JPH10289885A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高融点金属膜／バリア金属膜／多結晶シリコン
膜なる３層構造の電極や配線において、窒化チタン膜を
薄くした際の高融点金属膜抵抗上昇を防止する。 【解決手段】窒化チタン膜５からなるバリア膜とタング
ステンなど高融点金属膜６の間に、極めて薄い酸素吸着
層７あるいはバリア構成材料の酸化物層もしくはシリコ
ンの酸化物層からなる第２のバリア膜を介在させる。 【効果】窒化チタン膜６を薄くしても、上層の高融点金
属膜６の抵抗が上昇しないため、ゲート電極９を薄くす
ることができ、低抵抗の微細ゲート電極が容易に形成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、詳しくはＭＯＳ（Metal-Oxide-Semi
conductor）型半導体装置のゲート電極や配線に特に好
適な、低抵抗な電極や配線を有する半導体装置およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化が進むとともに、
それを構成する電極および配線も微細化され、電極や配
線の幅も小さくなっている。しかし、電極や配線の幅が
小さくなるにともなって、電極および配線の抵抗が増大
して信号遅延が顕著になり、高速で高性能な集積回路を
設計するのが難しくなってきている。特に、従来のＭＯ
Ｓ型半導体装置のゲート電極や配線として広く用いられ
てきた多結晶シリコンの抵抗は約１ｍΩ・ｃｍと高いた
め、寸法の微細化ともなう電極や配線の抵抗増大への影
響は大きく、電極や配線の低抵抗化技術が、高速高集積
回路を実現するための鍵となっている。

【０００３】多結晶シリコン膜を用いた電極や配線の抵
抗を低くするため、所定の形状を有する多結晶シリコン
膜を電極配線部に形成した後、チタンやコバルトなどの
金属膜を全面に形成して熱処理し、露出された多結晶シ
リコン膜とその上に形成されたこの金属膜を反応させて
低抵抗の金属珪化物（シリサイド）を形成する技術、す
なわち自己整合シリサイド化技術が広く検討され、実用
化されている。

【０００４】しかし、電極配線の幅が０．５μｍ程度以
下になると、このようにして形成されたチタンシリサイ
ドなど金属シリサイド膜の抵抗自体が、配線幅が広い場
合より高くなってしまい、抵抗値の電極配線が得られな
いことが明らかになった。これは、電極配線の幅がこの
ように小さいと、配線幅が広い場合とはシリサイドの結
晶構造が異なり、幅が小さい場合は、抵抗率の高い結晶
構造を持つシリサイドが形成されてしまうためである。

【０００５】そのため、図２（ａ）および図２（ｂ）に
示した従来の最も代表的な多結晶シリコンゲート電極４
と同等の安定したＭＯＳ電気特性を確保し、かつシリサ
イドよりさらに抵抗が低く、配線幅が０．５μｍ以下に
微細化されても抵抗率が上昇しないゲート電極や配線の
検討が進められている。

【０００６】その最も実現性の高いゲート電極や配線と
して、多結晶シリコン膜４とタングステン膜６を重ねあ
わせ、かつタングステン膜４とシリコン膜６の間にタン
グステンやチタンなどの窒化物膜５を介在させた図２
（ｂ）に示す構造が提案されている。この窒化物膜５
は、タングステン膜６と多結晶シリコン膜４の間のシリ
サイド化反応を防止し、かつ多結晶シリコン膜４に含有
されていたひ素、りんあるいはボロンなどの不純物が、
熱処理工程中にタングステン膜６内に拡散するのを防止
する効果を持っており、バリア膜と呼ばれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２（ｃ）に示した高
融点金属膜６／金属窒化物膜５／多結晶シリコン膜４と
いう上記積層構造では、シリサイド反応が生じないた
め、上層である高融点金属膜６の低い抵抗率を、そのま
ま利用した電極や配線を形成できるという特長がある。
しかしこの構造は３層の積層構造であるため、電極や配
線が厚くなり、半導体装置の高集積化の障害になる。こ
のため、間に挟む金属窒化物からなるバリア膜５の厚さ
をできるだけ薄くする必要があるが、数１０ナノメート
ルまで薄くすると、上部の高融点金属膜６の抵抗率が急
激に高くなる欠点があることがわかった。このバリア膜
５の薄膜化にともなう上層高融点金属薄膜６の抵抗上昇
は、金属窒化物膜を用いた場合のみではなく、金属硼化
物や金属炭化物の膜をバリア膜として用いた場合にも同
様に生じ、十分低い抵抗の電極や配線を得るのは困難で
あった。

【０００８】本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、バリア層が薄く、かつ高融点金属膜の抵抗増加を防
止した電極や配線配線を有する半導体装置およびその製
造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の半導体装置は、下地上に順次積層して形成さ
れた所定の形状を有する第１のバリア膜、当該第１のバ
リア膜とは異なる材料からなる第２のバリア膜および高
融点金属膜からなる積層膜を有し、上記第１のバリア膜
は上記下地と上記高融点金属膜の間の反応を防止するた
めの膜であり、上記第２のバリア膜は上記高融点金属膜
を形成する際における上記第１のバリア膜の影響を防止
するための膜であることを特徴とする。

【００１０】すなわち、周知のように、従来の半導体装
置においては、高融点金属膜と下地（シリコン膜やシリ
コン基板など）の間の反応を防止するため、両者の間に
バリア膜を介在させる。高融点金属膜は一般的にスパッ
ター蒸着あるいは化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって形
成されるが、これらの方法で形成された金属膜の電気抵
抗は、膜厚が同じでもその下に形成されたバリア膜の厚
さが薄くなるにともなって増大する。この現象は多結晶
である高融点金属の結晶粒の大きさ、および結晶粒の配
向性（多結晶膜内で、同じ方向に結晶軸がそろった結晶
粒の存在頻度）が、バリア膜の結晶状態に依存するため
であることがわかった。すなわち、高融点金属膜の結晶
粒の大きさおよび結晶の配向性は、下地であるバリア膜
の結晶粒大きさおよび配向性に影響される。

【００１１】バリア膜もスパッター法あるいはＣＶＤ法
で形成されるが、形成された膜は多結晶体であり、厚さ
が数１０ナノメータ以下の膜堆積初期に形成される結晶
粒は小さく、また膜内の各結晶粒は一定の方向に配向し
ない場合が多い。それより厚くなると大きな結晶粒が形
成され、かつ、一定方向に配向するようになる。そのた
め、膜厚が大きいバリア膜の上に形成された高融点金属
薄膜の結晶粒は大きくなり、かつ結晶の配向性が高くな
るが、バリア膜の膜厚が数１０ナノメータ以下の場合、
その上に形成される高融点金属は、結晶粒が小さく配向
性も低くなる。

【００１２】一方、高融点金属多結晶膜の抵抗は、主に
結晶粒界における電子（電流）散乱によって決まる。し
たがって、バリア膜の膜厚が薄くなって、その上に形成
された高融点金属膜の結晶粒が小さくなり、配向性も低
くなると、この高融点金属膜の抵抗が増大してしまう。

【００１３】したがって、低抵抗の高融点金属膜を得る
ためには、金属結晶粒成長に対する下地バリア膜による
影響を少なくする必要がある。そのため、本発明では、
従来のバリア膜（第１のバリア膜；積層膜の下地と高融
点金属膜の間の反応を防止する）と高融点金属膜の間
に、第１のバリア膜とは異なる材料からなる第２のバリ
ア膜をさらに設け、高融点金属の粒子成長に対する第１
のバリア膜の影響を、この第２のバリア膜によって防止
する。第２のバリア膜を設けることによって、例えば第
１のバリア膜の厚さが１０ｎｍ程度と薄い場合でも、第
１のバリア膜の厚さがほぼ１００ｎｍの場合と同程度の
大きさの結晶粒を有し、膜厚が８０〜２００ｎｍの高融
点金属膜を容易に形成できる。すなわち、第１のバリア
膜の厚さとは無関係に低抵抗の高融点膜が実現される。

【００１４】第２のバリア膜としては、たとえば図１に
示したように、バリア膜５の表面に形成した酸素吸着層
７を用いることができる。この酸素吸着層７によって高
融点金属膜６における結晶粒成長へのバリア膜５による
影響は防止される。

【００１５】また、上記順次積層して形成された第１の
バリア膜、当該第１のバリア膜とは異なる材料からなる
第２のバリア膜および高融点金属膜を、所定の形状を有
する多結晶シリコン膜上に形成してもよい。この場合、
上記第１のバリア膜は上記多結晶シリコン膜と上記高融
点金属膜の間の反応を防止するための膜であり、上記第
２のバリア膜は上記高融点金属膜を形成する際における
上記第１のバリア膜の影響を防止するための膜である。

【００１６】上記積層膜はＭＯＳトランジスタのゲート
電極として使用することができ、この場合、上記積層膜
はゲート絶縁膜上に形成される。

【００１７】上記積層膜はＭＯＳトランジスタのソース
若しくはドレイン電極として使用することができ、この
場合、上記積層膜はソース若しくはドレイン領域上に形
成される。

【００１８】さらに、上記積層膜は半導体装置の配線と
して使用することができ、この場合は、上記積層膜は半
導体基板表面の所定部分と接続される。

【００１９】上記第１のバリア膜としては、従来と同様
にチタン、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン若
しくはモリブデンの窒化物、炭素化合物若しくはボロン
化合物の膜を使用できる。

【００２０】また、上記第２のバリア膜は、互いに離間
して上記第１のバリア膜上に形成された上記第１のバリ
ア膜を構成する金属若しくはシリコンの酸化物の粒子を
含む層若しくは上記第１のバリア膜の酸素吸着層を使用
できる。上記酸化物の粒子が連続して膜が形成される
と、この膜は絶縁膜であり、電極や配線として使用でき
ないから、これら酸化物の粒子は互いに離間している必
要がある。ただし、膜厚が極めて薄いと（例えばシリコ
ン酸化物膜の場合は１ｎｍ程度）、連続した膜になら
ず、粒子が互いに離間した部分が生ずるので、このよう
な極めて薄い膜を形成してもよい。

【００２１】また、上記高融点金属膜としては、通常の
場合と同様にタングステン膜若しくはモリブデン膜を使
用できる。

【００２２】上記第１のバリア膜の膜厚は２ｎｍ〜５０
ｎｍ、上記高融点金属膜の膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍ
とすれば、好ましい結果が得られる。

【００２３】さらに、本発明の半導体装置は、半導体基
板の主表面上にゲート絶縁膜を介して順次積層して形成
された所定の形状を有する多結晶シリコン膜、窒化チタ
ン膜、当該窒化チタン膜の酸素吸着層および高融点金属
膜の積層膜からなり、シート抵抗が０．２Ω／□〜５．
０Ω／□であるゲート電極を有することができる。な
お、上記窒化チタン膜の代わりに、チタン以外の高融点
金属の窒化物膜を使用することもできる。

【００２４】本発明の半導体装置は、下地上に第１のバ
リア膜を形成する工程と、上記第１のバリア膜の表面に
酸素を吸着させて酸素吸着層からなる第２のバリア膜を
形成した後、高融点金属膜を積層して形成する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法によって製造
できる。

【００２５】上記酸素吸着層は、上記第１のバリア膜層
を形成した後、当該第１のバリア膜の表面を空気と接触
させることによって形成することができる。また、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム、タングステンおよびモ
リブデンからなる群から選択された金属を、不活性ガス
と窒素の雰囲気中でスパッタリングすることによってこ
れらの金属の窒化物からなる上記第１のバリア膜を形成
した後、不活性ガス、窒素および酸素を含む雰囲気中で
上記金属をスパッタリングすることによっても、上記酸
素吸着層は形成される。上記スパッタリングは硫黄を含
有させた上記金属を、スパッタ源として行なうこともで
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明において、上記積層膜はＭ
ＯＳトランジスタのゲート電極として極めて有用であ
る。この場合、第１のバリア膜の下に多結晶シリコン膜
を配置して、高融点金属膜／第２のバリア膜／第１のバ
リア膜／多結晶シリコン膜という積層構造を形成し、多
結晶シリコン膜がゲート絶縁膜の表面に接するようにす
るのが最も好ましい。上記多結晶シリコン膜を使用せず
に、第１のバリア膜をゲート絶縁膜上に直接配置するこ
ともできるが、上記多結晶シリコン膜を用いて、多結晶
シリコン膜がゲート絶縁膜の表面に接するようにすれ
ば、多結晶シリコン膜をゲート電極として用いた従来の
ＭＯＳトランジスタと同様の、極めて好ましいＭＯＳ特
性が得られる。

【００２７】第１のバリア膜としては窒化チタン膜が最
も実用的であるが、ジルコニウムあるいはハフニウムの
窒化物膜など、周知のバリア膜も使用できる。これら周
知のバリア膜のいずれを用いた場合も、その上に形成さ
れた高融点金属膜の結晶粒大きさ、配向性および抵抗
は、バリア膜の膜厚に依存するが、本発明によって下地
である第１のバリア膜の影響を極めて少なくすることが
できた。

【００２８】上記積層膜をゲート電極、ソース、ドレイ
ン電極および配線のいずれに使用する場合においても、
膜面と垂直な方向における積層膜の抵抗を低くするに
は、第１のバリア膜の厚さを小さくすることが不可欠で
あるが、第１のバリア膜の厚さを小さくすると、高融点
金属膜の抵抗が増大してしまう。しかし、本発明におい
ては、第２のバリア膜を用いることによって、このよう
な高融点金属膜の抵抗増大は防止されて、低抵抗の電極
や配線が得られる。このような効果は、高融点金属膜と
して、タングステン膜およびモリブデン膜のいずれを用
いても得られる。

【００２９】なお、窒化タングステン膜あるいは窒化モ
リブデン膜を第１のバリア膜として用いた場合は、上層
の高融点金属膜の抵抗に対する影響は、第１のバリア膜
としてチタン、ジルコニウムあるいはハフニウムの化合
物膜を用いた場合より小さかったが、酸素吸着層または
酸素化合物層を設けることによって、第１のバリア膜に
よる上層の高融点金属膜の抵抗に対する影響をさらに低
減することができた。

【００３０】また、第１のバリア膜として窒化物膜を用
いる代りに、炭素化合物膜あるいはボロン化合物膜を用
いても同様の効果が認められ、第１のバリア膜とその上
の高融点金属膜の間に、酸素吸着層もしくは酸化物含有
層を第２のバリア膜として設けることによって、高融点
金属膜の配線抵抗、結晶粒径および配向性に対する第１
のバリア膜による影響を低減できた。

【００３１】しかし、第１のバリア膜として金属の炭化
物を用いた場合は、その上にタングステンなどの高融点
金属膜を形成する過程で、この高融点金属膜中に第１の
バリア膜中の炭素が拡散され、第１のバリア膜として他
の材料からなる膜を用いた場合と比較して、抵抗が高く
なることがあった。

【００３２】

【実施例】

〈実施例１〉本実施例は本発明をＭＯＳ半導体装置に適
用した例である。まず、７枚のｐ型シリコン基板を用意
し、図３（ａ）に示したように、各シリコン基板１上に
それぞれＳｉＯ₂からなる厚さ０．５μｍの素子間分離
領域２を形成した後、ＭＯＳトランジスタ形成領域の基
板表面を酸化して、ＳｉＯ₂からなる厚さ８nｍのゲート
絶縁膜膜３を周知の熱酸化法を用いて形成した。

【００３３】周知のＣＶＤ法を用いて、りんがドープさ
れた厚さ７０ｎｍの多結晶シリコン膜４を形成し、次
に、周知のスパッタ装置を用いて、窒素ガス含有アルゴ
ン雰囲気（真空度０．５Ｐａ）中でチタンをスパッタリ
ングし、膜厚が５、１０、２０、３０、５０、８０およ
び１００nｍである窒化チタン膜５を、上記多結晶シリ
コン膜４上に、第１のバリア膜としてそれぞれ形成し
た。各窒化チタン膜５を形成する際の基板温度はいずれ
も３００℃とした。

【００３４】これら膜厚が互いに異なる各窒化チタン膜
５上に、厚さ１００nｍのタングステン膜６を同じスパ
ッタ装置を用いてそれぞれ形成した。この際、第１グル
ープに対しては、第１のバリア膜である上記窒化チタン
膜５を形成した後、同一真空内で連続してタングステン
膜６を形成し、第２グループに対しては、窒化チタン膜
５を形成した後、一旦大気中に取り出して３時間放置
し、窒化チタン膜５に酸素を吸着させて酸素吸着層７を
第２のバリア膜として形成した後、再びスパッタ装置の
真空室内に戻し、上記酸素吸着層７の上にタングステン
膜６を形成した。

【００３５】次に、厚さ１００nｍの窒化シリコン膜
（図示されていない）を形成し、その上にホトレジスト
を塗布し、周知の電子ビーム露光法を用いて、種々の線
幅を有するレジストパターン８を形成し、これをマスク
として窒化シリコン膜の露出された部分をドライエッチ
ングし、続いてエッチングガスをＳＦ₆系ガスに変えて
タングステン膜６の露出部分をエッチングした。さら
に、エッチングガスを塩素系ガスに切り替え、窒化チタ
ン膜５および多結晶シリコン膜４の露出された部分を順
次エッチングして、図３（ｃ）に示したように、ゲート
電極９を形成し、周知のアッシング法によってレジスト
パターン８を除去した。

【００３６】次に、ゲート電極９をイオン打ち込みのマ
スクとして用い、加速電圧２０ｋｅＶ、ドーズ量１×１
０¹⁴原子/cｍ²という条件でりんイオンをシリコン基板
１内にイオン打ち込みして、浅い拡散層を形成した。

【００３７】厚さ１００nｍの窒化シリコン膜を周知の
ＣＶＤ法によって形成した後、全面異方性エッチングを
行なって、平坦部上の窒化シリコン膜を除去し、ゲート
電極９の側壁部上のみに残して側壁絶縁膜１０を形成し
た。次に、図３（ｄ）に示したように、ゲート電極９お
よび側壁絶縁膜１０をマスクとして、加速電圧６０ｋｅ
Ｖ、ドーズ量５×１０¹⁵原子/cｍ²という条件でひ素イ
オン１１をシリコン基板１にイオン打込みして、ＭＯＳ
トランジスターのソース１２、ドレイン１３を形成し
た。

【００３８】さらに、瞬間熱処理装置を用い、窒素雰囲
気中で９００℃、１分の熱処理を行なった。これらゲー
ト電極形成に関連した工程終了後は、通常のプロセスで
層間絶縁膜１４、Ａｌ配線１５およびパシベーション膜
１６を形成して、図３（ｅ）に示すＭＯＳトランジスタ
を形成した。

【００３９】このようにして形成されたＭＯＳトランジ
スターは、上記第１および第２グループいずれも、図２
（ａ）に示した多結晶シリコンゲート電極を有する従来
のトランジスタと同等のしきい値電圧、界面準位および
駆動能力などのＭＯＳ特性を示した。これは、第１のバ
リア膜である窒化チタン膜５によって、タングステン膜
６と多結晶シリコン膜４の間の反応が防止されるととも
に、窒化チタン膜５の下地である多結晶シリコン膜４に
ドープされたリンの、タングステン膜６への拡散が防止
されるため、トランジスタのしきい値電圧が変動せず、
安定なＭＯＳ特性が得られたためである。

【００４０】次に、上記第１および第２グループのゲー
ト電極、配線のシート抵抗の窒化チタン膜厚依存性を調
べた。その結果、図４に示したように、窒化チタン膜５
の膜厚が１００ｎｍの場合は、上記第１および第２グル
ープのシート抵抗は同一値を示し、両者の間に差は認め
られなかった。

【００４１】しかし、窒化チタン膜５の膜厚が薄くなる
と、窒化チタン膜５を形成した後、同一真空室内で連続
してタングステン膜６を形成した上記第１グループは、
シート抵抗が急激に増大した。一方、窒化チタン膜５を
形成した後、表面を大気にさらして酸素を吸着させ、酸
素吸着層７を形成した後にタングステン膜６を形成した
第２グループでは、シート抵抗はタングステン膜６の膜
厚にほとんど依存せず、タングステン膜６の膜厚が１０
ｎｍより小さくても、膜厚が１００nｍの場合とほぼ同
程度の低い値を示し、酸素吸着膜７の形成が、抵抗増大
防止に極めて有効であることが確認された。

【００４２】〈実施例２〉上記実施例１では、窒化チタ
ン膜５を空気に接触させて酸素吸着層７を形成したが、
本実施例は、酸素を含む雰囲気中で窒化チタン膜を形成
することによって、酸素吸着層７を形成した例である。

【００４３】まず、実施例１と同じ方法で、窒化チタン
膜５を所望の膜厚の９０％膜厚まで形成した。次に、上
記雰囲気中に酸素を５％混合してチタンのスパッタリン
グを行って、残りの膜厚１０％の窒化チタン膜を形成し
た。このようにすることにより、酸素吸着層７が通常の
窒化チタン膜５の表面上に形成された。ただし、本実施
例における酸素吸着層７は、チタンの窒化物と酸化物が
混合された層であり、正確には酸素含有層であるが、煩
雑を避けるために酸素吸着層と称した。

