JPH02224223A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
MO3型電界効果トランジスタ(MOS型FET)の改
良、特に、ソース・ドレインを形成するためのイオン注
入時に、ゲート電極にイオンのチャネリングが発生しな
いようにする構造的改良に関し、
工程の増加をともなうことなく、ゲート電極にチャネリ
ングの発生がな(、安定した特性を有し、しかも、ゲー
ト電極の抵抗が低いMOS型FETを提供することを目
的とし、
一導電型の半導体層上のゲート電極形成領域上に形成さ
れたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に多結晶半導
体層とアモルファス半導体層との積層体よりなるゲート
電極とをもって構成される。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Improvement of MO3 type field effect transistor (MOS type FET), especially a structure that prevents ion channeling from occurring in the gate electrode during ion implantation to form the source and drain. With regard to the improvement, we aim to provide a MOS FET with stable characteristics and low resistance of the gate electrode without the need for an increase in the number of processes, without the occurrence of channeling in the gate electrode. The semiconductor device includes a gate insulating film formed on a gate electrode formation region on a semiconductor layer of a mold, and a gate electrode made of a stacked body of a polycrystalline semiconductor layer and an amorphous semiconductor layer on the gate insulating film.
本発明は、MO3型電界効果トランジスタ(MOS型F
ET)の改良、特に、ソース・ドレインを形成するため
のイオン注入時に、ゲート電極にイオンのチャネリング
が発生しないようにする構造的改良に関する。The present invention is an MO3 type field effect transistor (MOS type F).
The present invention relates to improvements in ET), particularly structural improvements to prevent ion channeling from occurring in the gate electrode during ion implantation to form sources and drains.
第7図参照
第7図は、従来技術に係るMOS型FETの構成図であ
る0図において、3は例えばn型のシリコン層であり、
5はLOGOSフィールド絶縁膜であり、6はゲート酸
化膜であり、9は多結晶シリコンよりなるゲート電極で
あり、17は二酸化シリコン絶縁膜であり、16はp型
不純物がイオン注入されて形成されたソース・ドレイン
であり、18はソース・ドレイン電極である。Refer to FIG. 7 In FIG. 7, which is a block diagram of a MOS type FET according to the prior art, 3 is an n-type silicon layer, for example.
5 is a LOGOS field insulating film, 6 is a gate oxide film, 9 is a gate electrode made of polycrystalline silicon, 17 is a silicon dioxide insulating film, and 16 is formed by ion-implanting p-type impurities. 18 is a source/drain electrode.
ソース・ドレイン16は、ゲート電極9を形成した後に
、これをマスクとしてセルファラインでp型の不純物を
イオン注入することによって形成される。この時、ゲー
ト電極9にイオンのチャネリングが発生するとMO3型
FETの特性が劣化する。近年、高速化のために、ゲー
ト長がますます短くなっているが、ゲート長が短くなる
ほど、チャネリングの影響は大きくなる。ゲート電極の
チャネリング防止対策としては、これまで、次の方法が
用いられている。すなわち、ゲート酸化膜6上に多結晶
シリコンよりなるゲート電極9を形成し、次いで、ゲー
ト電極9をなす多結晶シリコン層の表面を酸化して二酸
化シリコン膜17を形成するか、または、CVD法等を
使用して、ゲート電極9をなす多結晶シリコン層上に二
酸化シリコン1K17を形成した後に、ソース・ドレイ
ン形成のためのイオン注入をすることによって、イオン
がゲート電極を突き抜けるチャネリング現象の発生を防
止している。The source/drain 16 is formed by forming the gate electrode 9 and then ion-implanting p-type impurities through a self-alignment line using the gate electrode 9 as a mask. At this time, if ion channeling occurs in the gate electrode 9, the characteristics of the MO3 type FET will deteriorate. In recent years, gate lengths have become shorter and shorter in order to increase speed, but the shorter the gate length, the greater the influence of channeling. The following methods have been used to prevent gate electrode channeling. That is, a gate electrode 9 made of polycrystalline silicon is formed on the gate oxide film 6, and then the surface of the polycrystalline silicon layer forming the gate electrode 9 is oxidized to form a silicon dioxide film 17, or a CVD method is used. After forming silicon dioxide 1K17 on the polycrystalline silicon layer constituting the gate electrode 9 using a method such as the above, ions are implanted to form the source and drain, thereby preventing the occurrence of a channeling phenomenon in which ions penetrate through the gate electrode. It is prevented.
