JPS6312152A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路の内部配線又はＭＯ３型集積回路の
ゲート電極等の層の低抵抗化に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は、従来の内部配線又はゲート電極の構造を示す
断面図である。同図において、１は半導体基板、２はゲ
ート絶縁膜又はフィールド酸化膜等の絶縁膜、３は多結
晶シリコン、４は高融点金属シリサイド、５はリンガラ
ス等の絶縁膜、６はアルミ配線である。

第６図に示す多結晶シリコン３と高融点金属シリサイド
４の２層膜から成るゲート電極又は内部配線は一般的に
「ポリサイド」と呼ばれ、現在の超ＬＳＩ（例えば２５
６ｋＤＲＡＭ等）に広く使われている。このポリサイド
構造は、ポリシリコン・ゲートの延長線上に考案された
ものであり、ポリシリコン・ゲートＭＯ３）ランジスタ
と同じように、非常に薄いゲート絶縁膜（例えば１００
人のＳｉＯ□）の上で良好なゲート電極として作用し、
しかもソース・ドレイン形成のためのイオン注入のマス
クとして自己整合的に使用され、またイオン注入後の高
温アニールに耐え得る高い融点を有している。

ポリサイド・ゲート構造は従来のポリシリコン・ゲート
の抵抗を下げるために考案されたものであり、ポリシリ
コンのシート抵抗が２０〜５０Ω／口であるのに対し、
ポリサイド構造では１〜７Ω／口のシート抵抗になり、
内部配線として用いた場合の配線による遅延時間を大幅
に減らすことが可能である。このため、ポリサイド構造
を形成するシリサイドには、できるだけ抵抗の低い高融
点金属シリサイドが望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような高融点金属シリサイドとして、現在の超ＬＳ
Ｉでは、モリブデン・シリサイド（Ｍ。

Ｓｉ、）やタングステン・シリサイド（ＷＳｔｚ）が使
われている。モリブデン・シリサイドやタングステン・
シリサイドが使われているのは、これらは融点が高く、
耐薬品性に優れ、また材料的にも純度の高いものが供給
されているためであるが、比抵抗は、モリブデン・シリ
サイドで１００μΩ・国、タングステン・シリサイドで
７０μΩ・口であり、もっと比抵抗の小さいチタン・シ
リサイド（比抵抗１３〜１７μΩ・ａｍ）の使用が望ま
しい。

しかしながら、チタン・シリサイドはフッ酸（ＨＦ）に
容易に溶解するため、半導体製造工程で多用されるフン
酸処理（エツチングや洗浄）に対して耐性がなく使いに
くいという大きな欠点を有している。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、抵抗が極めて小さく、かつ、フ
ッ酸等の薬品に対する耐性に優れたゲート電極又は内部
配線を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明は、多結晶シリ
コンの上部に高融点金属シリサイドと高融点金属の窒化
物、炭化物又は硼化物とから成る２層構造を形成するよ
うにしたものである。

また、製造方法として、多結晶シリコン層の上に高融点
金属をデポジットし、窒素雰囲気又はアンモニア雰囲気
で熱処理することにより高融点金属シリサイドと高融点
金属窒化物とを同時に形成するものである。

〔作用〕

本発明においては、ポリサイドのシート抵抗は非常に低
い値であり、またポリサイド構造は耐薬品性に優れた構
造である。

〔実施例〕

本発明に係わる半導体装置の一実施例を第１図に示す。

第１図において、７は高融点金属窒化膜であり、同図に
おいて第６図と同一部分又は相当部分には同一符号が付
しである。

第１図に示すように、ゲート電極又は内部配線は、多結
晶シリコン３とチタン・シリサイド等の高融点金属シリ
サイド４とチタン・ナイトライド等の高融点金属窒化膜
７とから成る３層構造で成り立っており、低抵抗である
が耐薬品性に劣る高融点金属シリサイド４は、非常に優
れた耐薬品性を有し、かつ、電気的な良導体である高融
点金属窒化膜７で保護された構造になっている。このた
め、第１図のアルミ配線６とのコンタクト部の開口や、
その工程の前後におけるフッ酸等の洗浄に際しても、耐
薬品性に劣る高融点金属シリサイド４が露出しないので
、高融点金属シリサイド４が腐食するような不都合は生
じない。

次に、本装置の構造を実現するための製造方法の一実施
例を第２図〜第５図を用いて説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１の表
面にゲート絶縁膜又はフィールド酸化膜の絶縁膜２が形
成され、さらにその上に多結晶シリコン３が形成される
。

次に多結晶シリコン３の上に、例えばスパッタリング法
により、金属チタン８をデポジットする（第２図（ｂ）
）。

続いて窒素雰囲気又はアンモニア雰囲気で熱処理すると
、第２図（Ｃ１に示すように、金属チタン８は多結晶シ
リコン３と反応してチタン・シリサイド４が形成され、
また上層では、窒素又はアンモニアと反応してチタン・
ナイトライド７が形成される。

この熱処理に際しては、酸素又は空気の混入を避けるこ
とが、チタンの表面が酸化されるのを防止し、有効に窒
化反応を起こさせる上で極めて重要である。このため、
ランプ・アニール法のような雰囲気を制御しやすい熱処
理技術を用いることが大変有効である。

第３図は、多結晶シリコン上にスパッタリング法により
金属チタンを７０ｎｍデポジットした後ランプ・アニー
ル法により窒素雰囲気で８００℃、６０秒間の熱処理を
行なった試料をヘリウム・イオン（１，５ＭｅＶ）の後
方散乱法を用いて分析したものである。最表面には約３
０ｎｍのチタン・ナイトライドＴｉＮが形成され、その
下に約９Ｑｎｍのチタン・シリサイドＴ　ｉ　Ｓ　ｉ　
ｚが形成されていることが分かる。こうして、多結晶シ
リコン３．チタン・シリサイド４．チタン・ナイトライ
ド７の３層膜から成る低抵抗の電極層が形成される。

