JP3057435B2 - 半導体デバイスの電極保護膜の形成方法 - Google Patents
半導体デバイスの電極保護膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
耐食性及び耐酸化性を向上させた電極保護膜の形成方法
に関する。
耐食性及び耐酸化性を向上させた電極保護膜の形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＯＳデバイスにおける電極配線は、ゲ
ート電極、ソース／ドレイン不純物拡散領域、コンタク
ト及び各素子を相互接続するために用いられる。一般的
にはアルミニウムで形成されることが多い。デバイス寸
法を小さくし、電源電圧を少なくすると電極配線の特性
が影響を受ける。ゲート電極においては抵抗が増加する
から、信号伝達遅延時間が増加してデバイスの動作速度
の低下をもたらす。また、コンタクトにおいては抵抗が
増加するとともに電流密度が増加するので、配線として
の信頼性が低下する。更に、配線における抵抗増や電流
密度の増加がエレクトロマイグレーションをもたらし、
配線の信頼性が低下する。メモリにおいては、ゲート電
極は、同時にワード線としても使用されるので、抵抗率
の低い材料を使用しなければならない。
ート電極、ソース／ドレイン不純物拡散領域、コンタク
ト及び各素子を相互接続するために用いられる。一般的
にはアルミニウムで形成されることが多い。デバイス寸
法を小さくし、電源電圧を少なくすると電極配線の特性
が影響を受ける。ゲート電極においては抵抗が増加する
から、信号伝達遅延時間が増加してデバイスの動作速度
の低下をもたらす。また、コンタクトにおいては抵抗が
増加するとともに電流密度が増加するので、配線として
の信頼性が低下する。更に、配線における抵抗増や電流
密度の増加がエレクトロマイグレーションをもたらし、
配線の信頼性が低下する。メモリにおいては、ゲート電
極は、同時にワード線としても使用されるので、抵抗率
の低い材料を使用しなければならない。
【０００３】特に、デザインルールがサブミクロンにま
で小型化するのに伴い、微細化による配線抵抗Ｒの増加
と配線ピッチの縮小による容量増大の上昇効果とに応ず
るＲＣの伝達遅延の問題が発生する。このような問題に
起因して、デザインルールが１μｍ以下である場合に、
一般にゲート電極の材料として使用するポリシリコンを
そのまま使用すると、高集積化による動作速度の向上効
果が無くなり、動作速度及び信頼性で問題を発生させ
る。これは、ドープされたポリシリコンの固有抵抗（抵
抗率)が２００μΩ・ｃｍ以上であるからである。
で小型化するのに伴い、微細化による配線抵抗Ｒの増加
と配線ピッチの縮小による容量増大の上昇効果とに応ず
るＲＣの伝達遅延の問題が発生する。このような問題に
起因して、デザインルールが１μｍ以下である場合に、
一般にゲート電極の材料として使用するポリシリコンを
そのまま使用すると、高集積化による動作速度の向上効
果が無くなり、動作速度及び信頼性で問題を発生させ
る。これは、ドープされたポリシリコンの固有抵抗（抵
抗率)が２００μΩ・ｃｍ以上であるからである。
【０００４】従って、抵抗を減少させるための技術とし
て、比較的にステップカバレージ特性が優秀で且つ固有
抵抗が約１００μΩ・ｃｍであるＷＳｉｘ膜をポリシリ
コン上に蒸着して電極として使用する技術が提案され
た。すなわち、ポリサイド（ポリシリコン＋高融点金属
シリサイド）を電極として使用するようになった。しか
し、上述したように、固有抵抗が約１００μΩ・ｃｍで
あるＷＳｉｘ膜もやはり電極のデザインルールが約０．
５μｍの線幅以下ではその効用性を失うことが知られて
いる。かかる問題を解決するための方法として、タング
ステンＷ（固有抵抗１０μΩ・ｃｍ以下）、ＴｉＳｉ2
（固有抵抗２０μΩ・ｃｍ以下）、ＣＯＳｉ2 （固有抵
抗２０μΩ・ｃｍ以下）、そしてＴｉＮ（固有抵抗３０
μΩ・ｃｍ以下）のような材料を利用した研究が盛んに
行われている。
て、比較的にステップカバレージ特性が優秀で且つ固有
抵抗が約１００μΩ・ｃｍであるＷＳｉｘ膜をポリシリ
コン上に蒸着して電極として使用する技術が提案され
た。すなわち、ポリサイド（ポリシリコン＋高融点金属
シリサイド）を電極として使用するようになった。しか
し、上述したように、固有抵抗が約１００μΩ・ｃｍで
あるＷＳｉｘ膜もやはり電極のデザインルールが約０．
５μｍの線幅以下ではその効用性を失うことが知られて
いる。かかる問題を解決するための方法として、タング
ステンＷ（固有抵抗１０μΩ・ｃｍ以下）、ＴｉＳｉ2
（固有抵抗２０μΩ・ｃｍ以下）、ＣＯＳｉ2 （固有抵
抗２０μΩ・ｃｍ以下）、そしてＴｉＮ（固有抵抗３０
μΩ・ｃｍ以下）のような材料を利用した研究が盛んに
行われている。
【０００５】そして、この種の配線材料を利用した電極
形成が研究されるとともに、それに対する保護膜の形成
も重要な問題として研究されている。すなわち、保護膜
形成技術は、半導体デバイスの表面にある処理をして素
子の特性向上及び安定化を図り、長時間にわたって変動
を抑制して高信頼性を達成するための不可欠の技術であ
る。この類の技術はいわば防御的な技術であるが、最近
では積極的にプロセス全体の水準を向上させるのに必要
な技術である。この類の保護膜形成技術は、デバイス的
に見るとき界面保護用、配線保護用、パッド保護用に分
けられる。何れも各温度領域で各種の絶縁膜、ガラス層
を形成するが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を主
材料としている。特に、配線保護用膜は、金属との反応
が生じ難いこと、材料との密着性がよいこと、水分又は
汚染に対するブロック作用があること、機械的な損傷を
受け難いこと、ピンホール又はクラックがないこと、及
び加工性が優秀であること、等が大切な要素である。し
かし、何よりも重要なことはデバイスの安定性が優秀で
且つ変形が無いことである。
形成が研究されるとともに、それに対する保護膜の形成
も重要な問題として研究されている。すなわち、保護膜
形成技術は、半導体デバイスの表面にある処理をして素
子の特性向上及び安定化を図り、長時間にわたって変動
を抑制して高信頼性を達成するための不可欠の技術であ
る。この類の技術はいわば防御的な技術であるが、最近
では積極的にプロセス全体の水準を向上させるのに必要
な技術である。この類の保護膜形成技術は、デバイス的
に見るとき界面保護用、配線保護用、パッド保護用に分
けられる。何れも各温度領域で各種の絶縁膜、ガラス層
を形成するが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を主
材料としている。特に、配線保護用膜は、金属との反応
が生じ難いこと、材料との密着性がよいこと、水分又は
汚染に対するブロック作用があること、機械的な損傷を
受け難いこと、ピンホール又はクラックがないこと、及
び加工性が優秀であること、等が大切な要素である。し
かし、何よりも重要なことはデバイスの安定性が優秀で
且つ変形が無いことである。
【０００６】以下、従来の半導体デバイスの電極形成方
法をトランジスタのゲート電極形成方法を説明した図１
に基づき説明する。まず、図１ａに示すように、半導体
基板１上にゲート酸化膜２、ドープされたポリシリコン
層３、及びＷＳｉｘ膜４を順次に形成する。このドープ
されたポリシリコン層３はホウ素Ｂ、リンＰ、又はヒ素
Ａｓ等の不純物がドープされたポリシリコン層である。
そして、このポリシリコン層３上にシリサイド膜のＷＳ
ｉｘ膜４を形成する工程は、ゲート酸化膜２上にドープ
されたポリシリコン層３を形成する工程を終えた後、フ
ッ酸ＨＦを用いたクリーニング工程を行った後、ＷＦ6
＋ＳｉＨ2Ｃｌ2 を用いた化学反応によりシリサイド膜
を形成する。図１ｂに示すように、ＷＳｉｘ膜４上にキ
ャップ酸化膜５を形成する。その後、キャップ酸化膜５
の全面に感光膜ＰＲを塗布した後、露光及び現像工程で
ゲート電極領域のみに残るように感光膜ＰＲをパターニ
ングする。
法をトランジスタのゲート電極形成方法を説明した図１
に基づき説明する。まず、図１ａに示すように、半導体
基板１上にゲート酸化膜２、ドープされたポリシリコン
層３、及びＷＳｉｘ膜４を順次に形成する。このドープ
されたポリシリコン層３はホウ素Ｂ、リンＰ、又はヒ素
Ａｓ等の不純物がドープされたポリシリコン層である。
そして、このポリシリコン層３上にシリサイド膜のＷＳ
ｉｘ膜４を形成する工程は、ゲート酸化膜２上にドープ
されたポリシリコン層３を形成する工程を終えた後、フ
ッ酸ＨＦを用いたクリーニング工程を行った後、ＷＦ6
＋ＳｉＨ2Ｃｌ2 を用いた化学反応によりシリサイド膜
を形成する。図１ｂに示すように、ＷＳｉｘ膜４上にキ
ャップ酸化膜５を形成する。その後、キャップ酸化膜５
の全面に感光膜ＰＲを塗布した後、露光及び現像工程で
ゲート電極領域のみに残るように感光膜ＰＲをパターニ
ングする。
