JPH025477A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 〔（既　　要〕 ゲート電極に高融点金属を用いたＭＯＳトランジスタを
具える半導体装置に関し、 ゲート電極自体がイオン注入のマスクとなり得るように
することを目的とし、 ゲート電極が２層で構成され、該２層の下層が高融点金
属からなり、該２層の上層が高融点金属の窒化物、炭化
物あるいは硼化物からなるように構成し、また、ゲート
絶縁膜上に高融点金属からなる第１膜と高融点金属の窒
化物、炭化物あるいは硼化物からなる第２膜とをその順
に形成する工程と、レジストをマスクにして第２膜及び
第１膜をエツチングする工程とを含んでゲート電極を形
成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ゲート電極に高融点金属を用いたＭＯＳトラ
ンジスタを具える半導体装置及びその製造方法に係り、
特に、ゲート電極に関する。

ＭＯＳトランジスタを具える半導体装置においては、そ
の高集積化、高速化に伴いゲート電極配線の低抵抗化が
望まれている。このためゲート電極は、従来のポリシリ
コンから高融点金属シリサイドに変わってきているが、
更に抵抗の低い高融点金属の導入が試みられている。

しかしながらその場合、高融点金属には耐酸化性が乏し
く然もイオン注入に対するマスク性がないという問題が
あり、この問題を克服する方策が必要となる。

〔従来の技術〕

ゲート電極にポリＳｉあるいは高融点金属シリサイドを
用いた従来の一般的なＭＯＳトランジスタは、ゲート電
極をマスクにしたイオン注入によって、ソース・ドレイ
ン領域をセルフ・アラインで形成している。そこでは、
ポリＳｉあるいは高融点金属シリサイドのイオン注入に
対するマスク性を利用している。

そこでゲート電極に高融点金属を用いる場合には、高融
点金属がイオン注入のマスクとなり得ないことから、高
融点金属の上にイオン注入のマスクとなり得る膜を設け
てセルフ・アラインのイオン注入を可能にする必要があ
る。

第４図は、そのようにする方策の第１の従来例を示す側
断面図である。

同図に示すものは、５ｉＯｚゲート絶縁膜２を形成した
Ｓｉ基板１上に、ゲート電極３とする高融点金属膜３Ａ
とイオン注入のマスク４とするＳｉＯ２膜４Ａを順次被
着し、レジスト５をマスクにした異方性エツチング例え
ばＲＩＥ（反応性イオンエツチング）により、５ｉ０２
膜４Ａと高融点金属膜３＾をエツチングしてゲート電極
３とマスク４とを形成し、セルフ・アラインのイオン注
入を可能にしようとするものである。

しかしながら、高融点金属膜上に５ｉ０２が存在するエ
ツチングでは、高融点金属膜にアンダーカットを生ずる
ことが知られている。このため第１の従来例は、高融点
金属膜３Ａにアンダーカットを生じてゲート電極３が所
望のパターンとならなくなり実用に適さない。

そこでこれに代わるものとして、第５図（ａｌ　（ｂ）
の側断面図に示す第２の従来例がある。

同図に示すものは、第１の従来例のＳｉＯ２膜４ＡをＳ
ｉ３Ｎ４膜６Ａに変えて、高融点金属膜３Ａに上述のア
ンダーカットを生じないようにしたものである。

しかしながらこの場合には、第１の従来例のマスク４に
該当するマスク６が、ソース・ドレイン領域上の絶縁膜
であるＳｉＯ２と異質なＳｉ３Ｎ４となるため、第５図
（ｂｌに示すように、層間絶縁膜７からゲート電極３あ
るいはソース・ドレイン領域１ａに達する電極窓８を形
成する際に、その形成工程が複雑になって製造が不安定
になる問題がある。

またＳｉ３Ｎ４膜は、ストレスが大きいので表面に電荷
が溜り易く、トランジスタの特性を不安定にさせる問題
もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１の従来例では高融点金属膜３Ａ上に５ｉ０２膜４Ａ
を設けたこと、また、第２の従来例では高融点金属膜３
Ａ上に５ｉ０２とは異質な絶縁物であるＳｉ３　Ｎ４の
膜６Ａを設けたことが問題を引き起こした。ここで、５
ｉ０２膜３Ａあるいは５ｒ３Ｎａ膜を設けたのは、ゲー
ト電極３領域にイオン注入に対するマスク性を賦与する
ためである。゛従って、ゲート電極が、高融点金属を用
いながらそれ自体にイオン注入に対するマスク性を有す
るようになれば上述の問題を回避することができる。

