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技術 半導体装置及びその製造方法

出願人 株式会社東芝
発明者 東篤志
出願日 1996年7月29日 (24年6ヶ月経過) 出願番号 1996-199061
公開日 1998年2月20日 (23年0ヶ月経過) 公開番号 1998-050827
状態 拒絶査定
技術分野 半導体の電極 半導体集積回路装置の内部配線 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ ウェットエッチング 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
主要キーワード 耐薬液 反応防止膜 写真蝕刻工程 RC遅延 白金シリサイド アッシャ レジストパタ 低抵抗配線
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年2月20日)のものです。
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図面 (18)

課題

コンタクトホ−ル内の洗浄配線侵蝕なく実行する。

解決手段

MOSトランジスタのゲ−ト電極14は、不純物を含むポリシリコン膜14aと、このポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜14bと、この反応防止膜14b上に形成される金属膜14cと、この金属膜14c上に形成される耐薬液膜19とから構成される。金属膜14cは、コンタクトホ−ル18内の洗浄に使用する過酸化水素に対する耐性がないが、耐薬液膜19は、過酸化水素に対する耐性を有する。コンタクトホ−ル18の底部は、耐薬液膜19の表面に達するように形成される。

概要

背景

半導体集積回路の分野では、素子微細化することにより、素子の集積度の向上を達成している。しかし、素子が微細になると、素子同士を接続する配線縮小され、配線抵抗や配線容量が増大する。この配線抵抗や配線容量は、半導体集積回路の高速動作に悪影響を与える。

例えば、CMOSデバイスにおけるゲ−ト電極に関しては、MOSトランジスタの微細化によりゲ−ト長が縮小されると、ゲ−ト電極の抵抗及び容量が増大し、MOSトランジスタのスイッチング動作高速化が達成されない。

そこで、従来は、低い抵抗値を有する材料を用いてゲ−ト電極を構成することにより、RC遅延(抵抗、容量による信号遅延)をできるだけ小さくし、MOSトランジスタの高速化を達成する様々な技術が提案されている。

図15は、高速動作に貢献する従来のMOSトランジスタのゲ−ト電極構造の一例を示すものである。また、図16は、図15の各構成を同一面に示した略図である。

シリコン基板などの半導体基板11上には、シリコン酸化膜などから構成されるフィルド酸化膜12が形成されている。このフィ−ルド酸化膜12は、素子領域Eを取り囲むように半導体基板11上に配置されている。

MOSトランジスタは、素子領域Eに形成されている。素子領域Eにおける半導体基板11中には、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成されている。ソ−ス領域13aとドレイン領域13bの間のチャネル領域上には、ゲ−ト酸化膜を経由してゲ−ト電極14が形成されている。

ゲ−ト電極14は、ゲ−ト酸化膜上に形成される不純物を含むポリシリコン膜14aと、ポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜窒化タングステンなどの導電膜)14bと、反応防止膜14b上に形成されるタングステン膜14cとから構成されている。

反応防止膜14bは、ポリシリコン膜14aとタングステン膜14cの熱反応を防止するために設けられている。ゲ−ト電極14は、アルミニウムや銅などの金属配線と接続をとるためのコンタクト部Cをフィ−ルド酸化膜12上に有している。

タングステン膜14c上には、シリコン窒化膜15が形成されている。シリコン窒化膜15は、ポリシリコン膜14a、反応防止膜14b及びタングステン膜14cをパタニングし、ゲ−ト電極14を形成する際のマスクとなるものである。

従って、シリコン窒化膜15は、ゲ−ト電極14の形成後に削除してもよいし、また、同図に示すように残存させておいてもよい。MOSトランジスタ上には、このMOSトランジスタを完全に覆うシリコン酸化膜16が形成されている。シリコン酸化膜16は、例えば、CVD−SiO2膜(CVD法により形成したSiO2 膜)及びBPSG膜から構成される。

BPSG膜は、CMP(化学的機械的研磨)を実行するために設けられる膜である。即ち、シリコン酸化膜16の表面は、平坦になっている。なお、MOSトランジスタのソ−ス領域13a上、ドレイン領域13b上、及びゲ−ト電極14のコンタクト部C上のシリコン酸化膜16には、それぞれコンタクトホ−ル17a,17b,18が形成される。

