多重拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法
【課題】ゲートスタックのシート抵抗及びコンタクト抵抗が小さいながらも、不純物の外部拡散を効果的に抑制することのできる拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る半導体素子の製造方法は、第１導電層（２１）上に、少なくとも第１金属膜（２２Ａ）および窒素含有の金属シリサイド膜（２２Ｃ）を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層（２３）を形成するステップとを含む。
【解決手段】本発明に係る半導体素子の製造方法は、第１導電層（２１）上に、少なくとも第１金属膜（２２Ａ）および窒素含有の金属シリサイド膜（２２Ｃ）を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層（２３）を形成するステップとを含む。
【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関し、特に、多重拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリシリコンとタングステンとが積層されたタングステンポリゲート電極（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｐｏｌｙ ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、ポリシリコンとタングステンシリサイドとが積層されたポリシリコン／タングステンシリサイド（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ／ＷＳｉｘ）ゲート電極の１／５〜１／１０程度と非常に低い抵抗を有しているため、サブ６０ｎｍメモリ素子の製作のためには必須となっている。
【０００３】
図１Ａ〜図１Ｃは、従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【０００４】
図１Ａに示すように、タングステンポリゲートのゲートスタックは、ポリシリコン膜１１（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）及びタングステン膜１３（Ｗ）の順で積層されたＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮ／Ｗ構造である。ここで、タングステン窒化膜１２は、拡散防止膜（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）の役割を果す。
【０００５】
図１ＡのようなＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮ／Ｗ構造は、後続のアニール（ａｎｎｅａｌ）又はゲートの再酸化（ｇａｔｅ ｒｅ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）工程の際、タングステン窒化膜１２の窒素が分解され、２ｎｍ〜３ｎｍの範囲の不均一なＳｉＮｘ及びＳｉＯｘＮｙのような絶縁層が、タングステン膜１３とポリシリコン膜１１との間の界面に形成されるため、数百ＭＨｚの動作周波数及び１．５Ｖ以下の動作電圧では、信号遅延（ｓｉｇｎａｌ ｄｅｌａｙ）などの素子の誤動作を引き起こす問題をもたらす。
【０００６】
したがって、近年では、タングステン膜とポリシリコン膜との間の界面におけるＳｉ−Ｎの形成を抑制するため、拡散防止膜としてポリシリコンとタングステン窒化膜との間に薄いタングステンシリサイド膜（ＷＳｉ）又はチタン膜（Ｔｉ）を挿入する傾向となっている。
【０００７】
図１Ｂのように、タングステンシリサイド膜１４（ＷＳｉ）を挿入した場合、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）蒸着の際の窒素プラズマ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ）によってタングステンシリサイド膜１４上にＷ−Ｓｉ−Ｎが形成される。このＷ−Ｓｉ−Ｎは、金属性を有する非常に優れた拡散防止膜（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）として知られている。
【０００８】
図１Ｃのように、チタン膜１５（Ｔｉ）を挿入した場合にも、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）蒸着の際、反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって、窒素プラズマが、チタン膜１５（Ｔｉ）を「ＴｉＮ」化させ、ＴｉＮ拡散防止膜が形成されるため、後続の熱処理の際、窒素含有のタングステン膜１２（ＷＮ）が分解されても、ＴｉＮが窒素のポリシリコンへの拡散を抑制し、Ｓｉ−Ｎ形成を効果的に防止することができる。
【０００９】
しかし、タングステンポリゲートをデュアルポリゲート（ｄｕａｌ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｇａｔｅ）（すなわち、ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＮＭＯＳＦＥＴ、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＰＭＯＳＦＥＴ）構造に適用する場合には、タングステン膜とＰ型ポリシリコン膜（ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）との間のコンタクト抵抗値が、ＷＳｉ／ＷＮ拡散防止膜を適用した場合にも、かなり増加するという問題がある。これに対して、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜を適用した場合には、ポリシリコンドーピング種（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｏｐｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）に関らず、コンタクト抵抗が非常に低い特性を示す。
【００１０】
また、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＰＭＯＳＦＥＴの場合、実際の動作モードであるインバージョン（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）状態では、ポリシリコンの空乏（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）問題が発生する可能性もあるが、これは、Ｐ型ポリシリコン内に残留しているホウ素（ｂｏｒｏｎ）の量に依存する。
【００１１】
また、ＷＳｉ／ＷＮ拡散防止膜では、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜に比べて、相対的にポリシリコンの空乏が多く発生し、このことはトランジスタ特性を低下させる可能性があることを意味する。
【００１２】
上記のような様々な特性を総合すると、タングステンとポリシリコンとの間に、十分に低いコンタクト抵抗を有し、且つＰ型ポリシリコンの空乏の抑制能力に優れたＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いることが好ましい。
【００１３】
しかし、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜が採用された場合、その真上に蒸着されるタングステンのシート抵抗（Ｒｓ）が１．５倍〜２倍の水準に増加する問題がある。Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用によるタングステンのシート抵抗の増加は、今後のタングステンポリゲートの開発において、非常に大きな制約になり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ゲートスタックのシート抵抗及びコンタクト抵抗が小さいながらも、不純物の外部拡散を効果的に抑制することのできる拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の半導体素子の製造方法は、第１導電層上に、少なくとも第１金属膜及び窒素含有の金属シリサイド膜を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の半導体素子の製造方法は、第１導電層上に、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜及び第３金属膜の順に積層された拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜をタングステン膜とポリシリコン膜との間の拡散防止膜で適用することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／Ｗ及びＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／Ｗなどとは、ほぼ同じ水準の非常に低いシート抵抗（Ｒｓ）特性を実現することができるため、ゲートスタックの高さを低くすることができ、工程の統合（ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が容易であるという効果を奏する。
【００１８】
また、ホウ素の浸透（ｂｏｒｏｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）又はホウ素の外部拡散（ｂｏｒｏｎ ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の抑制によるポリシリコンの空乏現象（ｐ＋ ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）が低減し、且つ、ＰＭＯＳＦＥＴ動作電流が増加する効果を実現することもできる。
【００１９】
また、充分に小さいタングステン膜とポリシリコン膜との間のコンタクト抵抗（Ｒｃ）特性を有するため、高速動作素子の製作が可能であるという長所がある。
【００２０】
結果的に、本発明は、高速（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ）、高密度（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）、低電力（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ）のメモリ素子を実現するためのタングステンポリゲートの形成方法において、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎの含まれた多重薄膜、又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜を用いることによって、低いシート抵抗（Ｌｏｗ Ｒｓ）、低いコンタクト抵抗（Ｌｏｗ Ｒｃ）及びポリシリコンの空乏現象の低減（Ｌｏｗ ＰＤＥ）を同時に全て満足させ得る最も優れた拡散防止膜である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最も好ましい実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図２Ａは、拡散防止膜の種類によるタングステンとポリシリコンとの間のコンタクト抵抗を比較した図である。
【００２３】
同図に示すように、Ｎ型不純物がドーピングされたポリシリコン（ｎ＋ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）とタングステンとの間のコンタクト抵抗特性が、ＷＮの代わりにＷＳｉｘ／ＷＮ又はＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いる場合、顕著に改善されることが分かる。
【００２４】
しかし、タングステンポリゲートをデュアルポリゲート（すなわち、ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＮＭＯＳＦＥＴ、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＰＭＯＳＦＥＴ）構造に適用する場合には、タングステンとＰ型ポリシリコン（ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）との間のコンタクト抵抗値が、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜の適用の場合にかなり大きい問題がある。これに対し、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用の場合には、ポリシリコンドーピング種（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｏｐｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）に関らず、コンタクト抵抗が非常に特性を示す。
【００２５】
また、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＰＭＯＳＦＥＴの場合、実際の動作モードのインバージョン（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）状態では、ポリシリコンの空乏（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）問題が発生する可能性があるが、これは、Ｐ型ポリシリコン内に残留しているホウ素（ｂｏｒｏｎ）の量に依存する。
【００２６】
図２Ｂは、ゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状を示す図である。
【００２７】
同図のゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状（ｄｅｐｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ）から分かるように、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜の場合には、ゲート酸化膜やポリシリコンの界面におけるホウ素の濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と非常に低い値であって、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の場合には、ホウ素の濃度が８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と測定された。これは、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜では、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜に比べて相対的にポリシリコンの空乏が多く発生することにより、トランジスタ特性を低下させる可能性もあるということを意味する。
【００２８】
上記のような様々な特性を総合すると、タングステンとポリシリコンとの間の十分に低いコンタクト抵抗を有し、且つＰ型ポリシリコンの空乏の抑制能力に優れたＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いることが好ましい。
【００２９】
しかし、図２Ｃに示すように、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の真上に蒸着されるタングステンのシート抵抗（Ｒｓ）が１．５倍〜２倍の水準に増加する問題がある。
【００３０】
同図は、拡散防止膜の種類別に、タングステンのシート抵抗を比較した図である。
【００３１】
通常、ポリシリコン、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、及びタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）上には、非晶質の窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）が形成することができ、その上には非常に低い比抵抗（１５〜２０μΩ−ｃｍ）のタングステンの形成が可能であるが、多結晶の純粋金属（ｐｕｒｅ ｍｅｔａｌ）であるＴｉ、Ｗ、Ｔａ、そして、金属窒化膜（ｍｅｔａｌ ｎｉｔｒｉｄｅ）であるＴｉＮ、ＴａＮ上には、相対的に小さいグレイン（ｇｒａｉｎ）のタングステンが蒸着されるため、３０μΩ−ｃｍの非常に高い比抵抗のタングステンが形成される。
【００３２】
Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用によるタングステンのシート抵抗の増加は、今後、タングステンポリゲートの開発において、非常に大きな制約になり得る。
【００３３】
したがって、後述の実施例において、ゲートスタックに含まれる拡散防止膜は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜、又は各薄膜が窒素（Ｎ）を含む多重薄膜で構成される拡散防止膜であって、コンタクト抵抗の低減、シート抵抗の低減、不純物の浸透及び外部拡散の防止を全て満足させ得る拡散防止膜である。
【００３４】
以下、全ての実施例において、「窒素含有（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）」の意味は、窒化された金属膜という意味も含み、且つ、窒素が一定の比率（原子数の比率。以下同じ）で含有されている金属膜をも含む。そして、以下、化学式ＷＳｉｘＮｙにおいて、ｘはタングステンに対するシリコンの比率であって、その値は、０．５〜３．０の範囲であり、ｙはタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）に対する窒素の比率であって、その値は０．０１〜１０．００の範囲である。
【００３５】
図３Ａは、本発明の第１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００３６】
同図に示すように、ゲートスタックは、第１導電層２１、拡散防止膜２２及び第２導電層２３の順に積層される。
【００３７】
第１導電層２１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１は、ポリシリコン膜の他、ポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれているシリサイド膜である。
【００３８】
第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００３９】
拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素を含有するタングステン膜（以下、「窒素含有のタングステン膜」と略称する）２２Ｂ（ＷＮｘ）及び窒素を含有するタングステンシリサイド膜（以下、「窒素含有のタングステンシリサイド膜」と略称する）２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【００４０】
拡散防止膜２２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００４１】
まず、チタン膜２２Ａの厚さは、１０Å〜８０Åの範囲である。
【００４２】
望ましくは、チタン膜２２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜２２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜２２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜２２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜２１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜２２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜２２Ａが厚いと、チタン膜２２Ａがポリシリコン膜２１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜２１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【００４３】
窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は、０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜２２Ｂを「ＷＮｘ」と表記するが、これは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」、又は一定比率の窒素を含有している「タングステン膜」を意味する。窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜２２Ｂの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有したタングステン膜となる。
【００４４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃの窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃを「ＷＳｉｘＮｙ」と表記するが、これは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は一定比率の窒素を含有する「タングステンシリサイド膜」を意味する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００４５】
チタン膜２２Ａ及び窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【００４６】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）による蒸着法である。例えば、チタン膜２２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｗ ｔａｒｇｅｔ ｉｎ Ｎ２ ａｍｂｉｅｎｔ）で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ ｉｎ Ｎ２ ａｍｂｉｅｎｔ）で蒸着する。
【００４７】
拡散防止膜２２において、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、ＣＶＤ法では、窒素含有のタングステン膜上で窒素含有のタングステンシリサイド膜がうまく成長しないからである。更に詳しく説明すると、ＣＶＤ法によって形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＣＶＤ法−ＷＳｉＮｘ）が窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上で均一に成長せず、凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生するのである。その理由は、窒素含有のタングステン膜上にタングステン酸化膜（ＷＯｘ）が存在しているので、ＣＶＤ法により形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜の接着性（ａｄｈｅｓｉｏｎ）がよくないからである。これに対し、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能である。
【００４８】
図３Ｂは、窒素含有のタングステン膜上にＰＶＤ法によって形成された窒素含有のタングステンシリサイド膜の蒸着後の写真である。図３Ｂから、タングステンシリサイドターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法によって蒸着される窒素含有のタングステンシリサイド膜の場合、均一に蒸着されることが分かる。
【００４９】
上述のように、第１実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜２２及び第２導電層２３からなる構造であり、第１導電層２１がポリシリコン膜であり、第２導電層２３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【００５０】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉＮｘ）である。第１金属膜は純粋金属膜であり、第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【００５１】
第１実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【００５２】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【００５３】
望ましくは、Ｔａ膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。Ｔａ膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりＴａ膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜２１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。Ｔａ膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、Ｔａ膜が厚いと、Ｔａ膜がポリシリコン膜２１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜２１内にポリ空乏（ｐｏｌｙｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【００５４】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれの膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着し、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は、０．５〜３．０の範囲である。
【００５５】
図３Ｃは、本発明の第２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図であって、第１実施例の変更例である。すなわち、図３Ａのチタン膜２２Ａの代わりに窒素を含有するチタン膜（ＴｉＮｘ、ｘ＜１）を用いる場合である。
【００５６】
同図に示すように、第２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２０１、拡散防止膜２０２及び第２導電層２０３の順に積層される。
【００５７】
第１導電層２０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００５８】
第２導電層２０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００５９】
拡散防止膜２０２は、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉＮｘ構造である。
【００６０】
拡散防止膜２０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００６１】
窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは、第１実施例のチタン膜とは異なり、１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜２０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、「チタン窒化膜」又は「窒素を一定比率含有しているチタン膜」を意味する。
【００６２】
窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対する窒素の比率は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、「タングステン窒化膜」又は「窒素を一定比率含有しているタングステン膜」を意味する。窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。そして、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、窒素を含有することによって、第３実施例で後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【００６３】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率は０．５〜３．０の範囲で、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜を意味する。
【００６４】
窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであり、窒素含有のチタン膜２０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【００６５】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【００６６】
拡散防止膜２０２において、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、ＣＶＤ法では、窒素含有のタングステン膜上で窒素含有のタングステンシリサイド膜がうまく成長しないからである。更に詳しく説明すると、ＣＶＤ法によって形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＣＶＤ法−ＷＳｉＮｘ）が窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上で均一に成長せずに凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生するのである。その理由は、窒素含有のタングステン膜上にタングステン酸化膜（ＷＯｘ）が存在しているので、ＣＶＤ法による窒素含有のタングステンシリサイド膜の接着性（ａｄｈｅｓｉｏｎ）が良くないからである。それに対して、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能である。
【００６７】
窒素含有のチタン膜２０２Ａを用いた第２実施例の場合も、第１実施例と同じく、十分に低いコンタクト抵抗を得ることができる。上の窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）が、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）に窒素を供給して、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）上部を「強靭性ＴｉＮ（ｒｏｂｕｓｔ ＴｉＮ）」にすると同時に、第１導電層２０１と接触する窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）の下部がＴｉ−Ｓｉ凝集を防止する役割を果すからである。
【００６８】
上述のように、第２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜２０２、及び第２導電層２０３で構成された構造であり、第１導電層２０１がポリシリコン膜であり、第２導電層２０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【００６９】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、第１金属膜、第２金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜及び第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【００７０】
第２実施例として説明した、窒素を含有する第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜で形成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【００７１】
窒素を含有する第１金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に、窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に、窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜において、タングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲で、窒素含有のチタンシリサイド膜において、チタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜において、タンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【００７２】
上記のような窒素含有のチタン膜の代りに窒素含有のタンタル膜を用いる構造の拡散防止膜は、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造と同じく、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗特性を有し、ポリシリコンの空乏率を低下させる効果がある。
【００７３】
一方、第２実施例に係る拡散防止膜は３層構造であるが、窒素を含有するタングステンシリサイド膜上に、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）を追加して形成することができる。ここで、追加する窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）は、２番目の層のＷＮｘと同じ窒素の含有量及び厚さを有する。
【００７４】
第２実施例によると、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、多重構造を構成する各物質が、全て窒素（Ｎ）を含んでいる。このため、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗を実現し、ゲートスタックの高さを低くすることができる。また、下に形成された第１導電層２０１内にドーピングされているホウ素のような不純物の外部拡散によるポリシリコンの空乏現象を低減させる。
【００７５】
図３Ｄは、本発明の第３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００７６】
同図に示すように、第３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２１１、拡散防止膜２１２、及び第２導電層２１３の順に積層された構造である。
【００７７】
第１導電層２１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素（Ｂｏｒｏｎ））又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（Ｐｏｌｙ Ｓｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００７８】
第２導電層２１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【００７９】
拡散防止膜２１２は、チタンシリサイド膜２１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜２１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜２１２Ｃ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。ここで、第１実施例及び第２実施例の構造に応じて、チタンシリサイド膜の代わりに、タンタルシリサイド膜を使用することも可能であり、窒素含有のチタン膜の代わりに窒素含有のタンタル膜を使用することが可能であり、窒素含有のタングステン膜の代わりに、窒素含有のチタンタングステン膜を使用することが可能であり、窒素含有のタングステンシリサイド膜の代わりに、窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜を使用することが可能である。
【００８０】
第３実施例は、第１実施例及び第２実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行われる様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【００８１】
図３Ｄと図３Ａとを比較すると、次のとおりである。
【００８２】
チタンシリサイド膜２１２Ａは、チタン膜２２Ａが下の第１導電層２１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【００８３】
窒素含有のチタン膜２１２Ｂは、チタン膜２２Ａが窒素含有のタングステン膜２２Ｂから窒素の供給を受けて変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。図３Ａのチタン膜２２Ａと比較すると、窒素の比率は「０」から「０．７〜１．３」に増加することが分かる。
【００８４】
窒素含有のタングステン膜２１２Ｃは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図３Ａの窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｂと比較すると、窒素の比率が「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」に低減することが分かる。
【００８５】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００８６】
図３Ｄと図３Ｃとを比較すると、次のとおりである。
【００８７】
アニールによって、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜２１２Ａ反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜２１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜２１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲で、窒素含有のチタン膜２１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲である。
【００８８】
窒素含有のチタン膜２１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲となる。これから、図３Ｃの窒素含有のチタン膜２０２Ａと比較すると、窒素の比率が「０．２〜０．８の範囲」から「０．７〜１．３の範囲」へと更に増加することが分かる。
【００８９】
窒素含有のタングステン膜２１２Ｃは、アニール後の浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図３Ｃの窒素含有のタングステン膜２０２Ｂと比較すると、窒素の比率は「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」へと更に低減することが分かる。
【００９０】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００９１】
上記のように、第３実施例に係るゲートスタックは、第１金属シリサイド膜及び窒素を含有する第１金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、窒素を含有する第２金属膜及び窒素を含む第２金属シリサイド膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜２１２Ａと窒素含有のチタン膜２１２Ｂとの積層であって、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜２１２Ｃと窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄとの積層である。
【００９２】
図３Ｅは、アニール後の結果を示す写真である。
【００９３】
図４Ａは、本発明の第４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００９４】
同図に示すように、第４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１、拡散防止膜３２、及び第２導電層３３の順に積層される。
【００９５】
第１導電層３１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００９６】
第２導電層３３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００９７】
拡散防止膜３２は、チタン膜３２Ａ（Ｔｉ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【００９８】
拡散防止膜３２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００９９】
まず、チタン膜３２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１００】
望ましくは、チタン膜３２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜３２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂを形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりチタン膜３２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜３１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜３２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜３２Ａが厚いと、チタン膜３２Ａがポリシリコン膜３１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜３１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１０１】
そして、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。前記窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜である。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１０２】
チタン膜３２Ａは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２ＢはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１０３】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜３２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１０４】
拡散防止膜３２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、上述のように反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１０５】
上述によると、第４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜３２及び第２導電層３３で構成された構造であり、第１導電層３１がポリシリコン膜であり、第２導電層３３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造とである。
【０１０６】
特に、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、金属膜はチタン膜３２Ａ（Ｔｉ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂである。金属膜は純粋の金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１０７】
第４実施例として説明した、金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１０８】
金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０１０９】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、金属シリサイド膜を形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜３１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜３１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜３１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１１０】
窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１１１】
図４Ｂは、本発明の第５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図であって、第２実施例を変更した例である。すなわち、チタン膜の代わりに窒素を含有するチタン膜（ＴｉＮｘ、ｘ＜１）を用いる場合である。
【０１１２】
同図に示すように、第５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３０１、拡散防止膜３０２及び第２導電層３０３の順に積層される。
【０１１３】
第１導電層３０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１１４】
第２導電層３０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１１５】
拡散防止膜３０２は、窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０１１６】
拡散防止膜３０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１１７】
窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲で、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜３０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。窒素含有のチタン膜３０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含み、好ましくは、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、金属膜の性質を有する。
【０１１８】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜を含む。
【０１１９】
窒素含有のチタン膜３０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２ＢはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１２０】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１２１】
拡散防止膜３０２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１２２】
上述によると、第５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３０１、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜３０２及び第２導電層３０３で構成された構造であり、第１導電層３０１がポリシリコン膜であり、第２導電層３０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１２３】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、金属膜は、窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂである。金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１２４】
第５実施例として説明した、窒素を含有する金属膜と窒素を含有する金属シリサイド膜とで構成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１２５】
窒素を含有する金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜はＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜はそれぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１２６】
図４Ｃは、本発明の第６実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１２７】
同図に示すように、第６実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１１、拡散防止膜３１２、及び第２導電層３１３の順に積層された構造である。
【０１２８】
第１導電層３１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１２９】
第２導電層３１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１３０】
拡散防止膜３１２は、チタンシリサイド膜３１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜３１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第４実施例及び第５実施例でそれぞれ選択された物質に応じて様々な構造が可能である。
【０１３１】
第６実施例は、第４実施例及び第５実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行われる様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０１３２】
図４Ａのように、チタン膜３２Ａ上に窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂがある場合には、アニール後、図４Ｃのように、チタン膜３２Ａと窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂとの間の境界領域の窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂで、少量の窒素分解が発生してチタン膜３２Ａ上を窒素を含有する窒素含有のチタン膜３１２Ｂに変化させ、チタン膜３２Ａの下は、第１導電層３１として用いられたポリシリコン膜と反応してチタンシリサイド膜３１２Ａとなる。
【０１３３】
チタンシリサイド膜３１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲である。窒素含有のチタン膜３１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０１３４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１３５】
図４Ｂと図４Ｃとを比較してみると、アニールによって、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、窒素含有のタングステン膜３０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜３１２Ａになる反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜３１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜３１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜３１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜３１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率は０．７〜１．３の範囲である。図４Ｃの窒素含有のチタン膜３１２Ｂと比較すると、窒素の比率は「０．２〜０．８の範囲」から「０．７〜１．３の範囲」へと更に増加することが分かる。
【０１３６】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１３７】
上記のように、第６実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び窒素を含有する金属膜の順に積層された第１拡散防止膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜で構成される第２拡散防止膜を備える。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜３１２Ａ及び窒素含有のチタン膜３１２Ｂの積層膜であって、第２拡散防止膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃである。
【０１３８】
図５Ａは、本発明の第７実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１３９】
同図に示すように、第７実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１、拡散防止膜４２、及び第２導電層４３の順に積層される。
【０１４０】
第１導電層４１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１４１】
第２導電層４３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１４２】
拡散防止膜４２は、チタン膜４２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）及び窒素含有のタングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１４３】
拡散防止膜４２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１４４】
まず、チタン膜４２Ａの厚さは、１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１４５】
望ましくは、チタン膜４２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜４２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜４２Ｃを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜４２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜４１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜４２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜４２Ａが厚いと、チタン膜４２Ａがポリシリコン膜４１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜４１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１４６】
窒素含有タングステンシリサイド膜４２Ｂにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率で含有しているタングステンシリサイド膜を含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１４７】
窒素含有タングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有するものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」又は窒素を一定比率で含有しているタングステン膜を含む。窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒素を含有することによって、第９実施例で後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜４２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒素を含有することによって、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１４８】
チタン膜４２Ａ及び窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１４９】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜４２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１５０】
拡散防止膜４２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１５１】
上述によると、第７実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜４２及び第２導電層４３で構成された構造であり、第１導電層４１がポリシリコン膜で、第２導電層４３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１５２】
特に、Ｔｉ／ＷＳｉＮｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜４２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂである。第１金属膜は純粋な金属膜であり、第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１５３】
第７実施例として説明した、第１金属膜、金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１５４】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０１５５】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、金属シリサイド膜を形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜４１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜４１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜４１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１５６】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれは、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜でタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコン（Ｓｉ／Ｔｉ）の比率は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１５７】
図５Ｂは、本発明の第８実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１５８】
同図に示すように、第８実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４０１、拡散防止膜４０２、及び第２導電層４０３の順に積層された構造である。
【０１５９】
第１導電層４０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４０１は、ポリシリコン膜の他、ポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれているシリサイド膜である。
【０１６０】
第２導電層４０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１６１】
拡散防止膜４０２は、窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）及び窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１６２】
拡散防止膜４０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１６３】
窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜４０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０１６４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。
【０１６５】
窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）は、タングステン膜に一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒素を含有することによって、後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに窒素を供給する役割を果す。そして、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒素を含有することによって窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１６６】
窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜４０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１６７】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１６８】
拡散防止膜４０２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１６９】
上述によると、第８実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４０１、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜４０２及び第２導電層４０３で構成された構造であって、第１導電層４０１がポリシリコン膜であり、第２導電層４０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１７０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された構造となるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂ（ＷＳｉＮｘ）である。第１金属膜及び第２金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１７１】
第８実施例として説明した、窒素を含有する第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び窒素を含有する第２金属膜で構成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１７２】
窒素を含有する第１金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に、窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能で、窒素を含有する第２金属膜は窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に、窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜においてタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１７３】
図５Ｃは、本発明の第９実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１７４】
同図に示すように、第９実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１１、拡散防止膜４１２、及び第２導電層４１３の順に積層された構造である。
【０１７５】
第１導電層４１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１７６】
第２導電層４１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１７７】
拡散防止膜４１２は、チタンシリサイド膜４１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜４１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜４１２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第７実施例及び第８実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０１７８】
第９実施例は、第７実施例及び第８実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０１７９】
図５Ｃと図５Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０１８０】
チタンシリサイド膜４１２Ａは、チタン膜４２Ａがその下の第１導電層４１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１８１】
窒素含有のチタン膜４１２Ｂは、チタン膜４２Ａが窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂから窒素の供給を受けて変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。図５Ａのチタン膜４２Ａと比較すると、窒素の比率は「０」から「０．７〜１．３の範囲」に増加しえている。
【０１８２】
窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１８３】
窒素含有のタングステン膜４１２Ｄは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって（したがって図５Ｃでは「ＷＮｘ（Ｄ）」と表記している）、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図５Ａの窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｃと比較すると、窒素の比率は「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」に低減している。
【０１８４】
図５Ａのようにチタン膜４２Ａ上に窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂがある場合には、アニール後図５Ｃのように、チタン膜４２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂの間の境界領域の窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂから少量の窒素分解が発生してチタン膜４２Ａの上側を窒素含有のチタン膜４１２Ｂに変化させ、チタン膜４２Ａの下側は、ポリシリコン膜４１と反応してチタンシリサイド膜４１２Ａとなる。
【０１８５】
図５Ｂと図５Ｃとを比較してみると、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、チタンシリサイド膜４１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜４１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜４１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜４１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜４１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１８６】
窒素含有のタングステン膜４１２Ｄは、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃのアニール後の浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０１８７】
上記のように、第９実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜、窒素含有の金属シリサイド膜、及び窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜を備える。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜４１２Ａ、及び窒素含有のチタン膜４１２Ｂの積層膜であって、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃ及び窒素含有のタングステン膜４１２Ｄの積層膜である。
【０１８８】
図６Ａは、本発明の第１０実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１８９】
同図に示すように、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１、拡散防止膜５２、及び第２導電層５３の順に積層された構造である。
【０１９０】
第１導電層５１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１９１】
第２導電層５３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１９２】
拡散防止膜５２は、チタン膜５２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜５２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１９３】
拡散防止膜５２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１９４】
まず、チタン膜５２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１９５】
望ましくは、チタン膜５２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜５２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜５２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜５２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜５１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜５２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜５２Ａが厚いと、チタン膜５２Ａがポリシリコン膜５１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜５１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１９６】
窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒素を含有することによって、後述するように、チタン膜５２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒素を含有することによってチタン膜５２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１９７】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１９８】
チタン膜５２Ａ、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、及び窒素含有のタングステン膜５２Ｄは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２ＣはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１９９】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜５２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０２００】
拡散防止膜５２において、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２０１】
上述によると、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜５２及び第２導電層５３で構成された構造であり、第１導電層５１がポリシリコン膜であり、第２導電層５３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２０２】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造となるが、第１金属膜はチタン膜５２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄであり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜は、純粋金属膜であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０２０３】
第１０実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２０４】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は同一膜であって、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０２０５】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜５１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜５１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜５１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２０６】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれは、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２０７】
図６Ｂは、本発明の第１１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２０８】
同図に示すように、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５０１、拡散防止膜５０２、及び第２導電層５０３の順に積層された構造である。
【０２０９】
第１導電層５０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２１０】
第２導電層５０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２１１】
拡散防止膜５０２は、窒素含有のチタン膜５０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃ（ＷＳｉＮｘ）、及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０２１２】
拡散防止膜５０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２１３】
まず、窒素含有のチタン膜５０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜５０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜５０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０２１４】
窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒素を含有することによって、後述するように、窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒素を含有することによって窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２１５】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２１６】
窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２ＣはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２１７】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜５０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０２１８】
拡散防止膜５０２において、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２１９】
上述によると、第１１実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜５０２及び第２導電層５０３で構成された構造であり、第１導電層５０１がポリシリコン膜であり、第２導電層５０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２２０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜５０２Ａであり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄであり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜〜第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であって、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０２２１】
第１１実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２２２】
第１金属膜は、窒素含有のチタン膜の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は同一膜であって、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜、又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット、及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜でタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２２３】
図６Ｃは、本発明の第１２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２２４】
同図に示すように、第１２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１１、拡散防止膜５１２、及び第２導電層５１３の順に積層された構造である。
【０２２５】
第１導電層５１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２２６】
第２導電層５１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２２７】
拡散防止膜５１２は、チタンシリサイド膜５１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜５１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜５１２Ｅ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第１０実施例及び第１１実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０２２８】
第１２実施例は、第１０実施例及び第１１実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０２２９】
図６Ｃと図６Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０２３０】
チタンシリサイド膜５１２Ａは、チタン膜５２Ａがその下の第１導電層５１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２３１】
窒素含有のチタン膜５１２Ｂは、チタン膜５２Ａが窒素含有タングステン膜５２Ｂによってチタン膜に変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２３２】
窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ、５１２Ｅは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２３３】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２３４】
図６Ｃと図６Ｂとを比較してみると、図６Ｂの窒素含有のチタン膜５０２Ａは、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜５１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜５１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜５１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜５１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜５１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２３５】
窒素タングステン膜５１２Ｃ及び５１２Ｅは、アニール後の窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄが浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２３６】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２３７】
上記のように、第１２実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び第１の窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、第２の窒素含有の金属膜、窒素含有の金属シリサイド膜及び第３の窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜５１２Ａ及び窒素含有のチタン膜５１２Ｂの積層膜であり、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄ及び窒素含有のタングステン膜５１２Ｅの積層膜である。
【０２３８】
上述の第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックにおいて、拡散防止膜は全て共通であり、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉＮｘ）という窒素を含有する金属シリサイド膜を含むだけでなく、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎをも含む多重薄膜である。
【０２３９】
そして、窒素含有のタングステンシリサイド膜は、タングステンシリサイドスパッタリングターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。
【０２４０】
このように、反応性スパッタ蒸着法の適用の際、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）が蒸着されると同時に下のチタン膜（Ｔｉ）を窒化させて「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。チタン膜（Ｔｉ）上に窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）を反応性スパッタ蒸着法で蒸着する場合にも「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。
【０２４１】
窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）は、非常に優れた非晶質拡散防止膜として作用するため、その上にタングステン膜（Ｗ）を蒸着する場合、比抵抗が１５〜２０μΩ−ｃｍ程度で小さく、非常に大きいグレインのタングステン膜が蒸着される。これにより、非常に低い比抵抗を有するタングステン膜の蒸着が可能であるため、タングステン膜のシート抵抗が低減する。
【０２４２】
結局、第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜又は窒素含有のチタン膜が窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）又は窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の蒸着の際、「ＴｉＮ」化されることにより、非常に低いコンタクト抵抗特性及びポリシリコンの空乏率の低下を実現することができ、また、拡散防止膜が窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）を備えることによって、非常に低いシート抵抗特性を実現することができる。
【０２４３】
また、第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜又は窒素含有のチタン膜が、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）又は窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の蒸着の際、「ＴｉＮ」化されることにより、多重拡散防止膜を構成する各物質が全て窒素（Ｎ）を含有する。これで、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗を実現することができるので、ゲートスタックの高さを低くすることができる。また、下部に形成された第１導電層内にドーピングされているホウ素のような不純物の外部拡散によるポリシリコンの空乏現象を低減させる。
【０２４４】
図７Ａは、本発明の第１３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２４５】
同図に示すように、第１３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１、拡散防止膜６２、及び第２導電層６３の順に積層される。
【０２４６】
第１導電層６１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２４７】
第２導電層６３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２４８】
拡散防止膜６２は、チタン膜６２Ａ（Ｔｉ）、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ（ＷＮｘ）、タングステンシリサイド膜６２Ｃ（ＷＳｉｘ）（ｘ＝１．５〜１０）、第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄ（ＷＮｘ）の順に積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造である。
【０２４９】
拡散防止膜６２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２５０】
まず、チタン膜６２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０２５１】
望ましくは、チタン膜６２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜６２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜６２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜６２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜６１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜６２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜６２Ａが厚いと、チタン膜６２Ａがポリシリコン膜６１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜６１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２５２】
第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。好ましくは、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、金属膜性質を有する。第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６２Ｃに窒素を供給する役割を果す。第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄの厚さは、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲である。このように、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２５３】
タングステンシリサイド膜６２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲である。タングステンシリサイド膜６２Ｃの厚さは２０〜１００Åである。
【０２５４】
チタン膜６２Ａ、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄ、並びにタングステン膜６３は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、タングステンシリサイド膜６２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２５５】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法、又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。したがって、チタン膜６２Ａは、チタンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着し、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、タングステンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タングステンシリサイド膜６２Ｃは、タングステンシリサイドターゲットを用いる反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。最後に、タングステン膜６３は、タングステンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着する。
【０２５６】
第１３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜６２、及び第２導電層６３で構成された構造であり、第１導電層６１がポリシリコン膜であり、第２導電層６３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２５７】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜６２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜６２Ｂ、６２Ｄであり、金属シリサイド膜はタングステンシリサイド膜６２Ｃ（ＷＳｉｘ）である。第１金属膜は純粋な金属膜であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は純粋な金属のシリサイド膜である。
【０２５８】
第１３実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２５９】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）の他にチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）又はタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮ）は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）は、チタンシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ）は、タンタルシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０２６０】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜６１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜６１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜６１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２６１】
窒素含有のチタンタングステン膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着する。チタンシリサイド膜及びタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０〜１００Å厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、チタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、タンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２６２】
上述のような拡散防止膜６２において、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ上に蒸着するタングステンシリサイド膜６２Ｃは、スパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲットを用いたスパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２６３】
図７Ｂは、窒素含有のタングステン膜上にＣＶＤ法及びＰＶＤ法でタングステンシリサイドをそれぞれ蒸着した後の写真である。
【０２６４】
同図に示すように、窒素含有のタングステン膜（ＷＮ）上では、ＣＶＤ法によって蒸着されたタングステンシリサイド（ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ）は、うまく蒸着されておらず不均一であるが、ＰＶＤ法によって蒸着されたタングステンシリサイド（ＰＶＤ−ＷＳｉｘ）は、均一に蒸着されていることが分かる。
【０２６５】
したがって、タングステンシリサイド上では、非常に低い比抵抗を有するタングステン膜の蒸着が可能なため、タングステン膜のシート抵抗が低減する。
【０２６６】
一方、第１３実施例のゲートスタックにおいて、チタン膜６２Ａ上に窒素含有のタングステン膜６２Ｂを反応性スパッタ蒸着法で蒸着する場合、チタン膜を「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。
【０２６７】
結局、第１３実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜６２Ａが窒素含有のタングステン膜６２Ｂ蒸着の際の「ＴｉＮ」化によって非常に低いコンタクト抵抗特性及びポリシリコンの空乏率の低下を実現することができ、また、拡散防止膜がタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）を備えることによって非常に低いシート抵抗特性を実現することができる。
【０２６８】
図７Ｃは、本発明の第１４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２６９】
同図に示すように、第１４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６０１、拡散防止膜６０２、及び第２導電層６０３の順に積層されている。
【０２７０】
第１導電層６０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２７１】
第２導電層６０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２７２】
拡散防止膜６０２は、窒素含有のチタン膜６０２Ａ（ＴｉＮｘ）、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ（ＷＮｘ）、タングステンシリサイド膜６０２Ｃ（ＷＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）、第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄ（ＷＮｘ）の順に積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造である。
【０２７３】
拡散防止膜６０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２７４】
まず、窒素含有のチタン膜６０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜６０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜６０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０２７５】
第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は、０．３〜１．５の範囲である。ここで、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２７６】
タングステンシリサイド膜６０２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、その厚さは２０〜１００Åである。
【０２７７】
第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄ、並びにタングステン膜６０３は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜６０２Ａ及びタングステンシリサイド膜６０２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２７８】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。したがって、窒素含有のチタン膜６０２Ａは、チタンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、タングステンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タングステンシリサイド膜６０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲットを用いる反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。最後に、タングステン膜６０３は、タングステンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着する。
【０２７９】
第１４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜６０２及び第２導電層６０３で構成された構造であり、第１導電層６０１がポリシリコン膜であり、第２導電層６０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２８０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜６０２Ａであり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ、６０２Ｄであり、金属シリサイド膜はタングステンシリサイド膜６０２Ｃである。第１金属膜〜第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、純粋な金属のシリサイド膜である。
【０２８１】
第１４実施例のように第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２８２】
第１金属膜は、窒素含有のチタン膜の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）の他にチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）又はタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、タンタルターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮ）は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）は、チタンシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ）は、タンタルシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜１５０Åの範囲の厚さに蒸着し、窒素含有のチタンタングステン膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着する。チタンシリサイド膜及びタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０〜１００Å厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、チタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、タンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２８３】
上述のような拡散防止膜６０２において、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ上に蒸着するタングステンシリサイド膜６０２Ｃは、スパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲットを利用するスパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２８４】
図７Ｄは、本発明の第１５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２８５】
同図に示すように、第１５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１１、拡散防止膜６１２、及び第２導電層６１３の順に積層された構造である。
【０２８６】
第１導電層６１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２８７】
第２導電層６１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２８８】
拡散防止膜６１２は、チタンシリサイド膜６１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜６１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜６１２Ｅ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第１３実施例及び第１４実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０２８９】
第１５実施例は、第１３実施例及び第１４実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０２９０】
図７Ｄと図７Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０２９１】
チタンシリサイド膜６１２Ａは、チタン膜６２Ａが下の第１導電層６１のポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンとシリコンの比率は０．５〜３．０の範囲である。
【０２９２】
窒素含有のチタン膜６１２Ｂは、チタン膜６２Ａが第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂによって窒素含有のチタン膜に変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．６〜１．２の範囲である。
【０２９３】
窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、６１２Ｅは、アニール後の浸食作用によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２９４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄで窒素が分解されてタングステンシリサイド膜６０２Ｃが窒素含有のタングステンシリサイド膜に変化したものである。窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２９５】
図７Ｄと図７Ｃとを比較してみると、図７Ｃの窒素含有のチタン膜６０２Ａは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜６１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜６１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜６１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜６１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜６１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２９６】
窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、６１２Ｅは、アニール後の第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄが、それぞれ浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、それぞれの厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２９７】
窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄにおいて、窒素が分解されてタングステンシリサイド膜６０２Ｃが窒素含有のタングステンシリサイド膜に変化したものである。窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２９８】
上記のように、第１５実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び第１の窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、第２の窒素含有の金属膜、窒素含有の金属シリサイド膜及び第３の窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜６１２Ａ及び窒素含有のチタン膜６１２Ｂの積層膜であり、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄ、及び窒素含有のタングステン膜６１２Ｅの積層膜である。
【０２９９】
第１実施例〜第１５実施例に係る拡散防止膜は、ＤＲＡＭ素子の他にフラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）素子の制御ゲート（ｃｏｎｔｒｏｌ ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、及び様々なロジック（ｌｏｇｉｃ）素子のゲート電極（ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）にも適用可能である。
【０３００】
図８は、本発明の第１６実施例に係るゲートスタック構造を示す図であって、フラッシュメモリ素子のゲートスタック構造である。
【０３０１】
同図に示すように、半導体基板７０１上に、ゲート絶縁膜に該当するトンネル酸化膜７０２（ｔｕｎｎｅｌ ｏｘｉｄｅ）が形成され、トンネル酸化膜７０２上に、フローティングゲート（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｇａｔｅ）用のポリシリコン電極７０３（ＦＧ）が形成される。
【０３０２】
フローティングゲート用のポリシリコン電極７０３上に誘電膜７０４が形成され、誘電膜７０４上に制御ゲート用のポリシリコン電極７０５（ＣＧ）が形成される。
【０３０３】
制御ゲート用のポリシリコン電極７０５上に第１実施例〜第１５実施例の中から選択されたいずれか１つの拡散防止膜７０６が形成される。図８では、拡散防止膜７０６は、第１実施例に係るＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ拡散防止膜であって、チタン膜７０６Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜７０６Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜７０６Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）の順に積層された構造である。
【０３０４】
拡散防止膜７０６上にタングステン電極７０７（Ｗ）及びハードマスク膜７０８（Ｈ／Ｍ）が積層される。
【０３０５】
図８に係る拡散防止膜７０６を有するフラッシュメモリ素子のゲートスタックも低いシート抵抗、低いコンタクト抵抗特性を有する。
【０３０６】
そして、本発明は、ゲート電極の他に拡散防止膜を備える様々な金属配線（ビット線、メタル線、キャパシタ電極など）にも適用可能である。
【０３０７】
そして、本発明は、拡散防止膜下にＮ型不純物がドーピングされているポリシリコン膜が位置し、拡散防止膜上にタングステン膜が位置する第１ゲートスタックと、拡散防止膜下にＰ型不純物がドーピングされたポリシリコン膜が位置して拡散防止膜上にタングステン膜が位置する第２ゲートスタックとで構成されてデュアルポリゲートを形成する半導体素子のゲートスタックにも適用可能である。
【０３０８】
図９は、本発明の実施例に係る拡散防止膜の種類によるタングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）特性を比較して示す図である。ここで、タングステン膜は、４０ｎｍの厚さの場合を仮定している。
【０３０９】
同図に示すように、Ｔｉ／ＷＮｘ上に追加としてＷＳｉｘ／ＷＮｘを適用する場合（Ｔｉ／ＷＮｘ／ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ）及びＷＳｉｘＮｙを適用する場合（Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ）に、タングステン膜のシート抵抗が再び低減する特徴があることが実験的に確認できた。ただし、ＷＮｘ上に蒸着するＷＳｉｘは、ＣＶＤ法でなくスパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いなければならないが、これは、ＷＮｘ上には、ＣＶＤ法−ＷＳｉｘがうまく成長（ｇｒｏｗｔｈ）しないからである。ＷＳｉｘＮｙの形成には、タングステンシリサイドターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いなければならない。
【０３１０】
図９において、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ及びＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙにおけるタングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）値を比較すると、Ｔｉ／ＷＮ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮ及びＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙを適用する場合にのみ、上部タングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）がＷＳｉｘ／ＷＮｘのみを用いる場合と同じく低かった。ＣＶＤ法−ＷＳｉｘを用いる場合は、ＣＶＤ法−ＷＳｉｘがＷＮｘ上で均一に成長せず、凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生してシート抵抗を高めるのである。これに対し、ＷＳｉｘスパッタリングターゲットを用いたスパッタ蒸着法又は反応性スパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なため、タングステン膜のシート抵抗を低くする。
【０３１１】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。ここで、図３Ａを用いて説明された同じ構成要素に関しては、同じ図面符号を用い、これらに関する詳しい説明は省略する。
【０３１２】
図１０Ａに示すように、素子分離膜、ウェル及びチャネル形成のためのイオン注入（ｗｅｌｌ＆ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）が行われた半導体基板８００上にゲート絶縁膜８０１を形成する。
【０３１３】
続いて、ゲート絶縁膜８０１上に第１導電層２１、拡散防止膜２２、及び第２導電層２３を形成する。
【０３１４】
第１導電層２１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれたシリサイド膜である。
【０３１５】
拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０３１６】
第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【０３１７】
続いて、第２導電層２３上にハードマスク膜８０２を形成するが、ハードマスク膜８０２は省略することができる。ハードマスク膜８０２は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）であり得る。
【０３１８】
続いて、ゲートパターニング工程を行う。
【０３１９】
まず、感光膜を用いるゲートマスク（図示せず）をエッチングバリアとしてハードマスク膜８０２、第２導電層２３、及び拡散防止膜２２をエッチングし、第１導電層２１の一部のみをエッチングする１次ゲートパターニングを行う。
【０３２０】
図１０Ｂに示すように、ゲートマスクを除去した後、第２導電層（すなわち、タングステン膜）２３と拡散防止膜２２との不均一なエッチング及び酸化を防止するプリスペーサ（ｐｒｅ−ｓｐａｃｅｒ）工程を行う。例えば、プリスペーサとしては、シリコン窒化膜８０３（Ｓｉ３Ｎ４）を蒸着する。
【０３２１】
図１０Ｃに示すように、シリコン窒化膜８０３と、残留していたポリシリコン膜２１とをエッチングする２次ゲートパターニングを行う。このとき、２次ゲートパターニングの際のシリコン窒化膜８０３は、エッチバック（ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）のドライエッチングを用い、ポリシリコン膜２１のエッチングは、シリコン窒化膜８０３をエッチングバリアとして用いて行う。エッチングの結果としてパターニングされたポリシリコン膜２１Ａが形成される。
上記のような１次ゲートパターニング、及び２次ゲートパターニングによって、ゲートスタックの側壁にはシリコン窒化膜スペーサ８０３Ａが形成される。
【０３２２】
上述のようなプリスペーサ適用を用いる１次ゲートパターニング及び２次ゲートパターニング工程は、第２実施例〜第１５実施例に係るゲートスタックを適用する場合にも適用可能である。
【０３２３】
図１１は、図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法の他の例を説明するための断面図である。ここで、図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、説明された同じ構成要素に関しては、同じ図面符号を用い、これらに関する詳しい説明は省略する。
【０３２４】
同図に示すように、素子分離膜、ウェル及びチャネル形成のためのイオン注入が行なわれた半導体基板８００上にゲート絶縁膜８０１を形成する。
【０３２５】
続いて、ゲート絶縁膜８０１上に、第１導電層、拡散防止膜、第２導電層、及びハードマスクを形成し、ゲートパターニング工程を行ってパターニングされた第１導電層２１Ｂ、拡散防止膜２２、第２導電層２３、及びハードマスク８０２を形成する。ゲートパターニング工程は、感光膜を用いるゲートマスク（図示せず）をエッチングバリアとしてハードマスク膜、第２導電層、拡散防止膜、及び第１導電層を同時にエッチングする。すなわち、プリスペーサを用いる２段階のエッチング法のゲートパターニングの代わりに、プリスペーサを用いることなく一度でエッチングするゲートパターニング法を用いる。
【０３２６】
上述のようなプリスペーサの適用のないゲートパターニング工程は、第２実施例〜第１５実施例に係るゲートスタックを適用する場合にも適用可能である。
【０３２７】
パターニングされた第１導電層２１Ｂは、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。パターニングされた第１導電層２１Ｂは、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれたシリサイド膜である。
【０３２８】
パターニングされた拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０３２９】
パターニングされた第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【０３３０】
ここでは、パターニングされた第２導電層２３上にハードマスク８０２を形成するが、ハードマスク形成８０２は省略することができる。ハードマスク８０２は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）であり得る。
【０３３１】
上述の本発明は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜をタングステン膜とポリシリコン膜との間の拡散防止膜で適用することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／Ｗ及びＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／Ｗなどとは、ほぼ同じ水準の非常に低いシート抵抗（Ｒｓ）特性を実現することができるため、ゲートスタックの高さを低くすることができ、工程の統合（ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が容易であるという効果がある。
【０３３２】
また、ホウ素の浸透（ｂｏｒｏｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）又はホウ素の外部拡散（ｂｏｒｏｎ ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の抑制によるポリシリコンの空乏現象（ｐ＋ ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）が低減し、且つ、ＰＭＯＳＦＥＴ動作電流が増加する効果を実現することもできる。
【０３３３】
また、充分に小さいタングステン膜とポリシリコン膜との間のコンタクト抵抗（Ｒｃ）特性を有するため、高速動作素子の製作が可能であるという長所がある。
【０３３４】
結果的に、本発明は、高速（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ）、高密度（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）、低電力（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ）のメモリ素子を実現するためのタングステンポリゲートの形成方法において、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎの含まれた多重薄膜、又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜を用いることによって、低いシート抵抗（Ｌｏｗ Ｒｓ）、低いコンタクト抵抗（Ｌｏｗ Ｒｃ）及びポリシリコンの空乏現象の低減（Ｌｏｗ ＰＤＥ）を同時に全て満足させ得る最も優れた拡散防止膜である。
【０３３５】
尚、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０３３６】
【図１Ａ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図１Ｂ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図１Ｃ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図２Ａ】拡散防止膜の種類によるタングステンとポリシリコンとの間のコンタクト抵抗を比較した図である。
【図２Ｂ】ゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状を示す図である。
【図２Ｃ】拡散防止膜の種類によるタングステンのシート抵抗を比較した図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｂ】窒素含有のタングステン膜上に物理気相成長法（ＰＶＤ）で窒素含有のタングステンシリサイド膜が形成された状態の写真である。
【図３Ｃ】本発明の第２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の第３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｅ】アニール後の結果を示す写真である。
【図４Ａ】本発明の第４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第６実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第７実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第８実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の第９実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１０実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の第１１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の第１２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第１３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ｂ】窒素含有のタングステン膜上に化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）及び物理気相成長法（ＰＶＤ）でタングステンシリサイドをそれぞれ蒸着した後の写真である。
【図７Ｃ】本発明の第１４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ｄ】本発明の第１５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図８】本発明の第１６実施例に係るゲートスタック構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る拡散防止膜の種類によるタングステン電極のシート抵抗（Ｒｓ）特性を比較して示す図である。
【図１０Ａ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１０Ｂ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１０Ｃ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１１】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法の他の例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０３３７】
２１、２０１、２１１、３１、３０１、３１１、４１、４０１、４１１、５１、５０１、５１１、６１，６０１、６１１ 第１導電層
２２、２０２、２１２、３２、３０２、３１２、４２、４０２、４１２、５２、５０２、５１２、６２、６０２、６１２ 拡散防止膜
２２Ａ、３２Ａ、４２Ａ、５２Ａ、６２Ａ、７０６Ａ チタン膜（Ｔｉ）
２２Ｂ、２０２Ｂ、２１２Ｃ、４２Ｃ、４０２Ｃ、４１２Ｄ、５２Ｂ、５２Ｄ、５０２Ｂ、５０２Ｄ、５１２Ｃ、５１２Ｄ、６２Ｂ、６２Ｄ、６０２Ｂ、６０２Ｄ、６１２Ｃ、６１２Ｅ、７０６Ｂ 窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）
２２Ｃ、２０２Ｃ、２１２Ｄ、３２Ｂ、３０２Ｂ、３１２Ｃ、４２Ｂ、４０２Ｂ、４１２Ｃ、５２Ｃ、５０２Ｃ、５１２Ｄ、６１２Ｄ、７０６Ｃ 窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）
２３、２０３、２１３、３３、３０３、３１３、４３、４０３、４１３、５３、５０３、５１３、６３、６０３、６１３ 第２導電層
２１２Ａ、３１２Ａ、４１２Ａ、５１２Ａ、６１２Ａ チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）
２０２Ａ、２１２Ｂ、３０２Ａ、３１２Ｂ、４０２Ａ、４１２Ｂ、５０２Ａ、５１２Ｂ、６０２Ａ、６１２Ｂ 窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）
６２Ｃ、６０２Ｃ タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）
７０１、８００ 半導体基板
７０２ トンネル酸化膜
７０３ フローティングゲート用のポリシリコン電極
７０４ 誘電膜
７０５ 制御ゲート用のポリシリコン電極
７０６ 拡散防止膜
７０７ タングステン電極
７０８、８０２ ハードマスク膜
８０１ ゲート絶縁膜
８０３ シリコン窒化膜
８０３Ａ シリコン窒化膜スペーサ
２１Ａ パターニングされたポリシリコン膜
２１Ｂ パターニングされた第１導電層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、多重拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリシリコンとタングステンとが積層されたタングステンポリゲート電極（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｐｏｌｙ ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、ポリシリコンとタングステンシリサイドとが積層されたポリシリコン／タングステンシリサイド（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ／ＷＳｉｘ）ゲート電極の１／５〜１／１０程度と非常に低い抵抗を有しているため、サブ６０ｎｍメモリ素子の製作のためには必須となっている。
【０００３】
図１Ａ〜図１Ｃは、従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【０００４】
図１Ａに示すように、タングステンポリゲートのゲートスタックは、ポリシリコン膜１１（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）及びタングステン膜１３（Ｗ）の順で積層されたＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮ／Ｗ構造である。ここで、タングステン窒化膜１２は、拡散防止膜（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）の役割を果す。
【０００５】
図１ＡのようなＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮ／Ｗ構造は、後続のアニール（ａｎｎｅａｌ）又はゲートの再酸化（ｇａｔｅ ｒｅ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）工程の際、タングステン窒化膜１２の窒素が分解され、２ｎｍ〜３ｎｍの範囲の不均一なＳｉＮｘ及びＳｉＯｘＮｙのような絶縁層が、タングステン膜１３とポリシリコン膜１１との間の界面に形成されるため、数百ＭＨｚの動作周波数及び１．５Ｖ以下の動作電圧では、信号遅延（ｓｉｇｎａｌ ｄｅｌａｙ）などの素子の誤動作を引き起こす問題をもたらす。
【０００６】
したがって、近年では、タングステン膜とポリシリコン膜との間の界面におけるＳｉ−Ｎの形成を抑制するため、拡散防止膜としてポリシリコンとタングステン窒化膜との間に薄いタングステンシリサイド膜（ＷＳｉ）又はチタン膜（Ｔｉ）を挿入する傾向となっている。
【０００７】
図１Ｂのように、タングステンシリサイド膜１４（ＷＳｉ）を挿入した場合、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）蒸着の際の窒素プラズマ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｌａｓｍａ）によってタングステンシリサイド膜１４上にＷ−Ｓｉ−Ｎが形成される。このＷ−Ｓｉ−Ｎは、金属性を有する非常に優れた拡散防止膜（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）として知られている。
【０００８】
図１Ｃのように、チタン膜１５（Ｔｉ）を挿入した場合にも、タングステン窒化膜１２（ＷＮ）蒸着の際、反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって、窒素プラズマが、チタン膜１５（Ｔｉ）を「ＴｉＮ」化させ、ＴｉＮ拡散防止膜が形成されるため、後続の熱処理の際、窒素含有のタングステン膜１２（ＷＮ）が分解されても、ＴｉＮが窒素のポリシリコンへの拡散を抑制し、Ｓｉ−Ｎ形成を効果的に防止することができる。
【０００９】
しかし、タングステンポリゲートをデュアルポリゲート（ｄｕａｌ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｇａｔｅ）（すなわち、ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＮＭＯＳＦＥＴ、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＰＭＯＳＦＥＴ）構造に適用する場合には、タングステン膜とＰ型ポリシリコン膜（ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）との間のコンタクト抵抗値が、ＷＳｉ／ＷＮ拡散防止膜を適用した場合にも、かなり増加するという問題がある。これに対して、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜を適用した場合には、ポリシリコンドーピング種（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｏｐｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）に関らず、コンタクト抵抗が非常に低い特性を示す。
【００１０】
また、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＰＭＯＳＦＥＴの場合、実際の動作モードであるインバージョン（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）状態では、ポリシリコンの空乏（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）問題が発生する可能性もあるが、これは、Ｐ型ポリシリコン内に残留しているホウ素（ｂｏｒｏｎ）の量に依存する。
【００１１】
また、ＷＳｉ／ＷＮ拡散防止膜では、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜に比べて、相対的にポリシリコンの空乏が多く発生し、このことはトランジスタ特性を低下させる可能性があることを意味する。
【００１２】
上記のような様々な特性を総合すると、タングステンとポリシリコンとの間に、十分に低いコンタクト抵抗を有し、且つＰ型ポリシリコンの空乏の抑制能力に優れたＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いることが好ましい。
【００１３】
しかし、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜が採用された場合、その真上に蒸着されるタングステンのシート抵抗（Ｒｓ）が１．５倍〜２倍の水準に増加する問題がある。Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用によるタングステンのシート抵抗の増加は、今後のタングステンポリゲートの開発において、非常に大きな制約になり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ゲートスタックのシート抵抗及びコンタクト抵抗が小さいながらも、不純物の外部拡散を効果的に抑制することのできる拡散防止膜を備える半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の半導体素子の製造方法は、第１導電層上に、少なくとも第１金属膜及び窒素含有の金属シリサイド膜を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の半導体素子の製造方法は、第１導電層上に、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜及び第３金属膜の順に積層された拡散防止膜を形成するステップと、該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜をタングステン膜とポリシリコン膜との間の拡散防止膜で適用することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／Ｗ及びＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／Ｗなどとは、ほぼ同じ水準の非常に低いシート抵抗（Ｒｓ）特性を実現することができるため、ゲートスタックの高さを低くすることができ、工程の統合（ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が容易であるという効果を奏する。
【００１８】
また、ホウ素の浸透（ｂｏｒｏｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）又はホウ素の外部拡散（ｂｏｒｏｎ ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の抑制によるポリシリコンの空乏現象（ｐ＋ ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）が低減し、且つ、ＰＭＯＳＦＥＴ動作電流が増加する効果を実現することもできる。
【００１９】
また、充分に小さいタングステン膜とポリシリコン膜との間のコンタクト抵抗（Ｒｃ）特性を有するため、高速動作素子の製作が可能であるという長所がある。
【００２０】
結果的に、本発明は、高速（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ）、高密度（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）、低電力（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ）のメモリ素子を実現するためのタングステンポリゲートの形成方法において、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎの含まれた多重薄膜、又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜を用いることによって、低いシート抵抗（Ｌｏｗ Ｒｓ）、低いコンタクト抵抗（Ｌｏｗ Ｒｃ）及びポリシリコンの空乏現象の低減（Ｌｏｗ ＰＤＥ）を同時に全て満足させ得る最も優れた拡散防止膜である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最も好ましい実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図２Ａは、拡散防止膜の種類によるタングステンとポリシリコンとの間のコンタクト抵抗を比較した図である。
【００２３】
同図に示すように、Ｎ型不純物がドーピングされたポリシリコン（ｎ＋ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）とタングステンとの間のコンタクト抵抗特性が、ＷＮの代わりにＷＳｉｘ／ＷＮ又はＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いる場合、顕著に改善されることが分かる。
【００２４】
しかし、タングステンポリゲートをデュアルポリゲート（すなわち、ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＮＭＯＳＦＥＴ、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｆｏｒ ＰＭＯＳＦＥＴ）構造に適用する場合には、タングステンとＰ型ポリシリコン（ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）との間のコンタクト抵抗値が、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜の適用の場合にかなり大きい問題がある。これに対し、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用の場合には、ポリシリコンドーピング種（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｏｐｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ）に関らず、コンタクト抵抗が非常に特性を示す。