このことから本発明は、ゲート電極に高融点金属を用い
たＭＯＳトランジスタを具える半導体装置において、ゲ
ート電極自体がイオン注入のマスクとなり得るようにす
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の要点を示す側断面図である。

上記目的は、第１図に示すように、ＭＯ３Ｉ−ランジス
タのゲート電極１０が２層で構成され、該２層の下層１
１が高融点金属からなり、該２層の上層１２が高融点金
属の窒化物、炭化物あるいは硼化物からなる本発明の半
導体装置によって解決され、また、ゲート絶縁膜２上に
高融点金属からなる第１膜１１Ａと高融点金属の窒化物
、炭化物あるいは硼化物からなる第２膜１２Ａとをその
順に形成する工程と、レジスト５をマスクにして第２膜
１２八及び第１膜１１Ａをエツチングする工程とを含ん
でゲート電極１０を形成する本発明の製造方法によって
解決される。

〔作　用〕

高融点金属の窒化物、炭化物あるいは硼化物は、轟電体
であり且つイオン注入に対するマスク性を有する。

そこで上記のゲート電極１０は、下層１１により所望の
低抵抗化を充足し、上層１２によりイオン注入のマスク
となり得るようになる。

そしてこのゲート電極１０は、上記の方法により、マス
クとするレジスト５を従来の一般的な場合と同様にして
所望のパターンに形成することができる。

このことから、上記ゲート電極１０を採用することによ
り、先の従来例で設けたマスク４または６のようなイオ
ン注入のマスクが不要になり、当該半導体装置は、ゲー
ト電極１０をポリＳｉあるいは高融点金属シリサイドの
ゲート電極の場合と同様に汲うことかできて、ゲート電
極に高融点金属を用いながら安定した製造ができるよう
になる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第２図及び第３図を用いて
説明する。第２図は半導体装置実施例の要部側断面図、
第３図（ａｌ〜（ｅ）は製造方法実施例の工程を示す側
断面図、であり、企図を通じ同一符号は同一対象物を示
す。

第２図はＭＯＳトランジスタの部分を示す。ゲート電極
１０は、高融点金属であるＷ（タングステン）の下層１
１と、高融点金属窒化物であるＷｘＮの上層１２との２
層で構成されている。そしてゲート電極１０の配線９は
上層１２の上面から導出されている。ここでは上層１２
がイオン注入のマスクとして機能するので、従来例の場
合に設けたマスク４または６のようなものが不要である
。このため電極窓８の形成は、第２の従来例の場合のよ
うな複雑な工程を必要としない。なお、ゲート電極１０
の側面には絶縁側壁７ａが設けられて、ソース・ドレイ
ン領域１ａはＬ　Ｄ　Ｄ　（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅ
ｄ　Ｄｒａｉｎ）構造をなしている。

このトランジスタは、次のようにして製造することがで
きる。

即ち先ず第３図（ａｌを参照して、ＳｉＯ２ゲート絶縁
膜２を形成したＳ　ｉ　７＝”−板１上に厚さ約３００
０人のＷからなる高融点金属膜１１八を堆積形成する。

この堆積は気相成長あるいはスパッタの何れでも良い。

次いで第３図（ｂｌを参照して、Ｎ２あるいはＮＨ３の
減圧雰囲気中で７００〜８００℃に加熱して、高融点金
属膜１１Ａの表面部を窒化し厚さ約１０００人のＷｘＮ
からなる高融点金属化合物膜１２Ａを形成する。

この膜１２Ａの形成は、スパッタで堆積しても良い。そ
れは、ＷターゲットとＮ２＋Ａｒガスを用いたりアクテ
ィブスパッタで行うことができる。膜１２＾を堆積形成
する場合には、第３図（ａｌの工程における高融点金属
膜１１Ａの厚さをその分だけ薄くして約２０００人とす
る。なお、高融点金属膜１１Ａと高融点金属化合物膜１
２Ａの両方をスパッタで堆積する場合には、スパッタ装
置を２チャンバ方式にすることにより工程が簡便になる
。