概要

コンタクトホ−ル内の洗浄を配線の侵蝕なく実行する。

MOSトランジスタのゲ−ト電極14は、不純物を含むポリシリコン膜14aと、このポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜14bと、この反応防止膜14b上に形成される金属膜14cと、この金属膜14c上に形成される耐薬液膜19とから構成される。金属膜14cは、コンタクトホ−ル18内の洗浄に使用する過酸化水素に対する耐性がないが、耐薬液膜19は、過酸化水素に対する耐性を有する。コンタクトホ−ル18の底部は、耐薬液膜19の表面に達するように形成される。

目的

本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、後処理に使用する薬液に対する耐性がない金属膜を配線(特にゲ−ト電極)に用いた場合において、コンタクトホ−ル形成後、当該薬液を用いて後処理を行っても、当該配線が侵蝕されないような構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

コンタクトホ−ル内の洗浄に使用する薬液侵蝕され易い金属膜配線の一部に使用した半導体装置において、前記金属膜上に、前記薬液に侵蝕され難く、導電性を有する耐薬液膜を配置し、前記耐薬液膜上に前記コンタクトホ−ルを配置したことを特徴とする半導体装置。

請求項2

前記薬液は、硫酸過酸化水素を含み、前記金属膜は、前記過酸化水素に侵蝕され易いものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項3

前記金属膜は、タングステンチタンタンタルの群の中から選択される1つにより構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項4

前記薬液は、硫酸と過酸化水素を含み、前記耐薬液膜は、前記過酸化水素に侵蝕され難いものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項5

前記耐薬液膜は、タングステンシリサイドチタンシリサイドコバルトシリサイド白金シリサイドを含むケイ化金属、及び、不純物を含むポリシリコンの群の中から選択される1つにより構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項6

前記配線は、MOSトランジスタのゲ−ト電極であり、前記ゲ−ト電極は、前記金属膜下に配置される不純物を含むポリシリコン膜を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項7

前記金属膜と前記ポリシリコン膜の間に、前記金属膜と前記ポリシリコン膜の反応を防止するための反応防止膜を配置したことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。

請求項8

前記金属膜と前記耐薬液膜の間に、前記金属膜と前記耐薬液膜の反応を防止するための反応防止膜を配置したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項9

前記コンタクトホ−ル内には、金属配線が満たされることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

請求項10

薬液に侵蝕され易い金属膜を配線の一部に使用した半導体装置の製造方法において、前記金属膜上に、前記薬液に侵蝕され難く、導電性を有する耐薬液膜を形成する工程と、前記耐薬液膜及び前記金属膜をパタニングし、前記配線を形成する工程と、前記配線を完全に覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に前記耐薬液膜に達するコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記薬液を用いて前記コンタクトホ−ル内を洗浄する工程と、前記コンタクトホ−ル内に導電膜を満たす工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項11

前記コンタクトホ−ルは、RIE(反応性イオンエッチング)により形成されることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。

請求項12

前記コンタクトホ−ル内の洗浄は、硫酸と過酸化水素を含む薬液により実行されることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。

請求項13

前記配線は、前記耐薬液膜上に形成された窒化膜のパタ−ンをマスクにして、RIEにより形成されることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。

請求項14

前記耐薬液膜を形成する前に、前記金属膜上に、前記金属膜と前記耐薬液膜の反応を防止するための反応防止膜を予め形成しておくことを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。

請求項15

前記配線は、MOSトランジスタのゲ−ト電極であり、前記金属膜は、不純物を含むポリシリコン膜上に形成されることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体集積回路配線構造、特にMOSトランジスタのゲ−ト電極構造に関する。

背景技術

0002

半導体集積回路の分野では、素子微細化することにより、素子の集積度の向上を達成している。しかし、素子が微細になると、素子同士を接続する配線縮小され、配線抵抗や配線容量が増大する。この配線抵抗や配線容量は、半導体集積回路の高速動作に悪影響を与える。

0003

例えば、CMOSデバイスにおけるゲ−ト電極に関しては、MOSトランジスタの微細化によりゲ−ト長が縮小されると、ゲ−ト電極の抵抗及び容量が増大し、MOSトランジスタのスイッチング動作高速化が達成されない。

0004

そこで、従来は、低い抵抗値を有する材料を用いてゲ−ト電極を構成することにより、RC遅延(抵抗、容量による信号遅延)をできるだけ小さくし、MOSトランジスタの高速化を達成する様々な技術が提案されている。

0005

図15は、高速動作に貢献する従来のMOSトランジスタのゲ−ト電極構造の一例を示すものである。また、図16は、図15の各構成を同一面に示した略図である。

0006

シリコン基板などの半導体基板11上には、シリコン酸化膜などから構成されるフィルド酸化膜12が形成されている。このフィ−ルド酸化膜12は、素子領域Eを取り囲むように半導体基板11上に配置されている。