ところで、ゲート電極をなす多結晶シリコン層の表面に
二酸化シリコン膜を形成するために、工程が増加する。By the way, the number of steps is increased in order to form a silicon dioxide film on the surface of the polycrystalline silicon layer forming the gate electrode.
また、ゲート電極9の抵抗を低減するために不純物リン
をドープするが、不純物リンの濃度が高くなると、多結
晶シリコンのグレインが大きく成長するため、多結晶シ
リコンの表面を二酸化シリコン膜でブロックしてもチャ
ネリングが発生しやすくなるので、リン濃度をあまり高
くすることができず、したがって、ゲート電極9の抵抗
を十分低くすることができない、抵抗を低減するために
、多結晶シリコン層上にシリサイド等を積層する方法も
あるが、工程が増加し、好ましくない。In addition, impurity phosphorus is doped to reduce the resistance of the gate electrode 9, but as the concentration of impurity phosphorus increases, the grains of polycrystalline silicon grow larger, so the surface of polycrystalline silicon is blocked with a silicon dioxide film. However, the phosphorus concentration cannot be made too high because channeling is likely to occur, and therefore the resistance of the gate electrode 9 cannot be made sufficiently low. There is also a method of laminating layers, but this increases the number of steps and is not preferable.
本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、工程
の増加をともなうことなく、ゲート電極にチャネリング
の発生がなく、安定した特性を有し、しかも、ゲート電
極の抵抗が低いMO3型FETを提供することにある。The purpose of the present invention is to eliminate this drawback, and to provide an MO3 type FET that does not involve an increase in the number of steps, has no channeling in the gate electrode, has stable characteristics, and has a low resistance of the gate electrode. Our goal is to provide the following.
上記の目的は、−導電型の半導体層(3)上のゲート電
極形成領域上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、この
ゲート絶縁膜(6)上に多結晶半導体層(,7)とアモ
ルファス半導体層(8)との積層体よりなるゲート電極
(9)とを有する半導体装置によって達成される。The above purpose is to form a gate insulating film (6) formed on a gate electrode formation region on a - conductivity type semiconductor layer (3), and a polycrystalline semiconductor layer (, 7) formed on this gate insulating film (6). This is achieved by a semiconductor device having a gate electrode (9) made of a laminate of an amorphous semiconductor layer (8) and an amorphous semiconductor layer (8).
本発明に係るMO3型FETにおいては、ゲート電極9
をなす多結晶シリコン屓7上に、チャネリングの原因と
なるグレインが存在しないアモルファスシリコン層8が
形成されているので、このアモルファスシリコン層8に
よってソース・ドレイン形成のためのイオン注入時のゲ
ート電極のチャネリングはブロックされる。また、アモ
ルファスシリコンに不純物をドーピングした後に熱処理
をなすと、抵抗値が多結晶シリコンより20%程度低く
なるので、ゲート電極の抵抗は低くなる。なお、ゲート
電極9をアモルファスシリコンのみで形成しないのは、
アモルファスシリコンの成長速度が多結晶シリコンの1
/4以下であるためであって、多結晶シリコンとアモル
ファスシリコンとの積層体を形成することによって、こ
の欠点を補っている。In the MO3 type FET according to the present invention, the gate electrode 9
On the polycrystalline silicon layer 7, an amorphous silicon layer 8 is formed, which does not contain grains that cause channeling. Channeling is blocked. Furthermore, if amorphous silicon is doped with impurities and then heat treated, the resistance value will be about 20% lower than that of polycrystalline silicon, so the resistance of the gate electrode will be lowered. Note that the gate electrode 9 is not formed only of amorphous silicon because
The growth rate of amorphous silicon is 1 that of polycrystalline silicon.
/4 or less, and this drawback is compensated for by forming a laminate of polycrystalline silicon and amorphous silicon.
以下、図面を参照しつ一1本発明の一実施例に係る相補
型MOSFETの製造方法について説明して、本発明の
構成をさらに明らかにする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a complementary MOSFET according to an embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings to further clarify the structure of the present invention.
第2図参照
例えば、p型シリコン基板1のpチャンネルFET形成
領域にアンチモン等のn型不純物をイオン注入して10
反転防止層2を形成し、全面に1.5Jl厚程度にn型
2937層3をエピタキシャル成長した後、nチャンネ
ルFET形成領域にボロン等のp型不純物をイオン注入
してp型ウエル4を形成する0次いで、素子形成領域を
囲んでLacosフィールド絶縁1II5を形成し、全
面を酸化してゲート酸化膜6を200人厚程度に形成し
、次にCVD法を使用し、成長温度的600“Cにおい
て多結晶シリコン層7を1,500人厚程度に形成し、
続いて成長温度を約570°Cに下げてアモルファスシ
リコン層8をi、soo人厚人皮程度成する。Refer to FIG. 2. For example, an n-type impurity such as antimony is ion-implanted into the p-channel FET formation region of the p-type silicon substrate 1.
After forming an anti-inversion layer 2 and epitaxially growing an n-type 2937 layer 3 to a thickness of about 1.5 Jl on the entire surface, a p-type well 4 is formed by ion-implanting p-type impurities such as boron into the n-channel FET formation region. Next, a Lacos field insulator 1II5 is formed surrounding the element formation region, and the entire surface is oxidized to form a gate oxide film 6 with a thickness of about 200 nm. A polycrystalline silicon layer 7 is formed to a thickness of about 1,500 layers,
Subsequently, the growth temperature is lowered to about 570° C. to form the amorphous silicon layer 8 as thick as human skin.
第3図参照
リン等のn型不純物を打ち込みエネルギー約70KeV
、 ドーズ量的7 X 10 ”CI−”をもってイ
オン注入してゲートドーピングをなした後、多結晶シリ
コン層7とアモルファスシリコン層8とをパターニング
してゲート電極9を形成する。See Figure 3. Implanting n-type impurities such as phosphorus with an energy of approximately 70 KeV
After performing gate doping by ion implantation with a dose of 7×10 “CI-”, the polycrystalline silicon layer 7 and the amorphous silicon layer 8 are patterned to form a gate electrode 9.
第4図参照
nチャンネルFETのソース・ドレインの低不純物濃度
領域を形成するため、pチャンネルFET形成領域にレ
ジスト層10を形成し、リン等のn型不純物を打ち込み
エネルギー約50KeV。Refer to FIG. 4. To form low impurity concentration regions for the source and drain of the n-channel FET, a resist layer 10 is formed in the p-channel FET formation region, and n-type impurities such as phosphorus are implanted at an energy of about 50 KeV.
ドーズ量的I X 10 l3CI−”をもってイオン
注入してn−層11を形成する。The n- layer 11 is formed by ion implantation with a dose of I x 10 l3CI-''.
