JPH0580820B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0580820B2 JPH0580820B2 JP58225060A JP22506083A JPH0580820B2 JP H0580820 B2 JPH0580820 B2 JP H0580820B2 JP 58225060 A JP58225060 A JP 58225060A JP 22506083 A JP22506083 A JP 22506083A JP H0580820 B2 JPH0580820 B2 JP H0580820B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- melting point
- point metal
- film
- high melting
- metal film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、MIS電界効果型半導体装置の製造方
法に関し、特に高融点金属のゲート電極を有する
MIS(Metal Insulatar Semiconductor)電界効
果半導体装置の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an MIS field effect semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing an MIS field effect semiconductor device having a gate electrode made of a high melting point metal.
This invention relates to a method for manufacturing an MIS (Metal Insulatar Semiconductor) field effect semiconductor device.
技術の背景
近年、ゲート電極、その他配線にモリブデン
(Mo)、タングステン(W)などの高融点金属が
用いられている。Background of the Technology In recent years, high melting point metals such as molybdenum (Mo) and tungsten (W) have been used for gate electrodes and other wiring.
その理由は、それ等金属材料が多結晶シリコン
等に比較して低抵抗であるから装置の高速化に寄
与できること、精密なパターニングが可能である
など加工性に優れていること、電極・配線形成後
の熱処理温度に充分耐え得ることなどが主なもの
である。 The reasons for this are that these metal materials have lower resistance than polycrystalline silicon etc., which contributes to higher speed devices, that they have excellent processability such as the ability to perform precise patterning, and that they have excellent processability, such as the ability to form electrodes and wiring. The main requirement is that it can sufficiently withstand the subsequent heat treatment temperature.
ところが、例えばモリブデン(Mo)をMIS電
界効果トランジスタのゲート電極として用いた場
合、シリコン(Si)・二酸化シリコン(SiO2)界
面の準位が増したり、可動イオンの影響で閾値電
圧(Vth)が印加電圧に依つて動くなど、安定性
が低下する問題を生じる。 However, for example, when molybdenum (Mo) is used as the gate electrode of a MIS field effect transistor, the level at the silicon (Si)/silicon dioxide (SiO 2 ) interface increases, and the threshold voltage (Vth) decreases due to the influence of mobile ions. This causes a problem of decreased stability, such as movement depending on the applied voltage.
その原因は、装置の製造工程に於ける汚染であ
る。例えばフオト・レジストを用いて高融点金属
皮膜をパターニングする工程に於いて、そのフオ
ト・レジスト、現像液、レジスト剥離液に含まれ
るアルカリ・イオン、例えばナトリウム・イオン
(Na+)、カリウム・イオン(K+)、その他重金属
などが二酸化シリコンのゲート絶縁膜中に侵入す
るものである。 The cause is contamination during the manufacturing process of the device. For example, in the process of patterning a high-melting point metal film using a photoresist, alkali ions, such as sodium ions (Na + ), potassium ions ( K + ) and other heavy metals invade the silicon dioxide gate insulating film.
即ち、Mo,Wなどの体心立方格子(bcc)結
晶構造を有する金属は、柱状結晶を作り易い。 That is, metals having a body-centered cubic lattice (BCC) crystal structure, such as Mo and W, easily form columnar crystals.
ところで、装置のソース領域、ドレイン領域を
ゲート電極のマスクを利用したセルフ・アライン
メント方式で形成すると、拡散或いはイオン注入
された不純物を活性化する為に高温の熱処理工程
を必要とする。このとき、高融点金属のゲート電
極表面が汚染されていると、その汚染物質は、柱
状結晶の結晶粒界に沿つて拡散し、容易に二酸化
シリコンのゲート絶縁膜中に入り込むものであ
る。これに依り、前記したような不安定性が生じ
ることは良く知られている。 By the way, if the source and drain regions of the device are formed by a self-alignment method using a gate electrode mask, a high temperature heat treatment process is required to activate the diffused or ion-implanted impurities. At this time, if the surface of the high melting point metal gate electrode is contaminated, the contaminant diffuses along the grain boundaries of the columnar crystals and easily enters the silicon dioxide gate insulating film. It is well known that this causes instability as described above.