0007

MOSトランジスタは、素子領域Eに形成されている。素子領域Eにおける半導体基板11中には、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成されている。ソ−ス領域13aとドレイン領域13bの間のチャネル領域上には、ゲ−ト酸化膜を経由してゲ−ト電極14が形成されている。

0008

ゲ−ト電極14は、ゲ−ト酸化膜上に形成される不純物を含むポリシリコン膜14aと、ポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜窒化タングステンなどの導電膜)14bと、反応防止膜14b上に形成されるタングステン膜14cとから構成されている。

0009

反応防止膜14bは、ポリシリコン膜14aとタングステン膜14cの熱反応を防止するために設けられている。ゲ−ト電極14は、アルミニウムや銅などの金属配線と接続をとるためのコンタクト部Cをフィ−ルド酸化膜12上に有している。

0010

タングステン膜14c上には、シリコン窒化膜15が形成されている。シリコン窒化膜15は、ポリシリコン膜14a、反応防止膜14b及びタングステン膜14cをパタニングし、ゲ−ト電極14を形成する際のマスクとなるものである。

0011

従って、シリコン窒化膜15は、ゲ−ト電極14の形成後に削除してもよいし、また、同図に示すように残存させておいてもよい。MOSトランジスタ上には、このMOSトランジスタを完全に覆うシリコン酸化膜16が形成されている。シリコン酸化膜16は、例えば、CVD−SiO2膜(CVD法により形成したSiO2 膜)及びBPSG膜から構成される。

0012

BPSG膜は、CMP(化学的機械的研磨)を実行するために設けられる膜である。即ち、シリコン酸化膜16の表面は、平坦になっている。なお、MOSトランジスタのソ−ス領域13a上、ドレイン領域13b上、及びゲ−ト電極14のコンタクト部C上のシリコン酸化膜16には、それぞれコンタクトホ−ル17a,17b,18が形成される。

発明が解決しようとする課題

0013

コンタクトホ−ル17a,17b,18は、一般に、レジストをマスクにして、RIE(反応性イオンエッチング)により形成される。この時、レジストの一部は、RIEによるイオン衝撃により剥離されると共にプラズマにさらされて変質し、コンタクトホ−ル17a,17b,18内に付着することがある。

0014

このようなコンタクトホ−ル内に付着したレジストは、ゲ−ト電極と金属配線のコンタクト部における抵抗値を増大させる原因となる。そこで、RIEによりコンタクトホ−ルを形成した後には、コンタクトホ−ル内の付着物を除去するためのいわゆる「後処理」が行われる。

0015

従来、後処理としては、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液を用いて付着物を除去するSH処理が一般に行われている。一方、上述したように、ゲ−ト電極の低抵抗化のため、ゲ−ト電極には、ポリシリコン膜上に金属膜積み重ねた構造のものが用いられることが多い。

0016

しかし、金属膜(例えば、タングステン膜)には、後処理に用いる薬液に侵蝕され易い性質(薬液に対する耐性がない)のものが存在する。例えば、タングステン膜は、過酸化水素に対する耐性がない。

0017

従って、図17に示すように、後処理を行うと、ゲ−ト電極が侵蝕され、また、ゲ−ト電極と金属配線の間に空間が形成されることもあり、結果として、ゲ−ト電極の低抵抗化を実現することができない。

0018

本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、後処理に使用する薬液に対する耐性がない金属膜を配線(特にゲ−ト電極)に用いた場合において、コンタクトホ−ル形成後、当該薬液を用いて後処理を行っても、当該配線が侵蝕されないような構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0019

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、コンタクトホ−ル内の洗浄に使用する薬液に侵蝕され易い金属膜を配線の一部に使用しているものであり、前記金属膜上に、前記薬液に侵蝕され難く、導電性を有する耐薬液膜を配置し、前記耐薬液膜上に前記コンタクトホ−ルを配置したものである。

0020

前記薬液は、硫酸と過酸化水素を含み、前記金属膜は、前記過酸化水素に侵蝕され易いものである。前記金属膜は、例えば、タングステンチタンタンタルなどから構成される。

0021

前記薬液は、硫酸と過酸化水素を含み、前記耐薬液膜は、前記過酸化水素に侵蝕され難いものである。前記耐薬液膜は、例えば、タングステンシリサイドチタンシリサイドコバルトシリサイド白金シリサイドなどのケイ化金属、又は、不純物を含むポリシリコンから構成される。