第5図参照
レジスト層10を除去し、CVD法等を使用して全面に
二酸化シリコン層を2.500人厚程度に形成し、反応
性イオンエツチングをなしてゲート電極の側壁のみに二
酸化シリコン層12を残留し、pチャンネルFET形成
領域に再びレジスト層13を形成し、ヒ素等のn型不純
物を打ち込みエネルギー約120KeV、 ドーズ量
的4 X 10 ”CM−”をもってイオン注入し、n
チャンネルFETのソース・ドレイン14を形成する。Refer to FIG. 5.Resist layer 10 is removed, and a silicon dioxide layer is formed on the entire surface to a thickness of about 2,500 nm using CVD method, etc., and reactive ion etching is performed to form a silicon dioxide layer only on the side walls of the gate electrode. 12 remains, a resist layer 13 is again formed in the p-channel FET formation region, and n-type impurities such as arsenic are ion-implanted with an energy of about 120 KeV and a dose of 4 x 10 "CM-".
The source and drain 14 of the channel FET are formed.
第6図参照
レジスト層13を除去し、nチャンネルFET形成領域
にレジスト層15を形成した後、2フツ化ボロン等のp
型不純物を打ち込みエネルギー約60KeV、 ドー
ズ量的2 x 10 ”ell−”をもってイオン注入
し、pチャンネルFETのソース・ドレイン16を形成
する。Refer to FIG. 6. After removing the resist layer 13 and forming a resist layer 15 in the n-channel FET formation region,
Type impurities are ion-implanted with an energy of about 60 KeV and a dose of 2 x 10 "ell-" to form the source/drain 16 of the p-channel FET.
第1図参照
レジスト層15を除去し、CVD法等を使用して全面に
二酸化シリコン等の絶縁膜17を1,000人厚程度に
形成してソース・ドレイン電極形成領域に開口を形成し
、次いで、アルミニウム膜を形成した後、これをパター
ニングしてソース・ドレイン電極18を形成する。Refer to FIG. 1, the resist layer 15 is removed, and an insulating film 17 made of silicon dioxide or the like is formed on the entire surface to a thickness of about 1,000 wafers using a CVD method or the like, and openings are formed in the source/drain electrode forming regions. Next, after forming an aluminum film, this is patterned to form source/drain electrodes 18.
以上説明せるとおり、本発明に係るMO3型FETにお
いては、ゲート電極が多結晶シリコン層とアモルファス
シリコン層との積層体をもって構成されているので、ゲ
ート電極をマスクとしてセルファラインでソース・ドレ
イン形成領域にイオン注入する時に、チャネリングの原
因となるグレインが存在しないアモルファスシリコン層
によってゲート電極にイオンのチャネリングが発生する
ことが防止される。ゲート電極のチャネリングがなくな
れば、従来300〜400人程度あったゲート酸化膜の
厚さを半分程度に薄くすることができるので、MO3型
FETのしきい値電圧を低くすることが可能になる。ま
た、アモルファスシリコンの抵抗は多結晶シリコンより
低いので、ゲート電極の抵抗を低くすることができる。As explained above, in the MO3 type FET according to the present invention, since the gate electrode is constituted by a laminate of a polycrystalline silicon layer and an amorphous silicon layer, the source/drain forming region is formed using a self-alignment line using the gate electrode as a mask. When ions are implanted into the gate electrode, ion channeling is prevented from occurring in the gate electrode due to the amorphous silicon layer having no grains that cause channeling. If channeling of the gate electrode is eliminated, the thickness of the gate oxide film, which was conventionally about 300 to 400, can be reduced to about half, making it possible to lower the threshold voltage of the MO3 type FET. Furthermore, since the resistance of amorphous silicon is lower than that of polycrystalline silicon, the resistance of the gate electrode can be lowered.
ゲート電極の抵抗を従来のま−とすれば、ゲート電極の
厚さを薄くすることができるので、平坦化が可能になり
、配線の信鯨性が向上する。なお、ゲート電極をなす多
結晶シリコンとアモルファスシリコンとは、CVD法に
よる同一工程で、た−′成長温度を変えるだけで形成す
ることができるので、製造は容易であり、製造工程は特
に増加しない。If the resistance of the gate electrode is the same as the conventional one, the thickness of the gate electrode can be made thinner, making it possible to flatten the gate electrode and improve the reliability of the wiring. Note that polycrystalline silicon and amorphous silicon that form the gate electrode can be formed in the same step using the CVD method by simply changing the growth temperature, so manufacturing is easy and there is no particular increase in the manufacturing process. .
