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JPH065852A - Mosfet及びその製造方法 - Google Patents

Mosfet及びその製造方法

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Publication number
JPH065852A
JPH065852A JP16500092A JP16500092A JPH065852A JP H065852 A JPH065852 A JP H065852A JP 16500092 A JP16500092 A JP 16500092A JP 16500092 A JP16500092 A JP 16500092A JP H065852 A JPH065852 A JP H065852A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
refractory metal
metal film
gate
gate oxide
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.)
Withdrawn
Application number
JP16500092A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasutaka Kobayashi
康孝 小林
Fumio Ichikawa
文雄 市川
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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 Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP16500092A priority Critical patent/JPH065852A/ja
Publication of JPH065852A publication Critical patent/JPH065852A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28088Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a composite, e.g. TiN

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面チャネル型デバイスを実現し、かつ、電
極の配線抵抗が低く、しかも、ゲート耐圧劣化等が抑制
されるMOS特性を安定化する。 【構成】 MOSFETの製造方法において、第1導電
型の半導体基板あるいは半導体層のゲート形成領域上に
ゲート酸化膜103を形成し、そのゲート酸化膜103
上に第1の高融点金属膜である窒化チタン膜104を形
成し、その窒化チタン膜104上にその窒化チタン膜1
04とは相反する応力をもつ第2の高融点金属膜である
タングステン膜105を形成し、ホトリソグラフィ技術
によりパターニングを行い、前記窒化チタン膜104と
タングステン膜105によりゲート電極を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート電極に高融点金
属を有するMOSFET及びその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、以下に示すようなものがあった。図2はかかる
従来のMOSFETの製造工程断面図である。なお、こ
のようなMOSFETの製造方法は、現在ではLDD構
造などに広く応用され、その一例として、詳しくはIE
DM’83 P.392〜395に示されている。
【0003】まず、図2(a)に示すように、通常の選
択酸化法(LOCOS法)により、シリコン単結晶半導
体基板(以下、基板という)1にフィールド酸化膜2を
形成し、アクティブ領域11とフィールド領域12を分
離する。次に、図2(b)に示すように、トランジスタ
のゲート酸化膜3、及びゲート電極4を全面に形成した
後、ホトリソグラフィ技術によりパターニングを行い、
ゲート電極4を形成する。
【0004】次に、図2(c)に示すように、ゲート電
極4をマスクとして、例えば、Nチャンネルトランジス
タの場合では、ヒ素の不純物をイオン注入することによ
り、基板1のソース/ドレイン形成領域の全体に自己整
合的に高濃度の不純物拡散層5を形成するようにしてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のMOSFETでは、ゲート電極として使用する
材料によって以下のような問題点があった。まず、電極
材料として多結晶シリコン膜を使用した場合は、金属材
料に比べて比抵抗が高く、信号遅延が顕在化してくる。
また、低抵抗化のために多結晶シリコン膜上にタングス
テンやモリブデンのような高融点金属を形成するポリサ
イド構造を使用した場合でも、金属材料単体の場合に比
べて、数ケタも比抵抗が大きく、かつ表面チャネル型デ
バイスを実現する異極性ゲート電極方式をとろうとする
とプロセスが複雑になる。
【0006】更に進んで、高融点金属そのものをゲート
電極として用いる試みもなされているが、タングステン
などでは膜応力の大きいことによるゲート耐圧やホット
キャリア劣化現象が発生するなど、技術的に満足できる
ものは得られなかった。本発明は、以上述べたような問
題点を解決するために、表面チャネル型デバイスを実現
し、かつ、電極の配線抵抗が低く、しかも、ゲート耐圧
劣化等が抑制されるMOS特性を安定化することができ
るMOSFET及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、MOSFETにおいて、半導体基板と、
この半導体基板の表層に形成されたソース及びドレイン
領域と、このソース及びドレイン領域間の前記半導体基
板上に形成されたゲート酸化膜と、このゲート酸化膜上
に形成された第1の高融点金属膜と、この第1の高融点
金属膜上に形成され、かつ該第1の高融点金属膜とは相
反する応力をもつ第2の高融点金属膜とを設けるように
したものである。
【0008】また、MOSFETの製造方法において、
第1導電型の半導体基板あるいは半導体層のゲート形成
領域上にゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化膜上に
第1の高融点金属膜を形成し、この第1の高融点金属膜
上に該第1の高融点金属膜とは相反する応力をもつ第2
の高融点金属膜を形成し、ホトリソグラフィ技術により
パターニングを行い、前記第1の高融点金属膜と前記第
2の高融点金属膜によりゲート電極を形成するようにし
たものである。
【0009】更に、第1導電型の半導体基板あるいは半
導体層のゲート形成領域上にゲート酸化膜を形成し、こ
のゲート酸化膜上に第1の高融点金属膜を形成し、この
第1の高融点金属膜上に該第1の高融点金属膜とは相反
する応力をもつ第2の高融点金属膜を形成し、この第2
の高融点金属膜上に反射防止膜を形成し、ホトリソグラ
フィ技術によりパターニングを行い、前記第1の高融点
金属膜、前記第2の高融点金属膜及び反射防止膜により
ゲート電極を形成するようにしたものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、ゲート電極材料として、高融
点金属を使用するとともに、その下部にパッド・メタル
として、更にもう一種類の別な相反する応力をもつ高融
点金属を併用する。したがって、ゲート酸化膜にかかる
応力が緩和され、ゲート耐圧やホットキャリアの劣化を
抑制することができる。
【0011】しかも、ポリサイド構造ではなく、金属材
料のみでゲート電極を構成できるため、配線抵抗を低く
することができるだけでなく、表面チャネル型デバイス
の製造に対してもプロセスが簡単になる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しで
がら詳細に説明する。図1は本発明の実施例を示す半導
体装置の製造工程断面図である。まず、図1(a)に示
すように、シリコン単結晶半導体基板(以下、基板とい
う)101上に、図示しないがシリコン窒化膜を耐酸化
マスクとして用いる通常の選択酸化法(LOCOS法)
により、フィールド酸化膜102(例えば、5000
Å)を形成し、アクティブ領域71とフィールド領域7
0を分離する。
【0013】次いで、アクティブ領域71の基板101
上の表面に、熱酸化によってゲート酸化膜103(例え
ば、100〜200Å)を形成し、更にその上を含む全
面に、例えば圧縮応力をもつ窒化チタン膜104(50
0〜1000Å)をスパッタ法により形成する。次い
で、その上を含む全面に、例えば引張り応力をもつタン
グステン膜105(1000〜2000Å)をスパッタ
法あるいはCVD(化学的気相成長)法を用いて形成し
た後、更にその上を含む全面にCVD法により、酸化膜
106(例えば、500Å)を形成する。
【0014】次に、図1(b)に示すように、ホトリソ
グラフィ技術により、図示しないがホトレジストをマス
クとして酸化膜106、タングステン膜105、窒化チ
タン膜104、ゲート酸化膜103をエッチングし、ゲ
ート電極107を形成する。レジスト除去後、図1
(c)に示すように、酸化膜106をマスクとして、例
えばNチャンネルトランジスタの場合、ヒ素などの不純
物をイオン注入法を用いて基板101に注入することに
より、基板101のソース/ドレイン形成領域中、ゲー
ト電極107に隣接する部分に自己整合的に高濃度不純
物拡散層108を形成する。ここで、酸化膜106はイ
オン注入時のマスクとなっているとともに、タングステ
ン膜105の反射率を低減する働きをしている。
【0015】その後は、図示はしていないが、中間絶縁
膜、配線用金属パターン及び保護用絶縁膜を公知の技術
により形成し、各種構造のMOSFETを完成させる。
図3は本発明の他の実施例を示す半導体装置の製造工程
断面図である。なお、前記した実施例と同様の部分につ
いては、同じ番号を付してその説明を省略する。
【0016】まず、図3(a)に示すように、前記実施
例と同様に、基板101上にフィールド酸化膜102を
形成し、アクティブ領域71とフィールド領域70を分
離する。次に、アクティブ領域71の基板101上の表
面に、熱酸化によってゲート酸化膜103を形成し、更
にその上を含む全面に、例えば圧縮応力をもつ窒化チタ
