JPH04348519A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04348519A
JPH04348519A JP12062191A JP12062191A JPH04348519A JP H04348519 A JPH04348519 A JP H04348519A JP 12062191 A JP12062191 A JP 12062191A JP 12062191 A JP12062191 A JP 12062191A JP H04348519 A JPH04348519 A JP H04348519A
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JP
Japan
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film
polysilicon film
thin film
polysilicon
gate oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP12062191A
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English (en)
Inventor
Shuzo Sasaki
佐々木 修三
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にW膜をゲート電極として用いたMOSトラン
ジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に示す工程順の断面図を用いて、従
来のシリコンゲート型MOSトランジストタの製造方法
を説明する。
【0003】まず、Si基板1表面に数十nmの厚さの
ゲート酸化膜2を熱酸化により形成する〔図3(A)〕
。次に、減圧気相成長法によりゲート酸化膜2表面にポ
リシリコン膜3を400〜600nm堆積し、ポリシリ
コン膜3に不純物を拡散してポリシリコン膜3のシート
抵抗を低減させる〔図3(B)〕。続いて、フォトリソ
グラフィ技術およびドライエッチング技術を用いてポリ
シリコン膜3のパターン加工を行ない、ゲート電極とな
るポリシリコン膜3aを形成する〔図3(C)〕。引き
続いて、ポリシリコン膜3aをマスクとしてSi基板1
に不純物のイオン注入を行ない、900〜1000℃の
不活性ガス雰囲気で熱処理を行ない、ソース・ドレイン
領域4を形成する〔図3(D)〕。
【0004】しかしながら、半導体素子の微細化の進展
と共にゲート酸化膜2が薄膜化されてくると、ゲート電
極であるポリシリコン膜3a中の不純物によるゲート酸
化膜2の突き抜けが発生し、電気的特性への影響が無視
できなくなる。このため、ポリシリコン膜3への不純物
拡散を低濃度化する必要が生じる。このようにするとポ
リシリコン膜3aのシート抵抗は増大し、ひいては半導
体装置の動作速度の低下,および発熱量の増大をもたら
す。あるリン拡散条件におけるポリシリコン膜3のシー
ト抵抗のポリシリコン膜厚依存性を、図5に示す。同図
からも明かなように、微細化に伴ないポリシリコン膜3
の膜厚が薄くなると、シート抵抗はポリシリコン膜厚に
反比例して増大し、上述した問題点はさらに強調される
【0005】このため近年では、半導体素子の微細化,
高速化の要求に応える手段として、図4の工程順の断面
図に示すような製造方法により形成されたポリサイドゲ
ート型MOSトランジストタが採用されている。
【0006】この方法では、まず、Si基板1表面に2
0nm前後の厚さのゲート酸化膜2を熱酸化により形成
する〔図4(A)〕。次に、減圧気相成長法によりゲー
ト酸化膜2表面にポリシリコン膜3を150〜200n
m堆積し、ポリシリコン膜3に適度の不純物を拡散する
〔図4(B)〕。その後、スパッタリング法によりWS
i膜5を150〜200nm程度成膜する〔図4(C)
〕。続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッ
チング技術を用いてWSi膜5,ポリシリコン膜3のパ
ターン加工を行ない、ゲート電極となるWSi膜5a,
ポリシリコン膜3aを形成する〔図4(D)〕。 引き続いて、WSi膜5a,ポリシリコン膜3aをマス
クとしてSi基板1に不純物のイオン注入を行ない、9
00〜1000℃の不活性ガス雰囲気で熱処理を行ない
、ソース・ドレイン領域4を形成すると同時にWSi膜
5aのアニーリングを行なう〔図4(E)〕。
【0007】この方法により得られたWSi膜5a,お