この電極層のシート抵抗と熱処理温度との関係を熱処理
雰囲気をパラメータとして第４図に示す。

同図は、金属チタンの膜厚が１１５ｎｍのときのデータ
を示すグラフであり、１０はアンモニア雰囲気における
シート抵抗を示す特性曲線、１１は窒素雰囲気における
シート抵抗を示す特性曲線、１２はアルゴン雰囲気にお
けるシート抵抗を示す特性曲線である。

アルゴン雰囲気（特性曲線１２）では、チタン・ナイト
ライドが形成されず、すべてチタン・シリサイドになる
ため、シート抵抗は０．６５Ω／口（８００℃）まで低
下するが、チタン・シリサイドはフッ酸等の薬品に対し
て保護されない。窒素雰囲気（特性曲線１１）又はアン
モニア雰囲気（特性曲線１２）では、チタン・ナイトラ
イドが形成されてチタン・シリサイドの膜厚が減少する
ため、シート抵抗は多少増加するが０．７５Ω／口（８
００°Ｃ）程度であり、従来のモリブデン・シリサイド
やタングステン・シリサイドの３〜５Ω／口と比較する
と、十分低い値であることが分かる。

この後、第２図（ｄ）に示すように、写真製版技術を用
いてパターニングを行なう。この際、パターン幅の制御
性を向上させるため、通常、反応性イオン・エツチング
が用いられるが、チタン・ナイトライドとチタン・シリ
サイドは全く同じ条件で反応性イオン・エツチングする
ことが可能であり、エツチング工程では何ら特別の工程
は必要としない。

この後、通常のＭＯＳ−ＬＳＩの製造工程（図示せず）
に従って、ソース・ドレイン形成のためのイオン注入や
高温アニールを行ない、リンガラス等の’４１１！膜を
デポジットしてコンタクトホールを開口し、アルミ配線
を施す。これら一連の工程で必要とされるフッ酸等の薬
品によるライト・エツチングや洗浄に対しては、チタン
・ナイトライドが優れた耐薬品性を示すため、チタン・
シリサイドが腐食する不具合は完全に防止することがで
きる。

第５図は、チタン・シリサイドのみの１層膜およびチタ
ン・ナイトライドとチタン・シリサイドの２層膜をフン
酸水溶液に浸した場合のシート抵抗の変化を示すグラフ
である。特性曲線２１はチタン・シリサイドのみの１層
膜の場合、特性曲線２２はチタン・ナイトライドとチタ
ン・シリサイドの２層膜の場合を示す。特性曲線２１に
示すように、チタン・シリサイドのみの１層膜では、Ｈ
２Ｏ：ＨＦ＝１０：１のフッ酸水溶液に約４０秒浸すと
完全に溶けてしまう。一方、チタン・ナイトライドとチ
タン・シリサイドの２層膜では、特性曲線２２に示すよ
うに、チタン・ナイトライドがフッ酸に対する保護膜と
して作用し、１８０秒浸してもシート抵抗は全く変化し
ないことが分かる。

なお、上記実施例では、チタン・ナイトライドとチタン
・シリサイドを例にとって説明したが、タンタル・シリ
サイド、ジルコニウム・シリサイド、ハフニウム・シリ
サイド又はタングステン・シリサイド並びにチタン、タ
ンタル、ジルコニウム、ハフニウム、タングステンの窒
化物、炭化物又は硼化物を用いても同様の効果を奏する
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、高融点金属シリサイドの
上に高融点金属の窒化物、炭化物又は硼化物を形成した
ことにより、高融点金属シリサイドをフッ酸等の薬品か
ら保護することができるので、非常にシート抵抗が低く
、かつ、耐薬品性に優れたゲート電極又は内部配線の層
を有する半導体装置を実現することができる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる半導体装置の一実施例を示す断
面図、第２図はその製造方法を説明するための断面図、
第３図はチタン・ナイトライドとチタン・シリサイドの
２層構造が形成されていることを示すグラフ、第４図は
チタン・ナイトライドとチタン・シリサイドの２層構造
を形成するための熱処理温度とシート抵抗の関係を示す
グラフ、第５図はチタン・ナイトライドとチタン・シリ
サイドの２Ｎ膜がフッ酸に対して耐性を有することを示
すグラフ、第６図は従来の半導体装置を示す断面図であ
る。 １・・・半導体基板、２．５・・・絶縁膜、３・・・多
結晶シリコン、４・・・高融点金属シリサイド、６・・
・アルミ配線、７・・・高融点金属窒化膜。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）多結晶シリコンの上部に高融点金属シリサイドと
   高融点金属の窒化物、炭化物又は硼化物とから成る２層
   構造を形成し、この２層構造をゲート電極又は内部配線
   としたことを特徴とする半導体装置。
2. （２）高融点シリサイドとしてチタン・シリサイド、タ
   ンタル・シリサイド、ジルコニウム・シリサイド又はハ
   フニウム・シリサイドを用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。
3. （３）高融点金属の窒化物、炭化物又は硼化物としてチ
   タン、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム又はタング
   ステンの窒化物、炭化物又は硼化物を用いることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
4. （４）多結晶シリコン層の上に高融点金属をデポジット
   し、窒素雰囲気又はアンモニア雰囲気で熱処理すること
   により高融点金属シリサイドと高融点金属窒化物との層
   を同時に形成することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
5. （５）窒素雰囲気又はアンモニア雰囲気での熱処理は、
   ランプ・アニール法により行なうことを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造方法。