【００２５】
また、ｐ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＰＭＯＳＦＥＴの場合、実際の動作モードのインバージョン（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）状態では、ポリシリコンの空乏（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）問題が発生する可能性があるが、これは、Ｐ型ポリシリコン内に残留しているホウ素（ｂｏｒｏｎ）の量に依存する。
【００２６】
図２Ｂは、ゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状を示す図である。
【００２７】
同図のゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状（ｄｅｐｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ）から分かるように、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜の場合には、ゲート酸化膜やポリシリコンの界面におけるホウ素の濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と非常に低い値であって、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の場合には、ホウ素の濃度が８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と測定された。これは、ＷＳｉｘ／ＷＮ拡散防止膜では、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜に比べて相対的にポリシリコンの空乏が多く発生することにより、トランジスタ特性を低下させる可能性もあるということを意味する。
【００２８】
上記のような様々な特性を総合すると、タングステンとポリシリコンとの間の十分に低いコンタクト抵抗を有し、且つＰ型ポリシリコンの空乏の抑制能力に優れたＴｉ／ＷＮ拡散防止膜を用いることが好ましい。
【００２９】
しかし、図２Ｃに示すように、Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の真上に蒸着されるタングステンのシート抵抗（Ｒｓ）が１．５倍〜２倍の水準に増加する問題がある。
【００３０】
同図は、拡散防止膜の種類別に、タングステンのシート抵抗を比較した図である。
【００３１】
通常、ポリシリコン、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、及びタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）上には、非晶質の窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）が形成することができ、その上には非常に低い比抵抗（１５〜２０μΩ−ｃｍ）のタングステンの形成が可能であるが、多結晶の純粋金属（ｐｕｒｅ ｍｅｔａｌ）であるＴｉ、Ｗ、Ｔａ、そして、金属窒化膜（ｍｅｔａｌ ｎｉｔｒｉｄｅ）であるＴｉＮ、ＴａＮ上には、相対的に小さいグレイン（ｇｒａｉｎ）のタングステンが蒸着されるため、３０μΩ−ｃｍの非常に高い比抵抗のタングステンが形成される。
【００３２】
Ｔｉ／ＷＮ拡散防止膜の適用によるタングステンのシート抵抗の増加は、今後、タングステンポリゲートの開発において、非常に大きな制約になり得る。
【００３３】
したがって、後述の実施例において、ゲートスタックに含まれる拡散防止膜は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜、又は各薄膜が窒素（Ｎ）を含む多重薄膜で構成される拡散防止膜であって、コンタクト抵抗の低減、シート抵抗の低減、不純物の浸透及び外部拡散の防止を全て満足させ得る拡散防止膜である。
【００３４】
以下、全ての実施例において、「窒素含有（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）」の意味は、窒化された金属膜という意味も含み、且つ、窒素が一定の比率（原子数の比率。以下同じ）で含有されている金属膜をも含む。そして、以下、化学式ＷＳｉｘＮｙにおいて、ｘはタングステンに対するシリコンの比率であって、その値は、０．５〜３．０の範囲であり、ｙはタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）に対する窒素の比率であって、その値は０．０１〜１０．００の範囲である。
【００３５】
図３Ａは、本発明の第１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００３６】
同図に示すように、ゲートスタックは、第１導電層２１、拡散防止膜２２及び第２導電層２３の順に積層される。
【００３７】
第１導電層２１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１は、ポリシリコン膜の他、ポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれているシリサイド膜である。
【００３８】
第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００３９】
拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素を含有するタングステン膜（以下、「窒素含有のタングステン膜」と略称する）２２Ｂ（ＷＮｘ）及び窒素を含有するタングステンシリサイド膜（以下、「窒素含有のタングステンシリサイド膜」と略称する）２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【００４０】
拡散防止膜２２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００４１】
まず、チタン膜２２Ａの厚さは、１０Å〜８０Åの範囲である。
【００４２】
望ましくは、チタン膜２２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜２２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜２２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜２２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜２１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜２２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜２２Ａが厚いと、チタン膜２２Ａがポリシリコン膜２１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜２１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【００４３】
窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は、０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜２２Ｂを「ＷＮｘ」と表記するが、これは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」、又は一定比率の窒素を含有している「タングステン膜」を意味する。窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜２２Ｂの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有したタングステン膜となる。
【００４４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃの窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃを「ＷＳｉｘＮｙ」と表記するが、これは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は一定比率の窒素を含有する「タングステンシリサイド膜」を意味する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００４５】
チタン膜２２Ａ及び窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【００４６】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）又は反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）による蒸着法である。例えば、チタン膜２２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜２２Ｂは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｗ ｔａｒｇｅｔ ｉｎ Ｎ２ ａｍｂｉｅｎｔ）で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ ｉｎ Ｎ２ ａｍｂｉｅｎｔ）で蒸着する。
【００４７】
拡散防止膜２２において、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、ＣＶＤ法では、窒素含有のタングステン膜上で窒素含有のタングステンシリサイド膜がうまく成長しないからである。更に詳しく説明すると、ＣＶＤ法によって形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＣＶＤ法−ＷＳｉＮｘ）が窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上で均一に成長せず、凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生するのである。その理由は、窒素含有のタングステン膜上にタングステン酸化膜（ＷＯｘ）が存在しているので、ＣＶＤ法により形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜の接着性（ａｄｈｅｓｉｏｎ）がよくないからである。これに対し、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能である。
【００４８】
図３Ｂは、窒素含有のタングステン膜上にＰＶＤ法によって形成された窒素含有のタングステンシリサイド膜の蒸着後の写真である。図３Ｂから、タングステンシリサイドターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法によって蒸着される窒素含有のタングステンシリサイド膜の場合、均一に蒸着されることが分かる。
【００４９】
上述のように、第１実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜２２及び第２導電層２３からなる構造であり、第１導電層２１がポリシリコン膜であり、第２導電層２３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【００５０】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉＮｘ）である。第１金属膜は純粋金属膜であり、第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【００５１】
第１実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【００５２】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【００５３】
望ましくは、Ｔａ膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。Ｔａ膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりＴａ膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜２１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。Ｔａ膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、Ｔａ膜が厚いと、Ｔａ膜がポリシリコン膜２１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜２１内にポリ空乏（ｐｏｌｙｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【００５４】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれの膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着し、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は、０．５〜３．０の範囲である。
【００５５】
図３Ｃは、本発明の第２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図であって、第１実施例の変更例である。すなわち、図３Ａのチタン膜２２Ａの代わりに窒素を含有するチタン膜（ＴｉＮｘ、ｘ＜１）を用いる場合である。
【００５６】
同図に示すように、第２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２０１、拡散防止膜２０２及び第２導電層２０３の順に積層される。
【００５７】
第１導電層２０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００５８】
第２導電層２０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００５９】
拡散防止膜２０２は、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉＮｘ構造である。
【００６０】
拡散防止膜２０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００６１】
窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは、第１実施例のチタン膜とは異なり、１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜２０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、「チタン窒化膜」又は「窒素を一定比率含有しているチタン膜」を意味する。
【００６２】
窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対する窒素の比率は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、「タングステン窒化膜」又は「窒素を一定比率含有しているタングステン膜」を意味する。窒素を含有することによって、第３実施例で後述するが、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。そして、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂの厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、窒素を含有することによって、第３実施例で後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【００６３】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率は０．５〜３．０の範囲で、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜を意味する。
【００６４】
窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであり、窒素含有のチタン膜２０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【００６５】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜２０２Ｂは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【００６６】
拡散防止膜２０２において、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、ＣＶＤ法では、窒素含有のタングステン膜上で窒素含有のタングステンシリサイド膜がうまく成長しないからである。更に詳しく説明すると、ＣＶＤ法によって形成される窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＣＶＤ法−ＷＳｉＮｘ）が窒素含有のタングステン膜２２Ｂ上で均一に成長せずに凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生するのである。その理由は、窒素含有のタングステン膜上にタングステン酸化膜（ＷＯｘ）が存在しているので、ＣＶＤ法による窒素含有のタングステンシリサイド膜の接着性（ａｄｈｅｓｉｏｎ）が良くないからである。それに対して、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能である。
【００６７】
窒素含有のチタン膜２０２Ａを用いた第２実施例の場合も、第１実施例と同じく、十分に低いコンタクト抵抗を得ることができる。上の窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）が、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）に窒素を供給して、窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）上部を「強靭性ＴｉＮ（ｒｏｂｕｓｔ ＴｉＮ）」にすると同時に、第１導電層２０１と接触する窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）の下部がＴｉ−Ｓｉ凝集を防止する役割を果すからである。
【００６８】
上述のように、第２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜２０２、及び第２導電層２０３で構成された構造であり、第１導電層２０１がポリシリコン膜であり、第２導電層２０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【００６９】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、第１金属膜、第２金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜２０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜２０２Ｂ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜及び第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【００７０】
第２実施例として説明した、窒素を含有する第１金属膜、第２金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜で形成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【００７１】
窒素を含有する第１金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に、窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に、窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜において、タングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲で、窒素含有のチタンシリサイド膜において、チタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜において、タンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【００７２】
上記のような窒素含有のチタン膜の代りに窒素含有のタンタル膜を用いる構造の拡散防止膜は、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造と同じく、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗特性を有し、ポリシリコンの空乏率を低下させる効果がある。
【００７３】
一方、第２実施例に係る拡散防止膜は３層構造であるが、窒素を含有するタングステンシリサイド膜上に、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）を追加して形成することができる。ここで、追加する窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）は、２番目の層のＷＮｘと同じ窒素の含有量及び厚さを有する。
【００７４】
第２実施例によると、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、多重構造を構成する各物質が、全て窒素（Ｎ）を含んでいる。このため、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗を実現し、ゲートスタックの高さを低くすることができる。また、下に形成された第１導電層２０１内にドーピングされているホウ素のような不純物の外部拡散によるポリシリコンの空乏現象を低減させる。
【００７５】
図３Ｄは、本発明の第３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００７６】
同図に示すように、第３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層２１１、拡散防止膜２１２、及び第２導電層２１３の順に積層された構造である。
【００７７】
第１導電層２１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素（Ｂｏｒｏｎ））又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（Ｐｏｌｙ Ｓｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００７８】
第２導電層２１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【００７９】
拡散防止膜２１２は、チタンシリサイド膜２１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜２１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜２１２Ｃ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。ここで、第１実施例及び第２実施例の構造に応じて、チタンシリサイド膜の代わりに、タンタルシリサイド膜を使用することも可能であり、窒素含有のチタン膜の代わりに窒素含有のタンタル膜を使用することが可能であり、窒素含有のタングステン膜の代わりに、窒素含有のチタンタングステン膜を使用することが可能であり、窒素含有のタングステンシリサイド膜の代わりに、窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜を使用することが可能である。
【００８０】
第３実施例は、第１実施例及び第２実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行われる様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【００８１】
図３Ｄと図３Ａとを比較すると、次のとおりである。
【００８２】
チタンシリサイド膜２１２Ａは、チタン膜２２Ａが下の第１導電層２１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【００８３】
窒素含有のチタン膜２１２Ｂは、チタン膜２２Ａが窒素含有のタングステン膜２２Ｂから窒素の供給を受けて変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。図３Ａのチタン膜２２Ａと比較すると、窒素の比率は「０」から「０．７〜１．３」に増加することが分かる。
【００８４】
窒素含有のタングステン膜２１２Ｃは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図３Ａの窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｂと比較すると、窒素の比率が「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」に低減することが分かる。
【００８５】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００８６】
図３Ｄと図３Ｃとを比較すると、次のとおりである。
【００８７】
アニールによって、窒素含有のチタン膜２０２Ａは、窒素含有のタングステン膜２０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜２１２Ａ反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜２１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜２１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲で、窒素含有のチタン膜２１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲である。
【００８８】
窒素含有のチタン膜２１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲となる。これから、図３Ｃの窒素含有のチタン膜２０２Ａと比較すると、窒素の比率が「０．２〜０．８の範囲」から「０．７〜１．３の範囲」へと更に増加することが分かる。
【００８９】
窒素含有のタングステン膜２１２Ｃは、アニール後の浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図３Ｃの窒素含有のタングステン膜２０２Ｂと比較すると、窒素の比率は「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」へと更に低減することが分かる。
【００９０】
窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜２０２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【００９１】
上記のように、第３実施例に係るゲートスタックは、第１金属シリサイド膜及び窒素を含有する第１金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、窒素を含有する第２金属膜及び窒素を含む第２金属シリサイド膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜２１２Ａと窒素含有のチタン膜２１２Ｂとの積層であって、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜２１２Ｃと窒素含有のタングステンシリサイド膜２１２Ｄとの積層である。
【００９２】
図３Ｅは、アニール後の結果を示す写真である。
【００９３】
図４Ａは、本発明の第４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【００９４】
同図に示すように、第４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１、拡散防止膜３２、及び第２導電層３３の順に積層される。
【００９５】
第１導電層３１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【００９６】
第２導電層３３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【００９７】
拡散防止膜３２は、チタン膜３２Ａ（Ｔｉ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【００９８】
拡散防止膜３２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【００９９】
まず、チタン膜３２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１００】
望ましくは、チタン膜３２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜３２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂを形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりチタン膜３２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜３１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜３２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜３２Ａが厚いと、チタン膜３２Ａがポリシリコン膜３１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜３１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１０１】
そして、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。前記窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜である。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１０２】
チタン膜３２Ａは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜３２ＢはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１０３】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜３２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１０４】
拡散防止膜３２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃは、上述のように反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１０５】
上述によると、第４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜３２及び第２導電層３３で構成された構造であり、第１導電層３１がポリシリコン膜であり、第２導電層３３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造とである。
【０１０６】
特に、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、金属膜はチタン膜３２Ａ（Ｔｉ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂである。金属膜は純粋の金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１０７】
第４実施例として説明した、金属膜及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１０８】
金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０１０９】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、金属シリサイド膜を形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜３１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜３１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜３１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１１０】
窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１１１】
図４Ｂは、本発明の第５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図であって、第２実施例を変更した例である。すなわち、チタン膜の代わりに窒素を含有するチタン膜（ＴｉＮｘ、ｘ＜１）を用いる場合である。
【０１１２】
同図に示すように、第５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３０１、拡散防止膜３０２及び第２導電層３０３の順に積層される。
【０１１３】
第１導電層３０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１１４】
第２導電層３０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１１５】
拡散防止膜３０２は、窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０１１６】
拡散防止膜３０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１１７】
窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲で、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜３０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。窒素含有のチタン膜３０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含み、好ましくは、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、金属膜の性質を有する。
【０１１８】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率含有しているタングステンシリサイド膜を含む。
【０１１９】
窒素含有のチタン膜３０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２ＢはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１２０】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１２１】
拡散防止膜３０２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１２２】
上述によると、第５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３０１、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造の拡散防止膜３０２及び第２導電層３０３で構成された構造であり、第１導電層３０１がポリシリコン膜であり、第２導電層３０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１２３】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造は、金属膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜の順に積層された構造であるが、金属膜は、窒素含有のチタン膜３０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂである。金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１２４】
第５実施例として説明した、窒素を含有する金属膜と窒素を含有する金属シリサイド膜とで構成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１２５】
窒素を含有する金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜はＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜はそれぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は、０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１２６】
図４Ｃは、本発明の第６実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１２７】
同図に示すように、第６実施例に係るゲートスタックは、第１導電層３１１、拡散防止膜３１２、及び第２導電層３１３の順に積層された構造である。
【０１２８】
第１導電層３１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層３１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１２９】
第２導電層３１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１３０】
拡散防止膜３１２は、チタンシリサイド膜３１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜３１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第４実施例及び第５実施例でそれぞれ選択された物質に応じて様々な構造が可能である。
【０１３１】
第６実施例は、第４実施例及び第５実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行われる様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０１３２】
図４Ａのように、チタン膜３２Ａ上に窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂがある場合には、アニール後、図４Ｃのように、チタン膜３２Ａと窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂとの間の境界領域の窒素含有のタングステンシリサイド膜３２Ｂで、少量の窒素分解が発生してチタン膜３２Ａ上を窒素を含有する窒素含有のチタン膜３１２Ｂに変化させ、チタン膜３２Ａの下は、第１導電層３１として用いられたポリシリコン膜と反応してチタンシリサイド膜３１２Ａとなる。
【０１３３】
チタンシリサイド膜３１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲である。窒素含有のチタン膜３１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０１３４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１３５】
図４Ｂと図４Ｃとを比較してみると、アニールによって、窒素含有のチタン膜３０２Ａは、窒素含有のタングステン膜３０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜３１２Ａになる反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜３１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜３１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜３１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜３１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率は０．７〜１．３の範囲である。図４Ｃの窒素含有のチタン膜３１２Ｂと比較すると、窒素の比率は「０．２〜０．８の範囲」から「０．７〜１．３の範囲」へと更に増加することが分かる。
【０１３６】
窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜３０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１３７】
上記のように、第６実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び窒素を含有する金属膜の順に積層された第１拡散防止膜、及び窒素を含有する金属シリサイド膜で構成される第２拡散防止膜を備える。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜３１２Ａ及び窒素含有のチタン膜３１２Ｂの積層膜であって、第２拡散防止膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜３１２Ｃである。
【０１３８】
図５Ａは、本発明の第７実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１３９】
同図に示すように、第７実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１、拡散防止膜４２、及び第２導電層４３の順に積層される。
【０１４０】
第１導電層４１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１４１】
第２導電層４３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１４２】
拡散防止膜４２は、チタン膜４２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）及び窒素含有のタングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１４３】
拡散防止膜４２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１４４】
まず、チタン膜４２Ａの厚さは、１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１４５】
望ましくは、チタン膜４２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜４２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜４２Ｃを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜４２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜４１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜４２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜４２Ａが厚いと、チタン膜４２Ａがポリシリコン膜４１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜４１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１４６】
窒素含有タングステンシリサイド膜４２Ｂにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」又は窒素を一定比率で含有しているタングステンシリサイド膜を含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１４７】
窒素含有タングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）は、タングステン膜が一定比率の窒素を含有するものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」又は窒素を一定比率で含有しているタングステン膜を含む。窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒素を含有することによって、第９実施例で後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜４２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、窒素を含有することによって、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂに窒素を供給する役割を果たし、アニール後、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１４８】
チタン膜４２Ａ及び窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１４９】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜４２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜４２Ｃは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１５０】
拡散防止膜４２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１５１】
上述によると、第７実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１、Ｔｉ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜４２及び第２導電層４３で構成された構造であり、第１導電層４１がポリシリコン膜で、第２導電層４３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１５２】
特に、Ｔｉ／ＷＳｉＮｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜４２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜４２Ｃ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂである。第１金属膜は純粋な金属膜であり、第２金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１５３】
第７実施例として説明した、第１金属膜、金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１５４】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜は、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０１５５】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、金属シリサイド膜を形成するための後続のＷＳｉｘＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜４１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜４１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜４１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１５６】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれは、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜でタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコン（Ｓｉ／Ｔｉ）の比率は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１５７】
図５Ｂは、本発明の第８実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１５８】
同図に示すように、第８実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４０１、拡散防止膜４０２、及び第２導電層４０３の順に積層された構造である。
【０１５９】
第１導電層４０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４０１は、ポリシリコン膜の他、ポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれているシリサイド膜である。
【０１６０】
第２導電層４０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１６１】
拡散防止膜４０２は、窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂ（ＷＳｉｘＮｙ）及び窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１６２】
拡散防止膜４０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１６３】
窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜４０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０１６４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、タングステンシリサイド膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。
【０１６５】
窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）は、タングステン膜に一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒素を含有することによって、後述するように、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに窒素を供給する役割を果す。そして、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、窒素を含有することによって窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に、窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１６６】
窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜４０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１６７】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜４０２Ｃは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０１６８】
拡散防止膜４０２において、窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０１６９】
上述によると、第８実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４０１、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜４０２及び第２導電層４０３で構成された構造であって、第１導電層４０１がポリシリコン膜であり、第２導電層４０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０１７０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層された構造となるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜４０２Ａ（ＴｉＮｘ）であり、第２金属膜は窒素含有のタングステン膜４０２Ｃ（ＷＮｘ）であり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂ（ＷＳｉＮｘ）である。第１金属膜及び第２金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０１７１】
第８実施例として説明した、窒素を含有する第１金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び窒素を含有する第２金属膜で構成された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０１７２】
窒素を含有する第１金属膜は、窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）の他に、窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能で、窒素を含有する第２金属膜は窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の他に、窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘＮｙ）又は窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘＮｙ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜においてタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１７３】
図５Ｃは、本発明の第９実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１７４】
同図に示すように、第９実施例に係るゲートスタックは、第１導電層４１１、拡散防止膜４１２、及び第２導電層４１３の順に積層された構造である。
【０１７５】
第１導電層４１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層４１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１７６】
第２導電層４１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１７７】
拡散防止膜４１２は、チタンシリサイド膜４１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜４１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜４１２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第７実施例及び第８実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０１７８】
第９実施例は、第７実施例及び第８実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０１７９】
図５Ｃと図５Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０１８０】
チタンシリサイド膜４１２Ａは、チタン膜４２Ａがその下の第１導電層４１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０１８１】
窒素含有のチタン膜４１２Ｂは、チタン膜４２Ａが窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂから窒素の供給を受けて変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。図５Ａのチタン膜４２Ａと比較すると、窒素の比率は「０」から「０．７〜１．３の範囲」に増加しえている。
【０１８２】
窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１８３】
窒素含有のタングステン膜４１２Ｄは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって（したがって図５Ｃでは「ＷＮｘ（Ｄ）」と表記している）、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。図５Ａの窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｃと比較すると、窒素の比率は「０．３〜１．５の範囲」から「０．０１〜０．１５の範囲」に低減している。
【０１８４】
図５Ａのようにチタン膜４２Ａ上に窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂがある場合には、アニール後図５Ｃのように、チタン膜４２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂの間の境界領域の窒素含有のタングステンシリサイド膜４２Ｂから少量の窒素分解が発生してチタン膜４２Ａの上側を窒素含有のチタン膜４１２Ｂに変化させ、チタン膜４２Ａの下側は、ポリシリコン膜４１と反応してチタンシリサイド膜４１２Ａとなる。
【０１８５】
図５Ｂと図５Ｃとを比較してみると、窒素含有のチタン膜４０２Ａは、チタンシリサイド膜４１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜４１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜４１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜４１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜４１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜４０２Ｂと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１８６】
窒素含有のタングステン膜４１２Ｄは、窒素含有のタングステン膜４０２Ｃのアニール後の浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０１８７】
上記のように、第９実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜、窒素含有の金属シリサイド膜、及び窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜を備える。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜４１２Ａ、及び窒素含有のチタン膜４１２Ｂの積層膜であって、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜４１２Ｃ及び窒素含有のタングステン膜４１２Ｄの積層膜である。
【０１８８】
図６Ａは、本発明の第１０実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０１８９】
同図に示すように、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１、拡散防止膜５２、及び第２導電層５３の順に積層された構造である。
【０１９０】
第１導電層５１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０１９１】
第２導電層５３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０１９２】
拡散防止膜５２は、チタン膜５２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜５２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０１９３】
拡散防止膜５２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０１９４】
まず、チタン膜５２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０１９５】
望ましくは、チタン膜５２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜５２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜５２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜５２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜５１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜５２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜５２Ａが厚いと、チタン膜５２Ａがポリシリコン膜５１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜５１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０１９６】
窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒素を含有することによって、後述するように、チタン膜５２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、窒素を含有することによってチタン膜５２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０１９７】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０１９８】
チタン膜５２Ａ、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、及び窒素含有のタングステン膜５２Ｄは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のタングステンシリサイド膜５２ＣはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０１９９】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、チタン膜５２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０２００】
拡散防止膜５２において、窒素含有のタングステン膜５２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２０１】
上述によると、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜５２及び第２導電層５３で構成された構造であり、第１導電層５１がポリシリコン膜であり、第２導電層５３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２０２】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造となるが、第１金属膜はチタン膜５２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜５２Ｂ、５２Ｄであり、金属シリサイド膜は窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜は、純粋金属膜であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０２０３】
第１０実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２０４】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は同一膜であって、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜（Ｔａ）は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０２０５】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜５１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜５１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜５１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２０６】
窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜のそれぞれは、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２０７】
図６Ｂは、本発明の第１１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２０８】
同図に示すように、第１０実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５０１、拡散防止膜５０２、及び第２導電層５０３の順に積層された構造である。
【０２０９】
第１導電層５０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２１０】
第２導電層５０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２１１】
拡散防止膜５０２は、窒素含有のチタン膜５０２Ａ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃ（ＷＳｉＮｘ）、及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。
【０２１２】
拡散防止膜５０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２１３】
まず、窒素含有のチタン膜５０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）が０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜５０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜５０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０２１４】
窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒素を含有することによって、後述するように、窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、窒素を含有することによって窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２１５】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃは、窒化されたタングステンシリサイド膜である「タングステンシリコン窒化膜」をも含む。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２１６】
窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜５０２Ａ及び窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２ＣはＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２１７】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。例えば、窒素含有のチタン膜５０２Ａは、チタンターゲット（Ｔｉ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ、５０２Ｄは、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。
【０２１８】
拡散防止膜５０２において、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ上に蒸着する窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃは、上述のように、反応性スパッタリング法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲット（ＷＳｉｘ ｔａｒｇｅｔ）及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いれば、下膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２１９】
