JPS59136973A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59136973A
JPS59136973A JP1196983A JP1196983A JPS59136973A JP S59136973 A JPS59136973 A JP S59136973A JP 1196983 A JP1196983 A JP 1196983A JP 1196983 A JP1196983 A JP 1196983A JP S59136973 A JPS59136973 A JP S59136973A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
silicide
layer
gate electrode
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JP1196983A
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Tatsuzo Kawaguchi
川口 達三
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
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    • H01L29/66575Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置に関し、詳しくはゲート電極を改良
したMIS型半導体装置に係る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体装置、例えばMO8型半導体装置においては、従
来よりゲー)′tlff材料として多結晶シリコンを用
いている。しかしながら、多結晶シリコンから彦るゲー
ト電極は抵抗が比較的高いために、トランジスタの高速
化の要求から第1図に示す如く高融点金属シリサイドか
らなるゲート電極を備えたMO8型半導体装置が開発さ
れている。即ち、第1図中の1は例えばp錫1のシリコ
ン基板であシ、この基&J表面には素子を分離するため
のフィールド酸化膜2が設けられている。このフィール
ド酸化膜2で分離された島状の基板1の領域(素子領域
)には互に電気的に分離されたn十型のソース、ドレイ
ン領域3,4が設けられている。これらソース。
ドレイン領埴3,4間のチャンネル領域を含む基板1部
分にはゲート酸化M5を介して高融点金1ぷシリサイド
からなるゲート電極6が設けらノtている。
ところで、」二記従米技術においてはゲート電p(i 
5を形成し、これをマスクとしてn十型のソース、ドレ
イン領域3,4を形成した後、ゲート71範極6とソー
ス領域3の間、及び同電極6とドレ・fン領域4の間の
耐圧(ゲート耐圧)を向」ニさせるために高温酸化処理
を行なってゲート6イ極6の1?d囲(特に側面)に酸
化層を形成することが行なわれている。しかし汗から、
ゲート[1i 柄6を西融点金属シリサイドで形成する
と、前記高温酸化処理に際して、第2図に示す如くグー
l−宵極60周囲に酸化層7が成長されると共に、ゲー
ト電極6端部で膜ストレスによるパめくれ上り8”が生
じる、いわゆる異常酸化が起こる。これは、高融点金属
シリサイドからなるゲート電極6が酸化される際(=、
シリサイド中のSIが消費さ几るため、酸化後の高融点
金属シリサイドは化学的安定性が損なわれるためである
。こうした“めくれ上り8″が生じると、半導体装置を
微細化した愚合、素子性能を著しく劣化させる。
このようなことから、最近、第3図(二示す如く多結晶
シリコンパターン9と高融点金属シリサイドパターン1
0とを順次積層した構造(ポリシリサイド構造)のゲー
ト電極6′をシリコン基板1上にゲート酸化膜5を介し
て設けた構造のMO8型半導体装置が開発されている。
かかるポリシリサイド構造のゲート電極6′にあっては
、前記高温酸化工程による酸化膜成長に際して、高融点
金属シリサイドパターン10とゲート酸化膜5の間(二
条結晶シリコンパターン9が介在され、高融点金属シリ
サイドパターン10の酸化に伴なうSiの消費な該多結
晶シリコンパターン9により補充できるため、ゲート電
極6′を構成する高融点金属シリサイド/妨ン10の“
めくれ上シ”を防止できる。
しかしながら、上述したポリシリサイド構造のゲート6
イ極を、高融点金属シリサイド層と多結晶シリコン層を
微細加工することにより形成すると、第4図C二元す如
く多結晶シリコンノ(ターン9にアンダーカット部11
が生じ、素子性能を著しく劣化させる。また、シート抵
抗を下げるため(二条結晶シリコンパターン9署二はリ
ンなどの不純物が拡散されているので、同第4図に示す
如く該多結晶シリコンパターン9の上面、つiり多結晶
シリコンパターン9と高融点金属シリサイドパター71
00間、に不可避的に数十A0〜数白八〇の薄い酸化膜
12が形成される。
七の結果、高融点金属シリサイドパターン10と多結晶
シリコンパターン9との接触抵抗が異當C二増大し、素
子性能を著しく劣化させる。
〔発明の目的〕
本発明はゲート電極を構成する高融点金属シリサイドパ
ターンの異常酸化を防止し、かつゲート6イ極の微細加