【０００７】図１ｃに示すように、パターニングされた
感光膜ＰＲをマスクに用いてエッチング工程でキャップ
酸化膜５、ＷＳｉｘ膜４、ドープされたポリシリコン層
３、及びゲート酸化膜２を順次エッチングしてゲート電
極を形成する。この後、基板表面の安定化及びシリサイ
ド反応を促すために基板の全面を熱処理する。この熱処
理工程は酸素Ｏ2と窒素Ｎ2の雰囲気で施すが、これはポ
リシリコン層３をパターニングするためのエッチング工
程により損傷したゲート酸化膜２を回復させるためであ
る。この熱処理は、ゲート電極と半導体基板１との界面
のゲート絶縁膜として酸化膜を使用した場合には酸素雰
囲気で行い、窒化膜を使用した場合には窒素雰囲気で行
う。そして、シリサイド反応工程は、ポリシリコン層３
とＷＳｉｘ膜４との粘着性を向上させてゲート電極の低
抵抗化を実現できるポリサイドを完成するための工程で
ある。このとき、ポリシリコン層３とＷＳｉｘ膜４との
間には、高融点金属のＷＳｉｘ膜４及びキャップ酸化膜
５を形成する途中で、或いは窒素又は酸素雰囲気で熱処
理する途中でＷＳｉｘ膜４の結晶粒界を通過した酸素又
は窒素と、ゲート電極のポリシリコンのシリコン原子と
の結合により、薄い酸化膜又は窒化膜（図示せず）が形
成される。上記の熱処理工程は、前記感光膜ＰＲをマス
クに用いたエッチング工程後、熱処理用の炉への移送し
て実施する。
感光膜ＰＲをマスクに用いてエッチング工程でキャップ
酸化膜５、ＷＳｉｘ膜４、ドープされたポリシリコン層
３、及びゲート酸化膜２を順次エッチングしてゲート電
極を形成する。この後、基板表面の安定化及びシリサイ
ド反応を促すために基板の全面を熱処理する。この熱処
理工程は酸素Ｏ2と窒素Ｎ2の雰囲気で施すが、これはポ
リシリコン層３をパターニングするためのエッチング工
程により損傷したゲート酸化膜２を回復させるためであ
る。この熱処理は、ゲート電極と半導体基板１との界面
のゲート絶縁膜として酸化膜を使用した場合には酸素雰
囲気で行い、窒化膜を使用した場合には窒素雰囲気で行
う。そして、シリサイド反応工程は、ポリシリコン層３
とＷＳｉｘ膜４との粘着性を向上させてゲート電極の低
抵抗化を実現できるポリサイドを完成するための工程で
ある。このとき、ポリシリコン層３とＷＳｉｘ膜４との
間には、高融点金属のＷＳｉｘ膜４及びキャップ酸化膜
５を形成する途中で、或いは窒素又は酸素雰囲気で熱処
理する途中でＷＳｉｘ膜４の結晶粒界を通過した酸素又
は窒素と、ゲート電極のポリシリコンのシリコン原子と
の結合により、薄い酸化膜又は窒化膜（図示せず）が形
成される。上記の熱処理工程は、前記感光膜ＰＲをマス
クに用いたエッチング工程後、熱処理用の炉への移送し
て実施する。
【０００８】図１ｄに示すように、キャップ酸化膜５、
ＷＳｉｘ膜４、ポリシリコン層３、及びゲート酸化膜２
の側面に側壁スペーサ６を形成する。この側壁スペーサ
６は、キャップ酸化膜５を含む基板の全面にＣＶＤ法で
酸化膜を堆積した後、反応性イオンエッチング法（ＲＩ
Ｅ）でエッチバックして形成する。このように、従来の
半導体デバイスの電極形成方法においては、ポリサイド
（シリコン層３＋ＷＳｉｘ膜４）構造からなる電極の上
側にキャップ酸化膜５及び側面にＣＶＤ酸化膜からなる
側壁スペーサ６を形成して電極を保護する構造になって
いることが判る。
ＷＳｉｘ膜４、ポリシリコン層３、及びゲート酸化膜２
の側面に側壁スペーサ６を形成する。この側壁スペーサ
６は、キャップ酸化膜５を含む基板の全面にＣＶＤ法で
酸化膜を堆積した後、反応性イオンエッチング法（ＲＩ
Ｅ）でエッチバックして形成する。このように、従来の
半導体デバイスの電極形成方法においては、ポリサイド
（シリコン層３＋ＷＳｉｘ膜４）構造からなる電極の上
側にキャップ酸化膜５及び側面にＣＶＤ酸化膜からなる
側壁スペーサ６を形成して電極を保護する構造になって
いることが判る。
【０００９】図２は従来の半導体デバイスの電極形成工
程中の異常酸化現象を示す断面構造図である。従来の半
導体デバイスの電極形成工程中の異常酸化現象は、図１
ｃに示すように、パターニングされた感光膜ＰＲをマス
クに用いたエッチング工程でキャップ酸化膜５、ＷＳｉ
ｘ膜４、ドープされたポリシリコン層３、及びゲート酸
化膜２を選択的に除去してゲート電極を形成する工程の
途中で、或いはシリサイド反応のための炉への移送の途
中で発生する。上記したようなＷＳｉｘ膜４をエッチン
グする工程を説明すると、感光膜ＰＲをマスクに用いた
エッチング工程時にリン酸Ｈ2ＰＯ2又は過酸化水素Ｈ2
Ｏ2のようなエッチング溶液を使用してエッチングし、
その後にエッチング溶液に対する洗浄工程を行う。しか
し、洗浄工程を行っても、酸素Ｏ2 が包含されたエッチ
ング溶液に起因してＷＳｉｘ膜４の周囲に酸素雰囲気が
造成される。このような酸素雰囲気のためにＷＳｉｘ膜
４の側面に酸素を含む物質が形成される。
程中の異常酸化現象を示す断面構造図である。従来の半
導体デバイスの電極形成工程中の異常酸化現象は、図１
ｃに示すように、パターニングされた感光膜ＰＲをマス
クに用いたエッチング工程でキャップ酸化膜５、ＷＳｉ
ｘ膜４、ドープされたポリシリコン層３、及びゲート酸
化膜２を選択的に除去してゲート電極を形成する工程の
途中で、或いはシリサイド反応のための炉への移送の途
中で発生する。上記したようなＷＳｉｘ膜４をエッチン
グする工程を説明すると、感光膜ＰＲをマスクに用いた
エッチング工程時にリン酸Ｈ2ＰＯ2又は過酸化水素Ｈ2
Ｏ2のようなエッチング溶液を使用してエッチングし、
その後にエッチング溶液に対する洗浄工程を行う。しか
し、洗浄工程を行っても、酸素Ｏ2 が包含されたエッチ
ング溶液に起因してＷＳｉｘ膜４の周囲に酸素雰囲気が
造成される。このような酸素雰囲気のためにＷＳｉｘ膜
４の側面に酸素を含む物質が形成される。
【００１０】そして、それ以外にもＷＳｉｘ膜４、ポリ
シリコン層３、及びゲート酸化膜２に対するエッチング
工程の後、ＷＳｉｘ膜４とポリシリコン層３に対する粘
着性を向上させる熱処理工程を施すため炉へ移送する途
中で酸素雰囲気にＷＳｉｘ膜４が露出されて酸素を含む
物質がＷＳｉｘ膜４の側面に形成される。このようにＷ
Ｓｉｘ膜４の側面に形成された酸素を含む物質は、シリ
サイド反応のための熱処理工程時にＷＳｉｘ膜４のタン
グステンと結合してＷＳｉｘ膜４の両側面にタングステ
ン原子が包含された異常酸化膜７を発生させる。そし
て、このような現象はゲート酸化膜２の損傷を回復させ
るための酸素雰囲気を用いた熱処理工程中でも発生す
る。
シリコン層３、及びゲート酸化膜２に対するエッチング
工程の後、ＷＳｉｘ膜４とポリシリコン層３に対する粘
着性を向上させる熱処理工程を施すため炉へ移送する途
中で酸素雰囲気にＷＳｉｘ膜４が露出されて酸素を含む
物質がＷＳｉｘ膜４の側面に形成される。このようにＷ
Ｓｉｘ膜４の側面に形成された酸素を含む物質は、シリ
サイド反応のための熱処理工程時にＷＳｉｘ膜４のタン
グステンと結合してＷＳｉｘ膜４の両側面にタングステ
ン原子が包含された異常酸化膜７を発生させる。そし
て、このような現象はゲート酸化膜２の損傷を回復させ
るための酸素雰囲気を用いた熱処理工程中でも発生す
る。
【００１１】図３は従来の半導体デバイスの電極形成工
程中の剥離現象を示す断面構造図である。剥離現象はパ
ターニングしたポリシリコン層３とその上に形成された
高融点金属シリサイドＷＳｉｘ膜４との界面で発生す
る。すなわち、従来の半導体デバイスの電極形成工程中
に発生する剥離現象は、図１ｂ又は図１ｃに示すよう
に、高融点金属シリサイドであるＷＳｉｘ膜４上にキャ
ップ酸化膜５を形成する工程の途中で或いは窒素又は酸
素雰囲気で熱処理する途中でＷＳｉｘ膜４の結晶粒界を
通過した窒素原子又は酸素原子と、ポリシリコンのシリ
コン原子との結合により発生する。すなわち、酸素原子
とシリコン原子との結合によりＷＳｉｘ膜４とゲート電
極３ａとの界面に薄い窒化膜又は酸化膜８が形成される
ことから、ＷＳｉｘ膜４とゲート電極３ａとの結合力が
弱化されるため、結果的にその界面が開く剥離現象が発
生するようになる。
程中の剥離現象を示す断面構造図である。剥離現象はパ
ターニングしたポリシリコン層３とその上に形成された
高融点金属シリサイドＷＳｉｘ膜４との界面で発生す
る。すなわち、従来の半導体デバイスの電極形成工程中
に発生する剥離現象は、図１ｂ又は図１ｃに示すよう
に、高融点金属シリサイドであるＷＳｉｘ膜４上にキャ
ップ酸化膜５を形成する工程の途中で或いは窒素又は酸
素雰囲気で熱処理する途中でＷＳｉｘ膜４の結晶粒界を
通過した窒素原子又は酸素原子と、ポリシリコンのシリ
コン原子との結合により発生する。すなわち、酸素原子
とシリコン原子との結合によりＷＳｉｘ膜４とゲート電
極３ａとの界面に薄い窒化膜又は酸化膜８が形成される
ことから、ＷＳｉｘ膜４とゲート電極３ａとの結合力が
弱化されるため、結果的にその界面が開く剥離現象が発
生するようになる。
【００１２】更に、図２及び図３で説明したようなタン
