JPH0580820B2 - - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、本発明を実施例をもつて詳細に説明す
る。

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。

(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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

(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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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ことを特徴とす
   るMIS電界効果半導体装置の製造方法。