このような不安定性を除手段として、従来、高
融点金属膜の上にガラス膜を重ねて形成すること
により、例えばフオト・リソグラフイ工程等にお
いて汚染物質が高融点金属膜中へ侵入することを
防止することが提案されている。 Conventionally, as a means to eliminate such instability, a glass film is formed on top of a high-melting point metal film to prevent contaminants from penetrating into the high-melting point metal film during, for example, photolithography processes. It is proposed to prevent
しかしながら、前記ガラス膜を形成する工程
は、通常数100〔℃〕以上の熱工程を伴うために、
かかる熱処理の際に高融点金属中に汚染物質が導
入される危険性が高く、十分な方法ではなかつ
た。 However, since the process of forming the glass film usually involves a thermal process of several hundred degrees Celsius or more,
There is a high risk that contaminants will be introduced into the high melting point metal during such heat treatment, and this method is not sufficient.
発明の目的
本発明は高融点金属を材料とする電極・配線を
有し、しかも、Na+などの汚染がない装置を容易
に製造する方法を提供しようとするものである。OBJECTS OF THE INVENTION The present invention provides a method for easily manufacturing a device that has electrodes and wiring made of a high-melting point metal and is free from contamination such as Na + .
発明の構成
このため、本発明によれば、半導体基板上に高
融点金属層を形成し、次いで前記高融点金属膜上
に被着及び除去の容易な金属膜を選択的に形成
し、次いで前記金属膜をマスクとして前記高融点
金属層を選択的に除去してゲート電極を形成し、
次いで前記ゲート電極をマスクとして前記半導体
基板中に不純物を導入してソース領域及びドレイ
ン領域を形成し、しかる後前記金属膜を除去する
工程を有するMIS電界効果半導体装置の製造方法
が提供される。Structure of the Invention Therefore, according to the present invention, a high melting point metal layer is formed on a semiconductor substrate, a metal film that is easy to adhere and remove is selectively formed on the high melting point metal film, and then the selectively removing the high melting point metal layer using the metal film as a mask to form a gate electrode;
A method for manufacturing an MIS field effect semiconductor device is provided, which includes the steps of: next, using the gate electrode as a mask, impurities are introduced into the semiconductor substrate to form a source region and a drain region, and then the metal film is removed.
以下、本発明を実施例をもつて詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using examples.
発明の実施例
第1図参照
(1) 比抵抗が例えば7〜10〔Ω−cm〕であるp型
シリコン(Si)半導体基板1上に通常の選択的
熱酸化法を適用して厚さ4000〜8000〔Å〕の二
酸化シリコン(SiO2)フイールド用絶縁膜2
を成長させる。Embodiments of the Invention See Figure 1 (1) A p-type silicon (Si) semiconductor substrate 1 having a specific resistance of, for example, 7 to 10 [Ω-cm] is coated with a thickness of 4000 mm by applying a conventional selective thermal oxidation method. ~8000 [Å] silicon dioxide (SiO 2 ) field insulation film 2
grow.
(2) 通常の熱酸化法を適用して、厚さ例えば100
〜500〔Å〕のゲート絶縁膜2Gを形成する。(2) Apply the normal thermal oxidation method to a thickness of, for example, 100 mm.
A gate insulating film 2G of ~500 [Å] is formed.
第2図参照
(3) 例えば電子ビーム蒸着法を適用し、厚さ例え
ば3000〜5000〔Å〕のモリブデン(Mo)層3
を形成する。この際の蒸着室内に於ける真空度
は1×10-6〔Torr〕、蒸着速度は15〜20〔Å/
秒〕とされる。See Figure 2 (3) For example, by applying an electron beam evaporation method, a molybdenum (Mo) layer 3 with a thickness of, for example, 3000 to 5000 [Å] is applied.
form. At this time, the degree of vacuum in the deposition chamber was 1×10 -6 [Torr], and the deposition rate was 15 to 20 [Å/
seconds].
