多層ゲート構造を備える半導体素子及びそれの製造方法
【課題】半導体基板と半導体基板上に形成されたドープされた導電膜を含む半導体素子を提供する。
【解決手段】拡散バリヤ膜がドープされた導電膜上に形成される。拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含む。オーミックコンタクト膜が拡散バリヤ膜上に形成される。金属バリヤ膜がオーミックコンタクト膜上に形成される。金属膜が金属バリヤ膜上に形成される。これにより、界面抵抗を所望の範囲内に維持できながら、オーミックコンタクト膜下部の導電体にドープされた不純物が外部に拡散することを効果的に防止できて、多層構造を採用した半導体素子の反転キャパシタンス特性などを向上させることができる。
【解決手段】拡散バリヤ膜がドープされた導電膜上に形成される。拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含む。オーミックコンタクト膜が拡散バリヤ膜上に形成される。金属バリヤ膜がオーミックコンタクト膜上に形成される。金属膜が金属バリヤ膜上に形成される。これにより、界面抵抗を所望の範囲内に維持できながら、オーミックコンタクト膜下部の導電体にドープされた不純物が外部に拡散することを効果的に防止できて、多層構造を採用した半導体素子の反転キャパシタンス特性などを向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に、低抵抗の多層構造及びオーミックコンタクトの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体素子が高集積化されることによって配線のデザインルールが0.25以下に縮小されることにより配線のRC遅延が大きいという問題が提起されている。このような問題を解決するために面抵抗が2〜4Ω/square程度に小さいタングステンのような高融点金属が配線物質として適用され始めた。高融点金属膜は、ゲートライン又はビットラインなどに適用できる。ここで、高融点金属とは、鉄の融点(例えば、1539square)よりも高い融点を有する金属を指す。
【0003】
ゲートラインに高融点金属膜のみを適用する場合には、ゲート絶縁膜の汚染問題が発生するおそれがある。従って、不純物がドープされた多結晶シリコンからなったバッファ用ゲートラインを形成し、その上に高融点金属ラインを積層する金属/多結晶シリコンゲート構造が多くの関心を集めている
【0004】
しかしながら、多結晶シリコン膜上に高融点金属膜、例えばタングステン膜を直ちに積層させる場合コンタクト抵抗が大きくなるようになるため、多結晶シリコン膜と高融点金属膜との間にオーミックコンタクト膜を介在させるようになる。ところで、高融点金属膜/オーミックコンタクト膜/多結晶シリコン膜からなった多層構造でオーミックコンタクト膜が多結晶シリコン膜にドープされた不純物(以下、ドーパントという。)が外部に拡散する経路として作用して、所謂“多結晶空乏”問題を深化させる。特に、急速熱処理工程のような後続熱処理工程時硼素(B)のようなp型不純物が多結晶シリコン膜として外部に拡散してトランジスタの反転キャパシタンス(inversion capacitance)を低める。従って、高融点金属膜/オーミックコンタクト膜/多結晶シリコン膜多層構造からなったゲートラインを採用したPMOS素子の場合には、C−V特性が顕著に劣化される傾向が発生する。
【特許文献1】特開平6−140355号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の技術的課題は、特性が向上した半導体素子を提供するところにある。
【0006】
本発明の他の技術的課題は、半導体素子の製造方法を提供するところにある。
【0007】
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されないさらに他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前述した技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による半導体素子は、半導体基板と、半導体基板上のドープされた導電膜と、ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜と、拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜と、オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜と、金属バリヤ膜上の金属膜と、を含む。
【0009】
前述した技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による半導体素子は、半導体基板と、半導体基板上のドープされた導電膜と、ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜と、拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜と、金属バリヤ膜上の金属膜と、を含む。
【0010】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にドープされた導電膜を形成し、ドープされた導電膜上にドープされない半導体物質を含む拡散バリヤ膜を形成し、拡散バリヤ膜上にオーミックコンタクト膜を形成し、オーミックコンタクト膜上に金属バリヤ膜を形成し、金属バリヤ膜上に金属膜を形成すること、を含む。
【0011】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による半導体素子の製造方法は、拡散バリヤ膜を形成した後オーミックコンタクト膜を形成する前に拡散バリヤ膜を熱処理することをさらに含む。
【0012】
その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【0013】
本発明の実施形態による多層構造は、界面抵抗を所望の範囲内に維持できながら、オーミックコンタクト膜下部の導電体にドープされた不純物が外部に拡散することを効果的に防止できる。従って、本発明の実施形態による多層構造を採用した半導体素子の反転キャパシタンス特性などを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。従って、幾つかの実施形態で、よく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明されない。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。ここで、“第1の導電型”と“第2の導電型”という用語は、P型又はN型のように互いに反対される導電型を示し、ここに説明されて例示される各実施形態は、それの相補的な実施形態も含む。
【0015】
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。下部導電膜10が半導体基板(図示せず)上に形成されている。下部導電膜10は、p型又はn型不純物がドープされた多結晶シリコン膜でありうる。
【0017】
拡散バリヤ膜20は、下部導電膜10上に形成される。オーミックコンタクト膜22は、拡散バリヤ膜20上に形成される。金属バリヤ膜24は、オーミックコンタクト膜22上に形成される。金属バリヤ膜24は、WN又はTiNのような金属窒化膜でありうる。タングステンのように低い面抵抗を有する金属膜30が金属バリヤ膜24上に形成される。
【0018】
金属バリヤ膜24は、金属膜30とポリシリコンのような下部導電膜10との間に形成されてこれらの間の反応、例えばタングステンシリサイドのようなシリサイドの形成を抑制して金属とシリコンの相互拡散を抑制する。一般に、シリサイド物質は金属より高い抵抗を有するのでゲート電極の抵抗を増加させる。
【0019】
反面、オーミックコンタクト膜22は、下部導電膜10と金属バリヤ膜24の間のコンタクト又は界面抵抗を減少させる。下部導電膜10とWN又はTiNなどのような金属バリヤ膜24の間のコンタクト抵抗が非常に高いので、オーミックコンタクト膜22がこれらの間に形成されてコンタクト抵抗を減少させる。オーミックコンタクト膜22は、WSix、TiSiX、CoSixなどのような高融点金属シリサイド膜でありうる。好ましくは、高融点金属シリサイド膜はW及びSiを含むことができる。
【0020】
拡散バリヤ膜20は、ドーパントが外部に拡散することを遮断する。具体的には、オーミックコンタクト膜22が金属シリサイド膜で形成されれば、金属シリサイド膜が硼素(B)、燐(P)、砒素(As)などのようなドーパントの拡散経路として作用できる。特に、下部導電膜10のドーパントが金属シリサイド膜の結晶粒界に沿って拡散するか、或いは吸収できる。これにより、下部導電膜10内のドーパントの濃度が減少し、CMOSトランジスタのようなトランジスタのスレッショルド電圧を変化させて、素子の反転キャパシタンスを低めることができる。拡散バリヤ膜20は、非晶質半導体物質で形成できる。非晶質半導体物質は、Si、Ge及びGaAsを含むことができる。
【0021】
しかしながら、高融点金属シリサイドで形成されたオーミックコンタクト膜22と下部導電膜10との間に拡散バリヤ膜20が介在されているので、ポリシリコンのような下部導電膜10から金属シリサイドを通過するドーパントの拡散経路が実質的に縮小できる。
【0022】
これは、実質的に粒界が存在しない非晶質シリコンのような非晶質半導体物質で拡散バリヤ膜20が形成されるためである。すなわち、拡散バリヤ膜20内に結晶粒界が存在しないか、或いは小量の結晶粒界が存在するので、下部導電膜10からドーパントの外部拡散が顕著に減少できる。拡散バリヤ膜20内へのドーパントの固体溶解度は、オーミックコンタクト膜22内へのドーパントの固体溶解度より低いので、オーミックコンタクト膜22によるドーパントの外部拡散を減少させることができる。拡散バリヤ膜20は、後続の熱処理によって非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合膜状態に示されてもよい。
【0023】
その結果、以下図2を参照して説明するように、拡散バリヤ膜20は、PMOSトランジスタの反転キャパシタンスを増加させ、多結晶空乏問題(poly depletion problem)を解決できる。
【0024】
図2は、本発明の効果を例示するためのものである。図2には、本発明の一実施形態によってPMOSトランジスタの拡散バリヤ膜20を(初期工程ではドープされないが、後続の熱処理工程などによってドープされていてもよい)非晶質シリコン膜で形成した場合、拡散バリヤ膜20の厚さと反転キャパシタンス値の相関関係が示されている。オーミックコンタクト膜22と下部導電膜10との間に介在された拡散バリヤ膜20の存在によって全体的な反転キャパシタンスが増加することが分かる。また、反転キャパシタンス(F)が拡散バリヤ膜20の厚さに比例して増加することが分かる。この実験結果によれば、拡散バリヤ膜20の厚さは、30Å以上、より好ましくは、30Å〜150Åになることができる。これは、素子が正常的に動作するために要求される反転キャパシタンス値が120pF(1.20E−010)以上でなければならないためである。従って、本発明の実施形態によれば、拡散バリヤ膜20の存在によって下部導電膜10内のドーパントの外部拡散を減少させることができるので、全体的な反転キャパシタンス値が効果的に増加する。