【００４４】続いて、周知のスパッタリング法を用いて
厚さ１００nｍのタングステン膜６をアルゴン雰囲気
（真空度、０．５Ｐａ）中で形成し、以下、実施例１と
同じ条件で処理を行い、第２グループのＭＯＳトランジ
スタを作成した。ただし、本実施例では、ゲート電極や
配線を形成した後、窒素雰囲気中でそれぞれ異なる温度
で熱処理を行って、シート抵抗を測定し、ゲート電極抵
抗の熱処理温度依存性を求めた。

【００４５】同様の熱処理および測定を、窒化チタン膜
５を形成した後、酸素吸着層７を形成せずに、タングス
テン膜６を窒化チタン膜５上に直接形成した第１グルー
プのＭＯＳトランジスタについても行い、両者を比較し
た。

【００４６】得られた結果を図５に示した。図５から明
らかなように、第１および第２グループは、熱処理温度
が高くなると、シート抵抗はいずれも低下した。しか
し、酸素吸着層７が窒化チタン膜５上に形成された第２
グループは、酸素吸着層を有さない第１グループより、
熱処理温度の上昇によるシート抵抗の低下が大きく、熱
処理の効果が顕著であった。また、熱処理温度が同じで
ある場合の配線のシート抵抗は、第２グループは第１グ
ループより低く、この点においても酸素吸着層７が特性
向上に有効であることが認められた。

【００４７】一方、シート抵抗の窒化チタン膜厚依存性
を調べたところ、実施例１と同様に、窒化チタン膜５上
にタングステン膜６が直接形成された第１グループで
は、窒化チタン膜５の膜厚が小さくなるとともに、その
上に形成されたタングステン膜６の抵抗が上昇したのに
対し、酸素吸着層７が形成されている第２グループで
は、タングステン膜６の抵抗はチタン窒化物膜５の膜厚
に依存せず低い値を示した。 次に、タングステン膜６
の結晶粒径および配向性を、透過電子顕微鏡とＸ線回折
測定装置を用いて調べた。上記第２グループの場合は、
タングステン膜６の結晶粒は、窒化チタン膜５の膜厚に
は関係なく８０nｍ〜１２０nｍであり、ほとんどの結晶
粒は膜の表面に対して<１１０>方向に配向した。

【００４８】一方、窒化チタン膜５上にタングステン膜
６を直接設けた第１グループの場合は、窒化チタン膜５
の膜厚が１００nｍの場合は、第２グループと同様に結
晶粒の大きさは約１００nｍ程度で、<１１０>方向に配
向していたが、膜厚が薄くなると粒径は小さくなり、<
１１０>方向の配向が少なくなって、種々の方向に配向
した結晶粒の存在する割合が増大した。これらの結晶粒
観察結果は、結晶粒と電気抵抗の間の上記関係と良い一
致を示している。

【００４９】本発明によるゲート電極、配線のシート抵
抗は、タングステン膜６のシート抵抗によって定まる
が、シート抵抗およびその熱処理温度依存性は、多結晶
シリコン膜５および窒化チタン膜６を設けないで、タン
グステン膜６をゲート酸化膜３上に直接形成した場合の
タングステン膜６の、配線シート抵抗およびその熱処理
温度依存性とほぼ一致した。また、タングステンの結晶
粒径および配向性も、シリコン酸化膜上に直接形成され
たタングステン膜とほぼ同じであり、タングステン結晶
粒成長への窒化チタン膜の影響は、本発明によって除去
できたことが確認された。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、高融点金属膜／金属窒
化物からなるバリア膜／多結晶シリコン膜という３層構
造を有する従来のゲート電極や配線の欠点であった、バ
リア膜を薄くした際における電極や配線のシート抵抗の
増大を防止できる。また、バリア膜を薄くできるので、
ゲート電極の厚さも薄くなり、微細化にともなうアスペ
クト比の増大を抑制できるので、微細加工も容易であ
り、微細配線の形成に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明するための断面図。

【図２】従来の代表的な構造および製法を示す図。

【図３】本発明の実施例を示す工程図。

【図４】本発明の効果を示す図。

【図５】本発明の効果を示す図。

【符号の説明】

１……シリコン基板、２……素子分離領域、３……ゲー
ト絶縁膜、４……多結晶シリコン膜、５……窒化チタン
膜、６……タングステン膜、７……酸素吸着層、８……
レジストマスク、９……ゲート電極、１０……側壁絶縁
膜、１１……ひ素イオン、１２……ソース、１３……ド
レイン、１４……層間絶縁膜、１５……電極、１６、１
７……パシベーション膜。

フロントページの続き (72)発明者 齊藤 政良 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下地上に順次積層して形成された所定の形
   状を有する第１のバリア膜、当該第１のバリア膜とは異
   なる材料からなる第２のバリア膜および高融点金属膜か
   らなる積層膜を有し、上記第１のバリア膜は上記下地と
   上記高融点金属膜の間の反応を防止するための膜であ
   り、上記第２のバリア膜は上記高融点金属膜を形成する
   際における上記第１のバリア膜の影響を防止するための
   膜であることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】下地上に順次積層して形成された所定の形
   状を有する多結晶シリコン膜、第１のバリア膜、当該第
   １のバリア膜とは異なる材料からなる第２のバリア膜お
   よび高融点金属膜からなる積層膜を有し、上記第１のバ
   リア膜は上記多結晶シリコン膜と上記高融点金属膜の間
   の反応を防止するための膜であり、上記第２のバリア膜
   は上記高融点金属膜を形成する際における上記第１のバ
   リア膜の影響を防止するための膜であることを特徴とす
   る半導体装置。
3. 【請求項３】上記積層膜はＭＯＳトランジスタのゲート
   電極であり、ゲート絶縁膜上に形成されていることを特
   徴とする請求項１若しくは２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】上記積層膜はＭＯＳトランジスタのソース
   若しくはドレイン電極であり、ソース若しくはドレイン
   領域上に形成されていることを特徴とする請求項１若し
   くは２に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】上記積層膜は配線であり、半導体基板の表
   面の所望部分上に形成されていることを特徴とする請求
   項１若しくは２に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】上記第１のバリア膜は、チタン、ジルコニ
   ウム、ハフニウム、タングステン若しくはモリブデンの
   窒化物、炭素化合物若しくはボロン化合物の膜であるこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の半
   導体装置。
7. 【請求項７】上記第２のバリア膜は、互いに離間して上
   記第１のバリア膜上に形成された上記第１のバリア膜を
   構成する金属若しくはシリコンの酸化物の粒子を含む層
   若しくは上記第１のバリア膜の酸素吸着層であることを
   特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載の半導体
   装置。
8. 【請求項８】上記高融点金属膜は、タングステン膜若し
   くはモリブデン膜であることを特徴とする請求項１から
   ７のいずれか一に記載の半導体装置。
9. 【請求項９】上記第１のバリア膜の膜厚は２ｎｍ〜５０
   ｎｍであることを特徴とする請求項１から８のいずれか
   一に記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】上記高融点金属膜の膜厚は５０ｎｍ〜２
    ００ｎｍであることを特徴とする請求項１から９のいず
    れか一に記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】半導体基板の主表面上にゲート絶縁膜を
    介して順次積層して形成された所定の形状を有する多結
    晶シリコン膜、窒化チタン膜、当該窒化チタン膜の酸素
    吸着層および高融点金属膜の積層膜からなり、シート抵
    抗が０．２Ω／□〜５．０Ω／□であるゲート電極を有
    することを特徴とする半導体装置。
12. 【請求項１２】下地上に第１のバリア膜を形成する工程
    と、上記第１のバリア膜の表面に酸素を吸着させて吸着
    酸素を構成要素とする第２のバリア膜を形成した後、高
    融点金属膜を積層して形成する工程を含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】上記酸素吸着層は、上記第１のバリア膜
    層を形成した後、当該第１のバリア膜の表面を空気と接
    触させることによって形成されることを特徴とする請求
    項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】上記第１のバリア膜は、チタン、ジルコ
    ニウム、ハフニウム、タングステンおよびモリブデンか
    らなる群から選択された金属を、不活性ガスと窒素の雰
    囲気中でスパッタリングすることによって形成され、上
    記酸素吸着層は、不活性ガス、窒素および酸素を含む雰
    囲気中で上記金属をスパッタリングすることによって形
    成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装
    置の製造方法。
15. 【請求項１５】上記スパッタリングは硫黄を含有させた
    上記金属をスパッタ源として行なわれることを特徴とす
    る請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。