JPS62111466A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS62111466A
JPS62111466A JP60249960A JP24996085A JPS62111466A JP S62111466 A JPS62111466 A JP S62111466A JP 60249960 A JP60249960 A JP 60249960A JP 24996085 A JP24996085 A JP 24996085A JP S62111466 A JPS62111466 A JP S62111466A
Authority
JP
Japan
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layer
semiconductor device
titanium
polycrystalline silicon
oxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP60249960A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Mikata
見方 裕一
Toshiro Usami
俊郎 宇佐美
Takeo Maeda
前田 健夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP60249960A priority Critical patent/JPS62111466A/ja
Publication of JPS62111466A publication Critical patent/JPS62111466A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/66Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes
    • H10D64/661Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation
    • H10D64/662Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation the conductor further comprising additional layers, e.g. multiple silicon layers having different crystal structures
    • H10D64/664Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation the conductor further comprising additional layers, e.g. multiple silicon layers having different crystal structures the additional layers comprising a barrier layer between the layer of silicon and an upper metal or metal silicide layer

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体装置に関するもので、特に絶縁ゲート
電界効果トランジスタの電極及び配線部の構造を改良し
た半導体装置に関するものである。
[発明の技術的背景とその問題点] 半導体装置、特に集積回路を構成する素子に対しては、
高い集積度と高速動作とが要求されている。 このよう
な素子である絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下M
oSトランジスタという)の従来例を第3図に基づいて
説明する。 N型半導体基板1の表面層にP+ドレイン
領戚2及びP+ソース領域3が形成される。 ゲート電
極4と基板表面部分のチャネル領域5とは、厚さ 10
0〜500人のゲート酸化II!if 6を中間に挾ん
で対向している。 前記1ないし6で表された部分は、
このPチャネルMOSトランジスタ10の基本的な構成
部分であり、特に電気的に安定な特性を得るためにはゲ
ート酸化膜(S102)6は、清浄で外部汚染を受けな
いことが不可欠とされている。
7は素子分離のためのフィールド酸化膜である。
又保護膜としてCVD−8i O2膜8が堆積される。
 9及び11はそれぞれドレイン領域及びソース領域に
接続するAI配線である。
上記のMOSトランジスタにおいては、ゲート電極4は
多結晶シリコンにより形成されることが多い。 多結晶
シリコンゲート電極4は、P+型のドレイン、ソース領
1ii2.3をセルフアライメントで形成するときのマ
スクとして使用でき、しかもゲート電極4の形成工程復
に、活性化のための高温熱処理を採用できる特徴を有す