【0025】
図3は、本発明の他の実施形態による半導体素子の多層構造を例示する断面図である。図3を参照すれば、図1の拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22の代わりに複合拡散バリヤ単一膜23が形成されるという点を除外し、ドープされた下部導電膜10、金属バリヤ膜24、金属膜30が図1を参照して説明した実施形態と同一又は類似した方式に形成される。
【0026】
ドープされた下部導電膜10は、半導体基板(図示せず)上に形成される。拡散バリヤ膜23は、ドープされた下部導電膜10上に形成される。拡散バリヤ膜23は、半導体膜20’内に複数の導電性パーティクル22’を含む。半導体膜20’は、初期には図1の拡散バリヤ膜20と同一又は類似した方式に形成される。好ましくは、複数の導電性パーティクル22’は実質的に不均一な大きさを有することができる。複数の導電性パーティクル22’は、図1のオーミックコンタクト膜22として機能できる。導電性パーティクル22’は、不連続的なオーミックコンタクト膜に示すことができる。次いで、金属バリヤ膜24が拡散バリヤ膜23上に形成される。金属膜30は、金属バリヤ膜24上に形成される。
【0027】
図3に例示されている多層構造は、図1に例示されているように拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22とを含む多層構造を形成した後、半導体膜20’内に導電性パーティクルが形成されるときまで熱処理することによって形成できる。熱処理は、約600℃〜800℃範囲で遂行できる。
【0028】
半導体膜20’の厚さが厚くなるほど、拡散経路はさらに縮小される。これは、図3に例示されているように、半導体膜20’内に分散された導電性パーティクル22’の間の距離(d)が長くなるためである。このような観点で半導体膜20’の厚さが厚くなるほど導電性パーティクル22’はさらに大きくなる。導電性パーティクル22’の大きさは変化できる。
【0029】
このような現象は、次の通り説明できるが、これは色々の可能性のうち一つであるだけである。タングステンシリサイドのような金属シリサイド及び非晶質シリコンは、高温で不安定であってそれらの構造が変化して結晶化されるか、或いは凝集される傾向がある。タングステンシリサイドパーティクルは、半導体膜20’と一般にドープされたポリシリコンで形成されたドープされた下部導電膜10の間の境界に到達できる。また、半導体膜20’の厚さが厚くなるほど、半導体膜20’内で移動できる間隔が広まれるので、導電性パーティクル22’の間の平均距離又は間隔が広まれるということが観察される。従って、図3に例示されているように、半導体膜20’の厚さが厚くなるほどパーティクル22’の間の間隔(d)も広まれる。言い換えれば、パーティクル22’の間の間隔(d)が広まれるほど拡散経路は実質的に縮小される。
【0030】
また、適用状態によって半導体膜20’は、非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合体に示されてもよい。
【0031】
その上に、フラッシュメモリ又はSRAM(Static Random Access Memory)などのような不揮発性メモリの場合には、サーマルバジェットが殆どないので、図1に例示されている多層構造が維持できる。しかしながら、サーマルバジェットが大きいDRAMの場合には多層構造形成後、急速熱処理工程(RTP)活性化又は730℃〜760℃の相対的高温で進行されるシリコン窒化膜蒸着などのように600℃以上の相対的に高温熱処理などが遂行できる。
【0032】
従って、図1のオーミックコンタクト膜22と拡散バリヤ膜20の反応によって複合拡散バリヤ膜23が形成できる。すなわち、複合拡散バリヤ膜23がドープされた下部導電膜10と拡散バリヤ膜24との間にサンドイッチされて形成される。熱処理前の図3の複合拡散バリヤ膜23の厚さは、図1の拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22の厚さの和と殆ど同一であることができる。好ましくは、拡散バリヤ膜23の厚さは250Å以下でありうる。好ましくは、拡散バリヤ膜23の導電性パーティクル22’はWとSiとを含む。複合拡散バリヤ膜23は、非晶質シリコンと部分的に結晶化されたシリコン、すなわちポリシリコンを含むことができる。
【0033】
以下、図4〜図9を参照して本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明する。以下、製造方法説明時本発明の当業者によく知られた工程段階によって形成できる工程については本発明が曖昧に解析されることを避けるために概略的に説明する。
【0034】
図4を参照すれば、半導体基板101内に素子分離領域(図示せず)を形成してアクティブ領域を画定した後、半導体基板101上にゲート絶縁膜105を形成する。
【0035】
基板101としては、Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs及びInPからなる群から選択される一つ以上の半導体材料からなった基板、SOI(Silicon On Insulator)基板などを使用できるが、これは例示的なことに過ぎない。
【0036】
ゲート絶縁膜105は、基板101を熱酸化させて形成したシリコン酸化膜、SiON、GexOyNz、GexSiyOz、高誘電率物質、これらの組合物又はこれらが順次に積層された積層膜などが使用できる。高誘電率物質は、HfO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O5、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート又はこれらの組合物などを例に挙げることができる。
【0037】
次いで、ゲート絶縁膜105上にN型不純物がドープされた多結晶半導体膜、例えば多結晶シリコン膜110Nを形成する。N型不純物がドープされた多結晶シリコン膜は、先ず多結晶シリコン膜を形成した後、N型不純物をイオン注入によってドーピングするか、或いは多結晶シリコン膜蒸着時インサイチュウにN型不純物をドーピングして形成できる。N型不純物としては、燐(P)又は砒素(As)を使用できる。
【0038】
図5を参照すれば、アクティブ領域中NMOSが形成される領域をマスキングするフォトレジストパターン112を形成する。次いで、フォトレジストパターン112をイオン注入マスクとして使用してP型不純物114をイオン注入によってドーピングしてP型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110Pを形成する。P型不純物としては硼素(B)、硼素フッ化物(BF2)、インジウム(In)などが使用できる。
【0039】
この時、P型不純物の濃度が既にドーピングされていたN型不純物の濃度より高いようにドーピングして全体的な導電型がP型を示すようにする。その結果、図8に示されているように、半導体基板101上にN型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110NとP型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110Pからなったデュアル多結晶シリコン膜が形成される。
【0040】
デュアル多結晶シリコン膜は、NMOSトランジスタ領域とPMOSトランジスタ領域をそれぞれ露出させる2枚のマスクを使用してN型不純物とP型不純物とをそれぞれ注入して形成してもよいが、図4及び図5に説明するように1枚のマスクのみを使用して形成することが工程を単純化し、製造コストを減少させうる。次いで、急速窒化処理及び洗浄工程を実施する。
【0041】
図6を参照すれば、拡散バリヤ膜120とオーミックコンタクト膜122を形成する。
【0042】
拡散バリヤ膜120として非晶質シリコン膜(a−Si)を、オーミックコンタクト膜122としてタングステンシリサイド膜(WSix)を形成する場合、非晶質シリコン膜(a−Si)を形成するためのシリコンソースガスとしてはモノシラン(SiH4)ガスを、タングステンシリサイド膜(WSix)を形成するためのタングステンソースガスとしては、タングステンフッ化物(WF6)ガスをシリコンソースガスとしてはジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスを使用できる。製造工程時使用されるソースガスの流量、温度、圧力などは、化学気相蒸着装置の種類に応じて多様に変化でき、本発明の思想及び範囲内で本発明に適した拡散バリヤ膜120及びオーミックコンタクト膜122の形成に適した任意の流量、温度及び圧力が使用できる。
【0043】
拡散バリヤ膜120は、30Å以上、例えば30Å〜150Å厚さの拡散バリヤ膜20が形成できる温度で形成する。Genus社の化学気相蒸着装置を使用する場合には、約630℃以上になるようにできるが、温度は装置によって変化できる。また、場合によっては非晶質シリコン膜の形成前に、シランプリフロー工程を600℃〜650℃の温度で実施してもよい。
【0044】
オーミックコンタクト膜122は、W:Siの比率が1:5〜1:15になることができるようにタングステンフッ化物ガスとジクロロシランガスの流量を調節して形成する。オーミックコンタクト膜122の厚さは100Å以下、好ましくは50Å〜100Å、さらに好ましくは70Å〜80Åに形成できる。また、厚さ範囲内で拡散バリヤ膜120とオーミックコンタクト膜122の厚さは、拡散バリヤ膜120の厚さがオーミックコンタクト膜122の厚さと実質的に同一であるか、或いは広く形成することが半導体素子の特性を最適化できる。
【0045】
図7を参照すれば、オーミックコンタクト膜122上に金属バリヤ膜124及び高融点金属膜130を順次通り形成する。次いで、高融点金属膜130上にゲート電極を限定するためのハードマスク140を形成する。ハードマスク140は、シリコン窒化膜などになることができる。
【0046】
図8を参照すれば、ハードマスク140をエッチングマスクとして使用して高融点金属膜130、金属バリヤ膜124、オーミックコンタクト膜122、拡散バリヤ膜120、多結晶シリコン膜(110N及び110P)及びゲート絶縁膜105をエッチングしてPMOSトランジスタ用ゲート電極135とNMOSトランジスタ用ゲート電極137とをそれぞれ形成する。次いで、PMOS領域にはP型不純物を、NMOS領域にはN型不純物をそれぞれ注入して低濃度P型ソース/ドレイン領域145と低濃度N型ソース/ドレイン領域147とをそれぞれ形成する。
【0047】
図9を参照すれば、各ゲート電極135、137の側壁にスペーサ150を形成した後、PMOS領域にはP型不純物を、NMOS領域にはN型不純物をそれぞれ注入して高濃度P型ソース/ドレイン領域155と高濃度N型ソース/ドレイン領域157とを形成する。その結果P型ソース/ドレイン領域160とN型ソース/ドレイン領域162とを備える平板チャネル型PMOSトランジスタとNMOSトランジスタが完成される。
【0048】