工性を向上し、更にゲート電極を構成する高融点金属シ
リサイドパターンと多結晶シリコンパターンの接触抵抗
を低減せしめた高性能、高密度、高信頼性の半導体装置
を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は半導体基板上に絶縁膜を介して高融点金属シリ
サイドパターン及び多結晶シリコンパターンを順次積層
した二層構造のゲート電極を設けることによって、既述
した高性能、高信頼性、及び毘密度の半導体装置を提供
することを骨子とするものである。
〔発明の実施例〕
次に、本発明をnチャンネルMO8)ランジスタに適用
した例について第5図(al〜tf1図示の製造7法を
併記して説明する。
(1)  まず、p型シリコン基板21に選択酸化法等
によシフイールド酸化膜22を形成した後、熱酸化処理
を施してフィールド酸化膜22で分離された島状の基板
21の領域(素子領域)に例えば厚−J 300 A’
の酸化膜23を成長させた(第5図ta+図示)。
(+++  次いで、全面にスパッタリング法もしくは
OV D法、7を空蒸着法等によシ例えば厚さ3000
 Ao  のモリブデンシリサイド層24を堆積し、更
にこの土にLPOVD法により例えば厚さ3000A0
 の多結晶シリコン層を堆積した後、1.’ OOl 
3 W囲気に陽してリン拡散を行ないリンドープ多結晶
シリコン層25を形成した。
ひきつつきリンドープ多結晶シリコン層25のゲート電
極予定部(二写真蝕刻法によυレジストパターン26を
形成した(第5図tb1図示)。
ひきつづき、レジストパターン26をマスクとし、て反
応性イオンエツチング(R,IE)又は等方性エツチン
グによりリンドープ多結晶シリコン層25、モリブデン
シリサイド層24及び酸化膜23を1112次エツチン
グしてゲート酸化膜27を形成すると共に、同ゲート酸
化膜27上にモリブデンシリサイドパターン28及び多
結晶シリコンパターン29を順次積層した二層構造のゲ
ート電極30を形成した。このエツチングにおいて多結
晶シリコンパターン29の側面にはデーパ部31が形成
された(第5図FCI図示)。
(iil  次いで、レジストパターン26を除去した
後、ゲート電極30及びフィールド酸化膜22をマスク
としてn型不純物、例えば砒素を加速電圧40 K e
 V、ドーズ3 X 10”/an2の条件で、シリコ
ン基板21に選択的にイオン注入した(第5図(d1図
示)。ひきつづき、800〜1000℃、の高温で酸化
処理を行なった。この時、第5図telに示す如くイオ
ン注入された砒素が活性化、拡散されたシリコン基板2
1の表面にn半型のソース、ドレイン@域、92 、3
3が形成されると共に、露出したシリコン基板2ノの表
面部分及びゲート電極3oを構成するモリブデンシリサ
イドパターン28側面、多結晶シリコンパターン29の
開門に酸化層34が成長された。ひきつづき、全面にO
’VD−8i02膜35を堆積し、前記ソース、ドレイ
ン領域32.33の一部(二対窓すル’OV D  S
 + 02膜35部分にコンタクトホール、? 6 、
 、? 6を開孔した後、全面に例えばAJ膜を蒸希し
、これをパターニングして前記ンース領埴32及びドレ
インff貞fa3.9に夫々コンタクトホール36゜3
6を介して接続したA[電極37 、3sを形成してn
チャンネルMOS)ランジスタを製造した(第5図(f
)図示)。
しかして、本発明のMOS)ランジスタは第5図tfl
に示す如くp型シリコン基板21のフィールド酸化膜2
2で分離された島状の領域に互に71?気的に分離はれ
たn半型のソース、ドレイン領域32 、、? 3を設
け、かつこれらソース。
ドレイン領域32 、.73間のチャンネル領域を含む
基板21上にモリブデンシリサイドパターン28及びリ
ンドープ多結晶シリコンパターン29を111次4に層
した二層構造のゲート電極3゜をゲート酸化膜27を介
して設け、更にゲート’112極30周囲及びソース、
ドレイン領域32゜33の表面C酸化層34を設け、全
面に被覆したCVD−8in、膜35上にソース、ドレ
インの取出しAJ電極37.38を設けた構造になって
いる。
しかるに、高温酸化面においてゲート電極30を構成す
るモリブテンシリサイドパターン28側面に酸化層34
が形成され、該シリサイドパターン28中のSLが消費
されても、モリブデンシリサイドパターン28上には多
結晶シリコンパターン29が形成されているため、前記
シリサイドパターン28で消費されたSiは多結晶シリ
コンパターン29から供給される。
その結果、両温酸化工程でも異常酸化のない安定した酸
化が々さ九、ゲート電極30周囲に良好な酸化層34を
形成できるため、ゲート耐圧を効果的に向上できる。事
実、前述した第1図図示のMOSトランジスタと本実施
例のMOSトランジスタについて、トランジスタ性能不
良率、並びに異常酸化発生率を墾べたところ、第6図及
び第7図ζ二示す結果となった。この第6図、第7図よ
り本発明のMOS)ランジスタはトランジスタ性能、製
造歩留が第1図図示のM OS )ランジスタに比べて
飛踏的に改善されることがわかる。
′また、ゲート電極3oはモリブデンシリサイドパター
ン28に多結晶シリコンパターン゛29を釉層した構造
