JPS6358943A - 電極・配線膜の構造 - 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］ この発明は電極・配ｌ１１ｍの構造、特に半導体集積回
路装置における電極および配線膜の構造の改良に関する
。

［従来の技術］ 第２図は、従来のＭＯ３型トランジスタの断面構造を示
す図であり、従来のゲート電極・配ｗＡ喚の構造および
製造方法を説明するための図である。

以下、第２図を参照して従来の電極・配線膜の構造およ
び製造方法について説明する。

第１導電型の半導体基板１の主面上に熱酸化法を用いて
素子分離用の厚い酸化膜からなるフィールド酸化膜２を
選択的に形成する。次に、ＭＯＳトランジスタのしきい
値電圧制陣用のイオン注入層３を、イオン注入法を用い
て半導体基板１のゲート領域に対応する領域に形成する
。次に、半導体基板１の主面上に薄いゲート絶縁膜４を
形成した後、ＣＶＤ法等を用いて多結晶シリコンｌＩ５
を形成する。この多結晶シリコン膜５上にチタンシリサ
イド（ＴＩ　Ｓｌ□）またはタンタルシリサイド（Ｔａ
　Ｓｉ　２　）などの低抵抗の高融点金属シリサイド膜
６を形成する。この高融点金属シリサイド、ｖＡの形成
には、スパッタリング法、真空蒸暑法、ＣＶＤ法、また
は下地ポリシリコン１１５との直接反応等の方法が用い
られる。この多結晶シリコン膜５および高融点金属シリ
サイドｙＡ６を写真製版およびエツチング技法を用いて
バターニングすることによりゲート電極が形成される。

この後、ゲートＮ極に対して自己整合的に第２導電型の
不純物をイオン注入することによりソース・ドレイン領
域となる不純物拡散層７を形成する。続いて、ゲート電
極膜の低抵抗化および注入した不純物の活性化を目的と
した熱処理を行なう。続いて層間絶縁１１８をＣＶＤ法
等を用いて形成した後、層間絶縁膜８の緻密化および表
面の平坦化を目的とした熱処理を行ない、ゲート電極お
よび不純物拡散領域７と電気的接続をとるためのコンタ
クト孔９を開孔する。このコンタクト孔９を通して第２
導電型の不純物を熱拡散法を用いて拡散しコンタクト孔
９下の領域に確実に不純物拡散層が形成されるようにし
た後アルミニウムまたはアルミニウム／シリコン（シリ
コン含有アルミニウム）等の導電膜をスパッタリング法
等を用いて形成する。この導電膜をパターニングするこ
とにより配線ｌ１１０が形成される。この後、ＣＶＤ法
等を用いて全表面にわたって表面保護用のパッシベーシ
ョン膜（図示せず）を形成する。

［発明が解決しようとする問題点〕 上述のトランジスタの製造工程においては各種熱処理を
行なう前や導電Ｓを形成する前などにフッ酸やその混合
液を用いた化学迅速により酸化膜の除去を行なうことが
必要である。しかし、第２図に示されるように、ゲート
電極上層のシリサイドｌＩ６としてたとえばチタンシリ
サイド膜を使用した場合、水：フッ酸−５０；１の希釈
液を用いても、このチタンシリサイド膜は１２００〜１
３００Ａ／分程度もの大きなエツチング速度でエツチン
グされてしまう。このように、従来のゲート電極・配線
膜の構造では、フッ酸系溶液等を用いた化学処理工程の
際、チタンシリサイド膜またはタンタルシリサイド膜等
の高融点金属シリサイド咬はフッ酸に対する耐食性が劣
るため、この化学処理工程時にエツチングされ、膜抵抗
、コンタクト抵抗等が増加し、素子特性が劣化するとい
う問題点があった。

このようなフッ酸系溶液を用いた湿式エツチングを行な
わない場合には、ゲート電極膜上および半導体基板表面
に熱処理工程時に不可避的に薄い酸化膜が成長するため
、導電膜と半導体基板またはゲート電極との藺に良好な
コンタクトを形成することができないという致命的な欠
陥が生じ、かつ熱処理工程において有害不純物が半導体
基板に混入して素子の特性が顕著に劣化するという問題
が生じる。したがってこのフッ酸系溶液を用いた化学処
理工程が必要不可欠となっている。

このようなフッ酸系薬品を用いたエツチング工程時にお
いて、ゲート電極上層の高融点金属またはＩＸ融点金属
シリサイド１がエツチングされるという問題を防ぐため
に、高融点金属または高融点金属シリサイドｍ表面にフ
ッ酸系溶液に対する耐食性に優れた保護−を形成する方
法が有効である。