その後、半導体素子の当業者によく知られた工程段階によってPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタにそれぞれ電気的信号の入出力が可能なようにする配線を形成する段階、基板上にパッシベーション層を形成する段階及び基板をパッケージする段階をさらに遂行して半導体素子を完成する。このような後続段階は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために概略的に説明する。
【0049】
すなわち、本発明の一実施形態による多層構造が適用された半導体素子は、第1の導電型トランジスタ、例えばPMOSトランジスタを含む。PMOSトランジスタは、半導体基板101内に形成されたP型ソース/ドレイン領域160とP型ソース/ドレイン領域160の間のチャネル領域165上に形成されたゲート絶縁膜105及びゲート電極135を含む。ゲート電極135は、P型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pと高融点金属膜130とを含む多層ゲート電極であって、下部に拡散バリヤ膜120と上部に金属バリヤ膜124とを備えるオーミックコンタクト膜122からなった多層構造をP型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pと高融点金属膜130との間に備える。
【0050】
一方、本発明の一実施形態による多層構造が適用された半導体素子は、第2の導電型トランジスタ、例えばNMOSトランジスタをPMOSトランジスタと共に含むことができる。NMOSトランジスタは、半導体基板101内に形成されたN型ソース/ドレイン領域162とN型ソース/ドレイン領域162の間のチャネル領域167上に形成されたゲート絶縁膜105及びゲート電極137を含む。ゲート電極137は、N型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nと高融点金属膜130とを含む多層ゲート電極であって、下部に拡散バリヤ膜120と上部に金属バリヤ膜124とを備えるオーミックコンタクト膜122からなった多層構造をN型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nと高融点金属膜130との間に備える。
【0051】
拡散バリヤ膜120、オーミックコンタクト膜122及び金属バリヤ膜124は、図1を参照して説明した多層構造である。
【0052】
本発明の一実施形態による半導体素子は、相異なる不純物がドープされた多結晶半導体膜、すなわちデュアル多結晶半導体膜110P、110Nからなったゲート電極135、137を含む。つまり、PMOSトランジスタの場合にはP型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pからなったゲート電極135が、NMOSトランジスタの場合にはN型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nからなったゲート電極137が使用される。従来の場合、工程単純化のためN型不純物がドープされた多結晶半導体膜を使用してPMOSトランジスタ用ゲート電極を形成し、この場合スレッショルド電圧が約0.7V程度である。一方、本発明のようにP型不純物がドープされた多結晶半導体膜を使用してPMOSトランジスタ用ゲート電極135を形成すれば、スレッショルド電圧が約0.55V程度に低くなる。従って、デュアル多結晶半導体膜110P、110Nを使用する場合トランジスタの特性を向上させることができる。
【0053】
また、P型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pは、P型不純物と共にP型不純物の濃度より低い濃度のN型不純物がドープされている多結晶半導体膜であり、N型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nは、N型が単独にドープされていることがそれぞれ(110P、110N)にP型不純物とN型不純物のみがドープされている場合に比べて製造工程が簡単である。本発明の一実施形態による半導体素子で各膜の厚さは、図9に示された比率関係を充足するように形成されることが好ましい。
【0054】
前述した後続段階時サーマルバジェットが大きい場合には、半導体素子が図10に示されている半導体素子に変形されてもよい。図10を参照すれば、後続の熱処理によって半導体膜120’内にオーミックコンタクト層として機能する複数の導電性パーティクル122’が形成されて、複合拡散バリヤ膜123が形成できる。好ましくは、熱処理は600℃〜800℃、さらに好ましくは730〜760℃の温度で遂行できる。熱処理は、急速熱処理工程活性化又はシリコン窒化膜蒸着などのような熱処理を含む多様な工程段階の間行われることができる。
【0055】
図11は、本発明の一実施形態による多層構造が適用されたリセスチャネルトランジスタを含む半導体素子を示す断面図である。図9とは違って、PMOSトランジスタのP型ソース/ドレイン領域160’の間のチャネル領域とNMOSトランジスタのN型ソース/ドレイン領域162’の間のチャネル領域がそれぞれ半導体基板101内にリセスされて形成されたリセスチャネルトレンチ(T)の外周に沿って形成される。従って、トランジスタのゲートラインのデザインルールが小さくなっても十分なチャネル長さを確保できる。その他残り構成要素は、図9を参照して説明した半導体素子と実質的に同一である。リセスチャネルトレンチ(T)は、2004年10月19日付出願された特許文献1に開示されており、本明細書に援用されて統合される技術によって製造できる。
【0056】
図12は、本発明の他の実施形態による多層構造が適用されたリセスチャネルトランジスタを含む半導体素子を示す断面図である。図10とは違って、PMOSトランジスタのP型ソース/ドレイン領域160’の間のチャネル領域とNMOSトランジスタのN型ソース/ドレイン領域162’の間のチャネル領域がそれぞれ半導体基板101内にリセスされて形成されたトレンチ(T)の外周に沿って形成される。従って、トランジスタのゲートラインのデザインルールが小さくなっても十分なチャネル長さを確保できる。その他残り構成要素は、図10を参照して説明した半導体素子と実質的に同一である。
【0057】
図13でグラフa、グラフb及びグラフcは、それぞれ図9を参照して言及した平板チャネルPMOSトランジスタに、多結晶シリコン膜110Pは、P型不純物とP型不純物より低い濃度のN型不純物が共にドープされた多結晶シリコン膜110Pに、拡散バリヤ膜120は不純物がドープされない非晶質シリコン膜を30Å、50Å、70Åにそれぞれ形成し、オーミックコンタクト膜122としてタングステンシリサイド膜を、金属バリヤ膜124としてタングステン窒化膜を、高融点金属膜130としてタングステン膜を形成した構造での界面抵抗についての分析結果を示すグラフである。図13でグラフdは、拡散バリヤ膜130とオーミックコンタクト膜122が省略された構造での界面抵抗についての分析結果を示す。
【0058】
一般に、DRAMで要求される界面抵抗の許容基準値が700(Ohm)程度である点を考慮すれば、タングステンシリサイド膜が省略された場合(グラフd)には、界面抵抗が基準値を超過する反面、本発明のようにタングステンシリサイド膜とその下部に不純物がドープされない非晶質シリコン膜を形成する場合(グラフa、グラフb、グラフc)には、界面抵抗値が素子で要求する基準値以下を充足させることが分かる。
【0059】
図14は、本発明の一実施形態による多層構造を採用した平板チャネルトランジスタの他の製造方法を説明するための断面図である。
【0060】
図14を参照すれば、拡散バリヤ膜120を形成した後、オーミックコンタクト膜122の形成前に熱処理121工程をさらに遂行できる。熱処理121工程は、拡散バリヤ膜120の拡散遮断機能をより強化してドープされた下部導電膜110Pからのドーパントの外部拡散をよりさらに効果的に遮断してPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを増加させるために実施できる。
【0061】
熱処理121工程は、ファーネス熱処理(furnace heat treatment process)又は急速熱処理によって遂行できる。ファーネス熱処理は、200℃〜800℃の温度で10分〜2時間程度遂行でき、急速熱処理は500℃〜1000℃の温度で10秒〜5分程度遂行できる。しかしながら、温度及び熱処理時間は例示的なことであるだけであり、これに制限されることではない。
【0062】
図15A〜図15Dは、下記表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【0063】
【表1】
【0064】
図15A〜図15Dに示されているように拡散バリヤ膜であって、非晶質シリコン膜を形成しない場合(図15A)を、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理は進行しない場合(図15C)と対比すると、PMOSトランジスタの反転キャパシタンス値が50pFばかり上昇した。一方、非晶質シリコン膜を形成せず熱処理を進行した場合(図15B)を、非晶質シリコン膜を形成し、850℃で30秒間熱処理を進行した場合と対比すると、PMOSトランジスタの反転キャパシタンス値が100pFばかり上昇することが分かる。これで、非晶質シリコン膜形成後熱処理によって拡散バリヤ機能がより強化されることが分かる。
【0065】
以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0066】
本発明は、DRAMなどの揮発性メモリ又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリのような多様な半導体素子及びその製造方法に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明の一実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。
【図2】拡散バリヤ膜の厚さと反転キャパシタンスの関係を示すグラフである。
【図3】本発明の他の実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図5】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図6】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図7】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図8】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図9】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの断面図である。
【図11】本発明の一実施形態による多層構造を使用したリセスチャネルトランジスタの断面図である。
【図12】本発明の他の実施形態による多層構造を使用したリセスチャネルトランジスタの断面図である。
【図13】本発明の幾つかの実施形態によって拡散バリヤ膜を備える実験サンプルと拡散バリヤ膜を備えない対照サンプルの界面抵抗分布を示すグラフである。
【図14】本発明の一実施形態による多層構造を採用した平板チャネルトランジスタの他の製造方法を説明するための断面図である。