上述によると、第１１実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜５０２及び第２導電層５０３で構成された構造であり、第１導電層５０１がポリシリコン膜であり、第２導電層５０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２２０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜５０２Ａであり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄであり、金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）である。第１金属膜〜第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であって、金属シリサイド膜は、窒素を含有する金属シリサイド膜である。
【０２２１】
第１１実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、窒素を含有する金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２２２】
第１金属膜は、窒素含有のチタン膜の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は同一膜であって、窒素を含有するタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能であり、窒素を含有する金属シリサイド膜は、窒素含有のタングステンシリサイド膜の他に窒素含有のチタンシリサイド膜、又は窒素含有のタンタルシリサイド膜であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法、又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット、及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のチタンシリサイド膜は、チタンシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、窒素含有のタンタルシリサイド膜は、タンタルシリサイドターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜、窒素含有のチタンシリサイド膜、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着するが、各膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜が拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のチタン又はタンタルシリサイド膜に含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のチタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素含有のタンタルシリサイド膜でタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２２３】
図６Ｃは、本発明の第１２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２２４】
同図に示すように、第１２実施例に係るゲートスタックは、第１導電層５１１、拡散防止膜５１２、及び第２導電層５１３の順に積層された構造である。
【０２２５】
第１導電層５１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層５１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２２６】
第２導電層５１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２２７】
拡散防止膜５１２は、チタンシリサイド膜５１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜５１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜５１２Ｅ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第１０実施例及び第１１実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０２２８】
第１２実施例は、第１０実施例及び第１１実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０２２９】
図６Ｃと図６Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０２３０】
チタンシリサイド膜５１２Ａは、チタン膜５２Ａがその下の第１導電層５１であるポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２３１】
窒素含有のチタン膜５１２Ｂは、チタン膜５２Ａが窒素含有タングステン膜５２Ｂによってチタン膜に変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２３２】
窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ、５１２Ｅは、アニール後、浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２３３】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜５２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２３４】
図６Ｃと図６Ｂとを比較してみると、図６Ｂの窒素含有のチタン膜５０２Ａは、窒素含有のタングステン膜５０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜５１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜５１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜５１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜５１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜５１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２３５】
窒素タングステン膜５１２Ｃ及び５１２Ｅは、アニール後の窒素含有のタングステン膜５０２Ｂ及び窒素含有のタングステン膜５０２Ｄが浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２３６】
窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄは、最初の窒素含有のタングステンシリサイド膜５０２Ｃと同じ厚さ及び組成を有する。すなわち、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２３７】
上記のように、第１２実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び第１の窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、第２の窒素含有の金属膜、窒素含有の金属シリサイド膜及び第３の窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜５１２Ａ及び窒素含有のチタン膜５１２Ｂの積層膜であり、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜５１２Ｃ、窒素含有のタングステンシリサイド膜５１２Ｄ及び窒素含有のタングステン膜５１２Ｅの積層膜である。
【０２３８】
上述の第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックにおいて、拡散防止膜は全て共通であり、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉＮｘ）という窒素を含有する金属シリサイド膜を含むだけでなく、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎをも含む多重薄膜である。
【０２３９】
そして、窒素含有のタングステンシリサイド膜は、タングステンシリサイドスパッタリングターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。
【０２４０】
このように、反応性スパッタ蒸着法の適用の際、窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）が蒸着されると同時に下のチタン膜（Ｔｉ）を窒化させて「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。チタン膜（Ｔｉ）上に窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）を反応性スパッタ蒸着法で蒸着する場合にも「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。
【０２４１】
窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）は、非常に優れた非晶質拡散防止膜として作用するため、その上にタングステン膜（Ｗ）を蒸着する場合、比抵抗が１５〜２０μΩ−ｃｍ程度で小さく、非常に大きいグレインのタングステン膜が蒸着される。これにより、非常に低い比抵抗を有するタングステン膜の蒸着が可能であるため、タングステン膜のシート抵抗が低減する。
【０２４２】
結局、第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜又は窒素含有のチタン膜が窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）又は窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の蒸着の際、「ＴｉＮ」化されることにより、非常に低いコンタクト抵抗特性及びポリシリコンの空乏率の低下を実現することができ、また、拡散防止膜が窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）を備えることによって、非常に低いシート抵抗特性を実現することができる。
【０２４３】
また、第１実施例〜第１２実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜又は窒素含有のチタン膜が、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）又は窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）の蒸着の際、「ＴｉＮ」化されることにより、多重拡散防止膜を構成する各物質が全て窒素（Ｎ）を含有する。これで、非常に低いシート抵抗及びコンタクト抵抗を実現することができるので、ゲートスタックの高さを低くすることができる。また、下部に形成された第１導電層内にドーピングされているホウ素のような不純物の外部拡散によるポリシリコンの空乏現象を低減させる。
【０２４４】
図７Ａは、本発明の第１３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２４５】
同図に示すように、第１３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１、拡散防止膜６２、及び第２導電層６３の順に積層される。
【０２４６】
第１導電層６１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２４７】
第２導電層６３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２４８】
拡散防止膜６２は、チタン膜６２Ａ（Ｔｉ）、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ（ＷＮｘ）、タングステンシリサイド膜６２Ｃ（ＷＳｉｘ）（ｘ＝１．５〜１０）、第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄ（ＷＮｘ）の順に積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造である。
【０２４９】
拡散防止膜６２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２５０】
まず、チタン膜６２Ａの厚さは１０Å〜８０Åの範囲である。
【０２５１】
望ましくは、チタン膜６２Ａの厚さは、約１０Å〜約５０Åである。チタン膜６２Ａは、前述したように限定された厚さを有するが、これは、窒素含有のタングステン膜６２Ｂを形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりチタン膜６２Ａの上部の一部がＴｉＮ化され、その下部は、第１導電膜６１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴｉＳｉｘ膜を形成するためである。チタン膜６２Ａが厚いと、ＴｉＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、チタン膜６２Ａが厚いと、チタン膜６２Ａがポリシリコン膜６１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜６１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２５２】
第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は０．３〜１．５の範囲である。ここで、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。好ましくは、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、金属膜性質を有する。第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６２Ｃに窒素を供給する役割を果す。第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄの厚さは、それぞれ２０Å〜２００Åの範囲である。このように、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２５３】
タングステンシリサイド膜６２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲である。タングステンシリサイド膜６２Ｃの厚さは２０〜１００Åである。
【０２５４】
チタン膜６２Ａ、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄ、並びにタングステン膜６３は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、タングステンシリサイド膜６２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２５５】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法、又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。したがって、チタン膜６２Ａは、チタンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着し、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６２Ｄは、タングステンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タングステンシリサイド膜６２Ｃは、タングステンシリサイドターゲットを用いる反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。最後に、タングステン膜６３は、タングステンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着する。
【０２５６】
第１３実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜６２、及び第２導電層６３で構成された構造であり、第１導電層６１がポリシリコン膜であり、第２導電層６３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２５７】
特に、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜はチタン膜６２Ａ（Ｔｉ）であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜６２Ｂ、６２Ｄであり、金属シリサイド膜はタングステンシリサイド膜６２Ｃ（ＷＳｉｘ）である。第１金属膜は純粋な金属膜であり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は純粋な金属のシリサイド膜である。
【０２５８】
第１３実施例として説明した、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２５９】
第１金属膜は、チタン膜（Ｔｉ）の他にタンタル膜（Ｔａ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）の他にチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）又はタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能である。タンタル膜（Ｔａ）は、ＰＶＤ法（スパッタリング法を含む）、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮ）は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）は、チタンシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ）は、タンタルシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、タンタル膜は、１０Å〜８０Åの範囲の厚さに蒸着する。
【０２６０】
望ましくは、タンタル膜の厚さは、約１０Å〜約５０Åである。タンタル膜は、前述したように限定された厚さを有するが、これは、第２金属膜を形成するための後続のＷＮｘ蒸着によりタンタル膜の上部の一部がＴａＮ化され、その下部は、第１導電膜６１、すなわち、ポリシリコン膜と反応してＴａＳｉｘ膜を形成するためである。タンタル膜が厚いと、ＴａＳｉｘ膜の厚さも増加して、体積膨脹によるリフティングが生じ得る。また、タンタル膜が厚いと、タンタル膜がポリシリコン膜６１のドーパント、例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（ｂｏｒｏｎ）を吸収して、ポリシリコン膜６１内にポリ空乏（ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生し、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２６１】
窒素含有のチタンタングステン膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着する。チタンシリサイド膜及びタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０〜１００Å厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、チタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、タンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２６２】
上述のような拡散防止膜６２において、第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂ上に蒸着するタングステンシリサイド膜６２Ｃは、スパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲットを用いたスパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２６３】
図７Ｂは、窒素含有のタングステン膜上にＣＶＤ法及びＰＶＤ法でタングステンシリサイドをそれぞれ蒸着した後の写真である。
【０２６４】
同図に示すように、窒素含有のタングステン膜（ＷＮ）上では、ＣＶＤ法によって蒸着されたタングステンシリサイド（ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ）は、うまく蒸着されておらず不均一であるが、ＰＶＤ法によって蒸着されたタングステンシリサイド（ＰＶＤ−ＷＳｉｘ）は、均一に蒸着されていることが分かる。
【０２６５】
したがって、タングステンシリサイド上では、非常に低い比抵抗を有するタングステン膜の蒸着が可能なため、タングステン膜のシート抵抗が低減する。
【０２６６】
一方、第１３実施例のゲートスタックにおいて、チタン膜６２Ａ上に窒素含有のタングステン膜６２Ｂを反応性スパッタ蒸着法で蒸着する場合、チタン膜を「ＴｉＮ」に変化させる効果がある。
【０２６７】
結局、第１３実施例に係るゲートスタックは、拡散防止膜のチタン膜６２Ａが窒素含有のタングステン膜６２Ｂ蒸着の際の「ＴｉＮ」化によって非常に低いコンタクト抵抗特性及びポリシリコンの空乏率の低下を実現することができ、また、拡散防止膜がタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）を備えることによって非常に低いシート抵抗特性を実現することができる。
【０２６８】
図７Ｃは、本発明の第１４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２６９】
同図に示すように、第１４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６０１、拡散防止膜６０２、及び第２導電層６０３の順に積層されている。
【０２７０】
第１導電層６０１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６０１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２７１】
第２導電層６０３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２７２】
拡散防止膜６０２は、窒素含有のチタン膜６０２Ａ（ＴｉＮｘ）、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ（ＷＮｘ）、タングステンシリサイド膜６０２Ｃ（ＷＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）、第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄ（ＷＮｘ）の順に積層されたＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造である。
【０２７３】
拡散防止膜６０２について詳しく説明すると、次のとおりである。
【０２７４】
まず、窒素含有のチタン膜６０２Ａ（ＴｉＮｘ）は、チタン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、チタン（Ｔｉ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．２〜０．８の範囲であり、厚さは１０Å〜１５０Åの範囲である。ここで、窒素含有金属膜、すなわち、窒素含有チタン膜６０２Ａは、その内部にＳｉＮが生じることを防止するために、前述したようなチタン対窒素の比率を有する。ＴｉＮｘ膜内の過度なＴｉが後続の熱処理の際に、ポリシリコンとＴｉＮｘ膜との間に形成されているＳｉ−Ｎ結合を分解させてＳｉＮを除去することにより、ＳｉＮの生成を防止することができる。これは、ＴｉＮ結合がＳｉＮ結合より強いためである。ここで、窒素含有のチタン膜６０２Ａは、窒化されたチタン膜である「チタン窒化膜」をも含む。
【０２７５】
第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、タングステン膜が一定比率の窒素を含有しているものであって、タングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）は、０．３〜１．５の範囲である。ここで、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒化されたタングステン膜である「タングステン窒化膜」をも含む。第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６０２Ｃに窒素を供給する役割を果す。第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄの厚さは、２０Å〜２００Åの範囲である。このように、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、窒素を含有することによって、タングステンシリサイド膜６０２Ｃに窒素を供給する役割を果たし、アニール後に窒素を含有していない純粋なタングステン膜になるか、たとえ窒素を含有していても、極めて少量の窒素のみを含有するタングステン膜になる。
【０２７６】
タングステンシリサイド膜６０２Ｃにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、その厚さは２０〜１００Åである。
【０２７７】
第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄ、並びにタングステン膜６０３は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着したものであって、窒素含有のチタン膜６０２Ａ及びタングステンシリサイド膜６０２Ｃは、ＰＶＤ法で蒸着したものである。
【０２７８】
好ましくは、ＰＶＤ法とは、スパッタリング法又は反応性スパッタリング法による蒸着法である。したがって、窒素含有のチタン膜６０２Ａは、チタンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄは、タングステンターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タングステンシリサイド膜６０２Ｃは、タングステンシリサイドターゲットを用いる反応性スパッタ蒸着法で蒸着する。最後に、タングステン膜６０３は、タングステンターゲットを用いたスパッタリング法で蒸着する。
【０２７９】
第１４実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６０１、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造の拡散防止膜６０２及び第２導電層６０３で構成された構造であり、第１導電層６０１がポリシリコン膜であり、第２導電層６０３がタングステン膜であるため、タングステンポリゲート構造である。
【０２８０】
特に、ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／ＷＮｘ構造は、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された構造であるが、第１金属膜は窒素含有のチタン膜６０２Ａであり、第２金属膜及び第３金属膜は窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ、６０２Ｄであり、金属シリサイド膜はタングステンシリサイド膜６０２Ｃである。第１金属膜〜第３金属膜は、窒素を含有する金属膜であり、金属シリサイド膜は、純粋な金属のシリサイド膜である。
【０２８１】
第１４実施例のように第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層された多重拡散防止膜は、次のような構造であることも可能である。
【０２８２】
第１金属膜は、窒素含有のチタン膜の他に窒素含有のタンタル膜（ＴａＮｘ）であることが可能であり、金属シリサイド膜は、タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）の他にチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）又はタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ、ｘ＝１．５〜１０）であることが可能であり、第２金属膜及び第３金属膜は、窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）の他に窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮｘ）であることが可能である。窒素含有のタンタル膜は、タンタルターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で形成し、窒素含有のチタンタングステン膜（ＴｉＷＮ）は、チタンタングステン（ＴｉＷ）ターゲット及び窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）は、チタンシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着し、タンタルシリサイド膜（ＴａＳｉｘ）は、タンタルシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリング法で蒸着する。そして、窒素含有のタンタル膜は、１０Å〜１５０Åの範囲の厚さに蒸着し、窒素含有のチタンタングステン膜は、２０Å〜２００Åの範囲の厚さに蒸着する。チタンシリサイド膜及びタンタルシリサイド膜は、それぞれ２０〜１００Å厚さに蒸着する。窒素含有のチタンタングステン膜内の窒素の含有量は、１０％〜６０％の範囲である。そして、窒素含有のチタンタングステン膜におけるタングステンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、チタンシリサイド膜におけるチタンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔｉ）は０．５〜３．０の範囲であり、タンタルシリサイド膜におけるタンタルに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｔａ）は０．５〜３．０の範囲である。
【０２８３】
上述のような拡散防止膜６０２において、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ上に蒸着するタングステンシリサイド膜６０２Ｃは、スパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いて形成する。その理由は、タングステンシリサイドターゲットを利用するスパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なためである。
【０２８４】
図７Ｄは、本発明の第１５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【０２８５】
同図に示すように、第１５実施例に係るゲートスタックは、第１導電層６１１、拡散防止膜６１２、及び第２導電層６１３の順に積層された構造である。
【０２８６】
第１導電層６１１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層６１１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜はＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つを含むシリサイド膜である。
【０２８７】
第２導電層６１３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を含む。
【０２８８】
拡散防止膜６１２は、チタンシリサイド膜６１２Ａ（ＴｉＳｉｘ）、窒素含有のチタン膜６１２Ｂ（ＴｉＮｘ）、窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ（ＷＮｘ）、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄ（ＷＳｉｘＮｙ）、及び窒素含有のタングステン膜６１２Ｅ（ＷＮｘ）が積層されたＴｉＳｉｘ／ＴｉＮｘ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ／ＷＮｘ構造である。ここで、拡散防止膜は、以下に説明するように、第１３実施例及び第１４実施例でそれぞれ選択された物質によって様々な構造が可能である。
【０２８９】
第１５実施例は、第１３実施例及び第１４実施例に係るゲート構造のアニール後の結果である。ここで、アニールは、ゲート形成後に行う様々な工程、例えば、スペーサ蒸着、層間絶縁膜蒸着などの熱を伴う工程であり得る。
【０２９０】
図７Ｄと図７Ａとを比較すると、次のとおりである。
【０２９１】
チタンシリサイド膜６１２Ａは、チタン膜６２Ａが下の第１導電層６１のポリシリコン膜と反応して形成されたものであって、その厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、膜内のチタンとシリコンの比率は０．５〜３．０の範囲である。
【０２９２】
窒素含有のチタン膜６１２Ｂは、チタン膜６２Ａが第１の窒素含有のタングステン膜６２Ｂによって窒素含有のチタン膜に変化したものであって、その厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．６〜１．２の範囲である。
【０２９３】
窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、６１２Ｅは、アニール後の浸食作用によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２９４】
窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄで窒素が分解されてタングステンシリサイド膜６０２Ｃが窒素含有のタングステンシリサイド膜に変化したものである。窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。
【０２９５】
図７Ｄと図７Ｃとを比較してみると、図７Ｃの窒素含有のチタン膜６０２Ａは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂから窒素の供給を受けてチタンシリサイド膜６１２Ａの反応を最小化し、且つ、窒素含有のチタン膜６１２Ｂに変化する。ここで、チタンシリサイド膜６１２Ａの厚さは１Å〜３０Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜６１２Ｂの厚さは１０Å〜１００Åの範囲であり、窒素含有のチタン膜６１２Ｂにおいて、チタンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｔｉ）は０．７〜１．３の範囲である。
【０２９６】
窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、６１２Ｅは、アニール後の第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄが、それぞれ浸食作用（ｄｅｎｕｄａｔｉｏｎ）によって窒素の含有量が１０％以下の水準に低減したものであって、それぞれの厚さは２０Å〜２００Åの範囲であり、タングステンに対する窒素の比率（Ｎ／Ｗ）は０．０１〜０．１５の範囲である。