る。 MOSトランジスタを使用した集積回路の高集積
化及び高速化に伴い、素子の電極及び配線部の電気抵抗
を減少することが強く望まれている。 多結晶シリコン
層はゲート電極の材料として前述のように好ましい特徴
を持つでいるが、高濃度の不純物をドープしても比抵抗
が10″3ΩCm程度しか下がらない。 そのため微細
な素子では電極配線部の抵抗により高速動作が制限され
る。
このようなことからゲート電極を多結晶シリコン層の代
りに、より抵抗の低い金属又は金属珪化物を用いたり、
又はゲート電極を多結晶シリコン層と、 1種又は複数
の金属珪化物との積層構造(例えば特公昭58−500
6’80)により形成したりすることが行われている。
金属を直接用いる場合は、金属と、シリコン或いは層間
絶縁膜とが熱工程により反応を起こすことが多く、その
後の工程を低温で行わなければならず、用途が限定され
てしまう場合が多い。 金属珪化物を使用する場合、P
t 、Ti 、Mo 、W。
T’ a等の珪化物が使用でき、特にチタニウム珪化物
は抵抗が低いため利用されるが、チタニウム珪化物を直
接用いる場合にも金属と同様の問題点がある。 またチ
タニウム珪化物を多結晶シリコン膜の上に直接積層した
構造では、ゲート酸化膜6のリーク電流が増加し、ゲー
ト酸化1f!i16の耐圧特性を劣化させるという問題
がある。 第4図に従来の多結晶シリコンをゲート電極
材料として用いた場合、第5図に多結晶シリコン層とチ
タニウム珪化物との積層膜を用いた場合のゲート酸化膜
の04圧持竹を示す。 横軸はゲート酸化膜の耐圧を1
 am当たりに換算しメガボルトで表したもので縦軸は
頻度を示す。 この図より明らかなように多結晶シリコ
ン層にチタニウム珪化物を積層した膜では、ゲート酸化
Vの耐圧は低下しバラツキも大となる。 このような耐
圧の悪化は、LSIの歩留りや信頼性を劣化させる。
[発明の目的] 本発明は、前記実情に鑑みてなされたちので、その目的
は、チタニウム珪化物をゲート電極又は配線部の材料と
して用いた場合に、ゲート酸化膜等の耐圧特性の劣化を
起こさない導電体構造を具協する半導体装置を提供する
ことにある。
[発明の概要] 本発明は、例えば半導体基板上にMOSトランジスタが
形成された半導体装置において、非単結晶シリコン層と
、この非単結晶シリコン層上に形成された窒化チタニウ
ム層と、この窒化ヂタニウム層上に形成された高融点金
属珪化物層とからなる積層導電体を、前記半導体基板の
主面上に設けられたゲート電極或いは配線部に使用する
ことを特徴とする半導体装置である。 なお高融点金属
珪化物層としては、チタニウム、タングステン、モリブ
デン、ジルコニウム、タンタルのうちいずれか1種と、
シリコンと結合した金属珪化物又はこれらの混合物であ
ることが好ましい。 このような構造であれば、窒化ヂ
タニウム暦が、活性な例えばチタニウム珪化物に対する
障壁として働き、グー1酸化化股等の耐圧劣化を押さえ
ることが可能である。
[発明の実施例] 本発明について、MOSトランジスタを一実施例とし、
図面に基づき以下説明ザる。 第1図は、本発明による
積層導電体をゲート電極LLとしたPチャネルMoSト
ランジスタの断面図である。
このMOS I−ランジスタは非単結晶シリコン層54
a (この実施例では多結晶シリコン層)と、窒化チタ
ニウム層54bと、高融点金属珪化物層54C(この実
施例ではチタニウム珪化物層)とからなる積層4電体(
グーl−電極)54をN型半導体基板51の一生面上に
ゲート酸化111J56を介して設けたことを特徴とす
る。
次にこのMOSトランジスタの製造方法について説明す
る。 先ず第2図(a )に示すように面方位(100
)のN型シリコン基板51にフィールド酸化膜(S i
 02膜)57を形成すると共に、このフィールド酸化
膜57下の基板51の表面にN型反転防止層63を形成
する。 続いて熱酸化処理を施して、前記フィールド酸
化157で分離された基板51の島領域(素子領域)上
に厚さ100〜500人のゲート酸化膜56を形成する
引き続き同図(b )に示すように、全面にN型不純物
をドープした多結晶シリコン@54aを堆積し、次に例
えばチタンターゲットを窒素雰囲気中でスパッタリング
し、窒化チタニウム層54bを200人形成する。 次
いで、アルゴン雰囲気中で、例えばチタニウム及びシリ
コンをターゲットとしてスパッタリングを行い、チタニ
ウム珪化物層54cを2000X堆積スル。
その後、パターニングを行い、ゲート電極(積層導電体
>548形成した模、このゲート電極54及びフィール
ド酸化膜57をマスクとしてP型不純物、例えばボロン
をイオン注入し、P+のドレイン領域52及びソース領
[53を形成する。
次に第1図に示すように、プラズマCVD (Chem
ical Vapour Deposition )に
より5in2膜62を堆積し続いてcVD−8i○2i
f!58ををM1積した後、コンタクトホール64の開
孔、A1の蒸着、パターニングによりトレイン、ソース
領1iit52.53と、コンタクトホール64を通し