【図15A】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15B】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15C】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15D】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【符号の説明】
【0068】
10:下部導電膜
20:拡散バリヤ膜
22:オーミックコンタクト膜
24:金属バリヤ膜
30:金属膜
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に、低抵抗の多層構造及びオーミックコンタクトの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体素子が高集積化されることによって配線のデザインルールが0.25以下に縮小されることにより配線のRC遅延が大きいという問題が提起されている。このような問題を解決するために面抵抗が2〜4Ω/square程度に小さいタングステンのような高融点金属が配線物質として適用され始めた。高融点金属膜は、ゲートライン又はビットラインなどに適用できる。ここで、高融点金属とは、鉄の融点(例えば、1539square)よりも高い融点を有する金属を指す。
【0003】
ゲートラインに高融点金属膜のみを適用する場合には、ゲート絶縁膜の汚染問題が発生するおそれがある。従って、不純物がドープされた多結晶シリコンからなったバッファ用ゲートラインを形成し、その上に高融点金属ラインを積層する金属/多結晶シリコンゲート構造が多くの関心を集めている
【0004】
しかしながら、多結晶シリコン膜上に高融点金属膜、例えばタングステン膜を直ちに積層させる場合コンタクト抵抗が大きくなるようになるため、多結晶シリコン膜と高融点金属膜との間にオーミックコンタクト膜を介在させるようになる。ところで、高融点金属膜/オーミックコンタクト膜/多結晶シリコン膜からなった多層構造でオーミックコンタクト膜が多結晶シリコン膜にドープされた不純物(以下、ドーパントという。)が外部に拡散する経路として作用して、所謂“多結晶空乏”問題を深化させる。特に、急速熱処理工程のような後続熱処理工程時硼素(B)のようなp型不純物が多結晶シリコン膜として外部に拡散してトランジスタの反転キャパシタンス(inversion capacitance)を低める。従って、高融点金属膜/オーミックコンタクト膜/多結晶シリコン膜多層構造からなったゲートラインを採用したPMOS素子の場合には、C−V特性が顕著に劣化される傾向が発生する。
【特許文献1】特開平6−140355号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の技術的課題は、特性が向上した半導体素子を提供するところにある。
【0006】
本発明の他の技術的課題は、半導体素子の製造方法を提供するところにある。
【0007】
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されないさらに他の技術的課題は、以下の記載から当業者に明確に理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前述した技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による半導体素子は、半導体基板と、半導体基板上のドープされた導電膜と、ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜と、拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜と、オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜と、金属バリヤ膜上の金属膜と、を含む。
【0009】
前述した技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による半導体素子は、半導体基板と、半導体基板上のドープされた導電膜と、ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜と、拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜と、金属バリヤ膜上の金属膜と、を含む。
【0010】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にドープされた導電膜を形成し、ドープされた導電膜上にドープされない半導体物質を含む拡散バリヤ膜を形成し、拡散バリヤ膜上にオーミックコンタクト膜を形成し、オーミックコンタクト膜上に金属バリヤ膜を形成し、金属バリヤ膜上に金属膜を形成すること、を含む。
【0011】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による半導体素子の製造方法は、拡散バリヤ膜を形成した後オーミックコンタクト膜を形成する前に拡散バリヤ膜を熱処理することをさらに含む。
【0012】
その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【0013】
本発明の実施形態による多層構造は、界面抵抗を所望の範囲内に維持できながら、オーミックコンタクト膜下部の導電体にドープされた不純物が外部に拡散することを効果的に防止できる。従って、本発明の実施形態による多層構造を採用した半導体素子の反転キャパシタンス特性などを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。従って、幾つかの実施形態で、よく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明されない。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。ここで、“第1の導電型”と“第2の導電型”という用語は、P型又はN型のように互いに反対される導電型を示し、ここに説明されて例示される各実施形態は、それの相補的な実施形態も含む。
【0015】
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。下部導電膜10が半導体基板(図示せず)上に形成されている。下部導電膜10は、p型又はn型不純物がドープされた多結晶シリコン膜でありうる。
【0017】
拡散バリヤ膜20は、下部導電膜10上に形成される。オーミックコンタクト膜22は、拡散バリヤ膜20上に形成される。金属バリヤ膜24は、オーミックコンタクト膜22上に形成される。金属バリヤ膜24は、WN又はTiNのような金属窒化膜でありうる。タングステンのように低い面抵抗を有する金属膜30が金属バリヤ膜24上に形成される。
【0018】
金属バリヤ膜24は、金属膜30とポリシリコンのような下部導電膜10との間に形成されてこれらの間の反応、例えばタングステンシリサイドのようなシリサイドの形成を抑制して金属とシリコンの相互拡散を抑制する。一般に、シリサイド物質は金属より高い抵抗を有するのでゲート電極の抵抗を増加させる。
【0019】
反面、オーミックコンタクト膜22は、下部導電膜10と金属バリヤ膜24の間のコンタクト又は界面抵抗を減少させる。下部導電膜10とWN又はTiNなどのような金属バリヤ膜24の間のコンタクト抵抗が非常に高いので、オーミックコンタクト膜22がこれらの間に形成されてコンタクト抵抗を減少させる。オーミックコンタクト膜22は、WSix、TiSiX、CoSixなどのような高融点金属シリサイド膜でありうる。好ましくは、高融点金属シリサイド膜はW及びSiを含むことができる。
【0020】
拡散バリヤ膜20は、ドーパントが外部に拡散することを遮断する。具体的には、オーミックコンタクト膜22が金属シリサイド膜で形成されれば、金属シリサイド膜が硼素(B)、燐(P)、砒素(As)などのようなドーパントの拡散経路として作用できる。特に、下部導電膜10のドーパントが金属シリサイド膜の結晶粒界に沿って拡散するか、或いは吸収できる。これにより、下部導電膜10内のドーパントの濃度が減少し、CMOSトランジスタのようなトランジスタのスレッショルド電圧を変化させて、素子の反転キャパシタンスを低めることができる。拡散バリヤ膜20は、非晶質半導体物質で形成できる。非晶質半導体物質は、Si、Ge及びGaAsを含むことができる。
【0021】
しかしながら、高融点金属シリサイドで形成されたオーミックコンタクト膜22と下部導電膜10との間に拡散バリヤ膜20が介在されているので、ポリシリコンのような下部導電膜10から金属シリサイドを通過するドーパントの拡散経路が実質的に縮小できる。
【0022】
これは、実質的に粒界が存在しない非晶質シリコンのような非晶質半導体物質で拡散バリヤ膜20が形成されるためである。すなわち、拡散バリヤ膜20内に結晶粒界が存在しないか、或いは小量の結晶粒界が存在するので、下部導電膜10からドーパントの外部拡散が顕著に減少できる。拡散バリヤ膜20内へのドーパントの固体溶解度は、オーミックコンタクト膜22内へのドーパントの固体溶解度より低いので、オーミックコンタクト膜22によるドーパントの外部拡散を減少させることができる。拡散バリヤ膜20は、後続の熱処理によって非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合膜状態に示されてもよい。
【0023】
その結果、以下図2を参照して説明するように、拡散バリヤ膜20は、PMOSトランジスタの反転キャパシタンスを増加させ、多結晶空乏問題(poly depletion problem)を解決できる。
【0024】
図2は、本発明の効果を例示するためのものである。図2には、本発明の一実施形態によってPMOSトランジスタの拡散バリヤ膜20を(初期工程ではドープされないが、後続の熱処理工程などによってドープされていてもよい)非晶質シリコン膜で形成した場合、拡散バリヤ膜20の厚さと反転キャパシタンス値の相関関係が示されている。オーミックコンタクト膜22と下部導電膜10との間に介在された拡散バリヤ膜20の存在によって全体的な反転キャパシタンスが増加することが分かる。また、反転キャパシタンス(F)が拡散バリヤ膜20の厚さに比例して増加することが分かる。この実験結果によれば、拡散バリヤ膜20の厚さは、30Å以上、より好ましくは、30Å〜150Åになることができる。これは、素子が正常的に動作するために要求される反転キャパシタンス値が120pF(1.20E−010)以上でなければならないためである。従って、本発明の実施形態によれば、拡散バリヤ膜20の存在によって下部導電膜10内のドーパントの外部拡散を減少させることができるので、全体的な反転キャパシタンス値が効果的に増加する。
【0025】
図3は、本発明の他の実施形態による半導体素子の多層構造を例示する断面図である。図3を参照すれば、図1の拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22の代わりに複合拡散バリヤ単一膜23が形成されるという点を除外し、ドープされた下部導電膜10、金属バリヤ膜24、金属膜30が図1を参照して説明した実施形態と同一又は類似した方式に形成される。