第1図は、本発明の一実施例に係るC−MOSFETの
構成図である。
第2図〜第6図は、本発明の一実施例に係るC−MOS
FETの製造工程図である。
第7図は、従来技術に係るMOSFETの構成図である
。
1・・・反対導電型半導体基板、
2・・・−導電型反転防止層、
3 ・ ・
4 ・ ・
5 ・ ・
6 ・ ・
7 ・ ・
8 ・ ・
9 ・ ・
lO・ ・
11・ ・
12・ ・
13・ ・
14・ ・
15・ ・
16・ ・
17・ ・
18・ ・
・−導電型半導体層、
・反対導電型ウェル、
・LOCOS絶縁膜、
・ゲート絶縁膜、
・多結晶シリコン層、
・アモルファスシリコン層、
・ゲート電極、
・レジスト層、
・低不純物濃度領域、
・二酸化シリコン層、
・レジスト層、
・n型ソース・ドレイン、
・レジスト層、
・p型ソース・ドレイン、
・絶縁膜、
・ソース・ドレイン電極。FIG. 1 is a block diagram of a C-MOSFET according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 to FIG. 6 show a C-MOS according to an embodiment of the present invention.
It is a manufacturing process diagram of FET. FIG. 7 is a configuration diagram of a MOSFET according to the prior art. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Opposite conductivity type semiconductor substrate, 2...-conductivity type reversal prevention layer, 3 ・ ・ 4 ・ ・ 5 ・ ・ 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ lO ・ ・ 11 ・ ・ 12・ 13・ ・ 14・ ・ 15・ ・ 16・ ・ 17・ ・ 18・ ・ ・-conductivity type semiconductor layer, ・Opposite conductivity type well, ・LOCOS insulating film, ・Gate insulating film, ・Polycrystalline silicon layer, ・Amorphous Silicon layer, ・Gate electrode, ・Resist layer, ・Low impurity concentration region, ・Silicon dioxide layer, ・Resist layer, ・N-type source/drain, ・Resist layer, ・P-type source/drain, ・Insulating film, ・Source・Drain electrode.
Claims (1)
形成されたゲート絶縁膜(6)と、該ゲート絶縁膜(6
)上に多結晶半導体層(7)とアモルファス半導体層(
8)との積層体よりなるゲート電極(9)とを有する ことを特徴とする半導体装置。[Claims] A gate insulating film (6) formed on a gate electrode formation region on a semiconductor layer (3) of one conductivity type;
) on which a polycrystalline semiconductor layer (7) and an amorphous semiconductor layer (
A semiconductor device characterized by having a gate electrode (9) made of a laminate of a semiconductor device and a gate electrode (9).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1043038A JPH02224223A (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1043038A JPH02224223A (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02224223A true JPH02224223A (en) | 1990-09-06 |
Family
ID=12652742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1043038A Pending JPH02224223A (en) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02224223A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5407839A (en) * | 1991-11-01 | 1995-04-18 | Seiko Epson Corporation | MOS manufacturing process having reduced gate insulator defects |
US5652156A (en) * | 1995-04-10 | 1997-07-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Layered polysilicon deposition method |
US5767004A (en) * | 1996-04-22 | 1998-06-16 | Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. | Method for forming a low impurity diffusion polysilicon layer |
US6344380B1 (en) | 1998-07-22 | 2002-02-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Manufacturing of gate electrodes having silicon of different grain sizes and different surface roughness |
US6537415B2 (en) | 1989-02-27 | 2003-03-25 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for processing samples |
-
1989
- 1989-02-27 JP JP1043038A patent/JPH02224223A/en active Pending
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