グステンシリサイド膜ＷＳｉｘの側面に形成される異常
酸化膜発生現象やタングステンシリサイド膜とポリシリ
コン層との界面で発生する剥離現象は、電極の性能を向
上させるためにポリシリコンの上にタングステンシリサ
イド膜ＷＳｉｘを形成した場合だけでなく、高融点金属
層（例えば、タングステンＷ）、高融点金属シリサイド
（例えばＴｉＳｉ2 、ＣＯＳｉ2）、及び高融点窒化金
属（例えばＴｉＮ）を利用して電極を形成した場合にも
発生する。
グステンシリサイド膜ＷＳｉｘの側面に形成される異常
酸化膜発生現象やタングステンシリサイド膜とポリシリ
コン層との界面で発生する剥離現象は、電極の性能を向
上させるためにポリシリコンの上にタングステンシリサ
イド膜ＷＳｉｘを形成した場合だけでなく、高融点金属
層（例えば、タングステンＷ）、高融点金属シリサイド
（例えばＴｉＳｉ2 、ＣＯＳｉ2）、及び高融点窒化金
属（例えばＴｉＮ）を利用して電極を形成した場合にも
発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、従来の半
導体デバイスの電極形成方法においては以下のような問
題点があった。電極の性能を向上させるためにポリサイ
ド構造を採用したが、ポリシリコン層の上に形成される
シリサイド膜の側面にシリサイド反応又はエッチング工
程時に酸素原子との結合に因る異常酸化膜が形成され
て、シリサイド膜に直接的に損傷を被らせるため、電極
としての信頼度を低下させる。しかも、後続工程等でイ
オン注入工程がある場合には、異常酸化膜がイオン注入
工程時のマスクとして作用して不正確なイオン注入工程
を誘発する等、半導体デバイスとしての信頼性をも低下
させる。また、ポリシリコン層の上側に直ちにシリサイ
ド膜を形成するようになっていることから、シリサイド
膜の上にキャップ酸化膜を形成する工程の途中で、或い
は酸素又は窒素雰囲気での熱処理工程の途中で、酸素又
は窒素とポリシリコン層のシリコン原子とが結合してポ
リシリコン層とシリサイド膜との界面で剥離現象が発生
するため、半導体デバイスの収率及び信頼度を低下させ
る。
導体デバイスの電極形成方法においては以下のような問
題点があった。電極の性能を向上させるためにポリサイ
ド構造を採用したが、ポリシリコン層の上に形成される
シリサイド膜の側面にシリサイド反応又はエッチング工
程時に酸素原子との結合に因る異常酸化膜が形成され
て、シリサイド膜に直接的に損傷を被らせるため、電極
としての信頼度を低下させる。しかも、後続工程等でイ
オン注入工程がある場合には、異常酸化膜がイオン注入
工程時のマスクとして作用して不正確なイオン注入工程
を誘発する等、半導体デバイスとしての信頼性をも低下
させる。また、ポリシリコン層の上側に直ちにシリサイ
ド膜を形成するようになっていることから、シリサイド
膜の上にキャップ酸化膜を形成する工程の途中で、或い
は酸素又は窒素雰囲気での熱処理工程の途中で、酸素又
は窒素とポリシリコン層のシリコン原子とが結合してポ
リシリコン層とシリサイド膜との界面で剥離現象が発生
するため、半導体デバイスの収率及び信頼度を低下させ
る。
【００１４】本発明は、上記の従来の半導体デバイスの
電極形成方法の問題点を解決するためになされたもので
あり、ポリシリコン層の異常酸化やポリシリコン層の剥
離現象を防止して耐酸化性及び耐食性を向上させ得る半
導体デバイスの電極保護膜の形成方法を提供することが
目的である。
電極形成方法の問題点を解決するためになされたもので
あり、ポリシリコン層の異常酸化やポリシリコン層の剥
離現象を防止して耐酸化性及び耐食性を向上させ得る半
導体デバイスの電極保護膜の形成方法を提供することが
目的である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
の電極保護膜の形成方法は、半導体基板上に導電層パタ
ーンを形成し、その導電層パターンを酸素又は窒素の包
含されたガスと反応させて導電層パターンの表面に非晶
質状態の保護膜を形成する。
の電極保護膜の形成方法は、半導体基板上に導電層パタ
ーンを形成し、その導電層パターンを酸素又は窒素の包
含されたガスと反応させて導電層パターンの表面に非晶
質状態の保護膜を形成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体デバイスの
電極保護膜の形成方法を添付図面に基づき説明する。図
４〜図６は本発明の第１実施形態の半導体デバイスの電
極保護膜の形成工程を示す断面図である。まず、図４ａ
に示すように半導体基板１０上にゲート絶縁膜１１、ド
ープされたポリシリコン層１２、拡散防止膜１３、及び
タングステン膜１４を順次に形成する。このドープされ
たポリシリコン層１２は、ホウ素Ｂ、ヒ素Ａｓ、及びリ
ンＰのうち何れか一つのイオンがドープされたポリシリ
コン層である。そして、拡散防止膜１３は、ドープされ
たポリシリコン層１２のシリコン原子とタングステン膜
１４のタングステン原子Ｗとが拡散してその界面で化学
結合することを防止するための膜であり、伝導性を有す
る物質を利用して形成する。好ましくはＷＳｉＮ膜で形
成する。そのＷＳｉＮ膜を形成する方法は、Ｗ5Ｓｉ3を
ターゲットとして２０％の窒素ガスの添加されたアルゴ
ンＡｒガス雰囲気でスパッタリング法で約４０〜６０Å
程度の厚さに堆積する。又、タングステン膜１４は８０
０〜１２００Å程度の厚さに形成する。タングステン膜
１４の代わりに、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 の
ような高融点金属シリサイド及びＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈｆ
Ｎ、ＴａＮのような高融点窒化金属のうち何れか一つで
形成してもよい。
電極保護膜の形成方法を添付図面に基づき説明する。図
４〜図６は本発明の第１実施形態の半導体デバイスの電
極保護膜の形成工程を示す断面図である。まず、図４ａ
に示すように半導体基板１０上にゲート絶縁膜１１、ド
ープされたポリシリコン層１２、拡散防止膜１３、及び
タングステン膜１４を順次に形成する。このドープされ
たポリシリコン層１２は、ホウ素Ｂ、ヒ素Ａｓ、及びリ
ンＰのうち何れか一つのイオンがドープされたポリシリ
コン層である。そして、拡散防止膜１３は、ドープされ
たポリシリコン層１２のシリコン原子とタングステン膜
１４のタングステン原子Ｗとが拡散してその界面で化学
結合することを防止するための膜であり、伝導性を有す
る物質を利用して形成する。好ましくはＷＳｉＮ膜で形
成する。そのＷＳｉＮ膜を形成する方法は、Ｗ5Ｓｉ3を
ターゲットとして２０％の窒素ガスの添加されたアルゴ
ンＡｒガス雰囲気でスパッタリング法で約４０〜６０Å
程度の厚さに堆積する。又、タングステン膜１４は８０
０〜１２００Å程度の厚さに形成する。タングステン膜
１４の代わりに、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 の
ような高融点金属シリサイド及びＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈｆ
Ｎ、ＴａＮのような高融点窒化金属のうち何れか一つで
形成してもよい。
【００１７】図４ｂに示すように、ＣＶＤ法を用いてタ
ングステン膜１４上に第１絶縁膜１５、第２絶縁膜１６
を順次に形成する。第１絶縁膜１５は窒化膜を使用して
２００〜４００Å程度の厚さに形成し、第２絶縁膜１６
は酸化膜を使用して１２００〜１８００Å程度の厚さに
形成する。この際、前記第１及び第２絶縁膜１５、１６
の形成工程はロードロック(load-lock) 減圧ＣＶＤ装備
を利用する。このロードロック減圧ＣＶＤ装備を利用す
ると、タングステン膜１４上に第１及び第２絶縁膜１
５、１６を形成するためにウェハをＣＶＤ装置にローデ
ィングさせて約８００℃程度の温度にされている位置ま
で移動させる途中で、或いは熱処理工程後にアンローデ
ィングされる途中で酸素との接触を遮断して、タングス
テン膜１４の酸化反応を遮断することができる。
ングステン膜１４上に第１絶縁膜１５、第２絶縁膜１６
を順次に形成する。第１絶縁膜１５は窒化膜を使用して
２００〜４００Å程度の厚さに形成し、第２絶縁膜１６
は酸化膜を使用して１２００〜１８００Å程度の厚さに
形成する。この際、前記第１及び第２絶縁膜１５、１６
の形成工程はロードロック(load-lock) 減圧ＣＶＤ装備
を利用する。このロードロック減圧ＣＶＤ装備を利用す
ると、タングステン膜１４上に第１及び第２絶縁膜１
５、１６を形成するためにウェハをＣＶＤ装置にローデ
ィングさせて約８００℃程度の温度にされている位置ま
で移動させる途中で、或いは熱処理工程後にアンローデ
ィングされる途中で酸素との接触を遮断して、タングス
テン膜１４の酸化反応を遮断することができる。
【００１８】図５ｃに示すように、第２絶縁膜１６上に
感光膜ＰＲを塗布した後、露光及び現像工程で電極領域