第3図参照
(4) 例えば真空蒸着法を適用して、アルミニウム
(A)膜4を厚さ例えば300〜800〔Å〕程度に
形成する。Refer to FIG. 3 (4) For example, by applying a vacuum evaporation method, an aluminum (A) film 4 is formed to a thickness of, for example, about 300 to 800 [Å].
第4図参照
(5) 通常のフオト・リソグラフイ技術を適用し、
先ずフオト・レジスト(例えばAZ−1350:米
国シツプレイ社製)マスク5を厚さ例えば5000
〔Å〕〜1〔μm〕程度に形成する。See Figure 4 (5) Applying normal photolithography technology,
First, a photoresist (e.g. AZ-1350, manufactured by Shitsuprey Co., Ltd., USA) mask 5 is applied to a thickness of, e.g. 5000 mm.
It is formed to a thickness of approximately [Å] to 1 [μm].
第5図参照
(6) 前記フオト・レジスト・マスク5を利用し、
アルミニウム(A)膜4及びモリブデン
(Mo)層3をパターニングする。これに依り
モリブデン(Mo)ゲート電極3Gが形成され
る。See Figure 5 (6) Using the photo resist mask 5,
The aluminum (A) film 4 and molybdenum (Mo) layer 3 are patterned. As a result, a molybdenum (Mo) gate electrode 3G is formed.
第6図参照
(7) フオト・レジスト・マスク5を除去してから
イオン注入法を適用し、n+型ソース領域及び
n+型ドレイン領域形成用のドナー不純物を注
入する。See Figure 6 (7) After removing the photoresist mask 5, ion implantation is applied to form the n + type source region and
Donor impurities for forming an n + type drain region are implanted.
この時の注入イオンは、砒素イオン(As+)、
注入エネルギー150〔KeV〕、ドーズ量1〜5×
1015〔cm-2〕とされる。 The implanted ions at this time are arsenic ions (As + ),
Injection energy 150 [KeV], dose 1-5×
10 15 [cm -2 ].
第7図参照
(8) アルミニウム膜4を除去してから、例えば温
度900〜1100〔℃〕、窒素(N2)、雰囲気、時間
15〜20〔分〕の熱処理を行なう。See Figure 7 (8) After removing the aluminum film 4, for example, at a temperature of 900 to 1100 [°C], nitrogen (N 2 ), atmosphere, and time.
Heat treatment for 15 to 20 minutes.
かかる熱処理により、前記注入イオンが活性化
され、n+型ソース領域6S及びn+型ドレイン領
域6Dが形成される。 Through this heat treatment, the implanted ions are activated, and an n + type source region 6S and an n + type drain region 6D are formed.
第8図参照
(9) 化学気相成長法を適用し、例えば二酸化シリ
コン絶縁膜7を形成する。Refer to FIG. 8 (9) For example, a silicon dioxide insulating film 7 is formed by applying chemical vapor deposition.
(10) 通常のフオト・リソグラフイ技術、蒸着法な
どを適用し、電極コンタクト窓の形成、例えば
アルミニウム(A)膜の形成、該アルミニウ
ム膜のパターニングを行なつて、ソース電極8
S、ドレイン電極8D、ゲート電極8Gを形成
する。(10) Applying ordinary photolithography technology, vapor deposition method, etc., form an electrode contact window, for example, form an aluminum (A) film, and pattern the aluminum film to form a source electrode 8.
A drain electrode 8D and a gate electrode 8G are formed.