0022

前記配線がMOSトランジスタのゲ−ト電極である場合、前記ゲ−ト電極は、前記金属膜下に配置される不純物を含むポリシリコン膜を有する。また、前記金属膜と前記ポリシリコン膜の間に、前記金属膜と前記ポリシリコン膜の反応を防止するための反応防止膜を配置してもよい。

0023

また、前記金属膜と前記耐薬液膜の間に、前記金属膜と前記耐薬液膜の反応を防止するための反応防止膜を配置してもよい。前記コンタクトホ−ル内には、金属配線が満たされる。

0024

本発明の半導体装置の製造方法は、薬液に侵蝕され易い金属膜を配線の一部に使用した半導体装置を対象とするものであり、前記金属膜上に、前記薬液に侵蝕され難く、導電性を有する耐薬液膜を形成し、前記耐薬液膜及び前記金属膜をパタ−ニングし、前記配線を形成し、前記配線を完全に覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に前記耐薬液膜に達するコンタクトホ−ルを形成し、前記薬液を用いて前記コンタクトホ−ル内を洗浄し、前記コンタクトホ−ル内に導電膜を満たす、という一連の工程を備えている。

0025

前記コンタクトホ−ルは、RIE(反応性イオンエッチング)により形成される。また、前記コンタクトホ−ル内の洗浄は、硫酸と過酸化水素を含む薬液により実行される。

0026

前記配線は、前記耐薬液膜上に形成された窒化膜のパタ−ンをマスクにして、RIEにより形成される。前記耐薬液膜を形成する前に、前記金属膜上に、前記金属膜と前記耐薬液膜の反応を防止するための反応防止膜を予め形成しておいてもよい。前記配線がMOSトランジスタのゲ−ト電極である場合、前記金属膜は、不純物を含むポリシリコン膜上に形成される。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下、図面を参照しながら、本発明の半導体装置及びその製造方法について詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施の形態に関わるMOSトランジスタのゲ−ト電極構造を示すものである。また、図2は、図1の各構成を同一面に示した略図である。

0028

シリコン基板などの半導体基板11上には、シリコン酸化膜などから構成されるフィ−ルド酸化膜12が形成されている。このフィ−ルド酸化膜12は、素子領域Eを取り囲むように半導体基板11上に配置されている。

0029

MOSトランジスタは、素子領域Eに形成されている。素子領域Eにおける半導体基板11中には、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成されている。ソ−ス領域13aとドレイン領域13bの間のチャネル領域上には、ゲ−ト酸化膜を経由してゲ−ト電極14が形成されている。

0030

ゲ−ト電極14は、ゲ−ト酸化膜上に形成される不純物を含むポリシリコン膜14aと、ポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜(窒化タングステンなどの導電膜)14bと、反応防止膜14b上に形成される金属膜14cと、金属膜14c上に形成される耐薬液膜19とから構成されている。

0031

金属膜14cは、ゲ−ト電極の抵抗を低くするために設けられるものであり、例えば、タングステン、チタン、タンタルなどの高融点金属などから構成される。また、反応防止膜14bは、ポリシリコン膜14aと金属膜14cの熱反応を防止するために設けられている。

0032

耐薬液膜19は、ゲ−ト電極14を保護するために設けられるものであり、ゲ−ト電極14上にコンタクトホ−ルを形成した後に行ういわゆる「後処理」に使用する薬液に侵蝕され難い材料又は全く侵蝕されない材料であって、導電性を有するもの、例えば、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、白金シリサイドなどの金属シリサイド(ケイ化金属)や、不純物を含むポリシリコンから構成される。

0033

耐薬液膜19が不純物を含むポリシリコンから構成される場合には、当該ポリシリコン中に含まれる不純物の濃度は、5×1019cm-3以上、例えば5×1020cm-3程度に設定される。これにより、ゲ−ト電極14と金属配線の良好なコンタクトが実現される。

0034

後処理が、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液により実行される場合、耐薬液膜19としては、タングステンシリサイド又は不純物を含むポリシリコンを用いるのが最も現実的である。

0035

耐薬液膜19の厚さは、特に限定されないが、少なくともピンホ−ルが発生することがないような膜厚以上でなければならない。ゲ−ト電極14は、アルミニウムや銅などの金属配線と接続をとるためのコンタクト部Cをフィ−ルド酸化膜12上に有している。

0036

耐薬液膜19上には、シリコン窒化膜15が形成されている。シリコン窒化膜15は、ポリシリコン膜14a、反応防止膜14b、金属膜14c及び耐薬液膜19をそれぞれパタ−ニングし、ゲ−ト電極14を形成する際のマスクとなるものである。

0037

従って、シリコン窒化膜15は、ゲ−ト電極14の形成後に削除してもよいし、また、同図に示すように残存させておいてもよい。MOSトランジスタ上には、このMOSトランジスタを完全に覆うシリコン酸化膜16が形成されている。シリコン酸化膜16は、例えば、CVD−SiO2膜(CVD法により形成したSiO2 膜)及びBPSG膜から構成される。

0038

BPSG膜は、CMP(化学的機械的研磨)を実行するために設けられる膜である。即ち、シリコン酸化膜16の表面は、平坦になっている。なお、MOSトランジスタのソ−ス領域13a上、ドレイン領域13b上、及びゲ−ト電極14のコンタクト部C上のシリコン酸化膜16には、それぞれコンタクトホ−ル17a,17b,18が形成される。

0039

また、図3に示すように、シリコン酸化膜16上には、コンタクトホ−ル17a,17b,18を経由してソ−ス領域13a、ドレイン領域13b又はゲ−ト電極14に接続される金属配線20が形成される。

0040

上記構成を有する半導体装置において、コンタクトホ−ル17a,17b,18は、一般に、レジストをマスクにして、RIE(反応性イオンエッチング)により形成される。

0041

この時、レジストの一部は、RIEによるイオン衝撃により剥離されると共にプラズマにさらされて変質し、コンタクトホ−ル17a,17b,18内に付着する。

0042

このようなコンタクトホ−ル内に付着したレジストは、ゲ−ト電極と金属配線のコンタクト部における抵抗値を増大させる原因となる。そこで、RIEによりコンタクトホ−ルを形成した後に、コンタクトホ−ル内の付着物を除去するためのいわゆる「後処理」が行われる。

0043

ここで、上記ゲ−ト電極構造によれば、ゲ−ト電極14は、低抵抗の金属膜14cを有していると共に、金属膜14c上に耐薬液膜19を有している。従って、コンタクトホ−ル17a,17b,18形成後の後処理として、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液を用いても、ゲ−ト電極14が侵蝕されることがない。

0044

つまり、本発明によれば、コンタクトホ−ル形成後の後処理に使用する薬液に対する耐性がない金属膜を配線(特にゲ−ト電極)に用いて低抵抗化を達成した場合においても、後処理時に当該配線が侵蝕されることがない。

0045

次に、本発明の第1実施の形態に関わる半導体装置の製造方法について説明する。まず、図4に示すように、熱酸化法により、半導体基板11上にゲ−ト酸化膜21を形成する。また、減圧CVD法により、ゲ−ト酸化膜21上に約100nmのポリシリコン膜14aを形成する。イオン注入法により、ポリシリコン膜14a中に、n型不純物リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入し、当該ポリシリコン膜14aを導電化する。

0046

また、反応性スパッタ法により、ポリシリコン膜14a上に約5nmの反応防止膜(窒化タングステンなど)14bを形成する。スパッタ法により、反応防止膜14b上に約100nmの金属膜(タングステンなど)14cを形成する。続けて、スパッタ法により、金属膜14c上に約100nmの耐薬液膜(タングステンシリサイドなど)19を形成する。

0047

なお、耐薬液膜19は、スパッタ法に代えて、CVD法により形成するようにしてもよい。この後、減圧CVD法により、耐薬液膜19上にシリコン窒化膜15を形成する。また、PEP(写真蝕刻工程)により、ゲ−ト電極パタ−ンと同様のパタ−ンを有するレジストパタ−ン22をシリコン窒化膜15上に形成する。

0048

そして、このレジストパタ−ン22をマスクにして、RIEによりシリコン窒化膜15をエッチングした後、レジストパタ−ン22を剥離する。次に、図5に示すように、シリコン窒化膜15のパタ−ンをマスクにして、RIEにより、耐薬液膜19、金属膜14c、反応防止膜14b及びポリシリコン膜14aを順次エッチングし、ゲ−ト電極を形成する。

0049

次に、図6に示すように、ゲ−ト電極をマスクにして、イオン注入法により半導体基板11にn型不純物(リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入する。また、シリコン窒化膜の堆積及びRIEにより、ゲ−ト電極の側壁にシリコン窒化膜15´を形成する。

0050

また、ゲ−ト電極及びシリコン窒化膜15´をマスクにして、イオン注入法により半導体基板11にn型不純物(リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入する。この後、熱処理を施すと、半導体基板11中に、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成される。

