実施例により形成した不純物拡散防止
層の作用の説明図である。
層の作用の説明図である。
【図4】従来のポリサイド構造を有するCMOS形半導
体装置の製造工程図である。
体装置の製造工程図である。
【図5】従来のポリサイド構造を有するCMOS形半導
体装置の製造工程図である。
体装置の製造工程図である。
【図6】従来のポリサイド構造のゲート電極を構成する
ポリシリコン層における不純物の相互拡散の説明図であ
る。
ポリシリコン層における不純物の相互拡散の説明図であ
る。
1 半導体基板 2p pウエル 2n nウエル 3 フィールド酸化膜 4 ゲート酸化膜 5 ポリシリコン層 6 マスク 7 シリサイド層 8n、8p 拡散層 9 層間絶縁膜 10 コンタクトホール 11 Al配線 12 不純物拡散防止層(Si3N4薄膜) 13 レジスト 14 側壁スペーサ
Claims (6)
- 【請求項1】 同一基板上にNチャネルMOSトランジ
スタ及びPチャネルMOSトランジスタを有する半導体
装置の製造方法であって、ゲート酸化膜を形成した半導
体基板上にポリシリコン層を形成する工程、ポリシリコ
ン層のNチャネルMOSトランジスタ形成領域及びPチ
ャネルMOSトランジスタ形成領域にそれぞれ不純物を
導入することによりポリシリコン層にn形領域とp形領
域とを形成する工程、不純物を導入したポリシリコン層
上にシリサイド層を形成する工程、ゲート酸化膜上に積
層した各層をゲート電極にパターニングする工程、及び
半導体基板のNチャネルMOSトランジスタ形成領域及
びPチャネルMOSトランジスタ形成領域にそれぞれ不
純物を導入することによりn形ソース・ドレイン領域と
p形ソース・ドレイン領域とを形成する工程を含む半導
体装置の製造方法において、シリサイド層の形成前にポ
リシリコン層上に不純物拡散防止層を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 不純物拡散防止層を形成した後、その不
純物拡散防止層を通してポリシリコン層に不純物を導入
し、次いでポリシリコン層上にシリサイド層を形成する
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 不純物を導入したポリシリコン層上の不
純物拡散防止層の上にさらにポリシリコン層を形成し、
そのポリシリコン層上にシリサイド層を形成する請求項
1又は2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 不純物拡散防止層として、厚さ1〜4n
mのSi3N4薄膜を形成する請求項1〜3のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 不純物拡散防止層として、厚さ10〜1
50nmの高融点金属窒化物層を形成する請求項1〜3
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 シリサイド層として、Wシリサイド層を
形成する請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26833394A JP3263941B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26833394A JP3263941B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08107153A true JPH08107153A (ja) | 1996-04-23 |
JP3263941B2 JP3263941B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=17457092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26833394A Expired - Fee Related JP3263941B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3263941B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10242078A (ja) * | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Sharp Corp | 酸化物導電体を用いた多層構造電極 |
KR19990068006A (ko) * | 1998-01-20 | 1999-08-25 | 루센트 테크놀러지스 인크 | 금속 산화물 반도체내에 사용되는 적층 스택 및 그 제조 방법과, 상보형 금속 산화물 반도체 소자 |
JP2005322730A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Renesas Technology Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
US6972221B2 (en) | 2002-03-11 | 2005-12-06 | Nec Corporation | Thin film semiconductor device and method for manufacturing same |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP26833394A patent/JP3263941B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10242078A (ja) * | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Sharp Corp | 酸化物導電体を用いた多層構造電極 |
KR19990068006A (ko) * | 1998-01-20 | 1999-08-25 | 루센트 테크놀러지스 인크 | 금속 산화물 반도체내에 사용되는 적층 스택 및 그 제조 방법과, 상보형 금속 산화물 반도체 소자 |
US6972221B2 (en) | 2002-03-11 | 2005-12-06 | Nec Corporation | Thin film semiconductor device and method for manufacturing same |
US7109554B2 (en) | 2002-03-11 | 2006-09-19 | Nec Corporation | Thin film semiconductor device and method for manufacturing same |
JP2005322730A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Renesas Technology Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3263941B2 (ja) | 2002-03-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |