JP2000031475A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000031475A JP10195762A JP19576298A JP2000031475A JP 2000031475 A JP2000031475 A JP 2000031475A JP 10195762 A JP10195762 A JP 10195762A JP 19576298 A JP19576298 A JP 19576298A JP 2000031475 A JP2000031475 A JP 2000031475A
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amorphous silicon
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Akihiko Harada
昭彦 原田
Motoshige Igarashi
元繁 五十嵐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート電極をマスクとして不純物層を形成す
るための傾斜イオン注入においても、傾斜イオンによる
チャネル領域への粒界すり抜けを防止でき、安定した特
性を有するトランジスタを得る。 【解決手段】 ゲート電極16が半導体基板1表面上に
ゲート絶縁膜2を介して下層膜15aと上層膜15bの
2層膜構造とからなり、下層膜15aの膜厚を該下層膜
15aの側壁に注入されたイオンの該膜中での膜厚方向
の飛程よりも大きくしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOS型トランジ
スタ等のゲート電極の構造およびその製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりMOS型トランジスタにおける
ゲート電極には、一般に多結晶シリコンが用いられてき
た。しかし、このようなゲート電極をマスクに不純物拡
散層を形成するためのイオン注入を行うと、注入イオン
がゲート電極、すなわち多結晶シリコン中の粒界をすり
抜けてトランジスタのチャネル領域にまで達してしまい
所望のトランジスタ特性が得られないという問題点があ
った。そこで、これを解決するためにさまざまな方法が
提案されている。
【0003】図9は、例えば、特開平2-298074号公報に
示されているMOS型トランジスタを示す構造断面図で
ある。図において、1は半導体基板、2はゲート酸化
膜、3は第1の多結晶シリコン、4は第2の多結晶シリ
コン、5はゲート電極、6はソース領域、7はドレイン
領域、8はチャネル領域である。図9に示すように、こ
のMOS型トランジスタは、ゲート電極5が結晶粒径の
異なる第1の多結晶シリコン膜3と第2の多結晶シリコ
ン膜4からなる多層膜構造になっている。したがって、
このゲート電極をマスクにソース/ドレイン領域6、7
を形成するためのイオン注入を行っても、注入イオンか
ら見たゲート電極の粒界密度が多層膜構造にすることに
よって見かけ上増加するため、ゲート電極中でのイオン
の粒界すり抜けが抑制され、チャネル領域8にまでこの
イオンが達することが防止される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のゲ
ート電極構造にあっては、多層膜構造における各層の膜
厚、特に、下層膜である第1の多結晶シリコン膜3の膜
厚やその結晶粒径などが正確に制御されていなかったの
で、例えば、このゲート電極をマスクとして、ゲートオ
ーバーラップLDD構造における浅い不純物拡散層を形
成する際に必要となる深い角度の傾斜イオン注入をする
場合において、図10に示すように、第1の多結晶シリ
コン膜3の側壁に直接注入されるイオン9aなどが存在
し、このイオンが多結晶シリコン膜3中を粒界すり抜け
しチャネル領域にまで達する可能性がある。チャネル領
域に達したイオンはチャネル領域に不純物10を形成
し、この不純物10は、ゲート電極の電位をオフ状態に
した際に、ソース領域からドレイン領域に流れる電流の
電流パスとなり、オフリーク電流の原因となる。このオ
フリーク電流は、メモリセルに蓄えられた情報を消去し
たり、消費電力を増大させるなど、トランジスタの特性
を著しく劣化させる。
【0005】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、第1の目的は、深い角度の傾斜
イオン注入においても、傾斜イオンによるチャネル領域
への粒界すり抜けを防止する多層膜構造のゲート電極を
有する半導体装置を得るものである。また、第2の目的
は、傾斜イオン注入によるチャネル領域への粒界すり抜
けを防止するとともに、ゲート電極の抵抗値を低減した
多層膜構造のゲート電極を有する半導体装置を得るもの
である。
【0006】また、第3の目的は、深い角度の傾斜イオ
ン注入においても、傾斜イオンによるチャネル領域への
粒界すり抜けを防止する多層膜構造を有する半導体装置
を製造する方法を得るものである。また、さらに、第4
の目的は、傾斜イオン注入によるチャネル領域への粒界
すり抜けを防止しつつ、ゲート電極の抵抗値を低減した
多層構造のゲート電極を有する半導体装置を製造する方
法を得るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】半導体基板と半導体基板
表面上にゲート絶縁膜を介して形成された多層膜からな
るゲート電極とゲート電極をマスクに傾斜イオン注入法
によって前記半導体基板表面に形成された一対の不純物
拡散層とを備え、多層膜の最下層膜の膜厚を傾斜イオン
注入時にその側壁に注入されるイオンの最下層膜中での
膜厚方向の飛程よりも大きくしたものである。
【0008】また、さらに、ゲート電極を非晶質シリコ
ンからなる下層膜と多結晶シリコン膜からなる上層膜と
の2層膜構造としたものである。
【0009】さらに、上層膜が第1の上層膜とこの上層
膜の側壁を挟むようにして配設された第2の上層膜とか
らなるようにしたものである。
【0010】また、半導体基板表面上にゲート絶縁膜を
介して多層膜からなるゲート電極を形成する工程とゲー
ト電極をマスクに傾斜イオン注入法によって半導体基板
に一対の不純物拡散層を形成する工程とを備え、多層膜
の最下層膜は、その膜厚が傾斜イオン注入時に最下層膜
の側壁に注入されるイオンの最下層膜中での膜厚方向の
飛程よりも大きくなるようにしたものである。
【0011】また、さらに、半導体基板上に非晶質シリ
コン膜からなる下層膜を形成する工程と下層膜上に多結
晶シリコン膜からなる上層膜を形成する工程とを含むよ
うにしたものである。
【0012】さらに、非晶質シリコン膜からなる下層膜
が、多結晶シリコン膜に酸素又はシリコンをイオン注入
することによって形成されたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は実施の形態
1である2層膜構造のゲート電極からなるゲートオーバ
ーラップLDD構造のMOS型トランジスタを示す浅い
ソース/ドレイン領域形成直後の構造断面図である。図
において、1は半導体基板、2はゲート酸化膜、6は浅
いソース領域、7は浅いドレイン領域、8はチャネル領
域、15aは非晶質シリコン膜、15bは多結晶シリコ
ン膜、17aは非晶質シリコン膜15aの結晶粒、18
は多結晶シリコン膜15bの結晶粒である。
【0014】このMOS型トランジスタのゲート電極
は、ゲート酸化膜2を介して、下層膜として非晶質シリ
コン膜15aと上層膜として多結晶シリコン膜15bか
らなる2層膜構造を有しており、さらに、図中Tで示さ
れる非晶質シリコン膜15aの膜厚が、このゲート電極
をマスクにソース/ドレイン領域6、7を形成するため
の傾斜イオン注入を行った際に非晶質シリコン膜15a
の側壁に注入されるイオンの該膜中での飛程よりも大き
くなっている。図1を参照して、このような本実施の形
態のゲート電極構造によれば、非晶質シリコン膜15a
の図中Tで示される膜厚が、浅いソース/ドレイン領域
6、7をこのゲート電極をマスクとして深い角度の傾斜