のみに残るように感光膜ＰＲをパターニングする。図５
ｄに示すように、パターニングされた感光膜ＰＲをマス
クに用いてエッチング工程で第２及び第１絶縁膜１６、
１５を選択的に除去する。図５ｅに示すように、感光膜
ＰＲを除去して、選択的に除去された第２及び第１絶縁
膜１６、１５をマスクに用いてタングステン膜１４、拡
散防止膜１３、ドープされたポリシリコン層１２、及び
ゲート絶縁膜１１を順次に除去して、導電層パターンを
有するゲート電極を形成する。このとき、タングステン
膜１４及びドープされたポリシリコン層１３を除去する
工程はＳＦ6 のようなフッ素ガスが包含された雰囲気で
実施する。本実施形態における導電層パターンはポリシ
リコン層１２、拡散防止膜１３、高融点金属層１４を順
次に形成した構成である。また、ポリシリコン層、高融
点金属、高融点金属シリサイド、及び高融点窒化金属の
いずれからから選択しても良い。また、高融点金属層と
しては高融点金属物質、高融点金属シリサイド、及び高
融点窒化金属のうち何れか一つを使用することができ
る。
感光膜ＰＲを塗布した後、露光及び現像工程で電極領域
のみに残るように感光膜ＰＲをパターニングする。図５
ｄに示すように、パターニングされた感光膜ＰＲをマス
クに用いてエッチング工程で第２及び第１絶縁膜１６、
１５を選択的に除去する。図５ｅに示すように、感光膜
ＰＲを除去して、選択的に除去された第２及び第１絶縁
膜１６、１５をマスクに用いてタングステン膜１４、拡
散防止膜１３、ドープされたポリシリコン層１２、及び
ゲート絶縁膜１１を順次に除去して、導電層パターンを
有するゲート電極を形成する。このとき、タングステン
膜１４及びドープされたポリシリコン層１３を除去する
工程はＳＦ6 のようなフッ素ガスが包含された雰囲気で
実施する。本実施形態における導電層パターンはポリシ
リコン層１２、拡散防止膜１３、高融点金属層１４を順
次に形成した構成である。また、ポリシリコン層、高融
点金属、高融点金属シリサイド、及び高融点窒化金属の
いずれからから選択しても良い。また、高融点金属層と
しては高融点金属物質、高融点金属シリサイド、及び高
融点窒化金属のうち何れか一つを使用することができ
る。
【００１９】図６ｆに示すように、ゲート電極の形成さ
れた基板を電子サイクロトロン共鳴(Electron-Cyclotro
n-Resonance、ＥＣＲ)装備で３００℃以下の温度且つ窒
素雰囲気で８０〜１２０秒間熱処理して、ゲート電極の
タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との界面、タング
ステン膜１４の側面、及びポリシリコン層１２ａの側面
に保護膜１７を形成する。その際、半導体基板１０の表
面にも保護膜１７が形成される。ここで、保護膜１７
は、非晶質特性を有する非晶質窒化膜で形成され、２０
〜５０Å程度の厚さに形成される。電子サイクロトロン
（原子破壊のためのイオン加速装置）共鳴装備は、低温
堆積を図るべくプラズマの高活性化とイオン及び電子の
衝撃効果とを組み合わせた一種のＣＶＤ装備である。
れた基板を電子サイクロトロン共鳴(Electron-Cyclotro
n-Resonance、ＥＣＲ)装備で３００℃以下の温度且つ窒
素雰囲気で８０〜１２０秒間熱処理して、ゲート電極の
タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との界面、タング
ステン膜１４の側面、及びポリシリコン層１２ａの側面
に保護膜１７を形成する。その際、半導体基板１０の表
面にも保護膜１７が形成される。ここで、保護膜１７
は、非晶質特性を有する非晶質窒化膜で形成され、２０
〜５０Å程度の厚さに形成される。電子サイクロトロン
（原子破壊のためのイオン加速装置）共鳴装備は、低温
堆積を図るべくプラズマの高活性化とイオン及び電子の
衝撃効果とを組み合わせた一種のＣＶＤ装備である。
【００２０】この際、保護膜１７の組成を観察して見る
と、タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との界面及び
タングステン膜１４の側面に形成される保護膜１７は非
晶質状態のＷＮｘ膜１７ａである。すなわち、タングス
テン膜１４のタングステンＷと第１絶縁膜１５の窒素Ｎ
2 との結合によりその界面にＷＮｘ膜１７ａが形成さ
れ、タングステン膜１４の側面にも窒素雰囲気での熱処
理によりタングステン膜１４の側面が窒素Ｎ2 と結合し
てＷＮｘ膜１７ａが形成される。そして、ポリシリコン
層１２の側面にはそのシリコンと窒素との化学反応によ
り非晶質状態のＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。そし
て、半導体基板１０がシリコンからなる場合にも、その
シリコンと窒素との結合により半導体基板１０の表面側
にＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。このとき、ＷＮｘ膜
１７ａのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
と、タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との界面及び
タングステン膜１４の側面に形成される保護膜１７は非
晶質状態のＷＮｘ膜１７ａである。すなわち、タングス
テン膜１４のタングステンＷと第１絶縁膜１５の窒素Ｎ
2 との結合によりその界面にＷＮｘ膜１７ａが形成さ
れ、タングステン膜１４の側面にも窒素雰囲気での熱処
理によりタングステン膜１４の側面が窒素Ｎ2 と結合し
てＷＮｘ膜１７ａが形成される。そして、ポリシリコン
層１２の側面にはそのシリコンと窒素との化学反応によ
り非晶質状態のＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。そし
て、半導体基板１０がシリコンからなる場合にも、その
シリコンと窒素との結合により半導体基板１０の表面側
にＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。このとき、ＷＮｘ膜
１７ａのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
【００２１】そして、上記したタングステン膜１４の代
わりに、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高
融点金属シリサイド又はＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、Ｔａ
Ｎのような高融点窒化金属をポリシリコン層１２の上側
にポリサイドとして形成或いは配線材料として使用した
場合にも、同じ条件で工程を進行して同一の特性を示す
保護膜１７を形成可能である。すなわち、高融点金属シ
リサイド又は高融点窒化金属をもってタングステンに代
えて形成した場合、そのタングステンに代わる物質（Ｔ
ｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高融点金属シ
リサイド或いはＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮのよう
な高融点窒化金属）と窒化膜からなる第１絶縁膜１５と
の界面、及びタングステンに代わる物質の側面に、金属
窒化膜のＭＮｘ(Metal Nitride) 膜（保護膜１７）が形
成される。このＭＮｘ膜でのＸ値の範囲も０＜Ｘ＜１で
ある。このような方法により形成された窒化膜層(ＭＮ
ｘ、Ｓｉ3Ｎ4膜）は非晶質の特性があり、化学的な耐食
性及びＯ2 雰囲気で約７５０℃まで耐える耐酸化性を示
した。
わりに、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高
融点金属シリサイド又はＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、Ｔａ
Ｎのような高融点窒化金属をポリシリコン層１２の上側
にポリサイドとして形成或いは配線材料として使用した
場合にも、同じ条件で工程を進行して同一の特性を示す
保護膜１７を形成可能である。すなわち、高融点金属シ
リサイド又は高融点窒化金属をもってタングステンに代
えて形成した場合、そのタングステンに代わる物質（Ｔ
ｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高融点金属シ
リサイド或いはＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮのよう
な高融点窒化金属）と窒化膜からなる第１絶縁膜１５と
の界面、及びタングステンに代わる物質の側面に、金属
窒化膜のＭＮｘ(Metal Nitride) 膜（保護膜１７）が形
成される。このＭＮｘ膜でのＸ値の範囲も０＜Ｘ＜１で
ある。このような方法により形成された窒化膜層(ＭＮ