この保護層に求められる条件としては、（１）フッ酸系
溶液に対する耐食性に優れている、（２）耐熱性および
耐酸化性に優れている、（３）低抵抗である、（４）加
工性に優れるなどがある。このような条件を満足する材
料として、モリブデンシリサイド（ＭＯ８１２＞または
タングステンシリサイド（ＷＳ１２）などの高融点金属
シリサイドがある。しかし、これらの高融点金属シリサ
イド膜を保護膜として使用した場合、各秒熱処理工程に
おいて、下層のたとえばチタンシリサイド膜と保ａｌｌ
のたとえばモリブデンシリサイド膜とが反応を起こし、
この場合チタン、モリブデン、シリコンで構成される３
元合金贋が形成されるため、この電極膜のシート抵抗が
増大し、素子特性が劣化するという問題が発生する。

Ｌス上のように、従来の１ｆＭ・配線膜の構造において
は、フッ酸系薬品を用いた化学処理工程の際に、高融点
金属または高融点金属シリサイド膜がエツチングされ、
膜抵抗およびコンタクト抵抗が上昇するという問題点が
ある。この対策としてモリブデンシリサイドまたはタン
グステンシリサイド等の保護袋を形成するのが有効であ
るが、この場合、各種熱処理時に下地の高融点金属また
は高融点金属シリサイド膜が保ｎ！Ｉと反応し、電極膜
のシート抵抗が上昇するという問題点があった。

それゆえ、この発明の目的は上述のような問題点を除去
し、フッ酸系溶液を用いた化学処理工程に対する保：ａ
膜を形成しても各種熱処理時においてシート抵抗の上昇
が生じることのない電極・配線膜の構造を提供すること
である。

Ｅ問題点を解決するための手段］ この発明にかかる電極・配線の構造は、下地の高融点金
属または高融点金属シリサイド膜と上層のフッ酸系溶液
に対する保護層の間に、高融点金属窒化物膜を設けるよ
うにしたものである。

［作用］ この発明における高融点金属窒化膜は、良好な５ｆｆｉ
体であると同時に、化学的に極めて安定な物質であるた
め、下地の高融点金属または高融点金属シリサイド膜と
上層のフッ芯系溶液に対する保護層との間の反応を阻止
し、それにより電極・配線膜のシート抵抗の上昇を防止
する。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例であるｔｌｔｆＩ・配線膜
のＷ造を備えるＭＯＳ　トランジスタの構造を示す断面
図である。第１図に示されるこの発明の一実施例である
ゲート１ａｔｉの構造では、第２図に示される従来のゲ
ート電極構造と異なり、多結晶シリコン１１５上に形成
されたチタンシリサイドまたはタンタルシリサイドなど
からなるａｍｍ金金属シリサイドｍ６フッ酸基薬品に対
する保ＩＩとなるモリブデンシリサイドまたはタングス
テンシリサイドからなる第２の高融点金属シリサイド膜
１２との間に、チタンナイトライドまたはタンタルナイ
トライドからなる高融点金属窒化！１１１１が設けられ
る。この高融点金属窒化膜１１は、上層の第２の高融点
金属シリサイド膜１２と下地の第１のＳ融点金属シリサ
イド！１６との反応を防止する機能を有する。次にこの
多層構造を有するゲート電極の製造方法について簡単に
説明する。

まず従来と同様の方法を用いてフィールド父化膜２、し
きいＭ電圧制御用のイオン注入層３、ゲート絶縁膜４を
形成する。次に従来法と同様にして多結晶シリコン［１
５を形成し、この多結晶シリコン膜５上にチタンシリサ
イドまたはタンタルシリサイドからなる高融点金属シリ
サイド膜６を形成する。次にこの第１の高融点金属シリ
サイド膜６上にたとえば反応性スパッタリング法、スパ
ッタリング法を用いてチタンまたはタンタルの窒化物か
らなる膜厚１０００Ａ以下の薄い高融点金属窒化１１１
１を形成する。この憬スパッタリング法等を用いてモリ
ブデンシリサイドまたはタングステンシリサイドからな
る第２の高融点金属層１２を形成する。この複合１１６
．１１．１２を通常の写真製版およびエツチング技法を
用いてバターニングすることにより多層構造のゲート電
極が形成される。この後、従来法と同様にして、不純物
拡散層７、層間絶縁膜８を形成し、所定領域にコンタク
ト孔９を開孔した後、半導体基板表面へコンタクト領域
下に確実に拡散層を形成するためにイオンを導入する。

この後アルミニウムまたはアルミニウム合金（シリコン
含有アルミニウム）な、どからなる導電膜をスパッタリ
ング法等を用いて形成した後、写真製版およびエツチン
グ法を用いてバターニングして配線膜１０を形成する。