【0026】
ドープされた下部導電膜10は、半導体基板(図示せず)上に形成される。拡散バリヤ膜23は、ドープされた下部導電膜10上に形成される。拡散バリヤ膜23は、半導体膜20’内に複数の導電性パーティクル22’を含む。半導体膜20’は、初期には図1の拡散バリヤ膜20と同一又は類似した方式に形成される。好ましくは、複数の導電性パーティクル22’は実質的に不均一な大きさを有することができる。複数の導電性パーティクル22’は、図1のオーミックコンタクト膜22として機能できる。導電性パーティクル22’は、不連続的なオーミックコンタクト膜に示すことができる。次いで、金属バリヤ膜24が拡散バリヤ膜23上に形成される。金属膜30は、金属バリヤ膜24上に形成される。
【0027】
図3に例示されている多層構造は、図1に例示されているように拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22とを含む多層構造を形成した後、半導体膜20’内に導電性パーティクルが形成されるときまで熱処理することによって形成できる。熱処理は、約600℃〜800℃範囲で遂行できる。
【0028】
半導体膜20’の厚さが厚くなるほど、拡散経路はさらに縮小される。これは、図3に例示されているように、半導体膜20’内に分散された導電性パーティクル22’の間の距離(d)が長くなるためである。このような観点で半導体膜20’の厚さが厚くなるほど導電性パーティクル22’はさらに大きくなる。導電性パーティクル22’の大きさは変化できる。
【0029】
このような現象は、次の通り説明できるが、これは色々の可能性のうち一つであるだけである。タングステンシリサイドのような金属シリサイド及び非晶質シリコンは、高温で不安定であってそれらの構造が変化して結晶化されるか、或いは凝集される傾向がある。タングステンシリサイドパーティクルは、半導体膜20’と一般にドープされたポリシリコンで形成されたドープされた下部導電膜10の間の境界に到達できる。また、半導体膜20’の厚さが厚くなるほど、半導体膜20’内で移動できる間隔が広まれるので、導電性パーティクル22’の間の平均距離又は間隔が広まれるということが観察される。従って、図3に例示されているように、半導体膜20’の厚さが厚くなるほどパーティクル22’の間の間隔(d)も広まれる。言い換えれば、パーティクル22’の間の間隔(d)が広まれるほど拡散経路は実質的に縮小される。
【0030】
また、適用状態によって半導体膜20’は、非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合体に示されてもよい。
【0031】
その上に、フラッシュメモリ又はSRAM(Static Random Access Memory)などのような不揮発性メモリの場合には、サーマルバジェットが殆どないので、図1に例示されている多層構造が維持できる。しかしながら、サーマルバジェットが大きいDRAMの場合には多層構造形成後、急速熱処理工程(RTP)活性化又は730℃〜760℃の相対的高温で進行されるシリコン窒化膜蒸着などのように600℃以上の相対的に高温熱処理などが遂行できる。
【0032】
従って、図1のオーミックコンタクト膜22と拡散バリヤ膜20の反応によって複合拡散バリヤ膜23が形成できる。すなわち、複合拡散バリヤ膜23がドープされた下部導電膜10と拡散バリヤ膜24との間にサンドイッチされて形成される。熱処理前の図3の複合拡散バリヤ膜23の厚さは、図1の拡散バリヤ膜20とオーミックコンタクト膜22の厚さの和と殆ど同一であることができる。好ましくは、拡散バリヤ膜23の厚さは250Å以下でありうる。好ましくは、拡散バリヤ膜23の導電性パーティクル22’はWとSiとを含む。複合拡散バリヤ膜23は、非晶質シリコンと部分的に結晶化されたシリコン、すなわちポリシリコンを含むことができる。
【0033】
以下、図4〜図9を参照して本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明する。以下、製造方法説明時本発明の当業者によく知られた工程段階によって形成できる工程については本発明が曖昧に解析されることを避けるために概略的に説明する。
【0034】
図4を参照すれば、半導体基板101内に素子分離領域(図示せず)を形成してアクティブ領域を画定した後、半導体基板101上にゲート絶縁膜105を形成する。
【0035】
基板101としては、Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs及びInPからなる群から選択される一つ以上の半導体材料からなった基板、SOI(Silicon On Insulator)基板などを使用できるが、これは例示的なことに過ぎない。
【0036】
ゲート絶縁膜105は、基板101を熱酸化させて形成したシリコン酸化膜、SiON、GexOyNz、GexSiyOz、高誘電率物質、これらの組合物又はこれらが順次に積層された積層膜などが使用できる。高誘電率物質は、HfO2、ZrO2、Al2O3、Ta2O5、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート又はこれらの組合物などを例に挙げることができる。
【0037】
次いで、ゲート絶縁膜105上にN型不純物がドープされた多結晶半導体膜、例えば多結晶シリコン膜110Nを形成する。N型不純物がドープされた多結晶シリコン膜は、先ず多結晶シリコン膜を形成した後、N型不純物をイオン注入によってドーピングするか、或いは多結晶シリコン膜蒸着時インサイチュウにN型不純物をドーピングして形成できる。N型不純物としては、燐(P)又は砒素(As)を使用できる。
【0038】
図5を参照すれば、アクティブ領域中NMOSが形成される領域をマスキングするフォトレジストパターン112を形成する。次いで、フォトレジストパターン112をイオン注入マスクとして使用してP型不純物114をイオン注入によってドーピングしてP型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110Pを形成する。P型不純物としては硼素(B)、硼素フッ化物(BF2)、インジウム(In)などが使用できる。
【0039】
この時、P型不純物の濃度が既にドーピングされていたN型不純物の濃度より高いようにドーピングして全体的な導電型がP型を示すようにする。その結果、図8に示されているように、半導体基板101上にN型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110NとP型不純物がドープされた多結晶シリコン膜110Pからなったデュアル多結晶シリコン膜が形成される。
【0040】
デュアル多結晶シリコン膜は、NMOSトランジスタ領域とPMOSトランジスタ領域をそれぞれ露出させる2枚のマスクを使用してN型不純物とP型不純物とをそれぞれ注入して形成してもよいが、図4及び図5に説明するように1枚のマスクのみを使用して形成することが工程を単純化し、製造コストを減少させうる。次いで、急速窒化処理及び洗浄工程を実施する。
【0041】
図6を参照すれば、拡散バリヤ膜120とオーミックコンタクト膜122を形成する。
【0042】
拡散バリヤ膜120として非晶質シリコン膜(a−Si)を、オーミックコンタクト膜122としてタングステンシリサイド膜(WSix)を形成する場合、非晶質シリコン膜(a−Si)を形成するためのシリコンソースガスとしてはモノシラン(SiH4)ガスを、タングステンシリサイド膜(WSix)を形成するためのタングステンソースガスとしては、タングステンフッ化物(WF6)ガスをシリコンソースガスとしてはジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスを使用できる。製造工程時使用されるソースガスの流量、温度、圧力などは、化学気相蒸着装置の種類に応じて多様に変化でき、本発明の思想及び範囲内で本発明に適した拡散バリヤ膜120及びオーミックコンタクト膜122の形成に適した任意の流量、温度及び圧力が使用できる。
【0043】
拡散バリヤ膜120は、30Å以上、例えば30Å〜150Å厚さの拡散バリヤ膜20が形成できる温度で形成する。Genus社の化学気相蒸着装置を使用する場合には、約630℃以上になるようにできるが、温度は装置によって変化できる。また、場合によっては非晶質シリコン膜の形成前に、シランプリフロー工程を600℃〜650℃の温度で実施してもよい。
【0044】
オーミックコンタクト膜122は、W:Siの比率が1:5〜1:15になることができるようにタングステンフッ化物ガスとジクロロシランガスの流量を調節して形成する。オーミックコンタクト膜122の厚さは100Å以下、好ましくは50Å〜100Å、さらに好ましくは70Å〜80Åに形成できる。また、厚さ範囲内で拡散バリヤ膜120とオーミックコンタクト膜122の厚さは、拡散バリヤ膜120の厚さがオーミックコンタクト膜122の厚さと実質的に同一であるか、或いは広く形成することが半導体素子の特性を最適化できる。
【0045】
図7を参照すれば、オーミックコンタクト膜122上に金属バリヤ膜124及び高融点金属膜130を順次通り形成する。次いで、高融点金属膜130上にゲート電極を限定するためのハードマスク140を形成する。ハードマスク140は、シリコン窒化膜などになることができる。
【0046】
図8を参照すれば、ハードマスク140をエッチングマスクとして使用して高融点金属膜130、金属バリヤ膜124、オーミックコンタクト膜122、拡散バリヤ膜120、多結晶シリコン膜(110N及び110P)及びゲート絶縁膜105をエッチングしてPMOSトランジスタ用ゲート電極135とNMOSトランジスタ用ゲート電極137とをそれぞれ形成する。次いで、PMOS領域にはP型不純物を、NMOS領域にはN型不純物をそれぞれ注入して低濃度P型ソース/ドレイン領域145と低濃度N型ソース/ドレイン領域147とをそれぞれ形成する。
【0047】
図9を参照すれば、各ゲート電極135、137の側壁にスペーサ150を形成した後、PMOS領域にはP型不純物を、NMOS領域にはN型不純物をそれぞれ注入して高濃度P型ソース/ドレイン領域155と高濃度N型ソース/ドレイン領域157とを形成する。その結果P型ソース/ドレイン領域160とN型ソース/ドレイン領域162とを備える平板チャネル型PMOSトランジスタとNMOSトランジスタが完成される。
【0048】
その後、半導体素子の当業者によく知られた工程段階によってPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタにそれぞれ電気的信号の入出力が可能なようにする配線を形成する段階、基板上にパッシベーション層を形成する段階及び基板をパッケージする段階をさらに遂行して半導体素子を完成する。このような後続段階は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために概略的に説明する。
【0049】
すなわち、本発明の一実施形態による多層構造が適用された半導体素子は、第1の導電型トランジスタ、例えばPMOSトランジスタを含む。PMOSトランジスタは、半導体基板101内に形成されたP型ソース/ドレイン領域160とP型ソース/ドレイン領域160の間のチャネル領域165上に形成されたゲート絶縁膜105及びゲート電極135を含む。ゲート電極135は、P型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pと高融点金属膜130とを含む多層ゲート電極であって、下部に拡散バリヤ膜120と上部に金属バリヤ膜124とを備えるオーミックコンタクト膜122からなった多層構造をP型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pと高融点金属膜130との間に備える。