ｘ、Ｓｉ3Ｎ4膜）は非晶質の特性があり、化学的な耐食
性及びＯ2 雰囲気で約７５０℃まで耐える耐酸化性を示
した。
【００２２】図６ｇに示すように、ゲート電極を形成さ
せた基板の全面に第３絶縁膜１８を形成する。この第３
絶縁膜１８は酸化膜及び窒化膜のうち何れか一つで形成
し、酸化膜で形成する場合にはＴＥＯＳ(Tetra-Ethyl-O
rthoSilicate) を使用して形成する。図６ｈに示すよう
に、反応性イオンエッチング法を用いて第３絶縁膜１８
をエッチバックしてゲート電極の側面に側壁スペーサ１
８ａを形成する。このとき、半導体基板１０の表面に形
成された保護膜１７も選択的に除去されるが、側壁スペ
ーサ１８ａの下部の保護膜１７は除去されない。
せた基板の全面に第３絶縁膜１８を形成する。この第３
絶縁膜１８は酸化膜及び窒化膜のうち何れか一つで形成
し、酸化膜で形成する場合にはＴＥＯＳ(Tetra-Ethyl-O
rthoSilicate) を使用して形成する。図６ｈに示すよう
に、反応性イオンエッチング法を用いて第３絶縁膜１８
をエッチバックしてゲート電極の側面に側壁スペーサ１
８ａを形成する。このとき、半導体基板１０の表面に形
成された保護膜１７も選択的に除去されるが、側壁スペ
ーサ１８ａの下部の保護膜１７は除去されない。
【００２３】図７は、図６ｆに示すような電極保護膜に
対する本発明の第２実施形態の断面構造図である。この
図は、図６ｆでの電極保護膜を形成する工程のみを示
す。その前後の工程は第１実施形態の場合と同じである
ため、その説明は省略する。本発明の第２実施形態の電
極保護膜１７の形成方法は、ゲート電極に対するパター
ニング工程後に、電子サイクロトロン共鳴装備を用いて
酸素雰囲気且つ３００℃以下の温度で１２０秒以下の時
間の間熱処理して、タングステン膜１４と第１絶縁膜１
５との界面、タングステン膜１４の側面、及びポリシリ
コン層１２の側面に保護膜１７を形成する。同時に、半
導体基板１０上にも保護膜１７が形成される。
対する本発明の第２実施形態の断面構造図である。この
図は、図６ｆでの電極保護膜を形成する工程のみを示
す。その前後の工程は第１実施形態の場合と同じである
ため、その説明は省略する。本発明の第２実施形態の電
極保護膜１７の形成方法は、ゲート電極に対するパター
ニング工程後に、電子サイクロトロン共鳴装備を用いて
酸素雰囲気且つ３００℃以下の温度で１２０秒以下の時
間の間熱処理して、タングステン膜１４と第１絶縁膜１
５との界面、タングステン膜１４の側面、及びポリシリ
コン層１２の側面に保護膜１７を形成する。同時に、半
導体基板１０上にも保護膜１７が形成される。
【００２４】タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との
界面に形成される部分は非晶質状態のＷＮｘ膜１７ａで
あり、タングステン膜１４の側面に形成される部分は非
晶質状態のＷＯｘ膜１７ｃであり、半導体基板１０をシ
リコンで形成した場合にその上に形成される保護膜１７
は非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄである。そして、ド
ープされたポリシリコン層１２の側面に形成される保護
膜１７は、ポリシリコン層にドープされた不純物が包含
された非晶質状態のドープされた酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2
Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅである。上記のように保護
膜１７となるＷＮｘ膜１７ａ、ＷＯｘ膜１７ｃ、非晶質
酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ、及びドープされた酸化膜
（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3等）１７ｅは耐食性及
び耐酸化性の面で優秀な保護膜の特性を持っている。
界面に形成される部分は非晶質状態のＷＮｘ膜１７ａで
あり、タングステン膜１４の側面に形成される部分は非
晶質状態のＷＯｘ膜１７ｃであり、半導体基板１０をシ
リコンで形成した場合にその上に形成される保護膜１７
は非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄである。そして、ド
ープされたポリシリコン層１２の側面に形成される保護
膜１７は、ポリシリコン層にドープされた不純物が包含
された非晶質状態のドープされた酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2
Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅである。上記のように保護
膜１７となるＷＮｘ膜１７ａ、ＷＯｘ膜１７ｃ、非晶質
酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ、及びドープされた酸化膜
（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3等）１７ｅは耐食性及
び耐酸化性の面で優秀な保護膜の特性を持っている。
【００２５】特に、上記の条件でポリシリコン膜１２の
側面に形成されるドープされた酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ
2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3等）１７ｅは非晶質特性を有し、酸
素拡散に対するブロッキング層として作用するので、後
続工程で酸素が包含される工程（酸素雰囲気での熱処理
又はＣＶＤ酸化膜形成工程等）でシリコン層１２を酸化
から保護するに非常に適している。
側面に形成されるドープされた酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ
2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3等）１７ｅは非晶質特性を有し、酸
素拡散に対するブロッキング層として作用するので、後
続工程で酸素が包含される工程（酸素雰囲気での熱処理
又はＣＶＤ酸化膜形成工程等）でシリコン層１２を酸化
から保護するに非常に適している。
【００２６】図８は、図６ｆに示す電極保護膜に対する
本発明の第３実施形態の断面構造図である。図７と同様
図８では図６ｆの電極保護膜を形成する工程のみを示
し、他は省略する。本発明の第３実施形態の電極保護膜
１７の形成方法は、ゲート電極のパターニング工程が完
了した基板を、１０％の酸素Ｏ2 が包含された窒素Ｎ2
雰囲気で５００℃以下の低温で急速熱処理（ＲＴＡ: Ra
pid Thermal Annealing)する。その熱処理で、タングス
テン膜１４と第１絶縁膜１５との界面、タングステン膜
１４の側面、及びポリシリコン層１２の側面に保護膜１
７が形成され、半導体基板１０上にも保護膜１７が形成
される。
本発明の第３実施形態の断面構造図である。図７と同様
図８では図６ｆの電極保護膜を形成する工程のみを示
し、他は省略する。本発明の第３実施形態の電極保護膜
１７の形成方法は、ゲート電極のパターニング工程が完
了した基板を、１０％の酸素Ｏ2 が包含された窒素Ｎ2
雰囲気で５００℃以下の低温で急速熱処理（ＲＴＡ: Ra
pid Thermal Annealing)する。その熱処理で、タングス
テン膜１４と第１絶縁膜１５との界面、タングステン膜
１４の側面、及びポリシリコン層１２の側面に保護膜１
７が形成され、半導体基板１０上にも保護膜１７が形成
される。
【００２７】この保護膜１７は、タングステン膜１４と
第１絶縁膜１５との界面に形成される部分はＷＮｘ膜１
７ａであり、タングステン膜１４の側面に形成される部
分はＷＯｘ膜１７ｃであり、ドープされたポリシリコン
層１２の側面に形成される部分はポリシリコン層にドー
プされた不純物が包含されたドープされた酸化膜（Ｂ2
Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅである。そして、
半導体基板１０をシリコンで形成した場合にその上に形
成される保護膜１７は非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ
である。すなわち、９０％の窒素Ｎ2且つ１０％の酸素
Ｏ2の雰囲気で保護膜１７を形成しても、窒素よりは酸
素との反応が一層容易に起こるため、酸化物のＷＯｘ膜
１７ｃ、非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ、及びドープ
された酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅ
等の絶縁膜１７が形成される。
第１絶縁膜１５との界面に形成される部分はＷＮｘ膜１
