JPH10173179A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH10173179A JPH10173179A JP8330762A JP33076296A JPH10173179A JP H10173179 A JPH10173179 A JP H10173179A JP 8330762 A JP8330762 A JP 8330762A JP 33076296 A JP33076296 A JP 33076296A JP H10173179 A JPH10173179 A JP H10173179A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属又は金属シリサイドをゲート電極材料の
一部に用いる際の、異常酸化を防止し、信頼性の高い半
導体装置及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して第
1のシリコン膜を形成する工程と、前記第1のシリコン
膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記第1のシリコ
ン膜を加工してゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の表面に第2のシリコン膜を形成する工程と、前
記ゲート電極下端部の曲率を大きくするか、または前記
ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、
かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を施す
工程とを具備することを特徴とする。
一部に用いる際の、異常酸化を防止し、信頼性の高い半
導体装置及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して第
1のシリコン膜を形成する工程と、前記第1のシリコン
膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記第1のシリコ
ン膜を加工してゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の表面に第2のシリコン膜を形成する工程と、前
記ゲート電極下端部の曲率を大きくするか、または前記
ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、
かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を施す
工程とを具備することを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属又は金属シリ
サイド膜をゲート電極材料として用いた半導体装置の製
造方法に関する。
サイド膜をゲート電極材料として用いた半導体装置の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタを有する半導体集積
装置においては、微細化に伴う配線抵抗の増加を防ぐた
めに、ゲート電極を構成する材料の少なくとも一部に高
融点金属又は高融点金属シリサイドを用いることがあ
る。一方、MOSトランジスタのゲート電極下端部の電
界集中を緩和するため、及びゲート電極の加工やソース
・ドレイン領域形成のためのイオン注入によって発生す
るゲート絶縁膜端部の欠陥を回復するために、ゲート電
極の下端部及びゲート絶縁膜端部を酸化性雰囲気で熱処
理する必要がある。
装置においては、微細化に伴う配線抵抗の増加を防ぐた
めに、ゲート電極を構成する材料の少なくとも一部に高
融点金属又は高融点金属シリサイドを用いることがあ
る。一方、MOSトランジスタのゲート電極下端部の電
界集中を緩和するため、及びゲート電極の加工やソース
・ドレイン領域形成のためのイオン注入によって発生す
るゲート絶縁膜端部の欠陥を回復するために、ゲート電
極の下端部及びゲート絶縁膜端部を酸化性雰囲気で熱処
理する必要がある。
【0003】ゲート電極を構成する材料の少なくとも一
部に高融点金属又は高融点金属シリサイドを用いる場
合、高融点金属又は高融点金属シリサイドが露出した状
態で上述の熱処理を行うと、高融点金属または高融点金
属シリサイドの異常酸化により、素子性能が低下してし
まう。この異常酸化の問題を解決し、ゲート電極下端部
及びゲート絶縁膜端部への酸化剤の供給を有効に行う手
段として、従来開示されている技術(特願平5−327
290)について、図面を参照して、以下に説明する。
部に高融点金属又は高融点金属シリサイドを用いる場
合、高融点金属又は高融点金属シリサイドが露出した状
態で上述の熱処理を行うと、高融点金属または高融点金
属シリサイドの異常酸化により、素子性能が低下してし
まう。この異常酸化の問題を解決し、ゲート電極下端部
及びゲート絶縁膜端部への酸化剤の供給を有効に行う手
段として、従来開示されている技術(特願平5−327
290)について、図面を参照して、以下に説明する。
【0004】まず、図10(a)に示すように、半導体
基板101上にゲート絶縁膜102を熱酸化により形成
する。次いで、図10(b)に示すように、LPCVD
法(減圧化学的気相堆積法)及びイオン注入法により、
導電性ポリシリコン膜103を形成する。次に、図10
(c)に示すように、DCマグネトロンスパッタ技術を
用いて、導電性ポリシリコン膜103上にタングステン
シリサイド膜104を形成する。続いて、図10(d)
に示すように、LPCVD法を用いて、タングステンシ
リサイド膜104上に窒化シリコン膜105を形成す
る。
基板101上にゲート絶縁膜102を熱酸化により形成
する。次いで、図10(b)に示すように、LPCVD
法(減圧化学的気相堆積法)及びイオン注入法により、
導電性ポリシリコン膜103を形成する。次に、図10
(c)に示すように、DCマグネトロンスパッタ技術を
用いて、導電性ポリシリコン膜103上にタングステン
シリサイド膜104を形成する。続いて、図10(d)
に示すように、LPCVD法を用いて、タングステンシ
リサイド膜104上に窒化シリコン膜105を形成す
る。
【0005】次に、窒化シリコン膜105上にフォトレ
ジストを塗布し、写真触刻法を用いてフォトレジスト膜
をパターニングすることにより、図11(a)に示すよ
うに、フォトレジストパターン106を形成する。続い
て、このフォトレジストパターン106をマスクとして
用いて、ドライエッチング法により、窒化シリコン膜1
05をパターニングした後、パターニングされた窒化シ
リコン膜105をマスクとして用いて、図11(b)に
示すように、ドライエッチング法を用いて、タングステ
ンシリサイド膜104まで選択的に除去する。
ジストを塗布し、写真触刻法を用いてフォトレジスト膜
をパターニングすることにより、図11(a)に示すよ
うに、フォトレジストパターン106を形成する。続い
て、このフォトレジストパターン106をマスクとして
用いて、ドライエッチング法により、窒化シリコン膜1
05をパターニングした後、パターニングされた窒化シ
リコン膜105をマスクとして用いて、図11(b)に
示すように、ドライエッチング法を用いて、タングステ
ンシリサイド膜104まで選択的に除去する。
【0006】その後、図11(c)に示すように、LP
CVD法により全面に窒化シリコン膜107を堆積した
後、ドライエッチングにより全面エッチバックして、図
11(d)に示すように、窒化シリコン膜からなる側壁
膜107を形成する。さらにこの側壁膜107とタング
ステンシリサイド膜104上の窒化シリコン膜105を
マスクとして用いて、ドライエッチングにより、ポリシ
リコン膜103をパターニングして、図12に示すよう
な構造を得る。
CVD法により全面に窒化シリコン膜107を堆積した
後、ドライエッチングにより全面エッチバックして、図
11(d)に示すように、窒化シリコン膜からなる側壁
膜107を形成する。さらにこの側壁膜107とタング
ステンシリサイド膜104上の窒化シリコン膜105を
マスクとして用いて、ドライエッチングにより、ポリシ
リコン膜103をパターニングして、図12に示すよう
な構造を得る。
【0007】更に、図12に示す状態で酸化性雰囲気中
での熱処理を行うことにより、ポリシリコン膜103下
端部の形状の改善と、ゲート絶縁膜102のゲート端部
の欠陥の回復を、窒化シリコンからなる側壁膜107と
窒化シリコン膜105に覆われている高融点シリサイド
膜104が異常酸化することなしに行うことが可能とな
る。
での熱処理を行うことにより、ポリシリコン膜103下
端部の形状の改善と、ゲート絶縁膜102のゲート端部
の欠陥の回復を、窒化シリコンからなる側壁膜107と
窒化シリコン膜105に覆われている高融点シリサイド
膜104が異常酸化することなしに行うことが可能とな
る。
【0008】また、前記高融点シリサイド膜以外に高融
点金属膜を用い、前記窒化シリコン膜以外に酸化防止膜
として窒化酸化シリコン膜、多結晶シリコン膜、単結晶
シリコン膜、非晶質シリコン膜を用いる技術も、特願平
6−195810号公報において開示されている。
点金属膜を用い、前記窒化シリコン膜以外に酸化防止膜
として窒化酸化シリコン膜、多結晶シリコン膜、単結晶
シリコン膜、非晶質シリコン膜を用いる技術も、特願平
6−195810号公報において開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述のような技術を用
いることにより、金属膜又は金属シリサイド膜が異常酸
化することなしに、ゲートエッジ特性の改善を実現する
ことが可能である。しかし、このような方法を用いる
と、以下のような不具合が発生する。
いることにより、金属膜又は金属シリサイド膜が異常酸
化することなしに、ゲートエッジ特性の改善を実現する
ことが可能である。しかし、このような方法を用いる
と、以下のような不具合が発生する。
【0010】第1に、LPCVD法で酸化防止膜105
