(57)【要約】【課題】形成時または形成後のメタルゲート電極からの層間絶縁膜への金属の拡散を防止する。【解決手段】ポリシリコンをエッチングしてダミーゲートを形成した後（ステップＳ１）、エッチング後の露出表面を例えば熱酸化して拡散防止膜を形成する。（ステップＳ２）、その後、そのダミーゲートに接触するように金属からなるメタル層を形成して（ステップＳ５）、熱処理によって金属とそのダミーゲートとを置換し（ステップＳ６）、メタルゲート電極を形成する（ステップＳ７）。これにより、拡散防止膜の形成後に層間絶縁膜が形成されても、ダミーゲートは拡散防止膜によって層間絶縁膜と隔離されるようになる。そのため、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極からの層間絶縁膜への金属の拡散は防止され、低抵抗なゲート電極を有する高耐圧の半導体装置が実現される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に拡散防止膜を形成する工程と、
前記ダミーゲートに接触するように金属からなるメタル層を形成する工程と、
前記メタル層の前記金属と前記ダミーゲートとを置換してメタルゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に前記拡散防止膜を形成する工程においては、前記ダミーゲートの露出する表面を酸化することにより前記拡散防止膜を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ダミーゲートの露出する表面を酸化することにより前記拡散防止膜を形成する際には、形成すべき前記メタルゲート電極の寸法に応じて、形成する前記拡散防止膜の膜厚を変化させることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に前記拡散防止膜を形成する工程の後に、前記拡散防止膜をマスクの一部にして半導体基板にソース領域およびドレイン領域を形成する工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
金属からなるメタルゲート電極を有する半導体装置において、
前記メタルゲート電極の表面の一部に、前記メタルゲート電極からの前記金属の拡散を防止するための拡散防止膜を有していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特にアルミニウムなどの金属からなるメタルゲート電極を有する半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に形成されるゲート電極には、その材料としてポリシリコンが広く用いられており、その形成に用いる露光装置の性能向上、更にその周辺プロセスにおける装置の性能向上などによって微細化が実現されてきた。しかし、このようなゲート電極の微細化が進む一方で、ゲート電極の抵抗の増大が問題となり、そのため、ゲート電極へのシリサイド層の形成や不純物添加などによりゲート電極の低抵抗化が図られている。ところが、近年ではグレインサイズの関係から、微細なゲート電極にシリサイド層を形成することも困難になってきており、また、ゲート電極に不純物を添加した場合には、半導体基板への突き抜けが問題となる場合がある。
【０００３】
これらの問題を回避して低抵抗なゲート電極を実現するため、近年では、ポリシリコンなどをダミーゲートとして形成しておき、これを熱置換反応によってアルミニウム（Ａｌ）などの金属で置換したメタルゲート電極が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４１８７号公報（段落番号［００１４］〜［００２０］，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のメタルゲート電極の形成は、ポリシリコンなどからなるダミーゲート上にＡｌからなるメタル層を形成した後、数百℃の温度で熱処理してダミーゲートの全部または一部をＡｌで置換する方法が一般的である。しかし、このように熱処理を経てダミーゲートをＡｌで置換する際、更には置換後の製造工程で行われる熱処理の際には、ダミーゲートの周囲に形成されている層間絶縁膜にＡｌが拡散してしまう場合がある。このような拡散には、メタル層から層間絶縁膜へＡｌが拡散するような場合や、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極内のＡｌが層間絶縁膜へ拡散するような場合などが考えられる。このように層間絶縁膜内にＡｌが拡散してしまうと、半導体装置の耐圧が低下するという問題が生じる。
【０００６】