よびポリシリコン膜3aからなるゲート電極のシート抵
抗は、5Ω/□程度である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の製造方
法によるポリサイドゲート型MOSトランジスタでは、
ゲート電極形成のためのドライエッチング時にWSi膜
5とポリシリコン膜3との異質な膜を同時にエッチング
しなければならず、エッチング形状が良好で,かつエッ
チング寸法精度の良いエッチング条件を設定するのが困
難である。また、ポリシリコン膜3は、WSi膜5に比
べて比抵抗がかなり高いため、電気伝導にはあまり寄与
せず、縦方向の微細化阻止要因として働くという問題が
あった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板表面にゲート酸化膜を形成する工
程と、減圧気相成長法によりシリコン薄膜を堆積する工
程と、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング
技術によりシリコン薄膜を微細パターンに加工する工程
と、微細パターンに加工されたシリコン薄膜の表面を酸
化する工程と、WF6 ガスによるSi還元反応を用い
て表面が酸化されたシリコン薄膜をW薄膜に置換する工
程と、W薄膜をマスクとして不純物イオン注入を行なう
工程と、を具備している。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。図1は本発明の第1の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
【0011】まず、図1(A)に示すように、Si基板
1表面に20nm前後の厚さのゲート酸化膜2を熱酸化
により形成する。次に、図1(B)に示すように、減圧
気相成長法によりゲート酸化膜2表面にポリシリコン膜
3を150〜200nm堆積する。次に、図1(C)に
示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッ
チング技術を用いてポリシリコン膜3のパターン加工を
行ない、ポリシリコン膜3aを形成する。その後、熱H
NO3 液に沈潜し、ポリシリコン膜3aの表面を11
〜15オングストローム程度酸化する。続いて、図1(
D)に示すように、WF6 ガスによるSi還元反応を
用いて、ポリシリコン膜3aの殆どをW膜6に置換する
。W膜6はゲート電極となる。引き続いて、図1(E)
に示すように、置換されたW膜6をマスクにしてSi基
板1に不純物のイオン注入を行ない、900〜1000
℃の不活性ガス雰囲気で熱処理を行ない、ソース・ドレ
イン領域4を形成する。
【0012】上述のWF6 ガスによるSi還元反応を
用いたポリシリコン膜3aのW膜6への置換は、1To
rr前後の減圧雰囲気で、不活性ガスにより希釈された
WF6 ガスの分圧を数〜数mTorrに制御し、Si
基板1を約30分,300℃に加熱することで行なわれ
る。
【0013】また、WF6 ガスによるSi還元反応に
先立つポリシリコン膜3aの11〜15オングストロー
ム程度の表面酸化は、熱HNO3 液への沈潜の他に、
別の薬品処理,例えばNH4 OH+H2O2 +H2
 O溶液への沈潜等によっても達成できる。より高精度
な酸化膜厚コントロールのために、ポリシリコン膜3a
の表面酸化の直前に、希釈HF液によりポリシリコン膜
3a表面の自然酸化膜の除去を実施することも有効であ
る。但しこの場合、Si基板1を覆っているゲート酸化
膜2を除去し過ぎないように、自然酸化膜のエッチング
量は50オングシトローム以下に抑えることが望ましい
。ポリシリコン膜3aの表面酸化は、ドライO2 ガス
による熱酸化法によっても可能である。但しこの場合、
WF6 ガスによるSi還元反応を用いたポリシリコン
膜3aのW膜6への置換は、Si基板1を450℃以上
に加熱して行なわなければならない。
【0014】以上述べたポリシリコン膜3aのWF6 
ガスによるSi還元反応を用いたW膜6への置換は、小
林らによって月刊セミコンダクター・ワールド(月刊S
emiconductor  World)1989年
,4月号,37〜42ページに紹介されているもので、
通常10nm程度のW膜への置換で抑制されてしまうW
F6 ガスによるSi還元反応を、ポリシリコン膜の表
面に薄い酸化膜を形成することにより、W膜への置換を
μm単位まで可能にした手法によっている。
【0015】本実施例において形成されるW膜6は若干
ポーラスであり、比抵抗は70〜120μΩcmであり
、200nmの膜厚のW膜6のシート抵抗は3.6〜6