【0050】
一方、本発明の一実施形態による多層構造が適用された半導体素子は、第2の導電型トランジスタ、例えばNMOSトランジスタをPMOSトランジスタと共に含むことができる。NMOSトランジスタは、半導体基板101内に形成されたN型ソース/ドレイン領域162とN型ソース/ドレイン領域162の間のチャネル領域167上に形成されたゲート絶縁膜105及びゲート電極137を含む。ゲート電極137は、N型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nと高融点金属膜130とを含む多層ゲート電極であって、下部に拡散バリヤ膜120と上部に金属バリヤ膜124とを備えるオーミックコンタクト膜122からなった多層構造をN型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nと高融点金属膜130との間に備える。
【0051】
拡散バリヤ膜120、オーミックコンタクト膜122及び金属バリヤ膜124は、図1を参照して説明した多層構造である。
【0052】
本発明の一実施形態による半導体素子は、相異なる不純物がドープされた多結晶半導体膜、すなわちデュアル多結晶半導体膜110P、110Nからなったゲート電極135、137を含む。つまり、PMOSトランジスタの場合にはP型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pからなったゲート電極135が、NMOSトランジスタの場合にはN型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nからなったゲート電極137が使用される。従来の場合、工程単純化のためN型不純物がドープされた多結晶半導体膜を使用してPMOSトランジスタ用ゲート電極を形成し、この場合スレッショルド電圧が約0.7V程度である。一方、本発明のようにP型不純物がドープされた多結晶半導体膜を使用してPMOSトランジスタ用ゲート電極135を形成すれば、スレッショルド電圧が約0.55V程度に低くなる。従って、デュアル多結晶半導体膜110P、110Nを使用する場合トランジスタの特性を向上させることができる。
【0053】
また、P型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Pは、P型不純物と共にP型不純物の濃度より低い濃度のN型不純物がドープされている多結晶半導体膜であり、N型不純物がドープされた多結晶半導体膜110Nは、N型が単独にドープされていることがそれぞれ(110P、110N)にP型不純物とN型不純物のみがドープされている場合に比べて製造工程が簡単である。本発明の一実施形態による半導体素子で各膜の厚さは、図9に示された比率関係を充足するように形成されることが好ましい。
【0054】
前述した後続段階時サーマルバジェットが大きい場合には、半導体素子が図10に示されている半導体素子に変形されてもよい。図10を参照すれば、後続の熱処理によって半導体膜120’内にオーミックコンタクト層として機能する複数の導電性パーティクル122’が形成されて、複合拡散バリヤ膜123が形成できる。好ましくは、熱処理は600℃〜800℃、さらに好ましくは730〜760℃の温度で遂行できる。熱処理は、急速熱処理工程活性化又はシリコン窒化膜蒸着などのような熱処理を含む多様な工程段階の間行われることができる。
【0055】
図11は、本発明の一実施形態による多層構造が適用されたリセスチャネルトランジスタを含む半導体素子を示す断面図である。図9とは違って、PMOSトランジスタのP型ソース/ドレイン領域160’の間のチャネル領域とNMOSトランジスタのN型ソース/ドレイン領域162’の間のチャネル領域がそれぞれ半導体基板101内にリセスされて形成されたリセスチャネルトレンチ(T)の外周に沿って形成される。従って、トランジスタのゲートラインのデザインルールが小さくなっても十分なチャネル長さを確保できる。その他残り構成要素は、図9を参照して説明した半導体素子と実質的に同一である。リセスチャネルトレンチ(T)は、2004年10月19日付出願された特許文献1に開示されており、本明細書に援用されて統合される技術によって製造できる。
【0056】
図12は、本発明の他の実施形態による多層構造が適用されたリセスチャネルトランジスタを含む半導体素子を示す断面図である。図10とは違って、PMOSトランジスタのP型ソース/ドレイン領域160’の間のチャネル領域とNMOSトランジスタのN型ソース/ドレイン領域162’の間のチャネル領域がそれぞれ半導体基板101内にリセスされて形成されたトレンチ(T)の外周に沿って形成される。従って、トランジスタのゲートラインのデザインルールが小さくなっても十分なチャネル長さを確保できる。その他残り構成要素は、図10を参照して説明した半導体素子と実質的に同一である。
【0057】
図13でグラフa、グラフb及びグラフcは、それぞれ図9を参照して言及した平板チャネルPMOSトランジスタに、多結晶シリコン膜110Pは、P型不純物とP型不純物より低い濃度のN型不純物が共にドープされた多結晶シリコン膜110Pに、拡散バリヤ膜120は不純物がドープされない非晶質シリコン膜を30Å、50Å、70Åにそれぞれ形成し、オーミックコンタクト膜122としてタングステンシリサイド膜を、金属バリヤ膜124としてタングステン窒化膜を、高融点金属膜130としてタングステン膜を形成した構造での界面抵抗についての分析結果を示すグラフである。図13でグラフdは、拡散バリヤ膜130とオーミックコンタクト膜122が省略された構造での界面抵抗についての分析結果を示す。
【0058】
一般に、DRAMで要求される界面抵抗の許容基準値が700(Ohm)程度である点を考慮すれば、タングステンシリサイド膜が省略された場合(グラフd)には、界面抵抗が基準値を超過する反面、本発明のようにタングステンシリサイド膜とその下部に不純物がドープされない非晶質シリコン膜を形成する場合(グラフa、グラフb、グラフc)には、界面抵抗値が素子で要求する基準値以下を充足させることが分かる。
【0059】
図14は、本発明の一実施形態による多層構造を採用した平板チャネルトランジスタの他の製造方法を説明するための断面図である。
【0060】
図14を参照すれば、拡散バリヤ膜120を形成した後、オーミックコンタクト膜122の形成前に熱処理121工程をさらに遂行できる。熱処理121工程は、拡散バリヤ膜120の拡散遮断機能をより強化してドープされた下部導電膜110Pからのドーパントの外部拡散をよりさらに効果的に遮断してPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを増加させるために実施できる。
【0061】
熱処理121工程は、ファーネス熱処理(furnace heat treatment process)又は急速熱処理によって遂行できる。ファーネス熱処理は、200℃〜800℃の温度で10分〜2時間程度遂行でき、急速熱処理は500℃〜1000℃の温度で10秒〜5分程度遂行できる。しかしながら、温度及び熱処理時間は例示的なことであるだけであり、これに制限されることではない。
【0062】
図15A〜図15Dは、下記表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【0063】
【表1】
【0064】
図15A〜図15Dに示されているように拡散バリヤ膜であって、非晶質シリコン膜を形成しない場合(図15A)を、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理は進行しない場合(図15C)と対比すると、PMOSトランジスタの反転キャパシタンス値が50pFばかり上昇した。一方、非晶質シリコン膜を形成せず熱処理を進行した場合(図15B)を、非晶質シリコン膜を形成し、850℃で30秒間熱処理を進行した場合と対比すると、PMOSトランジスタの反転キャパシタンス値が100pFばかり上昇することが分かる。これで、非晶質シリコン膜形成後熱処理によって拡散バリヤ機能がより強化されることが分かる。
【0065】
以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0066】
本発明は、DRAMなどの揮発性メモリ又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリのような多様な半導体素子及びその製造方法に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明の一実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。
【図2】拡散バリヤ膜の厚さと反転キャパシタンスの関係を示すグラフである。
【図3】本発明の他の実施形態による半導体素子の多層構造を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図5】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図6】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図7】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図8】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図9】本発明の一実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの製造方法及びこれにより製造された平板チャネルトランジスタを説明するための断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態による多層構造を使用した平板チャネルトランジスタの断面図である。
【図11】本発明の一実施形態による多層構造を使用したリセスチャネルトランジスタの断面図である。
【図12】本発明の他の実施形態による多層構造を使用したリセスチャネルトランジスタの断面図である。
【図13】本発明の幾つかの実施形態によって拡散バリヤ膜を備える実験サンプルと拡散バリヤ膜を備えない対照サンプルの界面抵抗分布を示すグラフである。
【図14】本発明の一実施形態による多層構造を採用した平板チャネルトランジスタの他の製造方法を説明するための断面図である。
【図15A】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15B】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15C】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【図15D】表1を参照して提示した工程条件を使用して形成したPMOSトランジスタの反転キャパシタンスを分析したグラフである。
【符号の説明】
【0068】
10:下部導電膜