前記実施例ではモリブデン(Mo)層3をパタ
ーニングするのにフオト・レジスト・マスク5を
用いているが、その間にアルミニウム膜4が介在
しているので汚染物質はそこで阻止され、モリブ
デン(Mo)層3に達することはなく、勿論ゲー
ト絶縁膜2G中の入り込まれることもない。 In the above embodiment, a photoresist mask 5 is used to pattern the molybdenum (Mo) layer 3, but since the aluminum film 4 is interposed between them, contaminants are blocked there, and the molybdenum (Mo) layer 3 is 3 and, of course, does not penetrate into the gate insulating film 2G.
そして、モリブデン(Mo)層3のパターニン
グ後、高温熱処理前にアルミニウム層4はその表
面の汚染物質とともに除去されてしまう。 After patterning the molybdenum (Mo) layer 3 and before high-temperature heat treatment, the aluminum layer 4 is removed together with the contaminants on its surface.
尚、アルミニウム膜4に代替し得る物質として
は、ピスマス(Bi)、鉛(Pb)、インジウム
(In)、銅(Cu)、アンチモン(Sb)など、蒸着並
びに除去が容易である金属を選択することができ
る。 As a material that can be substituted for the aluminum film 4, metals that are easy to deposit and remove, such as pismuth (Bi), lead (Pb), indium (In), copper (Cu), and antimony (Sb), are selected. be able to.
これらの物質は、被処理体を加熱することな
く、通常の抵抗加熱方式の真空蒸着法によつて被
着形成することができる。従つてゲート電極を構
成する高融点金属層中への汚染物質の侵入を招来
しない。 These substances can be deposited and formed by a normal resistance heating type vacuum deposition method without heating the object to be processed. Therefore, contaminants do not enter into the high melting point metal layer constituting the gate electrode.
さて、前記のようにして作製した装置及び従来
装置に於ける二酸化シリコン・ゲート絶縁膜中の
可動イオン量を測定すると、本発明方法に依る場
合には1×1010〔cm-2〕以下であり、レジストと
高融点金属を直接接触させる従来方法に依る場合
には1×1012〔cm-2〕以上であつた。 Now, when measuring the amount of mobile ions in the silicon dioxide gate insulating film in the device fabricated as described above and in the conventional device, it is less than 1×10 10 [cm -2 ] when the method of the present invention is used. However, when using the conventional method of directly contacting the resist with a high-melting point metal, it was 1×10 12 [cm -2 ] or more.
この可動イオン量の測定は、窒素雰囲気中にお
ける温度900〔℃〕時間20分の熱処理後に絶縁膜中
を流れるイオン電流を測定することにより行つ
た。 The amount of mobile ions was measured by measuring the ion current flowing through the insulating film after heat treatment at 900° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.
発明の効果
以上の説明で判るように、本発明に依れば、高
融点金属のゲート電極を有するMIS電界効果半導
体装置を製造する際、半導体基板上に高融点金属
層を形成し、その上にアルミニウムなどの金属膜
を形成し、その金属膜をパターニングしこれをマ
スクとして前記高融点金属層のパターニングを行
なつてゲート電極に形成し、その後は該金属膜を
その表面の汚染物質とともに除去するようにして
いるので、ゲート絶縁膜中の可動イオン量は大幅
に減少し、Si−SiO2界面の準位が増したり、印
加電圧に依つて閾値電圧(Vth)が変動するなど
の不安定性を解消した装置を得ることができる。
また柱状の結晶構造を有する高融点金属層の表面
がイオンにさらされることがないため、当該MIS
電界効果半導体装置の閾値電圧(Vth)の制御
性、安定性を高めることができる。Effects of the Invention As can be seen from the above explanation, according to the present invention, when manufacturing a MIS field effect semiconductor device having a gate electrode of a high melting point metal, a high melting point metal layer is formed on a semiconductor substrate, and a high melting point metal layer is formed on the semiconductor substrate. A metal film such as aluminum is formed on the surface, the metal film is patterned, and the high melting point metal layer is patterned using this as a mask to form a gate electrode, and then the metal film is removed together with the contaminants on its surface. As a result, the amount of mobile ions in the gate insulating film decreases significantly, increasing the level at the Si-SiO 2 interface and causing instability such as threshold voltage (Vth) fluctuations depending on the applied voltage. It is possible to obtain a device that eliminates this problem.