であるため、多結晶シリコンパターン29の低抵抗化の
目的でリン拡散を行なうことにより、同多結晶シリコン
パターン29に不可避的に薄い酸化膜が形成きれても、
従来の第4図図示の如く多結晶シリコンパp−ン、!:
シリサイドパターン間に薄い酸化膜が介在されることば
がい。その結果、ゲート電極°3oを構成するモリブデ
ンシリサイドパターン28及び多結晶シリコンパターン
29の間の接触抵抗の:、l(、常増大を解消でき、ひ
いては素子性能を向上できる。
更に、ゲート電極30は第5図(bl及び(C)に示す
ように酸化膜23上にモリブデンシリサイド層24及び
リンドープ多結晶シリコン層25を1111’!次堆積
し、これらをレジストパターン26をマスクとして例え
ばRIEで選択エツチングすることにより形成されるた
め、従来の第4図図示′のような多結晶シリコンパター
ン9のアンダーカット11の発生を回避できると共に、
ゲート電極30の上層(多結晶シリコンパターン29)
にテーパ部3ノを形成できる。その結果、トランジスタ
性能を非常に安定化できると共に、ゲート電極30を含
む全面に被覆されるCV ])−8i02膜35の該電
極30部分でのステップカバーレッジを良好にできる。
なお、上記実施例では高融点金属シリサイドパターンと
してモリブデンシリサイドパターンを用いたが、これに
限定されず、例えばタングステンシリサイド、タンタル
シリサイド、白金シリサイド、チタンシリサイド等の他
の旨融点金属シリサイドのパターンを用いてもよい。
上記実施例ではリンをドープした多結晶シリコンパター
ンを用いたが、これに限定されない。
例えば砒素やアンチモンなどのn型不純物或いはボロン
などのn型不純物をドープした多結晶シリコンパターン
を用いてもよい。
また、本発明は上記実施例の如きnチャンネルMOSト
ランジスタに限定されず、nチャンネルMOS)ランジ
スタ、CMOS或いはへ4 N OS等にも同様に適用
できる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によればゲート電極を構成す
る画融点金14シリサイドパターンの異常酸化を防止し
、かつゲート電極の微細加工性を向上し、四にゲート電
極を構成する高融点金属シリザイドパターンと多結晶シ
リコンパターンの接触抵抗を低減せしめた高性能、高密
度及び腫信頼性の半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMOS型半導体装置を示す断面図、第2
図は第1図図示のMOS型半導体装置の問題点を説明す
るための断面図、第3図、は従来のポリサイド構造のゲ
ート電極を備えたM OS型半導体装置を示す断面図、
第4図は第3図1・!、1示のMOS型半導体装置の問
題点を説明するための断面図、第5図(a)〜(flは
本発明の一実施例であるnチャンネルMOS)ランジス
タを得るための製造工程を示す断面図、第6図は第1図
図示の従来のMOS)ランジヌタ及び第5図げ)図示の
本発明のMOS)ランジスタにおけるトランジスタ性能
の不良率を示す線図、第7図は第1図図示の従来のMO
Sトランジスタ及び第5図げ)図示の本発明のMOS)
ランジスタにおける異常酸化発生率を示す線図である。 2ノ・・・p型シリコン基板、22・・・フィールド酸
化膜、26・・・レジストパターン、27・・・ゲート
酸化膜、28・・・モリブデンシリサイドパターン、2
9・・・リンドープ多結晶シリコンパター7.30・・
・ゲート電極、32・・・n+型ソース領域、33・・
・n本型ドレイン領域、34・・・酸化層1、? 5・
−CV D−8i 02膜、37 、38−・・人l電
極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦濠      
   琺  ゝ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に亮融点金属シリザイドパターン及
    び多結晶シリコンパターンを順次積層した二層構造のゲ
    ート電極を絶縁膜を介して設けたことを特徴とする半導
    体装置。
  2. (2)品融点金属シリサイドが、モリブデンシリサイド
    、タングステンシリサイド、タンクルシリサイド、白金
    シリサイド、チタンシリサイドのいずれかであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  3. (3)多結晶シリコンパターンがn型不純物を含有する
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体装置。
  4. (4)  ゲート電極の周囲にはその電極構成材ある訓
    融点金属シリ、サイドパターン及び多結晶シリコンパタ
    ーンを熱酸化することによシ形成された酸化層が設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置。
JP1196983A 1983-01-27 1983-01-27 半導体装置 Pending JPS59136973A (ja)

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