專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)施方式一般地說涉及半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
以前，多晶·金屬柵極電極構(gòu)造中，在成為電極的金屬的下部使氮化鈦、氮化鎢等的金屬成膜，以確保對多晶硅的擴(kuò)散阻擋性。傳統(tǒng)技術(shù)中，存在電極的電阻值和多晶硅/金屬界面電阻變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備在半導(dǎo)體基板上形成的多晶硅膜和在上述多晶硅膜上形成的金屬硅化物膜。實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備在上述硅化物膜上形成的上述金屬氧化膜和在上述氧化膜上形成的包含鎢或鑰的膜。以下參照附圖，詳細(xì)說明實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。另外，這些實(shí)施方式不限定本發(fā)明。


圖1A、1B是第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一工序的示圖。圖2A、2B是第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一工序的示圖。圖3是第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一工序的示圖。圖4A、4B是第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一工序的示圖。圖5是實(shí)施方式的各金屬氧化膜的生成能量的示意圖。圖6A、6B是第I及第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造示圖。圖7A、7B是第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一工序的示圖。圖8A、8B是第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造示圖。
具體實(shí)施例方式(第I實(shí)施方式)首先，在圖IA所示半導(dǎo)體基板(硅基板)I上依次形成了隧道絕緣膜6、多晶硅膜(浮置柵極)7、共聚(interpoly)絕緣膜(中間絕緣膜)8、多晶硅膜2的狀態(tài)下，在沉積的多晶硅膜2上用濺射法使鈦(Ti)膜3成膜5nm。接著，在氧氣氛下以200 300°C加熱半導(dǎo)體基板I。其結(jié)果，如圖IB所示，在鈦膜3的表面形成膜厚3. 5nm以上的比自然氧化膜厚的非晶質(zhì)且具有導(dǎo)電性的氧化鈦(TiOx)膜4。作為金屬氧化膜的氧化鈦膜4是選擇鈦?zhàn)鳛榻饘僭夭⒀趸哪ぃ沁x擇的金屬元素不限于鈦。為了起到硅/電極鎢間的擴(kuò)散防止膜的功能，期望金屬氧化膜的生成能量以比氧化硅(SiO2)的生成能量(-910kJ/mol)和/或氧化鎢(WO3)的生成能量(_843kJ/mol)低的方式穩(wěn)定存在。各金屬氧化膜的生成能量的示意如圖5所示，除了鈦以外，也可以采用鋯(Zr)、鉿(Hf)、·凡(V)、銀(Nb)、鉭(Ta)、鈧(Sc)、·乙(Y)、鉻(Cr)的氧化物。從而，上述金屬元素可以從這些元素中任選包含一種。接著，在圖2A所示氧化鈦膜4上用濺射法或者CVD法，使成為電極的鎢(W)膜5成膜為膜厚50nm。接著，在鎢膜5上，用曝光技術(shù)通過光掩模轉(zhuǎn)印電極的硬掩模圖形(未圖示)，用RIE (Reactive Ion Etching,反應(yīng)離子蝕刻)技術(shù)將鶴膜5以下的層加工為電極構(gòu) 造，從而，制作圖2B所示在成為電極的鎢膜5的下層具有作為阻擋金屬的氧化金屬膜(氧化鈦膜4)的多晶·金屬柵極(poly/metal gate)電極。而且，圖2B的狀態(tài)下，通過以例如900 V進(jìn)行10秒的RTA (RapidThermalAnnealing，快速熱退火)，使鈦膜3硅化，形成圖3所示Ti硅化物(TiSix)層10。另外，這里鈦膜3也可以不全部硅化，部分保留為鈦。到圖2B的工序?yàn)橹梗鞒煞且资园雽?dǎo)體存儲裝置的存儲單元及選擇柵極的構(gòu)造后，通過該硅化工序形成圖6所示構(gòu)造。另外，柵極形狀加工和RTA的順序也可以反轉(zhuǎn)。圖6A表不與位線方向垂直的截面，圖6B表不與字線方向垂直的截面。圖6A所示位線方向的各構(gòu)造由元件分離層9隔開。圖6B的左側(cè)所示為存儲單元部，右側(cè)所示為選擇柵極部。圖6B的左側(cè)的存儲單元中成為控制柵極的電極部分(多晶硅膜2/Ti硅化物層10/氧化鈦膜4/鎢膜5)以及右側(cè)的選擇柵極中的部分A (多晶硅膜7/Ti硅化物層10/氧化鈦膜4/鎢膜5)及部分B (多晶硅膜2/Ti硅化物層10/氧化鈦膜4/鎢膜5)中，形成了多晶 金屬構(gòu)造。如上所述，由于氧化鈦膜4的生成能量的穩(wěn)定性，該構(gòu)造是即使通過其后的熱工序也不會產(chǎn)生混合的穩(wěn)定構(gòu)造，確保多晶硅-鎢間的擴(kuò)散阻擋性，可以防止在界面中形成鎢硅化物。而且，在作為形成了貫通共聚絕緣膜8的開口的接觸形成部的部分A中，由于Ti硅化物層10的存在，多晶硅膜(浮置柵極)7和鎢膜5的接觸電阻可以確保為低值。相對地，若取代本實(shí)施方式形成的(鈦膜3/氧化鈦膜4)層而使氮化鎢(WN)作為阻擋金屬成膜，則由于其后的熱工序，氮化鎢膜中的氮將多晶硅氮化，形成SiN，產(chǎn)生多晶硅/金屬界面電阻上升的問題。但是，本實(shí)施方式中，通過由RTA形成的Ti硅化物層10實(shí)現(xiàn)低電阻化。如本實(shí)施方式，氧化鈦膜4上成膜的50nm的鎢膜5的比電阻為15. 8 [ μ Ω · cm] 0相對地，例如若使一般的鈦系阻擋層即氮化鈦(TiN)作為阻擋金屬成膜，則其上的成為電極的金屬的結(jié)晶性接續(xù)氮化鈦的結(jié)晶性而成為微細(xì)晶粒，因此電子的晶界散射的影響增大，產(chǎn)生電極的電阻值上升的問題。氮化鈦上成膜的膜厚50nm的鎢膜的比電阻為28.8[μ Ω · cm]，與本實(shí)施方式的場合比，成為增加了 80%的高電阻膜。即，通過具備本實(shí)施方式的構(gòu)造，可以使多晶·金屬電極低電阻化。采用本實(shí)施方式的構(gòu)造可降低鎢膜5的比電阻認(rèn)為是如上所述的基底的結(jié)晶性差異的原因。由于氧化鈦膜4為非晶質(zhì)，氧化鈦膜4上成膜的鎢膜5以難以受到基底影響的狀態(tài)形成。因此，鎢膜5的平均結(jié)晶粒徑為54. 3nm,比氮化鈦膜上形成的鎢膜的平均結(jié)晶粒徑21. Inm大。其結(jié)果，認(rèn)為鎢膜5中流動的電子難以受到晶界散射的影響，鎢膜5的比電阻低。另外，上述中，用鎢作為電極材料，但是采用鑰取代鎢也可以獲得同樣效果。(第2實(shí)施方式)本實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體基板I上依次形成隧道絕緣膜6、多晶硅膜(浮置柵極)7、共聚絕緣膜8、多晶硅膜2的狀態(tài)下，在沉積的多晶硅膜2上，用濺射法使鈦(Ti)膜3成膜5nm為止，與圖IA同樣。然后，如圖4A所示，例如，向?yàn)R射室中導(dǎo)入氧、臭氧、水等具有氧原子的氧化氣體，用反應(yīng)性濺射法，使氧化金屬膜即氧化鈦膜4成膜為比自然氧化膜厚的3. 5nm以上的膜厚。另外，也可以在圖IA的鈦的濺射成膜的中途導(dǎo)入氧化氣體，形成金屬膜/氧化金屬膜的層疊構(gòu)造，沿與半導(dǎo)體基板I的基板面垂直的方向自由改變膜中的氧濃度，形成圖4A的構(gòu)造。然后，在圖4B所示氧化鈦膜4上，用濺射法或者CVD法使成為電極的鎢(W)膜5
成膜。其后的工序與圖2B及圖3所示同樣，可以制作具備與第I實(shí)施方式同樣構(gòu)造的圖6所示的多晶·金屬電極構(gòu)造。另外，本實(shí)施方式中，也可以采用鑰取代鎢作為電極材料。(第3實(shí)施方式)本實(shí)施方式中，在圖7A所示半導(dǎo)體基板I上依次形成隧道絕緣膜6、多晶硅膜(浮置柵極)7、共聚絕緣膜8后，在其上形成TiN膜11。然后，形成選擇柵極的接觸形成部的開口，其上,采用與第I或第2實(shí)施方式同樣的方法保形形成包含開口部的鈦膜3及氧化鈦膜4 (圖7B)。然后，使鎢膜5成膜，通過例如以900°C進(jìn)行10秒的RTA及柵極形狀加工用的RIE,形成圖8所不構(gòu)造。圖8中與圖6同一符號的部位表不同一構(gòu)成。本實(shí)施方式中，通過RTA，使圖7B中與多晶硅膜7接觸的鈦膜3硅化，形成圖8B所示Ti硅化物(TiSix)層10。另外，這里，與多晶硅膜7接觸的鈦膜3也可能未被全部硅化，部分的鈦殘留。另外，柵極形狀的加工和RTA的順序也可以反轉(zhuǎn)。圖8A表示與位線方向垂直的截面，圖8B表示與字線方向垂直的截面。圖8B的左側(cè)所示為存儲單元部，右側(cè)所示為選擇柵極部。本實(shí)施方式中，圖8B的右側(cè)的選擇柵極中的部分C (多晶硅膜7/Ti硅化物層10/氧化鈦膜4/鎢膜5)中，形成多晶 金屬構(gòu)造。另外，其他(TiN膜11/鈦膜3/氧化鈦膜4/鎢膜5)的層疊部分形成所謂的金屬·金屬柵極電極構(gòu)造。本實(shí)施方式中，部分C也是具有擴(kuò)散阻擋性的熱穩(wěn)定性構(gòu)造，可使接觸電阻確保為低值。另外，金屬·金屬柵極電極構(gòu)造的部分中，由于鎢膜5的比電阻的降低效果，實(shí)現(xiàn)了低電阻化。另外，本實(shí)施方式中，也可以采用鑰取代鎢作為電極材料。如以上說明，通過上述實(shí)施方式，可以制作在多晶硅/電極鎢(或鑰)間具有兼?zhèn)鋽U(kuò)散防止性和熱穩(wěn)定性的阻擋膜的多晶·金屬柵極電極構(gòu)造及金屬·金屬柵極電極構(gòu)造。另外，上述實(shí)施方式中，說明了多晶 金屬柵極電極及金屬 金屬柵極電極的例，但是，在柵極電極以外的位置也可以適用上述實(shí)施方式的構(gòu)造。雖然說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式只是例示，而不是限定發(fā)明的范圍。這些新實(shí)施方式可以各種形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍，可以進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施方式及其變形是發(fā)明的范圍和要旨所包含的，也是權(quán)利要求的范圍記載的發(fā)明及其均等的范圍所包含的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備在半導(dǎo)體基板上形成的多晶硅膜；在上述多晶硅膜上形成的金屬的硅化物膜；在上述硅化物膜上形成的上述金屬的氧化膜；和在上述氧化膜上形成的包含鎢或鑰的膜。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬的氧化膜的生成能量比硅的氧化膜的生成能量及鎢或鑰的氧化膜的生成能量小。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬包含鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鈧、釔、鉻中的至少I種元素。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述氧化膜為非晶質(zhì)。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述氧化膜中的氧濃度沿上述半導(dǎo)體基板的基板面垂直方向變化。
6.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在上述硅化物膜和上述氧化膜間形成上述金屬的膜。
7.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體基板上，依次形成有隧道絕緣膜、浮置柵極膜、中間絕緣膜和多晶硅電極膜，在上述多晶硅電極膜上，依次形成有上述硅化物膜、上述氧化膜和上述包含鎢或鑰的膜。
8.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在半導(dǎo)體基板上，依次形成有隧道絕緣膜、多晶硅浮置柵極膜和中間絕緣膜，在上述中間絕緣膜的一部分存在貫通到上述多晶硅浮置柵極膜為止的開口部，具有在上述開口部中的上述多晶硅浮置柵極膜上，依次形成有金屬的硅化物膜、上述金屬的氧化膜和包含鎢或鑰的膜的構(gòu)造。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬的氧化膜的生成能量比硅的氧化膜的生成能量及鎢或鑰的氧化膜的生成能量小。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬包含鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鈧、釔、鉻中的至少I種元素。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述氧化膜為非晶質(zhì)。
12.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在上述硅化物膜和上述氧化膜間形成上述金屬的膜。
13.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述構(gòu)造構(gòu)成非易失性半導(dǎo)體存儲裝置的選擇柵極部。
14.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在半導(dǎo)體基板上，依次形成有隧道絕緣膜、多晶硅浮置柵極膜、中間絕緣膜和多晶硅電極膜，在上述多晶硅電極膜及中間絕緣膜的一部分存在貫通到上述多晶硅浮置柵極膜為止的開口部，具有在上述開口部中的上述多晶硅浮置柵極膜及上述開口部以外的部分中的上述多晶硅電極膜上，依次形成有金屬的硅化物膜、上述金屬的氧化膜和包含鎢或鑰的膜的構(gòu)造。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬的氧化膜的生成能量比硅的氧化膜的生成能量及鎢或鑰的氧化膜的生成能量小。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述金屬包含鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鈧、釔、鉻中的至少I種元素。
17.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述氧化膜為非晶質(zhì)。
18.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在上述硅化物膜和上述氧化膜間形成上述金屬的膜。
19.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述構(gòu)造構(gòu)成非易失性半導(dǎo)體存儲裝置的選擇柵極部。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述非易失性半導(dǎo)體存儲裝置的存儲單元部，具有在上述半導(dǎo)體基板上依次形成有上述隧道絕緣膜、上述多晶硅浮置柵極膜、上述中間絕緣膜、上述多晶硅電極膜、上述硅化物膜、上述氧化膜和上述包含鎢或鑰的膜的構(gòu)造。
全文摘要
實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備在半導(dǎo)體基板上形成的多晶硅膜和在上述多晶硅膜上形成的金屬硅化物膜。實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備在上述硅化物膜上形成的上述金屬氧化膜和在上述氧化膜上形成的包含鎢或鉬的膜。
文檔編號H01L29/49GK102931236SQ20121006719
公開日2013年2月13日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者尾本誠一 申請人:株式會社 東芝