Ω/□となり、従来のポリサイドゲートのシート抵抗と
同程度となる。ポリシリコン膜3aをW膜6に置換した
場合、パターン寸法に若干の変動が生じるが、微細パタ
ーンにおいては問題無いレベルである。
【0016】本実施例においては、ポリシリコン膜を例
にして説明してきたが、ポリシリコン膜の代りにアモル
ファスシリコン膜を用いても良い。また、ポリシリコン
膜3aのW膜6への置換終了後、WF6 ガスの希釈用
としての不活性ガスの代りにH2 ガスを短時間導入し
、H2 還元反応を用いたWの選択気相成長法を行ない
、W膜6の表面を10nm程度被覆すれば、ソース・ド
レイン領域4形成のための不純物イオン注入時のW膜6
のマスク性はさらに向上する。
【0017】図2は本発明の第2の実施例を説明するた
めの主要工程順の断面図である。本実施例は、第1の実
施例における図1(D)に示した工程までは、第1の実
施例と同じである。
【0018】WF6 ガスによるSi還元反応によりポ
リシリコン膜をW膜6へ置換した後、図2(A)に示す
ように、W膜6をマスクにしてSi基板1に低濃度不純
物のイオン注入を行ない、900〜1000℃の不活性
ガス雰囲気で熱処理を行ない、低濃度接合領域7を形成
する。次に、図2(B)に示すように、WF6 +H2
 ガスによるWF6 のH2 還元反応,あるいはWF
6 +SiH4 ガスによるWF6 のSiH4 還元
反応を用いたWの選択気相成長法により、W膜6の表面
に150〜200nm程度のW膜8を追加成長する。続
いて、図2(C)に示すように、Si基板1に不純物の
イオン注入を行ない、900〜1000℃の不活性ガス
雰囲気で熱処理を行ない、ソース・ドレイン領域4を形
成する。
【0019】本実施例では、第1の実施例にH2 還元
反応,あるいはSiH4 還元反応を用いたWの選択気
相成長工程を追加するだけで、容易にLDD構造のMO
Sトランジスタを形成できるのいう利点がある。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体装
置の製造方法において、ゲート酸化膜表面に形成された
シリコン薄膜をパターンに加工し、このシリコン薄膜の
表面を酸化した後、WF6 ガスによるSi還元反応を
用いてシリコン薄膜をW薄膜に置換してWゲート電極を
有するMOSトランジスタを形成することにより、ゲー
ト電極のシート抵抗を5Ω/□程度の低抵抗値に維持し
ながら半導体装置の縦方向の微細化を可能にするという
効果がある。また、単層で,かつ薄いシリコン薄膜を加
工するだけなので、微小寸法の高集積化の実現が可能で
あるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための断面図
である。
【図3】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
グラフである。
【符号の説明】
1    Si基板 2    ゲート酸化膜 3,3a    ポリシリコン膜 4    ソース・ドレイン領域 5,5a    WSi膜 6,8    W膜 7    低濃度接合領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板表面にゲート酸化膜を形成
    する工程と、減圧気相成長法によりシリコン薄膜を堆積
    する工程と、フォトリソグラフィ技術およびドライエッ
    チング技術により、前記シリコン薄膜を微細パターンに
    加工する工程と、微細パターンに加工された前記シリコ
    ン薄膜の表面を酸化する工程と、WF6ガスによるSi
    還元反応を用いて、表面が酸化された前記シリコン薄膜
    をW薄膜に置換する工程と、前記W薄膜をマスクとして
    、不純物イオン注入を行なう工程と、を具備することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
JP12062191A 1991-05-27 1991-05-27 半導体装置の製造方法 Pending JPH04348519A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06326052A (ja) * 1993-05-14 1994-11-25 Nec Corp 薄膜形成法
WO2017000670A1 (zh) * 2015-07-02 2017-01-05 无锡华润上华科技有限公司 钨膜的沉积方法

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