【０２９７】
窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄは、第１の窒素含有のタングステン膜６０２Ｂ及び第２の窒素含有のタングステン膜６０２Ｄにおいて、窒素が分解されてタングステンシリサイド膜６０２Ｃが窒素含有のタングステンシリサイド膜に変化したものである。窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄにおいて、タングステンに対するシリコンの比率（Ｓｉ／Ｗ）は０．５〜３．０の範囲であり、窒素の含有量は１０％〜６０％の範囲であり、厚さは２０Å〜２００Åの範囲である。ここで、窒素含有量は、前述したように適切に調整される。窒素含有量が極めて低いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄが拡散防止膜の役割を果たさないため、界面反応が生じ得る。それに対し、窒素含有量が極めて高いと、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄに含まれたＳｉＮ含有量が多くなって、コンタクト抵抗が高くなり、その結果、素子特性が低下し得る。
【０２９８】
上記のように、第１５実施例に係るゲートスタックは、金属シリサイド膜及び第１の窒素含有の金属膜の順に積層された第１拡散防止膜と、第２の窒素含有の金属膜、窒素含有の金属シリサイド膜及び第３の窒素含有の金属膜の順に積層された第２拡散防止膜とを含む。ここで、第１拡散防止膜は、チタンシリサイド膜６１２Ａ及び窒素含有のチタン膜６１２Ｂの積層膜であり、第２拡散防止膜は、窒素含有のタングステン膜６１２Ｃ、窒素含有のタングステンシリサイド膜６１２Ｄ、及び窒素含有のタングステン膜６１２Ｅの積層膜である。
【０２９９】
第１実施例〜第１５実施例に係る拡散防止膜は、ＤＲＡＭ素子の他にフラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）素子の制御ゲート（ｃｏｎｔｒｏｌ ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、及び様々なロジック（ｌｏｇｉｃ）素子のゲート電極（ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）にも適用可能である。
【０３００】
図８は、本発明の第１６実施例に係るゲートスタック構造を示す図であって、フラッシュメモリ素子のゲートスタック構造である。
【０３０１】
同図に示すように、半導体基板７０１上に、ゲート絶縁膜に該当するトンネル酸化膜７０２（ｔｕｎｎｅｌ ｏｘｉｄｅ）が形成され、トンネル酸化膜７０２上に、フローティングゲート（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｇａｔｅ）用のポリシリコン電極７０３（ＦＧ）が形成される。
【０３０２】
フローティングゲート用のポリシリコン電極７０３上に誘電膜７０４が形成され、誘電膜７０４上に制御ゲート用のポリシリコン電極７０５（ＣＧ）が形成される。
【０３０３】
制御ゲート用のポリシリコン電極７０５上に第１実施例〜第１５実施例の中から選択されたいずれか１つの拡散防止膜７０６が形成される。図８では、拡散防止膜７０６は、第１実施例に係るＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ拡散防止膜であって、チタン膜７０６Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜７０６Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜７０６Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）の順に積層された構造である。
【０３０４】
拡散防止膜７０６上にタングステン電極７０７（Ｗ）及びハードマスク膜７０８（Ｈ／Ｍ）が積層される。
【０３０５】
図８に係る拡散防止膜７０６を有するフラッシュメモリ素子のゲートスタックも低いシート抵抗、低いコンタクト抵抗特性を有する。
【０３０６】
そして、本発明は、ゲート電極の他に拡散防止膜を備える様々な金属配線（ビット線、メタル線、キャパシタ電極など）にも適用可能である。
【０３０７】
そして、本発明は、拡散防止膜下にＮ型不純物がドーピングされているポリシリコン膜が位置し、拡散防止膜上にタングステン膜が位置する第１ゲートスタックと、拡散防止膜下にＰ型不純物がドーピングされたポリシリコン膜が位置して拡散防止膜上にタングステン膜が位置する第２ゲートスタックとで構成されてデュアルポリゲートを形成する半導体素子のゲートスタックにも適用可能である。
【０３０８】
図９は、本発明の実施例に係る拡散防止膜の種類によるタングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）特性を比較して示す図である。ここで、タングステン膜は、４０ｎｍの厚さの場合を仮定している。
【０３０９】
同図に示すように、Ｔｉ／ＷＮｘ上に追加としてＷＳｉｘ／ＷＮｘを適用する場合（Ｔｉ／ＷＮｘ／ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ）及びＷＳｉｘＮｙを適用する場合（Ｔｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ）に、タングステン膜のシート抵抗が再び低減する特徴があることが実験的に確認できた。ただし、ＷＮｘ上に蒸着するＷＳｉｘは、ＣＶＤ法でなくスパッタ蒸着法などのＰＶＤ法を用いなければならないが、これは、ＷＮｘ上には、ＣＶＤ法−ＷＳｉｘがうまく成長（ｇｒｏｗｔｈ）しないからである。ＷＳｉｘＮｙの形成には、タングステンシリサイドターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法を用いなければならない。
【０３１０】
図９において、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＣＶＤ法−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ、Ｔｉ／ＷＮｘ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮｘ及びＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙにおけるタングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）値を比較すると、Ｔｉ／ＷＮ／ＰＶＤ−ＷＳｉｘ／ＷＮ及びＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙを適用する場合にのみ、上部タングステン膜のシート抵抗（Ｒｓ）がＷＳｉｘ／ＷＮｘのみを用いる場合と同じく低かった。ＣＶＤ法−ＷＳｉｘを用いる場合は、ＣＶＤ法−ＷＳｉｘがＷＮｘ上で均一に成長せず、凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）が発生してシート抵抗を高めるのである。これに対し、ＷＳｉｘスパッタリングターゲットを用いたスパッタ蒸着法又は反応性スパッタ蒸着法を用いると、下の膜の種類に関らず、均一な蒸着が可能なため、タングステン膜のシート抵抗を低くする。
【０３１１】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。ここで、図３Ａを用いて説明された同じ構成要素に関しては、同じ図面符号を用い、これらに関する詳しい説明は省略する。
【０３１２】
図１０Ａに示すように、素子分離膜、ウェル及びチャネル形成のためのイオン注入（ｗｅｌｌ＆ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）が行われた半導体基板８００上にゲート絶縁膜８０１を形成する。
【０３１３】
続いて、ゲート絶縁膜８０１上に第１導電層２１、拡散防止膜２２、及び第２導電層２３を形成する。
【０３１４】
第１導電層２１は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。第１導電層２１は、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれたシリサイド膜である。
【０３１５】
拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０３１６】
第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【０３１７】
続いて、第２導電層２３上にハードマスク膜８０２を形成するが、ハードマスク膜８０２は省略することができる。ハードマスク膜８０２は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）であり得る。
【０３１８】
続いて、ゲートパターニング工程を行う。
【０３１９】
まず、感光膜を用いるゲートマスク（図示せず）をエッチングバリアとしてハードマスク膜８０２、第２導電層２３、及び拡散防止膜２２をエッチングし、第１導電層２１の一部のみをエッチングする１次ゲートパターニングを行う。
【０３２０】
図１０Ｂに示すように、ゲートマスクを除去した後、第２導電層（すなわち、タングステン膜）２３と拡散防止膜２２との不均一なエッチング及び酸化を防止するプリスペーサ（ｐｒｅ−ｓｐａｃｅｒ）工程を行う。例えば、プリスペーサとしては、シリコン窒化膜８０３（Ｓｉ３Ｎ４）を蒸着する。
【０３２１】
図１０Ｃに示すように、シリコン窒化膜８０３と、残留していたポリシリコン膜２１とをエッチングする２次ゲートパターニングを行う。このとき、２次ゲートパターニングの際のシリコン窒化膜８０３は、エッチバック（ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）のドライエッチングを用い、ポリシリコン膜２１のエッチングは、シリコン窒化膜８０３をエッチングバリアとして用いて行う。エッチングの結果としてパターニングされたポリシリコン膜２１Ａが形成される。
上記のような１次ゲートパターニング、及び２次ゲートパターニングによって、ゲートスタックの側壁にはシリコン窒化膜スペーサ８０３Ａが形成される。
【０３２２】
上述のようなプリスペーサ適用を用いる１次ゲートパターニング及び２次ゲートパターニング工程は、第２実施例〜第１５実施例に係るゲートスタックを適用する場合にも適用可能である。
【０３２３】
図１１は、図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法の他の例を説明するための断面図である。ここで、図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、説明された同じ構成要素に関しては、同じ図面符号を用い、これらに関する詳しい説明は省略する。
【０３２４】
同図に示すように、素子分離膜、ウェル及びチャネル形成のためのイオン注入が行なわれた半導体基板８００上にゲート絶縁膜８０１を形成する。
【０３２５】
続いて、ゲート絶縁膜８０１上に、第１導電層、拡散防止膜、第２導電層、及びハードマスクを形成し、ゲートパターニング工程を行ってパターニングされた第１導電層２１Ｂ、拡散防止膜２２、第２導電層２３、及びハードマスク８０２を形成する。ゲートパターニング工程は、感光膜を用いるゲートマスク（図示せず）をエッチングバリアとしてハードマスク膜、第２導電層、拡散防止膜、及び第１導電層を同時にエッチングする。すなわち、プリスペーサを用いる２段階のエッチング法のゲートパターニングの代わりに、プリスペーサを用いることなく一度でエッチングするゲートパターニング法を用いる。
【０３２６】
上述のようなプリスペーサの適用のないゲートパターニング工程は、第２実施例〜第１５実施例に係るゲートスタックを適用する場合にも適用可能である。
【０３２７】
パターニングされた第１導電層２１Ｂは、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素）又はＮ型不純物（例えば、リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ））が高濃度にドーピングされたポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）である。パターニングされた第１導電層２１Ｂは、ポリシリコン膜の他にポリシリコンゲルマニウム膜（ＰｏｌｙＳｉ１−ｘＧｅｘ、ｘ＝０．０１〜１．０）又はシリサイド膜であることが可能である。例えば、シリサイド膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＰｔからなる群の中から選択されたいずれか１つが含まれたシリサイド膜である。
【０３２８】
パターニングされた拡散防止膜２２は、チタン膜２２Ａ（Ｔｉ）、窒素含有のタングステン膜２２Ｂ（ＷＮｘ）、及び窒素含有のタングステンシリサイド膜２２Ｃ（ＷＳｉｘＮｙ）が積層されたＴｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘＮｙ構造である。
【０３２９】
パターニングされた第２導電層２３は、タングステン膜（Ｗ）である。タングステン膜の厚さは、１００Å〜２０００Åの範囲であり、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法及びＡＬＤ法からなる群の中から選択されたいずれか１つの蒸着法で蒸着する。ここで、ＰＶＤ法は、タングステンターゲット（Ｗ ｔａｒｇｅｔ）を用いたスパッタリング法を含む。
【０３３０】
ここでは、パターニングされた第２導電層２３上にハードマスク８０２を形成するが、ハードマスク形成８０２は省略することができる。ハードマスク８０２は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）であり得る。
【０３３１】
上述の本発明は、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎを含む多重薄膜又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜をタングステン膜とポリシリコン膜との間の拡散防止膜で適用することによって、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／Ｗ及びＰｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／ＷＳｉｘ／Ｗなどとは、ほぼ同じ水準の非常に低いシート抵抗（Ｒｓ）特性を実現することができるため、ゲートスタックの高さを低くすることができ、工程の統合（ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が容易であるという効果がある。
【０３３２】
また、ホウ素の浸透（ｂｏｒｏｎ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）又はホウ素の外部拡散（ｂｏｒｏｎ ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の抑制によるポリシリコンの空乏現象（ｐ＋ ｐｏｌｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）が低減し、且つ、ＰＭＯＳＦＥＴ動作電流が増加する効果を実現することもできる。
【０３３３】
また、充分に小さいタングステン膜とポリシリコン膜との間のコンタクト抵抗（Ｒｃ）特性を有するため、高速動作素子の製作が可能であるという長所がある。
【０３３４】
結果的に、本発明は、高速（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ）、高密度（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）、低電力（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ）のメモリ素子を実現するためのタングステンポリゲートの形成方法において、Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎの含まれた多重薄膜、又は各薄膜が窒素を含有する多重薄膜で構成された拡散防止膜を用いることによって、低いシート抵抗（Ｌｏｗ Ｒｓ）、低いコンタクト抵抗（Ｌｏｗ Ｒｃ）及びポリシリコンの空乏現象の低減（Ｌｏｗ ＰＤＥ）を同時に全て満足させ得る最も優れた拡散防止膜である。
【０３３５】
尚、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０３３６】
【図１Ａ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図１Ｂ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図１Ｃ】従来技術に係るタングステンポリゲートのゲートスタック構造を示す図である。
【図２Ａ】拡散防止膜の種類によるタングステンとポリシリコンとの間のコンタクト抵抗を比較した図である。
【図２Ｂ】ゲートスタックのホウ素の濃度の深さ方向の分布形状を示す図である。
【図２Ｃ】拡散防止膜の種類によるタングステンのシート抵抗を比較した図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｂ】窒素含有のタングステン膜上に物理気相成長法（ＰＶＤ）で窒素含有のタングステンシリサイド膜が形成された状態の写真である。
【図３Ｃ】本発明の第２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の第３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図３Ｅ】アニール後の結果を示す写真である。
【図４Ａ】本発明の第４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第６実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第７実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第８実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の第９実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１０実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の第１１実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の第１２実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第１３実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ｂ】窒素含有のタングステン膜上に化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）及び物理気相成長法（ＰＶＤ）でタングステンシリサイドをそれぞれ蒸着した後の写真である。
【図７Ｃ】本発明の第１４実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図７Ｄ】本発明の第１５実施例に係るゲートスタックの構造を示す図である。
【図８】本発明の第１６実施例に係るゲートスタック構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る拡散防止膜の種類によるタングステン電極のシート抵抗（Ｒｓ）特性を比較して示す図である。
【図１０Ａ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１０Ｂ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１０Ｃ】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法を説明するための断面図である。
【図１１】図３Ａに示す第１実施例に係るゲートスタックを用いるゲートパターニング法の他の例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０３３７】
２１、２０１、２１１、３１、３０１、３１１、４１、４０１、４１１、５１、５０１、５１１、６１，６０１、６１１ 第１導電層
２２、２０２、２１２、３２、３０２、３１２、４２、４０２、４１２、５２、５０２、５１２、６２、６０２、６１２ 拡散防止膜
２２Ａ、３２Ａ、４２Ａ、５２Ａ、６２Ａ、７０６Ａ チタン膜（Ｔｉ）
２２Ｂ、２０２Ｂ、２１２Ｃ、４２Ｃ、４０２Ｃ、４１２Ｄ、５２Ｂ、５２Ｄ、５０２Ｂ、５０２Ｄ、５１２Ｃ、５１２Ｄ、６２Ｂ、６２Ｄ、６０２Ｂ、６０２Ｄ、６１２Ｃ、６１２Ｅ、７０６Ｂ 窒素含有のタングステン膜（ＷＮｘ）
２２Ｃ、２０２Ｃ、２１２Ｄ、３２Ｂ、３０２Ｂ、３１２Ｃ、４２Ｂ、４０２Ｂ、４１２Ｃ、５２Ｃ、５０２Ｃ、５１２Ｄ、６１２Ｄ、７０６Ｃ 窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘＮｙ）
２３、２０３、２１３、３３、３０３、３１３、４３、４０３、４１３、５３、５０３、５１３、６３、６０３、６１３ 第２導電層
２１２Ａ、３１２Ａ、４１２Ａ、５１２Ａ、６１２Ａ チタンシリサイド膜（ＴｉＳｉｘ）
２０２Ａ、２１２Ｂ、３０２Ａ、３１２Ｂ、４０２Ａ、４１２Ｂ、５０２Ａ、５１２Ｂ、６０２Ａ、６１２Ｂ 窒素含有のチタン膜（ＴｉＮｘ）
６２Ｃ、６０２Ｃ タングステンシリサイド膜（ＷＳｉｘ）
７０１、８００ 半導体基板
７０２ トンネル酸化膜
７０３ フローティングゲート用のポリシリコン電極
７０４ 誘電膜
７０５ 制御ゲート用のポリシリコン電極
７０６ 拡散防止膜
７０７ タングステン電極
７０８、８０２ ハードマスク膜
８０１ ゲート絶縁膜
８０３ シリコン窒化膜
８０３Ａ シリコン窒化膜スペーサ
２１Ａ パターニングされたポリシリコン膜
２１Ｂ パターニングされた第１導電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１導電層を形成するステップと、
該第１導電層上に、少なくとも第１金属膜及び窒素含有の金属シリサイド膜を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、
該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、第２金属膜、及び前記窒素含有の金属シリサイド膜の順に積層されて形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、前記窒素含有の金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、第２金属膜、前記窒素含有の金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１金属膜が、純粋な金属膜又は窒素を含有する金属膜で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記純粋金属膜が、チタン膜又はタンタル膜であり、
前記窒素含有金属膜が、窒素含有のチタン膜又は窒素含有のタンタル膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記純粋金属膜の厚さが、１０Å〜５０Åの範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒素を含有する金属膜において、金属元素（Ｍ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｍ）が、０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２金属膜が、窒素含有のタングステン膜又は窒素含有のチタンタングステン膜で形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第３金属膜が、窒素含有のタングステン膜又は窒素含有のチタンタングステン膜で形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
金属シリサイドスパッタリングターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法によって蒸着されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉＮ）、窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉＮ）、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉＮ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
膜内窒素比率が１０％〜６０％の範囲であり、金属元素（Ｍ）に対するシリコン（Ｓｉ）の比率（Ｓｉ／Ｍ）が０．５〜３．０の範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１導電層が、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、及びシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つであり、
前記第２導電層がタングステン膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法
【請求項１５】
基板上に第１導電層を形成するステップと、
該第１導電層上に、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜及び第３金属膜の順に積層された拡散防止膜を形成するステップと、
該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記金属シリサイド膜が、
反応性スパッタリング法によって蒸着されることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記金属シリサイド膜が、
タングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜、及びタンタルシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１金属膜、第２金属膜、及び第３金属膜が、窒素を含有する金属膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２金属膜及び第３金属膜が、窒素を含有するタングステン膜又は窒素を含有するチタンタングステン膜であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記窒素を含有するタングステン膜が、窒素含有量が１０％〜６０％の範囲であり、膜内のタングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）が０．３〜１．５の範囲であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１金属膜が、膜内の金属元素（Ｍ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｍ）が０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１金属膜が、窒素を含有するチタン膜又は窒素を含有するタンタル膜であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１金属膜が、チタン膜又はタンタル膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１導電層が、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、及びシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つであり、
前記第２導電層がタングステン膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
基板上に第１導電層を形成するステップと、
該第１導電層上に、少なくとも第１金属膜及び窒素含有の金属シリサイド膜を含む積層構造で拡散防止膜を形成するステップと、
該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、第２金属膜、及び前記窒素含有の金属シリサイド膜の順に積層されて形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、前記窒素含有の金属シリサイド膜、及び第２金属膜の順に積層されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記拡散防止膜が、
前記第１金属膜、第２金属膜、前記窒素含有の金属シリサイド膜、及び第３金属膜の順に積層されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１金属膜が、純粋な金属膜又は窒素を含有する金属膜で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記純粋金属膜が、チタン膜又はタンタル膜であり、
前記窒素含有金属膜が、窒素含有のチタン膜又は窒素含有のタンタル膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記純粋金属膜の厚さが、１０Å〜５０Åの範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒素を含有する金属膜において、金属元素（Ｍ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｍ）が、０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２金属膜が、窒素含有のタングステン膜又は窒素含有のチタンタングステン膜で形成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第３金属膜が、窒素含有のタングステン膜又は窒素含有のチタンタングステン膜で形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
金属シリサイドスパッタリングターゲット及び窒素ガス（Ｎ２）を用いた反応性スパッタリング法によって蒸着されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
窒素含有のタングステンシリサイド膜（ＷＳｉＮ）、窒素含有のチタンシリサイド膜（ＴｉＳｉＮ）、及び窒素含有のタンタルシリサイド膜（ＴａＳｉＮ）からなる群の中から選択されたいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記窒素含有の金属シリサイド膜が、
膜内窒素比率が１０％〜６０％の範囲であり、金属元素（Ｍ）に対するシリコン（Ｓｉ）の比率（Ｓｉ／Ｍ）が０．５〜３．０の範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１導電層が、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、及びシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つであり、
前記第２導電層がタングステン膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法
【請求項１５】
基板上に第１導電層を形成するステップと、
該第１導電層上に、第１金属膜、第２金属膜、金属シリサイド膜及び第３金属膜の順に積層された拡散防止膜を形成するステップと、
該拡散防止膜上に第２導電層を形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記金属シリサイド膜が、
反応性スパッタリング法によって蒸着されることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記金属シリサイド膜が、
タングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜、及びタンタルシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１金属膜、第２金属膜、及び第３金属膜が、窒素を含有する金属膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２金属膜及び第３金属膜が、窒素を含有するタングステン膜又は窒素を含有するチタンタングステン膜であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記窒素を含有するタングステン膜が、窒素含有量が１０％〜６０％の範囲であり、膜内のタングステン（Ｗ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｗ）が０．３〜１．５の範囲であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１金属膜が、膜内の金属元素（Ｍ）に対する窒素（Ｎ）の比率（Ｎ／Ｍ）が０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１金属膜が、窒素を含有するチタン膜又は窒素を含有するタンタル膜であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１金属膜が、チタン膜又はタンタル膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１導電層が、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、及びシリサイド膜からなる群の中から選択されたいずれか１つであり、
前記第２導電層がタングステン膜であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図３Ｂ】
【図３Ｅ】
【図７Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図３Ｂ】
【図３Ｅ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２００８−１６６７９７（Ｐ２００８−１６６７９７Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５５４７（Ｐ２００７−３３５５４７）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５９１０２４１１１）株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＮＩＸ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ １３６−１，Ａｍｉ−Ｒｉ，Ｂｕｂａｌ−Ｅｕｐ，Ｉｃｈｏｎ−Ｓｈｉ，Ｋｙｏｕｎｇｋｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５９１０２４１１１）株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＮＩＸ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ １３６−１，Ａｍｉ−Ｒｉ，Ｂｕｂａｌ−Ｅｕｐ，Ｉｃｈｏｎ−Ｓｈｉ，Ｋｙｏｕｎｇｋｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]