特に、層間絶縁膜を、ｌｏｗＫ材料を用いた低誘電率絶縁膜とした場合には、メタルゲート電極形成時など、半導体装置の製造に伴う熱処理の過程で層間絶縁膜への金属の拡散が発生し易くなる。これは、ｌｏｗＫ材料が、従来の例えばＳｉＯ２などの層間絶縁膜材料に比べて、ポーラスであったり有機膜であったりするためである。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、メタルゲート電極の形成に用いる金属の層間絶縁膜への拡散を抑制し、低抵抗なメタルゲート電極を有する高耐圧の半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示するフローによって実現可能な半導体装置の製造方法が提供される。本発明の半導体装置の製造方法は、ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に拡散防止膜を形成する工程と、前記ダミーゲートに接触するように金属からなるメタル層を形成する工程と、前記メタル層の前記金属と前記ダミーゲートとを置換してメタルゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
このような半導体装置の製造方法によれば、ダミーゲートの形成後（ステップＳ１）、その露出する表面に、例えばダミーゲート表面を酸化することによって拡散防止膜を形成し（ステップＳ２）、ダミーゲートに接触するメタル層を形成して（ステップＳ５）、例えば熱処理によって金属とダミーゲートとを置換することにより（ステップＳ６）、メタルゲート電極が形成される（ステップＳ７）。
【００１０】
ダミーゲート形成後の露出表面に拡散防止膜が形成されるため、その後、例えばその周りに層間絶縁膜が形成され、ダミーゲートが金属により置換された場合でも、形成時のメタルゲート電極内からのその層間絶縁膜への金属の拡散は防止される。さらに、このように拡散防止膜が形成されることにより、置換後に形成されるメタルゲート電極内の金属は、その後に熱処理を経ても、メタルゲート電極からのその層間絶縁膜への拡散が防止される。このように、拡散防止膜によって、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極からの金属の拡散が防止されるので、半導体装置のゲート電極の低抵抗化とともに、その高耐圧化を図れるようになる。
【００１１】
また、本発明では上記課題を解決するために、金属からなるメタルゲート電極を有する半導体装置において、前記メタルゲート電極の表面の一部に、前記メタルゲート電極からの前記金属の拡散を防止するための拡散防止膜を有していることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１２】
このような半導体装置によれば、拡散防止膜が、メタルゲート電極からの金属の拡散を防止し、例えば拡散防止膜の周りに形成される層間絶縁膜への金属の拡散が防止されるようになる。これにより、低抵抗なゲート電極を有する高耐圧の半導体装置が実現される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概略について説明する。図１は半導体装置の一製造フローの概略を説明する図である。
【００１４】
図１に示す半導体装置の製造においては、まず、所定の領域に素子分離層およびゲート絶縁膜が形成されたＳｉ基板などの半導体基板上に、ポリシリコンを所定の膜厚で堆積する。そして、堆積したポリシリコンをエッチングし、形成するメタルゲート電極の寸法に応じた寸法のダミーゲートを形成する（ステップＳ１）。
【００１５】
次いで、このダミーゲートを、例えば温度８００℃〜１０００℃程度の酸素雰囲気で所定の酸化時間で熱酸化することにより、そのダミーゲートの露出表面に酸化膜を形成して拡散防止膜を形成する（ステップＳ２）。この拡散防止膜は、後述するように、形成時または形成後のメタルゲート電極から周りの層間絶縁膜へＡｌなどの金属が拡散してしまうのを防止する目的で形成される。そのため、この拡散防止膜は、金属を層間絶縁膜へ拡散させないような緻密な結晶構造を有していることが好ましく、その点で、拡散防止膜の形成方法として熱酸化法が好適に用いられる。また、熱酸化によって拡散防止膜を形成する場合には、その膜厚を、酸化の温度、時間、雰囲気などの各条件により変化させることができる。
【００１６】
なお、この拡散防止膜は、ダミーゲート形成後に露出する表面の全面に形成しても、あるいはダミーゲートの上面には他の絶縁膜を形成しておくなどしてその側壁のみ酸化して拡散防止膜を形成するようにしてもよい。
【００１７】
この拡散防止膜の形成後は、半導体基板に所定の導電型の不純物を導入してソース／ドレイン領域を形成する（ステップＳ３）。その際、拡散防止膜は、ダミーゲートの側壁部においてサイドウォールとしての役割を果たし、この拡散防止膜をマスクの一部にしてソース／ドレイン領域が自己整合的に形成される。
【００１８】