上）ホの工程において、ゲート１１極膜の抵抗を下げる
ためやイオン注入層の注入イオンの活性化を目的とした
熱処理を行なう前や、Ｓ電［１１０を形成する前などに
おいて、フッ酸系溶液を用いて湿式洗浄を行なう化学処
理工程が施される。しかし本實施例におけるゲート電極
構造においては、上層にフッ酸系溶液に対する耐食性の
優れたモリブデンシリサイドまたはタングステンシリサ
イドからなる第２の高融点金属シリサイドが形成されて
おり、この上層がフッ酸系溶液を用いた化学処理工程時
における保護瑛として作用するため、フッ酸系溶液を用
いた湿式洗浄を行なっても、ゲート電極は何らエツチン
グされることはない。

一方、第１の高融点金属シリサイド！９１６と第２の高
融点金属シリサイド横１２との間に設けられた高融点金
属窒化１１１１は、チタンまたはタンタルの窒化物を用
いて構成されるため、低抵抗でありかつ化学的に極めて
安定な構造を有している。

たとえば高融点金属窒化膜１１としてチタンナイトライ
ドを用いた場合、その抵抗率はバルク値で２２μΩｃｍ
と極めて低く、また生成熱は一８４Ｋｃａｌ　／ｍｏｌ
と極めて大きい。したがって、この高融点金ｍ窒化膜１
１により、第２の高融点金属シリサイド層１２と第１の
高融点金属シリサイド膜６との間の良好な電気的導通を
実現すると同時に、各種熱処理時における両！［の反応
を阻止し、グー１−電極膜の抵抗の上昇を防止すること
ができる。

なお、上記実施例においては、第１の高融点金属シリサ
イド膜材料としてチタンシリサイドまたはタンタルシリ
サイドを用いた場合について説明したが、これに限定さ
れず、他の高融点金属シリサイドを用いた場合またはこ
れに代えてモリブデン、タングステン、チタン等の高融
点金膚を使用した高融点金属膜の場合も上記実ｔＩＡｖ
Ａと同謀の効果を得ることができる。

また上記実施例においては、ＭＯＳ）−ランジスタのゲ
ート電極の構造について説明したが、これに限定されず
、下地のポリシリコン膜５のない場合や他のｍｍｌ３よ
び配ａ！膜の場合にも上記実施例と同様の手法を適用で
きることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、電極・配線ｌｌＩ構
造を、高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜から
なる第１の５ｉｔｓと、この第１の導電膜上に形成され
る化学的に安定な高融点金属窒化膜からなる第２のＳ電
膜と、この第２の導電膜上に形成されるフッ酸系溶液に
対する耐食性に優れた第２の１４融点金属シリサイド膜
からなる第３の導電膜とからなる多層構造としたので、
フッ酸系溶液に対する耐食性および各種熱処理時におけ
る安定性に優れた電極・配！！膜を得ることができ、半
導体装置製造工程中に発生する膜のシート抵抗およびコ
ンタクト抵抗の上昇を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるｉｔ極・配線膜の構
造を備えるＭＯ３型トランジスタの断面構造を示す図で
ある。第２図は従来の電極・配ａ！Ｉの構造を備えるＭ
　ＯＳ型トランジスタの断面構造を示す図である。 図において、１は半導体基板、５は多結晶シリコン膜、
６は第１の高融点金属または高融点金属シリサイド膜、
１１は高融点金属窒化膜、１２は第２の高融点金属シリ
サイド膜である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上の予め定められた領域に形成される
   電極・配線膜の構造であつて、 前記半導体基板上の予め定められた領域に形成される第
   １の高融点金属膜または第１の高融点金属シリサイド膜
   からなる第１の導電膜と、 前記第１の導電膜上に形成される高融点金属窒化膜から
   なる第２の導電膜と、 前記第２の導電膜上に形成される第２の高融点金属シリ
   サイド膜からなる第３の導電膜とを備える電極・配線膜
   の構造。
2. （２）前記半導体基板と前記第１の導電膜との間にはポ
   リシリコン層が設けられる、特許請求の範囲第１項記載
   の電極・配線膜の構造。
3. （３）前記第１の高融点金属シリサイド膜は、チタンシ
   リサイドまたはタンタルシリサイドを用いて構成される
   、特許請求の範囲第１項記載の電極・配線膜の構造。
4. （４）前記第１の高融点金属は、タングステン、モリブ
   デン、タンタル、チタンのうちのいずれかである、特許
   請求の範囲第１項記載の電極・配線膜の構造。
5. （５）前記高融点金属窒化膜は、チタンナイトライド、
   タンタルナイトライド、タングステンナイトライドのう
   ちのいずれかを用いて構成される、特許請求の範囲第１
   項記載の電極・配線膜の構造。
6. （６）前記第２の高融点金属シリサイド膜は、モリブデ
   ンシリサイドおよびタングステンシリサイドのうちのい
   ずれかを用いて構成される、特許請求の範囲第１項記載
   の電極・配線膜の構造。