0051

また、ソ−ス領域13a、ドレイン領域13b及びゲ−ト電極からなるMOSトランジスタを完全に覆うように、減圧CVD法により、半導体基板11上にシリコン酸化膜16を約900nm形成する。

0052

シリコン酸化膜16は、例えば、約300nmのCVD−SiO2 と、約600nmのBPSGとから構成される。この後、CMPにより、シリコン酸化膜16の表面を研磨し、シリコン酸化膜16の表面を平坦にする。

0053

次に、図7に示すように、PEPにより、シリコン酸化膜16上にレジストパタ−ンを形成する。このレジストパタ−ンをマスクにして、RIEにより、シリコン酸化膜16をエッチングし、シリコン酸化膜16の表面からソ−ス領域13a、ドレイン領域13b又は耐薬液膜19まで達するコンタクトホ−ル17a,17b,18を形成する。

0054

この後、レジストパタ−ンは、アッシャにより剥離されるが、シリコン酸化膜16のエッチング時(RIE時)にプラズマにさらされて変質したレジストが、コンタクトホ−ル17a,17b,18内に残存する。

0055

そこで、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液を用いて、コンタクトホ−ル17a,17b,18内を洗浄する。この時、本発明では、当該薬液に侵蝕され易い金属膜14cは、薬液に触れることがなく、薬液は、耐薬液膜19に触れるため、ゲ−ト電極が侵蝕されることがない。

0056

この後、シリコン酸化膜16上に金属膜20が形成される。また、この金属膜20をPEP及びRIEによりエッチングすると、金属配線20が形成される。その結果、本発明の実施の形態に関わる半導体装置が完成する。

0057

図8は、本発明の第2実施の形態に関わるMOSトランジスタのゲ−ト電極構造を示すものである。また、図9は、図8の各構成を同一面に示した略図である。

0058

シリコン基板などの半導体基板11上には、シリコン酸化膜などから構成されるフィ−ルド酸化膜12が形成されている。このフィ−ルド酸化膜12は、素子領域Eを取り囲むように半導体基板11上に配置されている。

0059

MOSトランジスタは、素子領域Eに形成されている。素子領域Eにおける半導体基板11中には、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成されている。ソ−ス領域13aとドレイン領域13bの間のチャネル領域上には、ゲ−ト酸化膜を経由してゲ−ト電極14が形成されている。

0060

ゲ−ト電極14は、ゲ−ト酸化膜上に形成される不純物を含むポリシリコン膜14aと、ポリシリコン膜14a上に形成される反応防止膜(窒化タングステンなどの導電膜)14bと、反応防止膜14b上に形成される金属膜14cと、金属膜14c上に形成される反応防止膜(窒化タングステンなどの導電膜)23と、反応防止膜23上に形成される耐薬液膜19とから構成されている。

0061

金属膜14cは、ゲ−ト電極の抵抗を低くするために設けられるものであり、例えば、タングステン、チタン、タンタルなどの高融点金属などから構成される。また、反応防止膜14bは、ポリシリコン膜14aと金属膜14cの熱反応を防止するために設けられ、反応防止膜23は、金属膜14cと耐薬液膜(例えば、ポリシリコン膜)19との熱反応を防止するために設けられている。

0062

耐薬液膜19は、ゲ−ト電極14を保護するために設けられるものであり、ゲ−ト電極14上にコンタクトホ−ルを形成した後に行ういわゆる「後処理」に使用する薬液に侵蝕され難い材料又は全く侵蝕されない材料であって、導電性を有するもの、例えば、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、白金シリサイドなどの金属シリサイドや、不純物を含むポリシリコンから構成される。

0063

耐薬液膜19が不純物を含むポリシリコンから構成される場合には、当該ポリシリコン中に含まれる不純物の濃度は、5×1019cm-3以上、例えば5×1020cm-3程度に設定される。これにより、ゲ−ト電極14と金属配線の良好なコンタクトが実現される。

0064

後処理が、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液により実行される場合、耐薬液膜19としては、タングステンシリサイド又は不純物を含むポリシリコンを用いるのが最も現実的である。

0065

耐薬液膜19の厚さは、特に限定されないが、少なくともピンホ−ルが発生することがないような膜厚以上でなければならない。ゲ−ト電極14は、アルミニウムや銅などの金属配線と接続をとるためのコンタクト部Cをフィ−ルド酸化膜12上に有している。