を形成し、ゲート電極の加工を途中で中断し、LPCV
D法で酸化防止膜107を形成し、さらに全面エッチバ
ックするという多くの工程が必要であるため、工程数の
増加による製造コストの増加、及び製造期間の増加とい
う問題が発生する。
を形成し、ゲート電極の加工を途中で中断し、LPCV
D法で酸化防止膜107を形成し、さらに全面エッチバ
ックするという多くの工程が必要であるため、工程数の
増加による製造コストの増加、及び製造期間の増加とい
う問題が発生する。
【0011】第2に、最小加工寸法に比べ、側壁膜10
7の厚さの2倍も大きい寸法のトランジスタしか作成す
ることが出来ないため、高集積化や動作速度の向上にと
って阻害要因となるという問題が発生する。
7の厚さの2倍も大きい寸法のトランジスタしか作成す
ることが出来ないため、高集積化や動作速度の向上にと
って阻害要因となるという問題が発生する。
【0012】第3に、全面エッチバックという寸法制御
性の低い工程を用いるため、トランジスタの動作特性の
ばらつきが大きくなるという問題が発生する。第4に、
酸化防止膜105および側壁膜107として、窒化シリ
コン膜やシリコン膜を用いると、ゲート電極を構成する
材料との熱膨張係数の差が大きいこと、および酸化によ
る体積膨張により発生する応力により、ゲート絶縁膜1
02の電気的信頼性が劣化したり、ポリシリコン膜10
3と高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜104と
の界面での膜剥がれが生じるという問題が発生する。
性の低い工程を用いるため、トランジスタの動作特性の
ばらつきが大きくなるという問題が発生する。第4に、
酸化防止膜105および側壁膜107として、窒化シリ
コン膜やシリコン膜を用いると、ゲート電極を構成する
材料との熱膨張係数の差が大きいこと、および酸化によ
る体積膨張により発生する応力により、ゲート絶縁膜1
02の電気的信頼性が劣化したり、ポリシリコン膜10
3と高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜104と
の界面での膜剥がれが生じるという問題が発生する。
【0013】第5に、ポリシリコン膜103に導電性を
もたらす不純物としてボロンを用い、酸化防止膜105
および側壁膜107として窒化シリコン膜を用いると、
ポリシリコン膜103中のボロンがゲート絶縁膜102
を突き抜け、半導体基板101中にまで拡散すること
で、ゲート絶縁膜102の電気的信頼性及びトランジス
タの動作特性が劣化してしまうという問題が発生する。
もたらす不純物としてボロンを用い、酸化防止膜105
および側壁膜107として窒化シリコン膜を用いると、
ポリシリコン膜103中のボロンがゲート絶縁膜102
を突き抜け、半導体基板101中にまで拡散すること
で、ゲート絶縁膜102の電気的信頼性及びトランジス
タの動作特性が劣化してしまうという問題が発生する。
【0014】第6に、高融点金属膜の上面が非導電性の
膜で覆われているため、ゲート電極へのコンタクトの開
孔を高融点金属膜の上面が露出するまで行わなくてはな
らず、その後、酸性溶液を用いた洗浄処理が出来ないと
いう問題とともに、半導体基板とゲート電極へのコンタ
クトを同時に開孔する工程で、ゲート電極膜の余分なエ
ッチング量が大きくなるという問題が発生する。本発明
は、上記事情を考慮してなされたもので、上記欠点を除
去して、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提
供することを目的とする。
膜で覆われているため、ゲート電極へのコンタクトの開
孔を高融点金属膜の上面が露出するまで行わなくてはな
らず、その後、酸性溶液を用いた洗浄処理が出来ないと
いう問題とともに、半導体基板とゲート電極へのコンタ
クトを同時に開孔する工程で、ゲート電極膜の余分なエ
ッチング量が大きくなるという問題が発生する。本発明
は、上記事情を考慮してなされたもので、上記欠点を除
去して、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提
供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明(請求項1)は、半導体基板上にゲート絶縁
膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程と、前記第
1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成
する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記
第1のシリコン膜を加工してゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート電極の表面に第2のシリコン膜を形成す
る工程と、前記ゲート電極下端部の曲率を大きくする
か、または前記ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜
厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するため
の熱処理を施す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。
め、本発明(請求項1)は、半導体基板上にゲート絶縁
膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程と、前記第
1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成
する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記
第1のシリコン膜を加工してゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート電極の表面に第2のシリコン膜を形成す
る工程と、前記ゲート電極下端部の曲率を大きくする
か、または前記ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜
厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するため
の熱処理を施す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。
【0016】本発明(請求項2)は、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程
と、前記第1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイ
ド膜を形成する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド
膜及び前記第1のシリコン膜を加工してゲート電極を形
成する工程と、前記ゲート電極の前記第1のシリコン膜
の露出面にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記金属
膜又は金属シリサイド膜表面及び前記シリコン酸化膜表
面に第2のシリコン膜を形成する工程と、前記ゲート電
極下端部の曲率を大きくするか、または前記ゲート電極
下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート
絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を施す工程とを具
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。
ート絶縁膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程
と、前記第1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイ
ド膜を形成する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド
膜及び前記第1のシリコン膜を加工してゲート電極を形
成する工程と、前記ゲート電極の前記第1のシリコン膜
の露出面にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記金属
膜又は金属シリサイド膜表面及び前記シリコン酸化膜表
面に第2のシリコン膜を形成する工程と、前記ゲート電
極下端部の曲率を大きくするか、または前記ゲート電極
下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート
絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を施す工程とを具
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。
【0017】本発明(請求項3)は、上記半導体装置の
製造方法(請求項2)において、前記シリコン酸化膜の
形成は、600℃以下で行われることを特徴とする。本
発明(請求項4)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項2)において、前記第2のシリコン膜の膜厚は、前記
ゲート電極を構成する金属膜又は金属シリサイド膜の側
壁に形成された部分が、他の部分よりも厚いことを特徴
とする。
製造方法(請求項2)において、前記シリコン酸化膜の
形成は、600℃以下で行われることを特徴とする。本
発明(請求項4)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項2)において、前記第2のシリコン膜の膜厚は、前記
ゲート電極を構成する金属膜又は金属シリサイド膜の側
壁に形成された部分が、他の部分よりも厚いことを特徴
とする。
【0018】本発明(請求項5)は、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程