そして、このようにダミーゲートの露出表面に拡散防止膜を形成した後に、全面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＯ２を堆積し、あるいはｌｏｗＫ材料をスピンコーティングなどの方法で形成し、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ４）。
【００１９】
次いで、この層間絶縁膜を貫通してダミーゲート表面まで達する開口部を形成し、その開口部内を含む層間絶縁膜上に、メタルゲート電極に用いられる金属からなるメタル層を形成する（ステップＳ５）。これにより、ダミーゲートとメタル層とが接触して形成されるようになり、金属とダミーゲートとが熱によって置換可能な状態となる。なお、メタル層に用いる金属には例えばＡｌを用いることができ、メタル層はＣＶＤ法やスパッタ法を用いて形成される。
【００２０】
この状態で所定の温度で熱処理を施すことにより、その熱によってメタル層の金属がダミーゲート内へと移動して反応し、金属とダミーゲートとが置換される（ステップＳ６）。これにより、メタルゲート電極が形成される（ステップＳ７）。以降は、メタルゲート電極表面が露出するまでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化し、層間絶縁膜形成、コンタクトホール形成、配線形成などの通常の工程を経て半導体装置が形成される。
【００２１】
このように、ダミーゲートの形成後にその露出表面に拡散防止膜を形成するようにすることで、その後に層間絶縁膜を形成しても、ダミーゲートとその層間絶縁膜とが拡散防止膜によって隔離されるようになる。これにより、形成時のメタルゲート電極からの層間絶縁膜への金属の拡散が防止されるようになる。さらに、形成後に熱処理が施された場合でも、メタルゲート電極からの層間絶縁膜への金属の拡散が防止されるようになる。そのため、メタルゲート電極の電気的な耐性が確保され、低抵抗なゲート電極を有する高耐圧の半導体装置が得られる。
【００２２】
次に、半導体装置の形成方法を図２から図５を参照して具体的に説明する。図２はレジストパターニング工程、図３は層間絶縁膜形成工程、図４はメタル層形成工程、図５はメタルゲート電極形成工程、をそれぞれ示す図である。ただし、図２から図５は、半導体装置に形成されるメタルゲート電極を長手方向で切断したときの断面図にそれぞれ対応させて示している。
【００２３】
まず、図２に示すように、Ｓｉ基板１に、トレンチ法によって素子分離層２を形成した後、Ｓｉ基板１上のメタルゲート電極形成予定領域に、ＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３などを用いて膜厚約２ｎｍのゲート絶縁膜３を形成する。続いて、全面に膜厚約１００ｎｍのポリシリコン層４を形成し、更にこのポリシリコン層４上にＳｉＯ２またはＳｉＮからなる膜厚約１５０ｎｍのキャップ層５を形成する。このキャップ層５上に、形成するメタルゲート電極の目的寸法に応じた寸法でレジストパターン６を形成する。
【００２４】
次いで、そのレジストパターン６をマスクにしてキャップ層５およびポリシリコン層４をエッチングし、レジストパターン６を除去して、図３に示す拡散防止膜７形成前のダミーゲート４ａを形成する。このダミーゲート４ａの形成後は、必要に応じてエクステンション領域を形成する。そして、例えば温度８００℃〜１０００℃程度の酸素雰囲気で熱酸化を行い、次いで、ポリシリコン層４のエッチング後に表面に露出したダミーゲート４ａの側壁に拡散防止膜７を形成する。
【００２５】
このように拡散防止膜７をダミーゲート４ａの側壁酸化によって形成する場合は、その酸化温度が８００℃を大きく下回るような場合には、緻密な拡散防止膜７を形成することが難しくなり、その金属拡散防止効果が小さくなってしまう。また、酸化時間は、形成すべき拡散防止膜７の膜厚および酸化温度に応じて設定される。
【００２６】
なお、ダミーゲート４ａの側壁酸化の際には、通常は、素子分離層２表面や、キャップ層５がＳｉＯ２からなる場合にはそのキャップ層５表面にも、ダミーゲート４ａの側壁に形成される拡散防止膜７よりも薄い膜厚で酸化膜が形成される。しかし、Ｓｉ基板１表面や、キャップ層５がＳｉＮからなる場合にはそのキャップ層５表面においては、ポリシリコンやＳｉＯ２との酸化速度の違いから酸化膜はほとんど形成されない。
【００２７】
拡散防止膜７の形成後は、これをサイドウォールとし、Ｓｉ基板１に所定の導電型の不純物を導入してソース／ドレイン領域（図示せず）を形成する。その後、全面にＣＶＤ法によってＳｉＯ２を堆積し、あるいはｌｏｗＫ材料をスピンコーティングなどの方法で形成し、層間絶縁膜８を形成する。ｌｏｗＫ材料としては、ここではフッ素化酸化シリコン（ＳｉＯＦ），Ｆｌａｒｅ（ハネウェル社の登録商標），ＳｉＬＫ（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーの登録商標），水素化シルセスキオキサン（ＨＳＱ），有機スピンオンガラス（有機ＳＯＧ）をそれぞれ用いている。