20:拡散バリヤ膜
22:オーミックコンタクト膜
24:金属バリヤ膜
30:金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板;
前記半導体基板上のドープされた導電膜;
前記ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜;
前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜;
前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜;および
前記金属バリヤ膜上の金属膜;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項2】
前記ドープされた導電膜は、ドープされたポリシリコンを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項3】
前記非晶質半導体物質は、Si、Ge及びGaAsを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項4】
前記オーミックコンタクト膜は、高融点金属シリサイドを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項5】
前記高融点金属シリサイドは、W及びSiを含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。
【請求項6】
前記金属膜は、高融点金属を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項7】
前記拡散バリヤ膜の厚さは、30Å以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項8】
半導体基板;
前記半導体基板上のドープされた導電膜;
前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜;
前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜;および
前記金属バリヤ膜上の金属膜;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項9】
前記ドープされた導電膜は、ドープされたポリシリコンを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項10】
前記多数の導電性パーティクルは、不均一な大きさを有することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項11】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項12】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合体を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項13】
前記多数の導電性パーティクルは、高融点金属シリサイドを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項14】
前記高融点金属シリサイドは、WとSiとを含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子。
【請求項15】
前記金属膜は、高融点金属を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項16】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項17】
半導体基板;
前記半導体基板内に形成された第1の導電型のソース/ドレイン領域;
前記ソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜;および
前記ゲート絶縁膜上のドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の非晶質シリコン物質を含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜、前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項18】
前記第1の導電型は、P型であることを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項19】
前記ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項20】
前記半導体基板内に形成された第2の導電型のソース/ドレイン領域;
前記第2の導電型のソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜;および
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜、前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む第2の多層ゲート電極;
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項21】
前記第2の導電型は、n型であること
を特徴とする請求項20に記載の半導体素子。
【請求項22】
前記第2の多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記第2のゲート絶縁膜は、前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項20に記載の半導体素子。
【請求項23】
半導体基板;
前記半導体基板内に形成された第1の導電型のソース/ドレイン領域;
前記ソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜;および
前記ゲート絶縁膜上のドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項24】
前記第1の導電型は、P型であることを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項25】
前記多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記ゲート絶縁膜は前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項26】
前記多数の導電性パーティクルは、実質的に不均一な大きさを有することを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項27】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項28】
前記オーミックコンタクト物質はWとSiとを含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体素子。
【請求項29】
前記半導体基板内に形成された第2の導電型のソース/ドレイン領域;
前記第2の導電型のソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜;および
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む第2の多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項30】
前記第2の導電型は、n型であることを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項31】
前記第2の多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記第2のゲート絶縁膜は前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたこと
を特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項32】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項33】
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にドープされた導電膜を形成し、
前記ドープされた導電膜上にドープされない半導体物質を含む拡散バリヤ膜を形成し、
前記拡散バリヤ膜上にオーミックコンタクト膜を形成し、
前記オーミックコンタクト膜上に金属バリヤ膜を形成し、
前記金属バリヤ膜上に金属膜を形成することを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項34】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項35】
前記拡散バリヤ膜を形成した後、前記オーミックコンタクト膜を形成する前に前記拡散バリヤ膜を熱処理することをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項36】
前記熱処理することは、ファーネス熱処理又は急速熱処理を含むことを特徴とする請求項35に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項37】
前記ファーネス熱処理は、200℃〜800℃で遂行することを特徴とする請求項36に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項38】
前記急速熱処理は、500℃〜1000℃で遂行することを特徴とする請求項36に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項39】
前記金属膜、前記金属バリヤ膜、前記オーミックコンタクト膜、前記拡散バリヤ膜、前記ドープされた導電膜及びゲート電極をパターニングしてゲート構造を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項40】
前記金属膜を形成した半導体構造物を熱処理して前記拡散バリヤ膜内に多数の導電性パーティクルが形成されて複合拡散バリヤ膜が形成されるようにすることをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項41】
前記熱処理は、700℃〜800℃で遂行することを特徴とする請求項40に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項1】
半導体基板;
前記半導体基板上のドープされた導電膜;
前記ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜;
前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜;
前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜;および
前記金属バリヤ膜上の金属膜;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項2】