ン膜104をスパッタ法により形成する。
【0017】次いで、更にその上を含む全面に、例えば
引張り応力をもつタングステン膜105をスパッタ法、
あるいはCVD(化学的気相成長)法を用いて形成す
る。更に、そのタングステン膜105上には全面にCV
D法により、反射防止金属(ARM:アンチ・リフレク
ト・メタル)膜201(例えば、窒化チタン膜)を形成
する。
【0018】次に、図3(b)に示すように、ホトリソ
グラフィ技術により、図示しないがホトレジストをマス
クとして反射防止金属膜201、タングステン膜10
5、窒化チタン膜104、ゲート酸化膜103をエッチ
ングし、ゲート電極202を形成する。レジスト除去
後、図3(c)に示すように、反射防止金属膜201を
マスクとして、例えばNチャンネルトランジスタの場
合、ヒ素などの不純物をイオン注入法を用いて基板10
1に注入することにより、基板101のソース/ドレイ
ン形成領域中、ゲート電極202に隣接する部分に自己
整合的に高濃度不純物拡散層108を形成する。ここ
で、反射防止金属膜201はイオン注入時のマスクとな
っているとともに、タングステン膜105の反射率を低
減する働きをしている。
【0019】その後は、図示はしていないが、中間絶縁
膜、配線用金属パターン及び保護用絶縁膜を公知の技術
により形成し、各種構造のMOSFETを完成させる。
なお、この実施例では、基板101に素子を形成するよ
うにしたが、この基板101上に半導体層を成長させ
て、その半導体層上に同様に素子を形成させるようにし
ても良いし、上記材料、寸法、形状、配置関係、数値的
条件またはその他の条件は、本発明の目的の範囲内で任
意に適宜な設計の変更及び変形を行うことができること
は言うまでもない。
【0020】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ゲート電極材料として、引張り応力をもつタン
グステンと、圧縮応力をもつ窒化チタンを併用している
ため、ゲート酸化膜にかかる応力が緩和され、ゲート耐
圧やホットキャリアの劣化を抑制することができる。
【0021】しかも、ポリサイド構造ではなく、金属材
料のみでゲート電極を構成できるため、配線抵抗を低く
することができるだけでなく、表面チャネル型デバイス
の製造に対してもプロセスが簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す半導体装置の製造工程断
面図である。
【図2】従来の半導体装置の製造工程断面図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す半導体装置の製造工
程断面図である。
【符号の説明】
70 アクティブ領域 71 フィールド領域 101 シリコン単結晶半導体基板 102 フィールド酸化膜 103 ゲート酸化膜 104 窒化チタン膜 105 タングステン膜 106 酸化膜 107,202 ゲート電極 108 高濃度不純物拡散層 201 反射防止(ARM:アンチ・リフレクト・メ
タル)膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)半導体基板と、 (b)該半導体基板の表層に形成されたソース及びドレ
    イン領域と、 (c)該ソース及びドレイン領域間の前記半導体基板上
    に形成されたゲート酸化膜と、 (d)該ゲート酸化膜上に形成された第1の高融点金属
    膜と、 (e)該第1の高融点金属膜上に形成され、かつ該第1
    の高融点金属膜とは相反する応力をもつ第2の高融点金
    属膜とを具備することを特徴とするMOSFET。
  2. 【請求項2】(a)第1導電型の半導体基板あるいは半
    導体層のゲート形成領域上にゲート酸化膜を形成する工
    程と、 (b)該ゲート酸化膜上に第1の高融点金属膜を形成す
    る工程と、 (c)該第1の高融点金属膜上に該第1の高融点金属膜
    とは相反する応力をもつ第2の高融点金属膜を形成する
    工程と、 (d)ホトリソグラフィ技術によりパターニングを行
    い、前記第1の高融点金属膜と前記第2の高融点金属膜
    によりゲート電極を形成する工程を施すことを特徴とす
    るMOSFETの製造方法。
  3. 【請求項3】(a)第1導電型の半導体基板あるいは半
    導体層のゲート形成領域上にゲート酸化膜を形成する工
    程と、 (b)該ゲート酸化膜上に第1の高融点金属膜を形成す
    る工程と、 (c)該第1の高融点金属膜上に該第1の高融点金属膜
    とは相反する応力をもつ第2の高融点金属膜を形成する
    工程と、 (d)該第2の高融点金属膜上に反射防止膜を形成する
    工程と、 (e)ホトリソグラフィ技術によりパターニングを行
    い、前記第1の高融点金属膜、前記第2の高融点金属膜
    及び反射防止膜によりゲート電極を形成する工程を施す
    ことを特徴とするMOSFETの製造方法。
JP16500092A 1992-06-23 1992-06-23 Mosfet及びその製造方法 Withdrawn JPH065852A (ja)

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