７ａであり、タングステン膜１４の側面に形成される部
分はＷＯｘ膜１７ｃであり、ドープされたポリシリコン
層１２の側面に形成される部分はポリシリコン層にドー
プされた不純物が包含されたドープされた酸化膜（Ｂ2
Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅである。そして、
半導体基板１０をシリコンで形成した場合にその上に形
成される保護膜１７は非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ
である。すなわち、９０％の窒素Ｎ2且つ１０％の酸素
Ｏ2の雰囲気で保護膜１７を形成しても、窒素よりは酸
素との反応が一層容易に起こるため、酸化物のＷＯｘ膜
１７ｃ、非晶質酸化膜（ＳｉＯ2 ）１７ｄ、及びドープ
された酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅ
等の絶縁膜１７が形成される。
【００２８】このドープされた酸化膜（Ｂ2Ｏ3、Ｐ
2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅは非晶質特性を有し、酸素
拡散に対するブロッキング層として作用するため、シリ
コン酸化膜１２の保護に優れた効果を示す。このとき、
タングステン膜１４以外の高融点金属シリサイド（例え
ば、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 ）を用いた場合
にも、上記したような条件で高融点金属シリサイドと酸
素との結合によりＭＯｘ(Metal Oxide)化合物ができる
が、このＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
2Ｏ5、又はＡｓ2Ｏ3）１７ｅは非晶質特性を有し、酸素
拡散に対するブロッキング層として作用するため、シリ
コン酸化膜１２の保護に優れた効果を示す。このとき、
タングステン膜１４以外の高融点金属シリサイド（例え
ば、ＴｉＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 ）を用いた場合
にも、上記したような条件で高融点金属シリサイドと酸
素との結合によりＭＯｘ(Metal Oxide)化合物ができる
が、このＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
【００２９】図９は図６ｆに示すような電極保護膜に対
する本発明の第４実施形態の構造断面図である。前述同
様この際、図９は図６ｆでの電極保護膜を形成する工程
のみを示す。本発明の第４実施形態の電極保護膜１７の
形成方法は、ゲート電極に対するパターニング工程を完
了した後、４００〜１０００℃のＮＨ3 雰囲気で２５〜
３５分間熱処理する。その熱処理でタングステン膜１４
と第１絶縁膜１５との界面、タングステン膜１４の側
面、及びポリシリコン層１２の側面に保護膜１７が形成
され、半導体基板１０上にも保護膜１７が形成される。
する本発明の第４実施形態の構造断面図である。前述同
様この際、図９は図６ｆでの電極保護膜を形成する工程
のみを示す。本発明の第４実施形態の電極保護膜１７の
形成方法は、ゲート電極に対するパターニング工程を完
了した後、４００〜１０００℃のＮＨ3 雰囲気で２５〜
３５分間熱処理する。その熱処理でタングステン膜１４
と第１絶縁膜１５との界面、タングステン膜１４の側
面、及びポリシリコン層１２の側面に保護膜１７が形成
され、半導体基板１０上にも保護膜１７が形成される。
【００３０】タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との
界面及びタングステン膜１４の側面に形成される部分は
非晶質状態のＷＮｘ膜１７ａであり、ポリシリコン層１
２の側面及び半導体基板１０上に形成される保護膜１７
は非晶質状態のＳｉ３Ｎ４膜１７ｄである。この非晶質
状態のＷＮｘ膜１７ａを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ： Tra
nsmission Electron Microscope)を利用して分析した結
果、ＮＨ3 雰囲気で８００℃以下の温度で保護膜１７形
成工程を行った場合に、タングステン膜１４の表面に形
成されるＷＮｘ膜１７ａは非晶質状態であるが、８００
℃以上の温度で上記の工程を行った場合にタングステン
膜１４の表面に形成されるＷＮｘ膜は結晶状態であっ
た。ＷＮｘ膜１７ａがこのように結晶状態に形成される
と、その特性がもろくなり、後続熱工程中にその界面が
割れ、クラックが発生して保護膜１７としての特性が低
下する。このため、炉内での熱工程は８００℃以下の工
程が要求される。また、ＸＰＳ(X-ray Photoelectron S
pectroscopy)で分析した結果、非晶質状態のＷＮｘ膜１
７ａのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
界面及びタングステン膜１４の側面に形成される部分は
非晶質状態のＷＮｘ膜１７ａであり、ポリシリコン層１
２の側面及び半導体基板１０上に形成される保護膜１７
は非晶質状態のＳｉ３Ｎ４膜１７ｄである。この非晶質
状態のＷＮｘ膜１７ａを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ： Tra
nsmission Electron Microscope)を利用して分析した結
果、ＮＨ3 雰囲気で８００℃以下の温度で保護膜１７形
成工程を行った場合に、タングステン膜１４の表面に形
成されるＷＮｘ膜１７ａは非晶質状態であるが、８００
℃以上の温度で上記の工程を行った場合にタングステン
膜１４の表面に形成されるＷＮｘ膜は結晶状態であっ
た。ＷＮｘ膜１７ａがこのように結晶状態に形成される
と、その特性がもろくなり、後続熱工程中にその界面が
割れ、クラックが発生して保護膜１７としての特性が低
下する。このため、炉内での熱工程は８００℃以下の工
程が要求される。また、ＸＰＳ(X-ray Photoelectron S
pectroscopy)で分析した結果、非晶質状態のＷＮｘ膜１
７ａのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
【００３１】図１０は図６ｆに示す電極保護膜に対する
本発明の第５実施形態の断面構造図である。同様に、図
６ｆでの電極保護膜を形成する工程のみを示す。本発明
の第５実施形態の電極保護膜１７の形成方法は、ゲート
電極に対するパターニング工程後にＮＨ3 雰囲気で急速
熱処理して、タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との
界面、及び前記ポリシリコン層１２の側面に保護膜１７
を形成させる。半導体基板１０上にも保護膜１７が形成
される。
本発明の第５実施形態の断面構造図である。同様に、図
６ｆでの電極保護膜を形成する工程のみを示す。本発明
の第５実施形態の電極保護膜１７の形成方法は、ゲート
電極に対するパターニング工程後にＮＨ3 雰囲気で急速
熱処理して、タングステン膜１４と第１絶縁膜１５との
界面、及び前記ポリシリコン層１２の側面に保護膜１７
を形成させる。半導体基板１０上にも保護膜１７が形成
される。
【００３２】このとき、タングステン膜１４と第１絶縁
膜１５との界面、及びポリシリコン層１２の側面に形成
される保護膜１７はＷＮｘ膜１７ａであり、半導体基板
１０上にはＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。そして、上
記の工程で形成したＷＮｘ膜１７ａは約１０００℃まで
非晶質特性を維持するので耐食性及び耐酸化性に優れた
保護膜１７の特性を示す。
膜１５との界面、及びポリシリコン層１２の側面に形成
される保護膜１７はＷＮｘ膜１７ａであり、半導体基板
１０上にはＳｉ3Ｎ4膜１７ｂが形成される。そして、上
記の工程で形成したＷＮｘ膜１７ａは約１０００℃まで
非晶質特性を維持するので耐食性及び耐酸化性に優れた
保護膜１７の特性を示す。
【００３３】タングステン膜１４の代わりに、ＴｉＳｉ
2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高融点金属シリサイ
ド又はＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮのような高融点
窒化金属を使用した場合にも同一の特性を示す保護膜１
７を形成可能である。すなわち、前記高融点金属シリサ
イド又は高融点窒化金属をタングステンに代えて形成し
た場合、タングステンに代わる物質と窒化膜からなる第
１絶縁膜１５との界面、及びタングステンに代わる物質
の側面に、金属窒化膜のＭＮｘ膜（保護膜１７）が形成
される。ＭＮｘ膜でのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