【００２８】
次いで、図４に示すように、その層間絶縁膜８およびキャップ層５の一部をエッチングにより除去してダミーゲート４ａ表面に達する開口部９を形成する。その後、開口部９内および層間絶縁膜８上に、Ａｌからなるメタル層１０をＣＶＤ法またはスパッタ法により堆積して形成する。
【００２９】
その状態で例えば温度４５０℃〜５００℃程度の熱処理を施すことにより、ダミーゲート４ａがメタル層１０のＡｌによって置換され、図５に示すようにメタルゲート電極１１が形成される。その後は、メタルゲート電極１１表面が露出するまでＣＭＰにより平坦化し、層間絶縁膜形成、コンタクトホール形成、配線形成などの通常の工程を経て半導体装置が形成される。
【００３０】
このように、ダミーゲート４ａの側壁に拡散防止膜７を形成することにより、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極１１からのＡｌの拡散を防止することができる。特に、拡散防止膜７を熱酸化によって形成することで、高いＡｌ拡散防止効果が得られる。
【００３１】
なお、層間絶縁膜８とメタル層１０との境界領域に拡散したＡｌは、ＣＭＰによる平坦化の際に除去することが可能である。また、たとえ層間絶縁膜８内のＳｉ基板１表面に近い領域にまでＡｌが拡散した場合でも、層間絶縁膜８とメタルゲート電極１１とが拡散防止膜７で隔離されているため、電気的寄与は抑制される。
【００３２】
ここで、Ａｌの拡散挙動について、上記のようにダミーゲート４ａの側壁に拡散防止膜７を形成する場合と、形成しない場合とを比較する。
なお、ここで比較に用いる試料（以下「比較試料」という。）は、以下の図６から図９に示す手順で形成される。図６は比較試料のレジストパターニング工程、図７は比較試料の層間絶縁膜形成工程、図８は比較試料のメタル層形成工程、図９は比較試料のメタルゲート電極形成工程、をそれぞれ示す図である。ただし、図６から図９は、比較試料に形成されるメタルゲート電極を長手方向で切断したときの断面図にそれぞれ対応させて示している。
【００３３】
比較試料の形成は、まず、図６に示すように、Ｓｉ基板２１に素子分離層２２およびゲート絶縁膜２３を形成した後、全面にポリシリコン層２４、その上にキャップ層２５を形成し、所定の寸法でレジストパターン２６を形成する。次いで、レジストパターン２６をマスクにしてエッチングを行い、図７に示すダミーゲート２４ａを形成する。そして、必要に応じエクステンション領域を形成し、通常の方法でソース／ドレイン領域を形成した後（図示せず）、全面に層間絶縁膜２８を形成する。その後は、図８に示すように、ダミーゲート２４ａ表面に達する開口部２９を形成して開口部２９内および層間絶縁膜２８上にメタル層３０を形成し、所定温度の熱処理を施して、図９に示すように、メタルゲート電極３１を形成する。その後は、ＣＭＰによる平坦化、層間絶縁膜形成、コンタクトホール形成、配線形成などの通常の工程を経て、比較試料が形成される。
【００３４】
ただし、ここに示した各工程における層（膜）の材質、形成条件、熱処理条件は、上記の拡散防止膜７を有する半導体装置を形成する場合の対応する各工程における層（膜）の材質、形成条件、熱処理条件と同じである。
【００３５】
図２から図５に示した方法で形成した半導体装置と、図６から図９に示した方法で形成した比較試料とについて、それらのＡｌの拡散は、層間絶縁膜８，２８としてＳｉＯ２または各ｌｏｗＫ材料を用いた場合のそれぞれについて、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いたＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析により比較している。
【００３６】
例えば層間絶縁膜８にＳｉＯ２を用いてダミーゲート４ａの側壁に拡散防止膜７を形成した半導体装置の場合には、ＥＤＸ分析の結果より、半導体装置形成後の層間絶縁膜８に相当する領域にＡｌの存在は認められなかった。これにより、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極１１からの層間絶縁膜８へのＡｌの拡散は、拡散防止膜７によって防止されていることが確認された。
【００３７】
これに対し、層間絶縁膜２８にＳｉＯ２を用いてダミーゲート２４ａに拡散防止膜を形成しなかった比較試料の場合には、比較試料形成後の層間絶縁膜２８に相当する領域にＡｌの存在が認められた。特に、ソース／ドレイン領域上部に相当する層間絶縁膜２８の領域にもＡｌの存在が認められ、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極３１からの層間絶縁膜２８へのＡｌの拡散が確認された。
【００３８】
層間絶縁膜８，２８を、各ｌｏｗＫ材料を用いて形成した場合にもそれぞれ上記同様のＥＤＸ分析結果が得られ、層間絶縁膜８の材質に依らず、拡散防止膜７によるメタルゲート電極１１からのＡｌの拡散防止効果が確認された。
【００３９】
また、上記図２から図５に示したように、ダミーゲート４ａの上面にキャップ層５を形成しておき、ダミーゲート４ａの側壁を酸化して拡散防止膜７を形成する場合には、メタルゲート電極１１を微細化して形成することができるようになる。これは、ダミーゲート４ａの側壁が酸化されるときには、その内部にも酸化が進行して拡散防止膜７が形成され、Ａｌで置換されるダミーゲート４ａの寸法が、ポリシリコン層４のエッチング直後の寸法、すなわちレジストパターン寸法よりも小さくなるためである。
【００４０】
図１０はダミーゲートの設計寸法と側壁酸化前後のダミーゲートの実寸法との関係を示す図である。図１０では、横軸は設計寸法（μｍ）、縦軸は実寸法（μｍ）を表しており、また、点線はダミーゲートの設計寸法と側壁酸化前のダミーゲートの実寸法との関係を表し、実線はダミーゲートの設計寸法と側壁酸化後のダミーゲートの実寸法との関係を表している。この図１０には、ダミーゲートの側壁酸化を温度９００℃のドライ酸素雰囲気で７５分間の条件で行い、その側壁酸化前後でのダミーゲートの寸法を測長した結果をプロットしている。
【００４１】
図１０より、側壁酸化後のダミーゲートの実寸法は、拡散防止膜が形成されることにより、側壁酸化前のダミーゲートの実寸法よりも約４０ｎｍ小さくなっている。そして、このように微細化されたダミーゲートがＡｌと置換され、メタルゲート電極が形成されるようになる。このように、レジストパターン寸法でエッチングしたダミーゲートを、側壁酸化によってその寸法を更に微細化してからＡｌで置換することができるため、微細なメタルゲート電極を形成することができる。
【００４２】
なお、この図１０において示した側壁酸化の酸化条件は単なる例であって、その他の酸化条件を設定した場合であっても、同様に微細化したメタルゲート電極を形成することが可能である。そして、その酸化条件によって拡散防止膜の膜厚、すなわち形成するメタルゲート電極の寸法を変化させ、調整することができる。なお、酸化条件は、酸化温度については、上述のように温度８００℃〜１０００℃程度とすることが好ましく、また、酸化時間については、酸化温度、形成する拡散防止膜の膜厚、目的とするメタルゲート電極の寸法などに応じて設定する。
【００４３】
ただし、酸化条件によっては、拡散防止膜としてダミーゲートの側壁に厚い膜厚の酸化膜が形成されたり、Ｓｉ基板表面に酸化膜が形成されたりする。そして、その酸化膜が、ＳｉＯ２などの酸化物で形成されているゲート絶縁膜にまで達してしまうと、目的のデバイス特性が得られなくなる、あるいは半導体装置を正常に動作させることができなくなる、といった問題が生じる可能性がある。したがって、酸化条件を設定する際には、形成する半導体装置の構造や形成する拡散防止膜の膜厚などの条件を考慮するようにする。または、ゲート絶縁膜を、その材料にＳｉＮやＳｉＯＮなどの窒化物を用いるなど、酸化の影響を受けないあるいは受け難い材料にして、半導体装置を形成するようにしてもよい。
【００４４】
以上述べたように、ダミーゲートの形成後にその露出表面に拡散防止膜を形成することにより、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極からのＡｌの拡散を防止することができる。これにより、微細かつ低抵抗なメタルゲート電極を形成することができるとともに、層間絶縁膜へのＡｌの拡散による半導体装置の耐圧低下を抑えることができる。
【００４５】
なお、上記のようにポリシリコン層上にキャップ層を形成してエッチングした後にダミーゲートの側壁を酸化して拡散防止膜を形成するほか、キャップ層を形成せずにポリシリコン層をエッチングしてダミーゲートの露出表面を酸化することも可能である。この場合、ダミーゲートの側壁のほか、上面にも拡散防止膜が形成されるようになる。このようにして拡散防止膜を形成した場合には、メタルゲート電極からのＡｌの拡散防止に加え、さらに、メタルゲート電極の、Ｓｉ基板表面に対して水平方向の微細化とともに垂直方向の微細化も可能になる。
【００４６】
また、上記の説明では、ダミーゲートを酸化することによって拡散防止膜を形成するようにしたが、Ａｌの拡散防止を目的とする限りは、ダミーゲートの表面に緻密な酸化膜や窒化膜を形成することにより、拡散防止膜を形成することも可能である。
【００４７】
また、以上の説明では、Ａｌを用いてメタルゲート電極を形成した場合を例にして述べたが、本発明は、白金（Ｐｔ）などの他の金属を用いた場合も同様に適用することが可能である。また、ダミーゲートとしては、ポリシリコンのほか、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）も同様に用いることが可能である。
【００４８】
（付記１）  ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に拡散防止膜を形成する工程と、
前記ダミーゲートに接触するように金属からなるメタル層を形成する工程と、前記メタル層の前記金属と前記ダミーゲートとを置換してメタルゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記２）  前記ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に前記拡散防止膜を形成する工程においては、前記ダミーゲートの露出する表面を酸化することにより前記拡散防止膜を形成することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記３）  前記ダミーゲートの露出する表面を酸化することにより前記拡散防止膜を形成する際には、形成すべき前記メタルゲート電極の寸法に応じて、形成する前記拡散防止膜の膜厚を変化させることを特徴とする付記２記載の半導体装置の製造方法。
【００５１】
（付記４）  前記メタルゲート電極の寸法が前記ダミーゲートの寸法より小さくなるように前記拡散防止膜を形成することを特徴とする付記２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【００５２】
（付記５）  前記ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に前記拡散防止膜を形成する工程の後に、層間絶縁膜を形成する工程を有し、
前記層間絶縁膜上に、前記ダミーゲートに接触するように前記メタル層を形成し、前記メタル層の前記金属と前記ダミーゲートとを置換して前記メタルゲート電極を形成することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００５３】
（付記６）  前記ダミーゲートを形成して前記ダミーゲートの露出する表面に前記拡散防止膜を形成する工程の後に、前記拡散防止膜をマスクの一部にして半導体基板にソース領域およびドレイン領域を形成する工程を有することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００５４】
（付記７）  金属からなるメタルゲート電極を有する半導体装置において、
前記メタルゲート電極の表面の一部に、前記メタルゲート電極からの前記金属の拡散を防止するための拡散防止膜を有していることを特徴とする半導体装置。
【００５５】
（付記８）  前記拡散防止膜によって前記メタルゲート電極と層間絶縁膜とが隔離されていることを特徴とする付記７記載の半導体装置。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、ダミーゲートの形成後にその露出表面に拡散防止膜を形成し、そのダミーゲートに接触するようにメタル層を形成し、金属とそのダミーゲートとを置換してメタルゲート電極を形成するようにした。これにより、形成時あるいは形成後のメタルゲート電極からの層間絶縁膜への金属の拡散を防止することができるようになるので、低抵抗なメタルゲート電極を有する高耐圧の半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の一製造フローの概略を説明する図である。
【図２】レジストパターニング工程を示す図である。
【図３】層間絶縁膜形成工程を示す図である。
【図４】メタル層形成工程を示す図である。
【図５】メタルゲート電極形成工程を示す図である。
【図６】比較試料のレジストパターニング工程を示す図である。
【図７】比較試料の層間絶縁膜形成工程を示す図である。
【図８】比較試料のメタル層形成工程を示す図である。
【図９】比較試料のメタルゲート電極形成工程を示す図である。
【図１０】ダミーゲートの設計寸法と側壁酸化前後のダミーゲートの実寸法との関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２１  Ｓｉ基板
２，２２  素子分離層
３，２３  ゲート絶縁膜
４，２４  ポリシリコン層
４ａ，２４ａ  ダミーゲート
５，２５  キャップ層
６，２６  レジストパターン
７  拡散防止膜
８，２８  層間絶縁膜
９，２９  開口部
１０，３０  メタル層
１１，３１  メタルゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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