In addition, since the surface of the high melting point metal layer with a columnar crystal structure is not exposed to ions, the MIS
Controllability and stability of the threshold voltage (Vth) of a field effect semiconductor device can be improved.
第1図乃至第8図は本発明一実施例を説明する
為の工程要所に於ける半導体装置の要部側断面図
である。
図に於いて、1は半導体基板、2はフイールド
用絶縁膜、2Gはゲート絶縁膜、3Gは高融点金
属ゲート電極、4はアルミニウム膜(金属膜)、
5はフオト・レジスト・マスク、6Sはソース領
域、6Dはドレイン領域、7は絶縁膜、8Sはソ
ース電極、8Dはドレイン電極、8Gはゲート電
極である。
1 to 8 are side cross-sectional views of essential parts of a semiconductor device at key points in the process for explaining one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a field insulating film, 2G is a gate insulating film, 3G is a high melting point metal gate electrode, 4 is an aluminum film (metal film),
5 is a photoresist mask, 6S is a source region, 6D is a drain region, 7 is an insulating film, 8S is a source electrode, 8D is a drain electrode, and 8G is a gate electrode.
Claims (1)
で前記高融点金属膜上に被着及び除去の容易な金
属膜を選択的に形成し、次いで前記金属膜をマス
クとして前記高融点金属層を選択的に除去してゲ
ート電極を形成し、次いで前記ゲート電極をマス
クとして前記半導体基板中に不純物を導入してソ
ース領域及びドレイン領域を形成し、しかる後前
記金属膜を除去する工程を有することを特徴とす
るMIS電界効果半導体装置の製造方法。1. Forming a high melting point metal layer on a semiconductor substrate, then selectively forming a metal film that is easy to adhere and remove on the high melting point metal film, and then using the metal film as a mask to form the high melting point metal layer. selectively removing the metal film to form a gate electrode, then introducing impurities into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to form a source region and a drain region, and then removing the metal film. A method for manufacturing a MIS field effect semiconductor device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58225060A JPS60116175A (en) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | Manufacture of mis field effect semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58225060A JPS60116175A (en) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | Manufacture of mis field effect semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60116175A JPS60116175A (en) | 1985-06-22 |
| JPH0580820B2 true JPH0580820B2 (en) | 1993-11-10 |
Family
ID=16823409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58225060A Granted JPS60116175A (en) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | Manufacture of mis field effect semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60116175A (en) |
-
1983
- 1983-11-29 JP JP58225060A patent/JPS60116175A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60116175A (en) | 1985-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4459739A (en) | Thin film transistors | |
| JPS6246989B2 (en) | ||
| JPS5999717A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| US4422090A (en) | Thin film transistors | |
| JPS6338871B2 (en) | ||
| JPH04170067A (en) | Manufacture of c-mos transistor | |
| JPH0580820B2 (en) | ||
| JPS6161544B2 (en) | ||
| JPS6141130B2 (en) | ||
| JPS6259467B2 (en) | ||
| JPS6159671B2 (en) | ||
| JPH0556026B2 (en) | ||
| JP4160174B2 (en) | Semiconductor device | |
| JPH05175231A (en) | Thin film transistor and manufacture of thin film transistor | |
| JP3070090B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP4174886B2 (en) | Method for manufacturing polycrystalline silicon layer and method for manufacturing semiconductor device | |
| JPS6210033B2 (en) | ||
| JP3070088B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH0258771B2 (en) | ||
| JPH0536911A (en) | Three-dimensional circuit element and manufacture thereof | |
| JPS609120A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPH0433129B2 (en) | ||
| JPH04306882A (en) | Mos transistor and manufacture thereof | |
| JPS5832469A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
| JPH055172B2 (en) |