と、前記第1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイ
ド膜を形成する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド
膜上に酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜を形成する
工程と、前記酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜及び
前記金属膜又は金属シリサイド膜に対して選択的にエッ
チングを施し、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の側壁に酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜を
形成する工程と、前記酸化シリコン膜又は金属シリサイ
ド膜をマスクとして用いて前記第1のシリコン膜を選択
的にエッチングする工程と、前記ゲート電極下端部の曲
率を大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲ
ート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥
を回復するための熱処理を施す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。
ート絶縁膜を介して第1のシリコン膜を形成する工程
と、前記第1のシリコン膜上に金属膜又は金属シリサイ
ド膜を形成する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド
膜上に酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜を形成する
工程と、前記酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜及び
前記金属膜又は金属シリサイド膜に対して選択的にエッ
チングを施し、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の側壁に酸化シリコン膜又は金属シリサイド膜を
形成する工程と、前記酸化シリコン膜又は金属シリサイ
ド膜をマスクとして用いて前記第1のシリコン膜を選択
的にエッチングする工程と、前記ゲート電極下端部の曲
率を大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲ
ート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥
を回復するための熱処理を施す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】本発明(請求項6)は、半導体基板上にゲ
ート絶縁膜を介して金属又は金属シリサイドを含む導電
性膜を形成する工程と、この導電性膜を加工してゲート
電極を形成する工程と、このゲート電極の表面にシリコ
ン膜を形成する工程と、前記ゲート電極下端部の曲率を
大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲート
絶縁膜の膜厚を増加させ、かつ絶縁膜の欠陥を回復する
ための熱処理を行う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。
ート絶縁膜を介して金属又は金属シリサイドを含む導電
性膜を形成する工程と、この導電性膜を加工してゲート
電極を形成する工程と、このゲート電極の表面にシリコ
ン膜を形成する工程と、前記ゲート電極下端部の曲率を
大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲート
絶縁膜の膜厚を増加させ、かつ絶縁膜の欠陥を回復する
ための熱処理を行う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。
【0020】本発明(請求項7)は、上記半導体装置の
製造方法(請求項6)において、前記ゲート電極の表面
に形成されたシリコン膜をエッチバックして、前記ゲー
ト電極の側壁にシリコン膜を残す工程を更に具備するこ
とを特徴とする。
製造方法(請求項6)において、前記ゲート電極の表面
に形成されたシリコン膜をエッチバックして、前記ゲー
ト電極の側壁にシリコン膜を残す工程を更に具備するこ
とを特徴とする。
【0021】本発明(請求項8)は、上記半導体装置の
製造方法(請求項6)において、前記導電性膜は、金属
膜又は金属シリサイド膜の単層からなることを特徴とす
る。本発明(請求項9)は、上記半導体装置の製造方法
(請求項6)において、前記導電性膜は、ゲート絶縁膜
上にバリア層を介して形成された金属膜又は金属シリサ
イド膜からなることを特徴とする。
製造方法(請求項6)において、前記導電性膜は、金属
膜又は金属シリサイド膜の単層からなることを特徴とす
る。本発明(請求項9)は、上記半導体装置の製造方法
(請求項6)において、前記導電性膜は、ゲート絶縁膜
上にバリア層を介して形成された金属膜又は金属シリサ
イド膜からなることを特徴とする。
【0022】本発明(請求項10)は、上記半導体装置
の製造方法(請求項1〜9)において、前記熱処理は、
950℃以上の温度で行われることを特徴とする。本発
明(請求項11)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項1〜10)において、前記熱処理は、酸化性雰囲気で
行うことを特徴とする。
の製造方法(請求項1〜9)において、前記熱処理は、
950℃以上の温度で行われることを特徴とする。本発
明(請求項11)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項1〜10)において、前記熱処理は、酸化性雰囲気で
行うことを特徴とする。
【0023】本発明(請求項12)は、上記半導体装置
の製造方法(請求項1〜11)において、前記熱処理
は、シリコンに対しては酸化反応の速度が還元反応の速
度より速いが、金属に対しては酸化反応の速度が還元反
応の速度よりも遅い、選択酸化の条件で行われることを
特徴とする。
の製造方法(請求項1〜11)において、前記熱処理
は、シリコンに対しては酸化反応の速度が還元反応の速
度より速いが、金属に対しては酸化反応の速度が還元反
応の速度よりも遅い、選択酸化の条件で行われることを
特徴とする。
【0024】本発明(請求項13)は、上記半導体装置
の製造方法(請求項1〜12)において、前記熱処理工
程の後に、ソースおよびドレイン領域を形成する工程を
更に具備することを特徴とする。
の製造方法(請求項1〜12)において、前記熱処理工
程の後に、ソースおよびドレイン領域を形成する工程を
更に具備することを特徴とする。
【0025】本発明(請求項14)は、上記半導体装置
の製造方法(請求項1〜12)において、前記熱処理工
程の前に、ソースおよびドレイン領域を形成する工程を
更に具備する請求項1〜12のいずれかの項に記載の半
導体装置の製造方法。
の製造方法(請求項1〜12)において、前記熱処理工
程の前に、ソースおよびドレイン領域を形成する工程を
更に具備する請求項1〜12のいずれかの項に記載の半
導体装置の製造方法。
【0026】本発明(請求項15)は、半導体基板と、
この半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲ
ート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを具備し、前記
ゲート電極の少なくとも一部は金属膜又は金属シリサイ
ド膜により構成され、この金属膜又は金属シリサイド膜
の表面には、耐酸性を有する導電性膜が形成され、ゲー
ト絶縁膜上には前記耐酸性の導電性膜が形成されていな
いことを特徴とする半導体装置を提供する。
この半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲ
ート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを具備し、前記
ゲート電極の少なくとも一部は金属膜又は金属シリサイ
ド膜により構成され、この金属膜又は金属シリサイド膜
の表面には、耐酸性を有する導電性膜が形成され、ゲー
ト絶縁膜上には前記耐酸性の導電性膜が形成されていな
いことを特徴とする半導体装置を提供する。
【0027】本発明(請求項16)は、上記半導体装置
(請求項15)において、前記耐酸性を有する導電性膜
は、不純物が導入されたシリコン膜又は金属シリサイド
膜であることを特徴とする。
(請求項15)において、前記耐酸性を有する導電性膜
は、不純物が導入されたシリコン膜又は金属シリサイド
膜であることを特徴とする。
【0028】以下、本発明について、より具体的に説明
する。本発明の特徴は、ゲート電極を構成する金属膜ま
たは金属シリサイド膜の露出面を、シリコン膜、金属シ
リサイド膜、または酸化シリコン膜で覆った状態で、ゲ
ート電極下端部の曲率を大きくするか、または前記ゲー
ト電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつ
ゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を行うこと
にある。このようにすることにより、ゲート電極を構成
する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑制す
ることができる。
する。本発明の特徴は、ゲート電極を構成する金属膜ま
たは金属シリサイド膜の露出面を、シリコン膜、金属シ
リサイド膜、または酸化シリコン膜で覆った状態で、ゲ
ート電極下端部の曲率を大きくするか、または前記ゲー