0066

耐薬液膜19上には、シリコン窒化膜15が形成されている。シリコン窒化膜15は、ポリシリコン膜14a、反応防止膜14b、金属膜14c及び耐薬液膜19をそれぞれパタ−ニングし、ゲ−ト電極14を形成する際のマスクとなるものである。

0067

従って、シリコン窒化膜15は、ゲ−ト電極14の形成後に削除してもよいし、また、同図に示すように残存させておいてもよい。MOSトランジスタ上には、このMOSトランジスタを完全に覆うシリコン酸化膜16が形成されている。シリコン酸化膜16は、例えば、CVD−SiO2膜(CVD法により形成したSiO2 膜)及びBPSG膜から構成される。

0068

BPSG膜は、CMP(化学的機械的研磨)を実行するために設けられる膜である。即ち、シリコン酸化膜16の表面は、平坦になっている。なお、MOSトランジスタのソ−ス領域13a上、ドレイン領域13b上、及びゲ−ト電極14のコンタクト部C上のシリコン酸化膜16には、それぞれコンタクトホ−ル17a,17b,18が形成される。

0069

また、図10に示すように、シリコン酸化膜16上には、コンタクトホ−ル17a,17b,18を経由してソ−ス領域13a、ドレイン領域13b又はゲ−ト電極14に接続される金属配線20が形成される。

0070

上記構成を有する半導体装置において、コンタクトホ−ル17a,17b,18は、一般に、レジストをマスクにして、RIE(反応性イオンエッチング)により形成される。

0071

この時、レジストの一部は、RIEによるイオン衝撃により剥離されると共にプラズマにさらされて変質し、コンタクトホ−ル17a,17b,18内に付着する。

0072

このようなコンタクトホ−ル内に付着したレジストは、ゲ−ト電極と金属配線のコンタクト部における抵抗値を増大させる原因となる。そこで、RIEによりコンタクトホ−ルを形成した後に、コンタクトホ−ル内の付着物を除去するためのいわゆる「後処理」が行われる。

0073

ここで、上記ゲ−ト電極構造によれば、ゲ−ト電極14は、低抵抗の金属膜14cを有していると共に、金属膜14c上に耐薬液膜19を有している。従って、コンタクトホ−ル17a,17b,18形成後の後処理として、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液を用いても、ゲ−ト電極14が侵蝕されることがない。

0074

つまり、本発明によれば、コンタクトホ−ル形成後の後処理に使用する薬液に対する耐性がない金属膜を配線(特にゲ−ト電極)に用いて低抵抗化を達成した場合においても、後処理時に当該配線が侵蝕されることがない。

0075

また、本実施の形態によれば、金属膜14cと耐薬液膜19の間に反応防止膜23が配置されているため、金属膜14cが耐薬液膜19と反応することもなく、低抵抗配線が実現される。

0076

次に、本発明の第2実施の形態に関わる半導体装置の製造方法について説明する。まず、図11に示すように、熱酸化法により、半導体基板11上にゲ−ト酸化膜21を形成する。また、減圧CVD法により、ゲ−ト酸化膜21上に約100nmのポリシリコン膜14aを形成する。イオン注入法により、ポリシリコン膜14a中に、n型不純物(リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入し、当該ポリシリコン膜14aを導電化する。

0077

また、反応性スパッタ法により、ポリシリコン膜14a上に約5nmの反応防止膜(窒化タングステンなど)14bを形成する。スパッタ法により、反応防止膜14b上に約100nmの金属膜(タングステンなど)14cを形成する。また、反応性スパッタ法により、金属膜14c上に約5nmの反応防止膜(窒化タングステンなど)23を形成する。スパッタ法により、反応防止膜23上に約100nmの耐薬液膜(タングステンシリサイドなど)19を形成する。

0078

なお、耐薬液膜19は、スパッタ法に代えて、CVD法により形成するようにしてもよい。この後、減圧CVD法により、耐薬液膜19上にシリコン窒化膜15を形成する。また、PEP(写真蝕刻工程)により、ゲ−ト電極パタ−ンと同様のパタ−ンを有するレジストパタ−ン22をシリコン窒化膜15上に形成する。

0079

そして、このレジストパタ−ン22をマスクにして、RIEによりシリコン窒化膜15をエッチングした後、レジストパタ−ン22を剥離する。次に、図12に示すように、シリコン窒化膜15のパタ−ンをマスクにして、RIEにより、耐薬液膜19、反応防止膜23、金属膜14c、反応防止膜14b及びポリシリコン膜14aを順次エッチングし、ゲ−ト電極を形成する。