前記ドープされた導電膜は、ドープされたポリシリコンを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項3】
前記非晶質半導体物質は、Si、Ge及びGaAsを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項4】
前記オーミックコンタクト膜は、高融点金属シリサイドを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項5】
前記高融点金属シリサイドは、W及びSiを含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。
【請求項6】
前記金属膜は、高融点金属を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項7】
前記拡散バリヤ膜の厚さは、30Å以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
【請求項8】
半導体基板;
前記半導体基板上のドープされた導電膜;
前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜;
前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜;および
前記金属バリヤ膜上の金属膜;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項9】
前記ドープされた導電膜は、ドープされたポリシリコンを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項10】
前記多数の導電性パーティクルは、不均一な大きさを有することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項11】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項12】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質シリコンと多結晶シリコンの複合体を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項13】
前記多数の導電性パーティクルは、高融点金属シリサイドを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項14】
前記高融点金属シリサイドは、WとSiとを含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体素子。
【請求項15】
前記金属膜は、高融点金属を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項16】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
【請求項17】
半導体基板;
前記半導体基板内に形成された第1の導電型のソース/ドレイン領域;
前記ソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜;および
前記ゲート絶縁膜上のドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の非晶質シリコン物質を含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜、前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項18】
前記第1の導電型は、P型であることを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項19】
前記ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記ゲート絶縁膜は、前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項20】
前記半導体基板内に形成された第2の導電型のソース/ドレイン領域;
前記第2の導電型のソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜;および
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の非晶質半導体物質を含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上のオーミックコンタクト膜、前記オーミックコンタクト膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む第2の多層ゲート電極;
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
【請求項21】
前記第2の導電型は、n型であること
を特徴とする請求項20に記載の半導体素子。
【請求項22】
前記第2の多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記第2のゲート絶縁膜は、前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項20に記載の半導体素子。
【請求項23】
半導体基板;
前記半導体基板内に形成された第1の導電型のソース/ドレイン領域;
前記ソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜;および
前記ゲート絶縁膜上のドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項24】
前記第1の導電型は、P型であることを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項25】
前記多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記ゲート絶縁膜は前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項26】
前記多数の導電性パーティクルは、実質的に不均一な大きさを有することを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項27】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項28】
前記オーミックコンタクト物質はWとSiとを含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体素子。
【請求項29】
前記半導体基板内に形成された第2の導電型のソース/ドレイン領域;
前記第2の導電型のソース/ドレイン領域の間のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜;および
前記第2のゲート絶縁膜上に形成されたドープされた導電膜、前記ドープされた導電膜上の拡散バリヤ膜であって、内部に分散されている多数の導電性パーティクルを含む拡散バリヤ膜、前記拡散バリヤ膜上の金属バリヤ膜及び前記金属バリヤ膜上の金属膜を含む第2の多層ゲート電極;
を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体素子。
【請求項30】
前記第2の導電型は、n型であることを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項31】
前記第2の多層ゲート電極下部の前記半導体基板内にリセスチャネルトレンチが形成され、前記第2のゲート絶縁膜は前記リセスチャネルトレンチの内表面に沿って形成されたこと
を特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項32】
前記多数の導電性パーティクルは、オーミックコンタクト物質を含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項33】
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にドープされた導電膜を形成し、
前記ドープされた導電膜上にドープされない半導体物質を含む拡散バリヤ膜を形成し、
前記拡散バリヤ膜上にオーミックコンタクト膜を形成し、
前記オーミックコンタクト膜上に金属バリヤ膜を形成し、
前記金属バリヤ膜上に金属膜を形成することを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項34】
前記拡散バリヤ膜は、非晶質半導体物質を含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項35】
前記拡散バリヤ膜を形成した後、前記オーミックコンタクト膜を形成する前に前記拡散バリヤ膜を熱処理することをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項36】
前記熱処理することは、ファーネス熱処理又は急速熱処理を含むことを特徴とする請求項35に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項37】
前記ファーネス熱処理は、200℃〜800℃で遂行することを特徴とする請求項36に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項38】
前記急速熱処理は、500℃〜1000℃で遂行することを特徴とする請求項36に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項39】
前記金属膜、前記金属バリヤ膜、前記オーミックコンタクト膜、前記拡散バリヤ膜、前記ドープされた導電膜及びゲート電極をパターニングしてゲート構造を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項40】
前記金属膜を形成した半導体構造物を熱処理して前記拡散バリヤ膜内に多数の導電性パーティクルが形成されて複合拡散バリヤ膜が形成されるようにすることをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項41】
前記熱処理は、700℃〜800℃で遂行することを特徴とする請求項40に記載の半導体素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図13】
【公開番号】特開2006−287233(P2006−287233A)
【公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−102013(P2006−102013)
【出願日】平成18年4月3日(2006.4.3)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年4月3日(2006.4.3)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【Fターム(参考)】
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