ト電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、かつ
ゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を行うこと
にある。このようにすることにより、ゲート電極を構成
する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑制す
ることができる。
【0029】なお、金属膜または金属シリサイド膜の露
出面に限らず、全面にシリコン膜または金属シリサイド
膜が形成されている場合には、熱処理は、酸化雰囲気で
行い、シリコン膜または金属シリサイド膜の酸化とゲー
ト絶縁膜の欠陥の回復の双方を行う必要がある。一方、
ゲート電極の側壁にのみシリコン膜または金属シリサイ
ド膜が形成されている場合には、必ずしも酸化雰囲気で
熱処理を行う必要はない。
出面に限らず、全面にシリコン膜または金属シリサイド
膜が形成されている場合には、熱処理は、酸化雰囲気で
行い、シリコン膜または金属シリサイド膜の酸化とゲー
ト絶縁膜の欠陥の回復の双方を行う必要がある。一方、
ゲート電極の側壁にのみシリコン膜または金属シリサイ
ド膜が形成されている場合には、必ずしも酸化雰囲気で
熱処理を行う必要はない。
【0030】本発明において、ゲート電極を構成する金
属または金属シリサイドとしては、タングステン、モリ
ブデン、チタン等の金属またはそれらのシリサイドを用
いることができる。また、シリコン膜としては、アモル
ファスシリコン膜、ポリシリコン膜、単結晶シリコン膜
を用いることができる。
属または金属シリサイドとしては、タングステン、モリ
ブデン、チタン等の金属またはそれらのシリサイドを用
いることができる。また、シリコン膜としては、アモル
ファスシリコン膜、ポリシリコン膜、単結晶シリコン膜
を用いることができる。
【0031】以上のように構成される本発明の半導体装
置の製造方法によれば、上述のように、ゲート電極を構
成する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑制
することができること以外に、以下の効果がある。
置の製造方法によれば、上述のように、ゲート電極を構
成する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑制
することができること以外に、以下の効果がある。
【0032】すなわち、従来の技術のように2段階のゲ
ート電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が
可能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形
成することが可能であり、高集積化が妨げられない。さ
らに、全面エッチバックという寸法制御性の低い工程を
必要としないため、寸法ばらつきによるトランジスタの
動作特性のばらつきを防ぐことが出来る。
ート電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が
可能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形
成することが可能であり、高集積化が妨げられない。さ
らに、全面エッチバックという寸法制御性の低い工程を
必要としないため、寸法ばらつきによるトランジスタの
動作特性のばらつきを防ぐことが出来る。
【0033】更に、酸化防止膜として窒化シリコン膜を
用いてないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来る。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来る。
用いてないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来る。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来る。
【0034】更にまた、コンタクト開孔後に金属表面が
露出していないため、酸性溶液による洗浄処理を行うこ
とが出来る。また、基板表面へのコンタクトと同時にゲ
ート電極へのコンタクトを開孔する際、ゲート電極の金
属の余分なエッチングを防ぐことが出来る。
露出していないため、酸性溶液による洗浄処理を行うこ
とが出来る。また、基板表面へのコンタクトと同時にゲ
ート電極へのコンタクトを開孔する際、ゲート電極の金
属の余分なエッチングを防ぐことが出来る。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
種々の実施例について説明する。 実施例1 図1および図2は、本発明の第1の実施例に係るMOS
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図1(a)に示すように、シリコン基板20
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜202を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜202上に多結晶シリコン膜203を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図1(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜203を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
種々の実施例について説明する。 実施例1 図1および図2は、本発明の第1の実施例に係るMOS
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図1(a)に示すように、シリコン基板20
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜202を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜202上に多結晶シリコン膜203を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図1(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜203を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
【0036】次いで、図1(c)に示すように、スパッ
タ法によりタングステンシリサイド膜204を200n
mの厚さに堆積した。その後、図1(d)に示すよう
に、タングクテンシリサイド膜204上にフォトレジス
トを塗布し、写真触刻法を用いてパターニングして、レ
ジストパターン205を形成した。
タ法によりタングステンシリサイド膜204を200n
mの厚さに堆積した。その後、図1(d)に示すよう
に、タングクテンシリサイド膜204上にフォトレジス
トを塗布し、写真触刻法を用いてパターニングして、レ
ジストパターン205を形成した。
【0037】次に、図2(a)に示すように、このレジ
ストパターン205をマスクとして用い、タングステン
シリサイド膜204と導電性ポリシリコン膜203をセ
ルフアライン的にドライエッチングにてパターニング
し、アッシング法にてレジストパターン205を除去し
た。
ストパターン205をマスクとして用い、タングステン
シリサイド膜204と導電性ポリシリコン膜203をセ
ルフアライン的にドライエッチングにてパターニング
し、アッシング法にてレジストパターン205を除去し
た。
【0038】続いて、図2(b)に示すように、原料ガ
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、10nmの厚さにアモルファスシリコン膜2
06を堆積した。このアモルファスシリコン膜206
は、ポリシリコン膜、単結晶シリコン膜でもよい。次い
で、熱酸化法により、アモルファスシリコン膜206を
酸化して、図2(c)に示すように、シリコン酸化膜2
07を形成した。この酸化は、導電性ポリシリコン膜2
03の側面に達するまで行う必要がある。また、酸化温
度は、ゲート電極下端部の曲率半径を大きくするととも
に、短時間でのゲート絶縁膜の欠陥回復を可能にするた
め、950℃以上の高温が望ましい。さらに、この酸化
は、続いて行うソース・ドレイン領域208の形成後に
行ってもよい。
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、10nmの厚さにアモルファスシリコン膜2
06を堆積した。このアモルファスシリコン膜206
は、ポリシリコン膜、単結晶シリコン膜でもよい。次い
で、熱酸化法により、アモルファスシリコン膜206を
酸化して、図2(c)に示すように、シリコン酸化膜2
07を形成した。この酸化は、導電性ポリシリコン膜2
03の側面に達するまで行う必要がある。また、酸化温
度は、ゲート電極下端部の曲率半径を大きくするととも
に、短時間でのゲート絶縁膜の欠陥回復を可能にするた
め、950℃以上の高温が望ましい。さらに、この酸化
は、続いて行うソース・ドレイン領域208の形成後に
行ってもよい。
【0039】その後、図2(d)に示すように、イオン
注入法によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域
208を形成し、ランプアニール法により活性化を行っ
た。続いて、図示しない層間絶縁膜および金属配線等を
形成することにより、MOS型半導体装置が完成する。
注入法によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域
208を形成し、ランプアニール法により活性化を行っ
た。続いて、図示しない層間絶縁膜および金属配線等を
形成することにより、MOS型半導体装置が完成する。
【0040】以上説明したように、実施例1に係るMO