て接続するAI配線59.61を形成してMO8t−ラ
ンジスタを製造する。 上記MOSトランジスタにあっ
ては、多結晶シリコン層54aとチタニウム珪化物層5
4cとの間に窒化チタニウム層54bが存在するため、
これがチタニウム等の拡散に対する障壁となり、ゲート
酸化!I5!56がチタニウム等で劣化することがなく
なり、ゲート酸化膜の信頼性が向上した。 又チタニウ
ム珪化物層の厚さが2000大の場合にシート抵抗は約
1Ω/口と多結晶シリコンを用いた場合の約20分の1
となる。
上記実施例においては本発明をMOSトランジスタのゲ
ート電極の構造に適用した例について説明したが、メモ
リのワード線として用いた場合その低抵抗のため素子の
高速化を実現することができる。 キャパシタ等のその
他の電極又は配線部に適用してもよいことは勿論である
。 また非単結晶シリコン層54aは、多くの場合多結
晶シリコン層であるが、無定形(amorphous 
)シリコン層であっても差し支えない。 又高融点金属
としてはチタニウム(Ti)、タングステン(W)、モ
リブデン(MO) 、ジルコニウム(Zr)、タンタル
(Ta )から選択することが好ましいが、ハフニウム
(ト1r)、バナジウム(V)、ニオビウム(Nb )
 、クロム(Cr )等の高融点金属も選択できる。
[発明の効果コ 本発明の積層導電体をMOSトランジスタのゲート電極
に適用したときのゲート酸化膜の耐圧特性を第6図に示
す。 この耐圧特性は、′M4図に示す多結晶シリコン
をゲート電極材料として用いた場合の従来例とほぼ等し
く、多結晶シリコン層上にチタニウム珪化物を積層した
構造の場合よりはゲート酸化膜の耐圧特性は著しく改善
される。
以上のように本発明によれば、ゲート酸化膜の劣化がな
く且つ低抵抗の電極及び配線構造を形成することかでき
、LSI素子等の歩留り、信頼性及び性能を大幅に向上
させることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例であるMOSトランジスタの断
面図、第2図(a )及び(b)は第1図のMOSトラ
ンジスタの製造工程の一部を示す断面図、第3図は従来
のMOSトランジスタの断面図、第4図及び第5図は従
来のMOSトランジスタのゲート酸化膜の耐圧特性、第
6図は本発明のMOSトランジスタのゲート酸化膜の耐
圧特性である。 1.51・・・半導体塞板、 4・・・多結晶シリコン
ゲート電極、 5,55・・・チャネル領域、 6゜5
6・・・ゲート酸化膜、 54−・・積層導電体くゲ−
上電極)、 571a・・・非単結晶シリコン層(多結
晶シリコン層)、 54b・・・窒化チタニウム層、5
4c・・・高融点金属珪化物層(チタニウム珪化物層)
。 特許出願人 株式会社 東  芝 第1図 第2図 第3A @fz (M V/CffL) 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 非単結晶シリコン層と、この非単結晶シリコン層上
    に形成された窒化チタニウム層と、この窒化チタニウム
    層上に形成された高融点金属珪化物層とからなる積層導
    電体を、半導体基板の一主面上に設けたことを特徴とす
    る半導体装置。 2 前記半導体装置が絶縁ゲート電界効果トランジスタ
    であり、前記積層導電体が前記トランジスタの電極又は
    配線部を構成するものである特許請求の範囲第1項記載
    の半導体装置。 3 前記高融点金属珪化物層は、チタニウム、タングス
    テン、モリブデン、ジルコニウム、タンタルのうちいず
    れか1種とシリコンと結合した金属珪化物、又はこれら
    の混合物である特許請求の範囲第1項又は第2項記載の
    半導体装置。
JP60249960A 1985-11-09 1985-11-09 半導体装置 Pending JPS62111466A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62248260A (ja) * 1986-02-20 1987-10-29 テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド 不活性化二重誘電体ゲ−ト装置とその製法
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US5164333A (en) * 1990-06-19 1992-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a multi-layer gate electrode for a mos transistor
WO2002065523A1 (en) * 2001-02-12 2002-08-22 Advanced Micro Devices, Inc. Gate electrode silicidation layer

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