0080

次に、図13に示すように、ゲ−ト電極をマスクにして、イオン注入法により半導体基板11にn型不純物(リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入する。また、シリコン窒化膜の堆積及びRIEにより、ゲ−ト電極の側壁にシリコン窒化膜15´を形成する。

0081

また、ゲ−ト電極及びシリコン窒化膜15´をマスクにして、イオン注入法により半導体基板11にn型不純物(リンなど)又はp型不純物(ボロンなど)を注入する。この後、熱処理を施すと、半導体基板11中に、ソ−ス領域13a及びドレイン領域13bが形成される。

0082

また、ソ−ス領域13a、ドレイン領域13b及びゲ−ト電極からなるMOSトランジスタを完全に覆うように、減圧CVD法により、半導体基板11上にシリコン酸化膜16を約900nm形成する。

0083

シリコン酸化膜16は、例えば、約300nmのCVD−SiO2 と、約600nmのBPSGとから構成される。この後、CMPにより、シリコン酸化膜16の表面を研磨し、シリコン酸化膜16の表面を平坦にする。

0084

次に、図14に示すように、PEPにより、シリコン酸化膜16上にレジストパタ−ンを形成する。このレジストパタ−ンをマスクにして、RIEにより、シリコン酸化膜16をエッチングし、シリコン酸化膜16の表面からソ−ス領域13a、ドレイン領域13b又は耐薬液膜19まで達するコンタクトホ−ル17a,17b,18を形成する。

0085

この後、レジストパタ−ンは、アッシャにより剥離されるが、シリコン酸化膜16のエッチング時(RIE時)にプラズマにさらされて変質したレジストが、コンタクトホ−ル17a,17b,18内に残存する。

0086

そこで、硫酸(又は硫酸系)と過酸化水素(又は過酸化水素系)を含む薬液を用いて、コンタクトホ−ル17a,17b,18内を洗浄する。この時、本発明では、当該薬液に侵蝕され易い金属膜14cは、薬液に触れることがなく、薬液は、耐薬液膜19に触れるため、ゲ−ト電極が侵蝕されることがない。

0087

この後、シリコン酸化膜16上に金属膜20が形成される。また、この金属膜20をPEP及びRIEによりエッチングすると、金属配線20が形成される。その結果、本発明の実施の形態に関わる半導体装置が完成する。

発明の効果

0088

以上、説明したように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏する。コンタクトホ−ル形成後の「後処理」に使用する薬液に対する耐性がない金属膜を配線(特にゲ−ト電極)に用いた場合において、この金属膜上には、当該薬液に侵蝕され難いか又は全く侵蝕されない耐薬液膜が形成されている。

0089

従って、RIEなどにより、当該配線に達するコンタクトホ−ルを形成した後、当該薬液を用いて後処理を行っても、当該配線が侵蝕されることがなく、低抵抗配線を実現できる。

0090

また、耐薬液膜に、特に不純物を含むポリシリコンを用いるような場合には、耐薬液膜と金属膜が反応してしまうことがある。そこで、これら耐薬液膜と金属膜の間に、反応防止膜を配置することにより耐薬液膜と金属膜の反応が防止され、低抵抗配線を実現できる。

図面の簡単な説明

0091

図1本発明の第1実施の形態に関わる半導体装置を示す図。
図2図1の各構成を同一面に表した略図。
図3図2において金属配線形成後の様子を示す図。
図4本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図5本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図6本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図7本発明の第1実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図8本発明の第2実施の形態に関わる半導体装置を示す図。
図9図8の各構成を同一面に表した略図。
図10図9において金属配線形成後の様子を示す図。
図11本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図12本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図13本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図14本発明の第2実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す図。
図15従来の半導体装置を示す図。
図16図15の各構成を同一面に表した略図。
図17図16において後処理を行った後の様子を示す図。

--

0092

11 :半導体基板、
12 :フィ−ルド酸化膜、
13a :ソ−ス領域、
13b :ドレイン領域、
14 :ゲ−ト電極、
14a :不純物を含むポリシリコン膜、
14b,23 :反応防止膜(窒化タングステン)、
14c :金属膜(タングステン)、
15,15´ :シリコン窒化膜、
16 :シリコン酸化膜、
17a,17b,18 :コンタクトホ−ル、
19 :耐薬液膜(タングステンシリサイド、不純物を含むポリシリコンなど)、
20 :金属配線、
21 :ゲ−ト酸化膜、
22 :レジストパタ−ン。

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