S型半導体装置では、導電性ポリシリコン膜203下端
部の形状改善及びゲート絶縁膜202のゲート端部の欠
陥回復が開始した段階では、タングステンシリサイド膜
204の表面はシリコン酸化膜207で覆われているた
め、酸化速度が遅くなっているので、異常酸化が抑制さ
れる。
S型半導体装置では、導電性ポリシリコン膜203下端
部の形状改善及びゲート絶縁膜202のゲート端部の欠
陥回復が開始した段階では、タングステンシリサイド膜
204の表面はシリコン酸化膜207で覆われているた
め、酸化速度が遅くなっているので、異常酸化が抑制さ
れる。
【0041】なお、実施例1に示す方法は、ゲート電極
材料としてタングステン等の金属材料を用いる場合にも
適用可能であり、その場合の酸化は、シリコンを酸化す
るが、金属は酸化し難い選択酸化条件による酸化が望ま
しく、この場合も金属材料の酸化速度の低下によりゲー
トの異常酸化を抑制する効果がある。
材料としてタングステン等の金属材料を用いる場合にも
適用可能であり、その場合の酸化は、シリコンを酸化す
るが、金属は酸化し難い選択酸化条件による酸化が望ま
しく、この場合も金属材料の酸化速度の低下によりゲー
トの異常酸化を抑制する効果がある。
【0042】また、従来の技術のように、2段階のゲー
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
【0043】更に、酸化防止膜として窒化シリコン膜を
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
【0044】実施例2 図3および図4は、本発明の第2の実施例に係るMOS
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図3(a)に示すように、シリコン基板30
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜302を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜302上に多結晶シリコン膜303を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図3(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜303を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図3(a)に示すように、シリコン基板30
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜302を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜302上に多結晶シリコン膜303を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図3(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜303を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
【0045】次いで、図3(c)に示すように、スパッ
タ法によりタングステン膜304を200nmの厚さに
堆積した。その後、図3(d)に示すように、タングス
テン膜304上にフォトレジストを塗布し、写真触刻法
を用いてパターニングして、レジストパターン305を
形成した。
タ法によりタングステン膜304を200nmの厚さに
堆積した。その後、図3(d)に示すように、タングス
テン膜304上にフォトレジストを塗布し、写真触刻法
を用いてパターニングして、レジストパターン305を
形成した。
【0046】次に、このレジストパターン305をマス
クとして用いて、図4(a)に示すように、タングステ
ン膜304と導電性ポリシリコン膜303をセルフアラ
イン的にドライエッチングにてパターニングし、アッシ
ング法にてレジストパターン305を除去した。このと
き、タングステン膜304と導電性ポリシリコン膜30
3の露出面には約1nm以下の膜厚の自然酸化膜が形成
されているが、弗酸蒸気に晒すことによりこの自然酸化
膜を除去した後に、25℃のオゾン水処理によって、導
電性ポリシリコン膜303の露出表面に約1nmの膜厚
の自然酸化膜を形成した。
クとして用いて、図4(a)に示すように、タングステ
ン膜304と導電性ポリシリコン膜303をセルフアラ
イン的にドライエッチングにてパターニングし、アッシ
ング法にてレジストパターン305を除去した。このと
き、タングステン膜304と導電性ポリシリコン膜30
3の露出面には約1nm以下の膜厚の自然酸化膜が形成
されているが、弗酸蒸気に晒すことによりこの自然酸化
膜を除去した後に、25℃のオゾン水処理によって、導
電性ポリシリコン膜303の露出表面に約1nmの膜厚
の自然酸化膜を形成した。
【0047】次いで、図4(b)に示すように、原料ガ
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、タングステン膜304上には10nmの厚さ
の導電性ポリシリコン膜306aを、導電性ポリシリコ
ン膜303の側面およびシリコン酸化膜302上には2
nmの厚さの導電性ポリシリコン膜306bを堆積し
た。導電性ポリシリコン膜306aと導電性ポリシリコ
ン膜306bの膜厚差は、導電性ポリシリコン膜303
の側面に形成されている自然酸化膜と、シリコン酸化膜
302上への堆積遅延時間によるものであり、堆積温
度、ガス流量、堆積圧力により制御することが出来る。
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、タングステン膜304上には10nmの厚さ
の導電性ポリシリコン膜306aを、導電性ポリシリコ
ン膜303の側面およびシリコン酸化膜302上には2
nmの厚さの導電性ポリシリコン膜306bを堆積し
た。導電性ポリシリコン膜306aと導電性ポリシリコ
ン膜306bの膜厚差は、導電性ポリシリコン膜303
の側面に形成されている自然酸化膜と、シリコン酸化膜
302上への堆積遅延時間によるものであり、堆積温
度、ガス流量、堆積圧力により制御することが出来る。
【0048】これら導電性ポリシリコン膜306aおよ
び導電性ポリシリコン膜306bの形成のための堆積炉
へのロードインは、巻き込み大気によるタングステンの
酸化を防止するため、350℃以下で行うことが望まし
い。導電性ポリシリコン膜306a,306bは、導電
性アモルファスシリコン膜、導電性単結晶シリコン膜で
もよい。
び導電性ポリシリコン膜306bの形成のための堆積炉
へのロードインは、巻き込み大気によるタングステンの
酸化を防止するため、350℃以下で行うことが望まし
い。導電性ポリシリコン膜306a,306bは、導電
性アモルファスシリコン膜、導電性単結晶シリコン膜で
もよい。
【0049】続いて、熱酸化法により、導電性ポリシリ
コン膜306aおよび導電性ポリシリコン膜306bを
酸化して、図4(c)に示すように、シリコン酸化膜3
07を形成した。この酸化は、導電性ポリシリコン膜3
03の側面に達するまで行う必要があり、また酸化温度
は950℃以上の高温が望ましい。さらに、この酸化
は、続いて行われるソース・ドレイン領域308の形成
後に行ってもよい。なお、膜厚の相違により、タングス
テン膜304の側壁に形成されている導電性ポリシリコ
ン膜306aはすべて酸化されることはなく、図示され
ているように一部残留することになる。
コン膜306aおよび導電性ポリシリコン膜306bを
酸化して、図4(c)に示すように、シリコン酸化膜3
07を形成した。この酸化は、導電性ポリシリコン膜3
03の側面に達するまで行う必要があり、また酸化温度
は950℃以上の高温が望ましい。さらに、この酸化
は、続いて行われるソース・ドレイン領域308の形成
後に行ってもよい。なお、膜厚の相違により、タングス
テン膜304の側壁に形成されている導電性ポリシリコ
ン膜306aはすべて酸化されることはなく、図示され
ているように一部残留することになる。
【0050】その後、図4(d)に示すように、イオン
注入法によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域
308を形成し、ランプアニール法により活性化を行っ
た。続いて、図5(a)に示すように、LPCVD法に
より酸化シリコン膜309を500nmの厚さに堆積し
た。その後、図5(b)に示すように、酸化シリコン膜
309上にフォトレジストを塗布し、写真触刻法を用い
てパターニングしてレジストパターン310を形成し
た。
注入法によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域
308を形成し、ランプアニール法により活性化を行っ
た。続いて、図5(a)に示すように、LPCVD法に
より酸化シリコン膜309を500nmの厚さに堆積し
た。その後、図5(b)に示すように、酸化シリコン膜
309上にフォトレジストを塗布し、写真触刻法を用い
てパターニングしてレジストパターン310を形成し
た。
【0051】次に、図5(c)に示すように、このレジ
ストパターン310をマスクとして用いて、酸化シリコ
ン膜309をシリコン膜に対する選択比の高い条件で選
択的にドライエッチングすることにより、コンタクトホ
ール311を開孔した。続いて、レジストパターン31
0を硫酸と過酸化水素水を用いたウェット処理により除
去した。上記のコンタクトホール311の開口を導電性
ポリシリコン膜306aで止めることにより、タングス
テン膜304の表面は露出しておらず、続くレジストパ
ターン310の除去に酸性水溶液を用いることが出来
た。
ストパターン310をマスクとして用いて、酸化シリコ
ン膜309をシリコン膜に対する選択比の高い条件で選
択的にドライエッチングすることにより、コンタクトホ
ール311を開孔した。続いて、レジストパターン31