次いで第３図（Ｃ）を参照して、レジスト５をマスクに
したＲＩＥで先ず高融点金属化合物膜１２Ａをエツチン
グして上層１２を形成し、更にレジスト５及び上層１２
をマスクに引続き高融点金属膜１１Ａをエツチングして
下層１１を形成し、ゲート電極１０を完成させる。高融
点金属膜１１Ａのエツチングに用いる反応ガスはＳＦ６
が良く、ＣＦ４あるいはＮＦ３でも良い。そしてこのエ
ツチングでは、第１の従来例で述べたようなアンダーカ
ッ、トを生ずることがない。

このように形成されたゲート電極１０は、先に述べたよ
うに、従来の一般的なポリＳｉあるいは高融点金属シリ
サイドのゲート電極と同様に扱うことができて、以後の
工程は従来の一般的なものと同じになる。

即ち第３図（ｄ）を参照して、ソース・ドレイン領域１
ａの低濃度イオン注入を行い、更に絶縁側壁７ａを形成
してから同じく高濃度イオン注入を行ってソース・ドレ
イン領域１ａを形成する。このイオン注入では、上層１
２の存在によりゲート電極１０がマスクとなり、所望す
るようにゲート電極１０下へのイオン注入が阻止される
。

次いで第３図（ｅｌを参照して、ＰＳＧの層間絶縁膜７
を形成し、これをエツチングして電極窓８を形成する。

その際、ゲート電極１０上及びソース・ドレイン領域ｌ
ａ上の電極窓８は同時に形成することができる。

次いで第２図を参照して、配線９などを形成して半導体
装置を完成させる。

上述の実施例では下層１１即ち高融点金属膜１１ＡをＷ
にしたが、これを他の高融点金属例えばＴｉ（チタン）
やＭｏ　（モリブデン）などにしても良い。

そしてこれらの表面層を窒化させることは、Ｗの場合と
同じ方法で行うことができる。

また、実施例では上層１２即ち高融点金属化合物膜１２
ＡをＷの窒化物にしたが、これを炭化物あるいは硼化物
にしても良い。そしてそれは、窒化の場合のＮ２あるい
はＮＨ，をＣＨ４あるいは８２Ｈ，に置き換えることで
形成でき、ＴＩやＭｏにも適用できる。

更に、高融点金属化合物膜１２Ａの高融点金属は、高融
点金属膜１１Ａと同じである必要がなく、相互の間は適
宜の組み合わせで良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、ゲート電極
に高融点金属を用いたＭＯＳトランジスタを具える半導
体装置において、ゲート電極自体がイオン注入のマスク
となり得るようにすることができて、当該半導体装置に
対して安定した製造を可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要点を示す側断面図、第２図は半導体
装置実施例の要部側断面図、第３〜図（ａ）〜（ｅ）は
製造方法実施例の工程を示す側断面図、 第４図は第１の従来例を示す側断面図、第５図（ａ）　
（ｂ）は第２の従来例を示す側断面図、である。 １２Ａは高融点金属化合物膜、 である。 図において、 １はＳｉ基板、 １ａはソース・ドレイン領域、 ２はゲート絶縁膜、 ５はレジスト、 ７は眉間絶縁膜、 ７ａは絶縁側壁、 ８は電極窓、 ９は配線、 １０はゲート電極、 １１は高融点金属の下層、 １１Ａは高融点金属膜、 １２は高融点金属化合物の上層、 本全日月の響潰、Σ示澤イ０・１所面７第　　７１Ｍ］ 千導４報１′幻直列（７）学音昨り吋面幻第　　２　　
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＭＯＳトランジスタのゲート電極（１０）が２層で
   構成され、該２層の下層（１１）が高融点金属からなり
   、該２層の上層（１２）が高融点金属の窒化物、炭化物
   あるいは硼化物からなることを特徴とする半導体装置。 ２）ゲート電極に高融点金属を用いたＭＯＳトランジス
   タを具える半導体装置を製造するに際して、ゲート絶縁
   膜（２）上に高融点金属からなる第１膜（１１Ａ）と高
   融点金属の窒化物、炭化物あるいは硼化物からなる第２
   膜（１２Ａ）とをその順に形成する工程と、レジスト（
   ５）をマスクにして第２膜（１２Ａ）及び第１膜（１１
   Ａ）をエッチングする工程とを含んでゲート電極（１０
   ）を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。