このような方法により形成された窒化膜層(ＭＮｘ、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜）は非晶質の特性があり、化学的な耐食性及び
耐酸化性を示した。
2、ＣｏＳｉ2、ＴａＳｉ2 のような高融点金属シリサイ
ド又はＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮのような高融点
窒化金属を使用した場合にも同一の特性を示す保護膜１
７を形成可能である。すなわち、前記高融点金属シリサ
イド又は高融点窒化金属をタングステンに代えて形成し
た場合、タングステンに代わる物質と窒化膜からなる第
１絶縁膜１５との界面、及びタングステンに代わる物質
の側面に、金属窒化膜のＭＮｘ膜（保護膜１７）が形成
される。ＭＮｘ膜でのＸ値の範囲は０＜Ｘ＜１である。
このような方法により形成された窒化膜層(ＭＮｘ、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜）は非晶質の特性があり、化学的な耐食性及び
耐酸化性を示した。
【００３４】上記した半導体デバイスの電極保護膜の形
成工程はいくつかの実施形態を示すものであり、ポリシ
リコン層上に高融点金属層を形成し、その界面に拡散防
止膜を形成したものである。この以外に図面上に示して
はないが、ポリシリコン層、高融点金属層、高融点金属
シリサイド、及び高融点窒化金属層のうち何れか一つを
単一電極として使用した場合にも、図４〜図６、図７、
図８、図９、及び図１０に示すような実施形態のよう
に、その表面に電極の特性を保護可能な保護膜を形成す
ることができる。
成工程はいくつかの実施形態を示すものであり、ポリシ
リコン層上に高融点金属層を形成し、その界面に拡散防
止膜を形成したものである。この以外に図面上に示して
はないが、ポリシリコン層、高融点金属層、高融点金属
シリサイド、及び高融点窒化金属層のうち何れか一つを
単一電極として使用した場合にも、図４〜図６、図７、
図８、図９、及び図１０に示すような実施形態のよう
に、その表面に電極の特性を保護可能な保護膜を形成す
ることができる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１に係る発明は、導電層パターン
の表面に酸素又は窒素の包含されたガスと反応させて非
晶質状態の保護膜を形成するので、導電層パターンの特
性を保護することができ、特に導電層パターンの側面に
形成される異常酸化膜の発生を防止することができる。
請求項２に係る発明は、導電層パターンに包含されたパ
ターン構成物と酸素又は窒素を含む保護膜は、その形成
工程が導電層パターンの表面での酸化又は窒化作用を利
用するため、保護膜の形成が容易である。請求項３に係
る発明は、保護膜をＭＮｘ、ＭＯｘ、Ｓｉ3Ｎ4、及び非
晶質酸化膜のうち何れか一つ或いはこれらの複合物を利
用して非晶質状態に形成するため、導電層パターンに対
する耐酸化性及び耐食性に優れた特性を示す。
の表面に酸素又は窒素の包含されたガスと反応させて非
晶質状態の保護膜を形成するので、導電層パターンの特
性を保護することができ、特に導電層パターンの側面に
形成される異常酸化膜の発生を防止することができる。
請求項２に係る発明は、導電層パターンに包含されたパ
ターン構成物と酸素又は窒素を含む保護膜は、その形成
工程が導電層パターンの表面での酸化又は窒化作用を利
用するため、保護膜の形成が容易である。請求項３に係
る発明は、保護膜をＭＮｘ、ＭＯｘ、Ｓｉ3Ｎ4、及び非
晶質酸化膜のうち何れか一つ或いはこれらの複合物を利
用して非晶質状態に形成するため、導電層パターンに対
する耐酸化性及び耐食性に優れた特性を示す。
【００３６】請求項４に係る発明は、導電層パターンを
ポリシリコン層、高融点金属、高融点金属シリサイド、
及び高融点窒化金属のうち何れか一つで形成するので、
導電層パターンを形成する選択の幅が広くなる。請求項
５に係る発明は、導電層パターンとしてポリシリコン
層、拡散防止膜、及び高融点金属を順次に形成したもの
を利用するしているので、抵抗率の低い導電層を形成す
ることができる。しかも、拡散防止膜により、高融点金
属を通過した酸素がポリシリコン層と結合してその界面
に酸化膜を形成して発生した剥離現象を防止することが
できる。
ポリシリコン層、高融点金属、高融点金属シリサイド、
及び高融点窒化金属のうち何れか一つで形成するので、
導電層パターンを形成する選択の幅が広くなる。請求項
５に係る発明は、導電層パターンとしてポリシリコン
層、拡散防止膜、及び高融点金属を順次に形成したもの
を利用するしているので、抵抗率の低い導電層を形成す
ることができる。しかも、拡散防止膜により、高融点金
属を通過した酸素がポリシリコン層と結合してその界面
に酸化膜を形成して発生した剥離現象を防止することが
できる。
【００３７】請求項６に係る発明は、高融点金属層を高
融点金属物質、高融点金属シリサイド、及び高融点窒化
金属のうち何れか一つを使用して形成するため、必要に
応じて選択的に高融点金属層を形成することができる。
請求項７に係る発明は、Ｎ2又はＯ2雰囲気且つ３００℃
以下の温度で１２０秒以下の時間の間熱処理を行うの
で、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性に優れた
保護膜を形成することができる。請求項８に係る発明
は、保護膜を形成する際、炉内で４００〜８００℃の温
度且つＮＨ3 雰囲気で２５〜３５分間熱処理を行うの
で、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が優れた
保護膜を形成することができる。
融点金属物質、高融点金属シリサイド、及び高融点窒化
金属のうち何れか一つを使用して形成するため、必要に
応じて選択的に高融点金属層を形成することができる。
請求項７に係る発明は、Ｎ2又はＯ2雰囲気且つ３００℃
以下の温度で１２０秒以下の時間の間熱処理を行うの
で、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性に優れた
保護膜を形成することができる。請求項８に係る発明
は、保護膜を形成する際、炉内で４００〜８００℃の温
度且つＮＨ3 雰囲気で２５〜３５分間熱処理を行うの
で、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が優れた
保護膜を形成することができる。
【００３８】請求項９に係る発明は、保護膜を形成する
際、１０００℃以下の温度でＮＨ3雰囲気で急速熱処理
するので、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が
優れた保護膜を形成することができる。請求項１０に係
る発明は、保護膜を形成する際、１０％のＯ2が包含さ
れたＮ2 雰囲気で５００℃以下の温度で急速熱処理する
ので、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が優れ
た保護膜を形成することができる。
際、１０００℃以下の温度でＮＨ3雰囲気で急速熱処理
するので、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が
優れた保護膜を形成することができる。請求項１０に係
る発明は、保護膜を形成する際、１０％のＯ2が包含さ
れたＮ2 雰囲気で５００℃以下の温度で急速熱処理する
ので、高融点金属層の表面に耐食性及び耐酸化性が優れ
た保護膜を形成することができる。
【図１】 従来の半導体デバイスの電極形成工程を示す
断面図、
断面図、
【図２】 従来の半導体デバイスの電極形成工程中の異
常酸化現象を示す断面構造図、
常酸化現象を示す断面構造図、
【図３】 従来の半導体デバイスの電極形成工程中の剥
離現象を示す断面構造図、
離現象を示す断面構造図、
【図４】 本発明の第１実施形態の半導体デバイスの電
極保護膜の形成工程を示す断面図、
極保護膜の形成工程を示す断面図、
【図５】 本発明の第１実施形態の半導体デバイスの電
極保護膜の形成工程を示す断面図、
極保護膜の形成工程を示す断面図、
【図６】 本発明の第１実施形態の半導体デバイスの電
極保護膜の形成工程を示す断面図、
極保護膜の形成工程を示す断面図、
【図７】 図６ｆに示す電極保護膜に対する本発明の第
２実施形態の断面構造図、
２実施形態の断面構造図、
【図８】 図６ｆに示す電極保護膜に対する本発明の第
３実施形態の断面構造図、
３実施形態の断面構造図、
【図９】 図６ｆに示す電極保護膜に対する本発明の第
４実施形態の断面構造図、
４実施形態の断面構造図、
【図１０】 図６ｆに示すような電極保護膜に対する本
発明の第５実施形態の断面構造図。
発明の第５実施形態の断面構造図。