0を硫酸と過酸化水素水を用いたウェット処理により除
去した。上記のコンタクトホール311の開口を導電性
ポリシリコン膜306aで止めることにより、タングス
テン膜304の表面は露出しておらず、続くレジストパ
ターン310の除去に酸性水溶液を用いることが出来
た。
【0052】続いて、図示しない金属配線、層間絶縁膜
等を形成することにより、MOS型半導体装置が完成す
る。以上説明したように、実施例2に係るMOS型半導
体装置の製造方法では、導電性ポリシリコン膜303下
端部の形状改善及びゲート絶縁膜302のゲート端部の
欠陥回復が開始した段階では、タングステン膜304は
導電性ポリシリコン膜306aで覆われているので、酸
化剤がタングステン膜304表面まで到達せず、異常酸
化されることはない。
等を形成することにより、MOS型半導体装置が完成す
る。以上説明したように、実施例2に係るMOS型半導
体装置の製造方法では、導電性ポリシリコン膜303下
端部の形状改善及びゲート絶縁膜302のゲート端部の
欠陥回復が開始した段階では、タングステン膜304は
導電性ポリシリコン膜306aで覆われているので、酸
化剤がタングステン膜304表面まで到達せず、異常酸
化されることはない。
【0053】また、従来の技術のように、2段階のゲー
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
【0054】更に、酸化防止膜として窒化シリコン膜を
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
【0055】実施例3 図6および図7は、本発明の第3の実施例に係るMOS
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図6(a)に示すように、シリコン基板40
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜402を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜402上に多結晶シリコン膜403を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図6(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜403を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図6(a)に示すように、シリコン基板40
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜402を6nmの厚さに形成した。続いて、原料ガス
としてモノシランを用いたLPCVD法により、シリコ
ン酸化膜402上に多結晶シリコン膜403を150n
mの厚さに堆積し、その後、不純物としてボロン(B)
をイオン注入して、図6(b)に示すように、第1の導
電性ポリシリコン膜403を形成した。不純物の導入は
熱拡散法を用いてもよく、また、不純物として隣
(P)、砒素(As)等のドナーを用いてもよい。
【0056】次いで、図6(c)に示すように、スパッ
タ法によりタングステン膜404を200nmの厚さに
堆積した。続いて、LPCVD法で酸化シリコン膜40
5を60nm堆積した。その後、図6(d)に示すよう
に、酸化シリコン膜405上にフォトレジストを塗布
し、写真触刻法を用いてパターニングして、レジストパ
ターン409を形成した。
タ法によりタングステン膜404を200nmの厚さに
堆積した。続いて、LPCVD法で酸化シリコン膜40
5を60nm堆積した。その後、図6(d)に示すよう
に、酸化シリコン膜405上にフォトレジストを塗布
し、写真触刻法を用いてパターニングして、レジストパ
ターン409を形成した。
【0057】次に、図7(a)に示すように、このレジ
ストバターン409をマスクとして用いて、酸化シリコ
ン膜405およびタングステン膜404を選択的にドラ
イエッチングすることによりパターニングし、アッシン
グ法にてレジストパターン409を除去した。続いて、
図7(b)に示すように、LPCVD法により、酸化シ
リコン膜406を堆積した。この酸化シリコン膜406
は、タングステンシリサイドのような金属シリサイド膜
でもよい。
ストバターン409をマスクとして用いて、酸化シリコ
ン膜405およびタングステン膜404を選択的にドラ
イエッチングすることによりパターニングし、アッシン
グ法にてレジストパターン409を除去した。続いて、
図7(b)に示すように、LPCVD法により、酸化シ
リコン膜406を堆積した。この酸化シリコン膜406
は、タングステンシリサイドのような金属シリサイド膜
でもよい。
【0058】その後、全面にエッチバックを施して、図
7(c)に示すように、側壁膜406を形成した。そし
て、図7(d)に示すように、酸化シリコン膜405と
側壁膜406をマスクとして用いて、ドライエッチング
により導電性ポリシリコン膜403を選択的に除去し
た。
7(c)に示すように、側壁膜406を形成した。そし
て、図7(d)に示すように、酸化シリコン膜405と
側壁膜406をマスクとして用いて、ドライエッチング
により導電性ポリシリコン膜403を選択的に除去し
た。
【0059】次に、酸化性雰囲気中で熱処理することに
より、導電性ポリシリコン膜403の下端部の形状改善
及びゲート絶縁膜402のゲート端部の欠陥回復を行っ
た。この熱処理は、短時間であることが望ましく、温度
が950℃以上であれば数十秒で十分な効果が得られ
る。さらに、この熱処理は、続いて行われるソース・ド
レイン領域408の形成後に行ってもよい。
より、導電性ポリシリコン膜403の下端部の形状改善
及びゲート絶縁膜402のゲート端部の欠陥回復を行っ
た。この熱処理は、短時間であることが望ましく、温度
が950℃以上であれば数十秒で十分な効果が得られ
る。さらに、この熱処理は、続いて行われるソース・ド
レイン領域408の形成後に行ってもよい。
【0060】続いて、図7(d)に示すように、イオン
注入によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域4
08を形成し、次いでランプアニール法により注入され
たイオンの活性化を行った。続いて、図示しない層間絶
縁膜、金属配線等を形成することにより、MOS型半導
体装置が完成する。
注入によりセルフアライン的にソース・ドレイン領域4
08を形成し、次いでランプアニール法により注入され
たイオンの活性化を行った。続いて、図示しない層間絶
縁膜、金属配線等を形成することにより、MOS型半導
体装置が完成する。
【0061】以上説明したように、実施例3に係るMO
S型半導体装置の製造方法では、導電性ポリシリコン膜
403下端部の形状改善及びゲート絶縁膜402のゲー
ト端部の欠陥回復を行うときに、タングステン膜404
は酸化シリコン膜405、側壁膜406で覆われている
ので、短時間では酸化剤がタングステン膜404表面ま
でほとんど到達せず、異常酸化されることはない。
S型半導体装置の製造方法では、導電性ポリシリコン膜
403下端部の形状改善及びゲート絶縁膜402のゲー
ト端部の欠陥回復を行うときに、タングステン膜404
は酸化シリコン膜405、側壁膜406で覆われている
ので、短時間では酸化剤がタングステン膜404表面ま
でほとんど到達せず、異常酸化されることはない。
【0062】また、酸化防止膜として窒化シリコン膜を
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを制御す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを制御す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
【0063】さらに、コンタクト開孔後に金属表面が露
出していないため、酸性溶液による洗浄処理を行うこと
が出来た。また、基板表面へのコンタクトと同時にゲー
ト電極へのコンタクトを開孔する際、ゲート電極の金属
の余分なエッチングを防ぐことが出来た。
出していないため、酸性溶液による洗浄処理を行うこと
が出来た。また、基板表面へのコンタクトと同時にゲー
ト電極へのコンタクトを開孔する際、ゲート電極の金属
の余分なエッチングを防ぐことが出来た。
【0064】実施例4 図8および図9は、本発明の第4の実施例に係るMOS
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図8(a)に示すように、シリコン基板50
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜502を6nmの厚さに形成した。続いて、図8
(b)に示すように、スパッタ法によりタングステンシ
リサイド膜503を200nmの厚さに堆積した。
型半導体装置の製造方法を工程順に示した断面図であ
る。まず、図8(a)に示すように、シリコン基板50
1の平坦に仕上げられた表面に熱酸化法でシリコン酸化
膜502を6nmの厚さに形成した。続いて、図8
(b)に示すように、スパッタ法によりタングステンシ
リサイド膜503を200nmの厚さに堆積した。
【0065】その後、図8(c)に示すように、原料ガ
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、タングクテンシリサイド膜503上に導電性
アモルファスシリコン膜504を10nmの厚さに形成
し、更に全面にフォトレジストを塗布し、写真触刻法を
用いてパターニングして、レジストパターン505を形
成した。
スとしてモノシランとフォスフィンを用いたLPCVD
法により、タングクテンシリサイド膜503上に導電性
アモルファスシリコン膜504を10nmの厚さに形成
し、更に全面にフォトレジストを塗布し、写真触刻法を
用いてパターニングして、レジストパターン505を形
成した。
【0066】次に、図8(d)に示すように、このレジ
ストパターン505をマスクとして用い、ポリシリコン
膜504およびタングステンシリサイド膜504をセル
フアライン的にドライエッチングにてパターニングし、
次いで、図9(a)に示すように、アッシング法にてレ
ジストパターン505を除去した。
ストパターン505をマスクとして用い、ポリシリコン
膜504およびタングステンシリサイド膜504をセル
フアライン的にドライエッチングにてパターニングし、
次いで、図9(a)に示すように、アッシング法にてレ
ジストパターン505を除去した。
【0067】続いて、図9(b)に示すように、LPC
VD法により、10nmの厚さに導電性アモルファスシ
リコン膜506を堆積した。この導電性アモルファスシ
リコン膜506は、導電性ポリシリコン膜、導電性単結
晶シリコン膜でもよい。その後、全面にエッチバックを
施して、図9(c)に示すように、側壁膜506を形成
した。
VD法により、10nmの厚さに導電性アモルファスシ
リコン膜506を堆積した。この導電性アモルファスシ
リコン膜506は、導電性ポリシリコン膜、導電性単結
晶シリコン膜でもよい。その後、全面にエッチバックを
施して、図9(c)に示すように、側壁膜506を形成
した。
【0068】次に、熱処理することにより、ゲート絶縁
膜502のゲート端部の欠陥回復を行った。この熱処理
は、短時間であることが望ましく、温度が950℃以上
であれば数十秒で十分な効果が得られる。さらに、この
熱処理は、続いて行われるソース・ドレイン領域の形成
後に行ってもよい。
膜502のゲート端部の欠陥回復を行った。この熱処理
は、短時間であることが望ましく、温度が950℃以上
であれば数十秒で十分な効果が得られる。さらに、この
熱処理は、続いて行われるソース・ドレイン領域の形成
後に行ってもよい。
【0069】続いて、イオン注入によりセルフアライン
的にソース・ドレイン領域を形成し、次いでランプアニ
ール法により注入されたイオンの活性化を行った。続い
て、層間絶縁膜、金属配線等を形成することにより、M
OS型半導体装置が完成する。
的にソース・ドレイン領域を形成し、次いでランプアニ
ール法により注入されたイオンの活性化を行った。続い
て、層間絶縁膜、金属配線等を形成することにより、M
OS型半導体装置が完成する。
【0070】以上説明したように、実施例4に係るMO
S型半導体装置では、タングステンシリサイド膜503
下端部の形状改善及びゲート絶縁膜502のゲート端部
の欠陥回復が開始した段階では、タングステンシリサイ
ド膜503の表面はシリコン膜504,506で覆われ
ているため、酸化雰囲気で熱処理されたとしても、短時
間では酸化剤がタングステンシリサイド膜503表面ま
でほとんど到達せず、異常酸化されることはない。
S型半導体装置では、タングステンシリサイド膜503
下端部の形状改善及びゲート絶縁膜502のゲート端部
の欠陥回復が開始した段階では、タングステンシリサイ
ド膜503の表面はシリコン膜504,506で覆われ
ているため、酸化雰囲気で熱処理されたとしても、短時
間では酸化剤がタングステンシリサイド膜503表面ま
でほとんど到達せず、異常酸化されることはない。
【0071】なお、実施例4に示す方法は、ゲート電極
材料として金属材料を用いる場合にも適用可能であり、
その場合の酸化は、シリコンに対しては酸化反応の速度
が還元反応の速度より速いが、その金属材料に対しては
酸化反応の速度が還元反応の速度よりも遅い選択酸化条
件による酸化が望ましく、この場合も酸化速度の低下に
より異常酸化を抑制する効果がある。
材料として金属材料を用いる場合にも適用可能であり、
その場合の酸化は、シリコンに対しては酸化反応の速度
が還元反応の速度より速いが、その金属材料に対しては
酸化反応の速度が還元反応の速度よりも遅い選択酸化条
件による酸化が望ましく、この場合も酸化速度の低下に
より異常酸化を抑制する効果がある。
【0072】更に、金属材料を用いた場合には、ゲート
電極へのコンタクト開口は、導電性アモルファスシリコ
ン膜504までで止めることができ、その後、酸性溶液
による処理が可能となるという効果がある。
電極へのコンタクト開口は、導電性アモルファスシリコ
ン膜504までで止めることができ、その後、酸性溶液
による処理が可能となるという効果がある。
【0073】また、従来の技術のように、2段階のゲー
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
ト電極加工工程を必要としないため、工程数の削減が可
能となる。また、最小加工寸法にてトランジスタを形成
することが可能であり、高集積化の妨げとはならなかっ
た。さらに、全面エッチバックという寸法制御性の低い
工程を必要としないため、寸法ばらつきによるトランジ
スタの動作特性のばらつきを防ぐことが出来た。
【0074】更に、酸化防止膜として窒化シリコン膜を
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
用いていないため、応力によるゲート絶縁膜の信頼性劣
化、トランジスタの動作特性劣化を防ぐことが出来た。
また、水素によって増速されていると一般に考えられて
いる電極中のボロンの半導体基板への突き抜けを抑制す
ることができ、トランジスタの動作特性の変動を防止す
ることが出来た。
【0075】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ゲート電極を構成する金属膜または金属シリサイド膜の
露出面を、シリコン膜、金属シリサイド膜、または酸化
シリコン膜で覆った状態で、ゲート電極下端部の曲率を
大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲート
絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回
復するための熱処理を行なっているため、ゲート電極を
構成する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑
制することができる。また、それによって、高性能で且
つ信頼性の高い半導体装置を低コスト短時間で歩留まり
良く製造することが可能となる。
ゲート電極を構成する金属膜または金属シリサイド膜の
露出面を、シリコン膜、金属シリサイド膜、または酸化
シリコン膜で覆った状態で、ゲート電極下端部の曲率を
大きくするか、または前記ゲート電極下端部下のゲート
絶縁膜の膜厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回
復するための熱処理を行なっているため、ゲート電極を
構成する金属膜または金属シリサイド膜の異常酸化を抑
制することができる。また、それによって、高性能で且
つ信頼性の高い半導体装置を低コスト短時間で歩留まり
良く製造することが可能となる。
【図1】本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図2】本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図3】本発明の実施例2に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図4】本発明の実施例2に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図5】本発明の実施例2に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図6】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図7】本発明の実施例3に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図8】本発明の実施例4に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図9】本発明の実施例4に係る半導体装置の製造工程
を示す断面図。
を示す断面図。
【図10】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図11】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図12】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図。
101,201,301,401、501…半導体基板 102、202、302、402、502…ゲート酸化
膜 103,203,303,306a,306b,403
…導電性ポリシリコン膜 104,,204,503…タングステンシリサイド膜 105…窒化シリコン膜 106,205,305,310,409,505…フ
ォトレジストパターン 107…窒化シリコン膜からなる側壁膜 206…アモルファスシリコン膜 207,307,309…シリコン酸化膜 208,308,408…ソース・ドレイン領域 304,404…タングステン膜 307,405,406…酸化シリコン膜 311…コンタクトホール 504,506…導電性アモルファスシリコン膜
膜 103,203,303,306a,306b,403
…導電性ポリシリコン膜 104,,204,503…タングステンシリサイド膜 105…窒化シリコン膜 106,205,305,310,409,505…フ
ォトレジストパターン 107…窒化シリコン膜からなる側壁膜 206…アモルファスシリコン膜 207,307,309…シリコン酸化膜 208,308,408…ソース・ドレイン領域 304,404…タングステン膜 307,405,406…酸化シリコン膜 311…コンタクトホール 504,506…導電性アモルファスシリコン膜
Claims (16)
- 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して第
1のシリコン膜を形成する工程と、前記第1のシリコン
膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記第1のシリコ
ン膜を加工してゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の表面に第2のシリコン膜を形成する工程と、前
記ゲート電極下端部の曲率を大きくするか、または前記
ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加させ、
かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を施す
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。 - 【請求項2】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して第
1のシリコン膜を形成する工程と、前記第1のシリコン
膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記金属膜又は金属シリサイド膜及び前記第1のシリコ
ン膜を加工してゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
ト電極の前記第1のシリコン膜の露出面にシリコン酸化
膜を形成する工程と、前記金属膜又は金属シリサイド膜
表面及び前記シリコン酸化膜表面に第2のシリコン膜を
形成する工程と、前記ゲート電極下端部の曲率を大きく
するか、または前記ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜
の膜厚を増加させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回復する
ための熱処理を施す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。 - 【請求項3】 前記シリコン酸化膜の形成は、600℃
以下で行われることを特徴とする請求項2に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第2のシリコン膜の膜厚は、前記ゲ
ート電極を構成する金属膜又は金属シリサイド膜の側壁
に形成された部分が、他の部分よりも厚いことを特徴と
する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して第
1のシリコン膜を形成する工程と、前記第1のシリコン
膜上に金属膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記金属膜又は金属シリサイド膜上に酸化シリコン膜又
は金属シリサイド膜を形成する工程と、前記酸化シリコ
ン膜又は金属シリサイド膜及び前記金属膜又は金属シリ
サイド膜に対して選択的にエッチングを施し、ゲート電
極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁に酸化シリ
コン膜又は金属シリサイド膜を形成する工程と、前記酸
化シリコン膜又は金属シリサイド膜をマスクとして用い
て前記第1のシリコン膜を選択的にエッチングする工程
と、前記ゲート電極下端部の曲率を大きくするか、また
は前記ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加
させ、かつゲート絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理
を施す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。 - 【請求項6】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介して金
属又は金属シリサイドを含む導電性膜を形成する工程
と、この導電性膜を加工してゲート電極を形成する工程
と、このゲート電極の表面にシリコン膜を形成する工程
と、前記ゲート電極下端部の曲率を大きくするか、また
は前記ゲート電極下端部下のゲート絶縁膜の膜厚を増加
させ、かつ絶縁膜の欠陥を回復するための熱処理を行う
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。 - 【請求項7】 前記ゲート電極の表面に形成されたシリ
コン膜をエッチバックして、前記ゲート電極の側壁にシ
リコン膜を残す工程を更に具備することを特徴とする請
求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記導電性膜は、金属膜又は金属シリサ
イド膜の単層からなることを特徴とする請求項6に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記導電性膜は、ゲート絶縁膜上にバリ
ア層を介して形成された金属膜又は金属シリサイド膜か
らなることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項10】 前記熱処理は、950℃以上の温度で
行われることを特徴とする請求項1〜9のいずれかの項
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記熱処理は、酸化性雰囲気で行うこ
とを特徴とする請求項1〜10のいずれかの項に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記熱処理は、シリコンに対しては酸
化反応の速度が還元反応の速度より速いが、金属に対し
ては酸化反応の速度が還元反応の速度よりも遅い、選択
酸化の条件で行われることを特徴とする請求項1〜11
のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記熱処理工程の後に、ソースおよび
ドレイン領域を形成する工程を更に具備する請求項1〜
12のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記熱処理工程の前に、ソースおよび
ドレイン領域を形成する工程を更に具備する請求項1〜
12のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 半導体基板と、この半導体基板上に形
成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成さ
れたゲート電極とを具備し、前記ゲート電極の少なくと
も一部は金属膜又は金属シリサイド膜により構成され、
この金属膜又は金属シリサイド膜の表面には、耐酸性を
有する導電性膜が形成され、ゲート絶縁膜上には前記耐
酸性の導電性膜が形成されていないことを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項16】 前記耐酸性を有する導電性膜は、不純
物が導入されたシリコン膜又は金属シリサイド膜である
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8330762A JPH10173179A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
US08/988,221 US6017809A (en) | 1996-12-11 | 1997-12-10 | Method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8330762A JPH10173179A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10173179A true JPH10173179A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18236266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8330762A Pending JPH10173179A (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6017809A (ja) |
JP (1) | JPH10173179A (ja) |
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JP2008177316A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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US6767835B1 (en) | 2002-04-30 | 2004-07-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of making a shaped gate electrode structure, and device comprising same |
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CN113594030A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 中国科学院微电子研究所 | 一种场效应晶体管器件的栅极结构制作方法及场效应晶体管器件 |
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-
1996
- 1996-12-11 JP JP8330762A patent/JPH10173179A/ja active Pending
-
1997
- 1997-12-10 US US08/988,221 patent/US6017809A/en not_active Expired - Fee Related
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