１０ 半導体基板 １１ ゲート絶縁膜 １２ ゲート電極 １３ 拡散防止膜 １４ タングステン膜 １５ 第１絶縁膜 １６ 第２絶縁膜 １７ 保護膜 １８ａ 側壁スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−186675（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235542（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−183515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−148879（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−94476（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263686（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−50631（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−41482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/336 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/78
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上に、ドープされたポリシリ
コン層及び高融点窒化金属の層から成る導電層パターン
を形成する段階と、 前記導電層パターンを窒素の包含されたガスと反応させ
て前記高融点窒化金属の層の上面及び側面に非晶質状態
の金属窒化膜から成る保護膜そして前記ポリシリコン層
の側面に非晶質状態のＳｉ3Ｎ4膜から成る保護膜を形成
する段階と、 を備えることを特徴とする半導体デバイスの電極保護膜
の形成方法。 - 【請求項２】 前記ポリシリコン層と前記高融点窒化金
属の層との間に拡散防止膜を有することを特徴とする請
求項１記載の半導体デバイスの電極保護膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記高融点窒化金属が、ＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，ＨｆＮ又はＴａＮであることを特徴とする請求項１
記載の半導体デバイスの電極保護膜の形成方法。 - 【請求項４】 前記ドープされた酸化膜が、Ｂ2Ｏ3，Ｐ
2Ｏ5又はＡｓ2Ｏ3であることを特徴とする請求項１記載
の半導体デバイスの電極保護膜の形成方法。 - 【請求項５】 前記保護膜は、Ｎ2又はＯ2雰囲気で３０
０℃以下の温度で１２０秒以下の時間の間熱処理して非
晶質状態に形成することを特徴とする請求項１記載の半
導体デバイスの電極保護膜の形成方法。 - 【請求項６】 前記保護膜は、炉内で４００〜８００℃
の温度且つＮＨ3 雰囲気で２５〜３５分間熱処理して非
晶質状態に形成することを特徴とする請求項１記載の半
導体デバイスの電極保護膜の形成方法。 - 【請求項７】 前記保護膜は、１０００℃以下の温度且
つＮＨ3 雰囲気で急速熱処理して非晶質状態に形成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの電極
保護膜の形成方法。
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| KR1019970046809A KR100382539B1 (ko) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 반도체소자의 전극 보호막 형성방법 |
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|---|---|
| JPH1197383A JPH1197383A (ja) | 1999-04-09 |
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| US6201276B1 (en) * | 1998-07-14 | 2001-03-13 | Micron Technology, Inc. | Method of fabricating semiconductor devices utilizing in situ passivation of dielectric thin films |
| JP2000114522A (ja) * | 1998-10-08 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| KR100564552B1 (ko) * | 1999-06-15 | 2006-03-29 | 삼성전자주식회사 | 저저항 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터 제조방법 |
| KR100338935B1 (ko) * | 1999-11-10 | 2002-05-31 | 박종섭 | 반도체소자의 게이트 형성방법 |
| KR100374550B1 (ko) * | 2000-01-25 | 2003-03-04 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| US6689673B1 (en) * | 2000-05-17 | 2004-02-10 | United Microelectronics Corp. | Method for forming a gate with metal silicide |
| WO2002017689A1 (fr) * | 2000-08-23 | 2002-02-28 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Afficheur electroluminescent organique |
| US6699777B2 (en) * | 2001-10-04 | 2004-03-02 | Micron Technology, Inc. | Etch stop layer in poly-metal structures |
| JPWO2004073071A1 (ja) * | 2003-02-12 | 2006-06-01 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
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| US5094981A (en) * | 1990-04-17 | 1992-03-10 | North American Philips Corporation, Signetics Div. | Technique for manufacturing interconnections for a semiconductor device by annealing layers of titanium and a barrier material above 550° C. |
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| US5981367A (en) * | 1996-10-17 | 1999-11-09 | Micron Technology, Inc. | Method for making an access transistor |
| US5897354A (en) * | 1996-12-17 | 1999-04-27 | Cypress Semiconductor Corporation | Method of forming a non-volatile memory device with ramped tunnel dielectric layer |
| US5888588A (en) * | 1997-03-31 | 1999-03-30 | Motorola, Inc. | Process for forming a semiconductor device |
-
1997
- 1997-09-11 KR KR1019970046809A patent/KR100382539B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-03-03 JP JP10050437A patent/JP3057435B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-23 US US09/045,820 patent/US6171981B1/en not_active Expired - Lifetime
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