イオン注入によって形成する際に、この非晶質シリコン
膜15aの側壁に注入された傾斜イオンの非晶質シリコ
ン膜15a中での膜厚方向における飛程よりも大きくな
るようにしているので、この傾斜イオンによるチャネル
領域8への粒界すり抜けが防止できる。ここで、飛程と
は、イオンが膜中を進行する平均距離をいい、連続的に
注入されたイオンによる注入イオン分布は、飛程を中心
としたほぼガウス分布をなす。なお、多結晶シリコン膜
15bの結晶粒径は、非晶質シリコン膜15aの結晶粒
径と比較して、ゲート電極の抵抗を低くするため、でき
るだけ大きなものにしておくことが好ましい。
【0015】以下、これをさらに詳細に説明する。図2
は、図1においてゲート電極16をマスクに深い角度の
傾斜イオン注入によって浅いソース/ドレイン領域を形
成する際の下層膜である非晶質シリコン膜15aの側壁
に注入される傾斜イオンの膜中での飛程を概念的に示し
た該部分の拡大構造断面図である。図2において、9a
〜9cは非晶質シリコン膜15aの側壁の各位置に連続
的に入射する傾斜イオンである。
【0016】図2を参照して、半導体基板1の表面に対
してある一定の深い角度θおよび浅いソース/ドレイン
領域6、7の深さRPSiを決定する一定のエネルギーを
もって注入された傾斜イオンのうち、非晶質シリコン膜
15aの側壁に注入された各イオン9a〜9cは、それ
ぞれ点線矢印の方向に膜中の結晶粒界をすり抜け、その
通過する膜質(結晶粒径)に応じたある飛程だけ進んで
停止する。これらのイオンのうち、その停止位置が半導
体基板1内に達したイオン9cなどは、ゲート電極16
とオーバーラップした部分の不純物拡散層を形成するこ
とになる。したがって、イオンの停止位置が半導体基板
1のちょうど表面に達するイオン9bは、そのオーバー
ラップの長さΔLを決定する。
【0017】すなわち、非晶質シリコン膜15aの膜厚
Tをイオン9bの非晶質シリコン膜15a中での飛程R
Pbの膜厚方向の成分に相当する図中の膜厚tよりも少な
くとも大きな膜厚にしておけば、チャネル領域8への粒
界すり抜けによる不要な不純物が形成されることがな
い。なぜならば、膜厚tよりも高い位置に入射したイオ
ン9aなどは、非晶質シリコン膜15a中を飛程RPb
か進行せず、非晶質シリコン膜15a中で停止してしま
うのでチャネル領域8に達することはなく、また、膜厚
tよりも低い位置に入射したイオン9cなどは、先述し
たようにオーバーラップ部の不純物拡散層を形成するだ
けだからである。
【0018】なお、オーバーラップの長さΔLは、イオ
ンの注入角度θおよび非晶質シリコン膜15aの結晶粒
径を調節することによって所望のサイズに応じた所望の
トランジスタ特性を得るのに必要な値に任意に設定する
ことが可能である。例えば、オーバーラップ量ΔLを小
さくするためには、非晶質シリコン膜15aの結晶粒1
7aの粒径をより小さくすることによって、非晶質シリ
コン膜15aの側壁に注入され、オーバーラップ長さΔ
Lを決定するイオン9bの飛程RPbが小さくなり、した
がって、長さΔLも小さくなる。このとき、非晶質シリ
コン膜15aの必要最小膜厚tは、それに応じて小さく
なる。また、注入角度θをより小さくすることによって
も、同様に、長さΔLを小さくできるが、このときに
は、非晶質シリコン膜15aの必要最小膜厚tは大きく
なる。
【0019】次に、上記ゲート電極にさらにサイドスペ
ーサーを形成し、これらをマスクにゲートオーバーラッ
プLDD構造の深いソース/ドレイン領域を形成する場
合について説明する。図3は、上記ゲート電極の両側壁
にサイドスペーサーを形成した直後のゲートオーバーラ
ップLDD構造を有するMOS型トランジスタの構造断
面図である。また、図4は、ゲート電極およびこのサイ
ドスペーサーをマスクとして深いソース/ドレイン領域
をイオン注入によって形成したゲートオーバーラップL
DD構造のMOS型トランジスタを示す構造断面図であ
る。
【0020】両図において、10はサイドスペーサー、
19はイオン注入における垂直イオンである。他の符号
で図1ないし図2の符号と同じ符号は同一または相当部
分を表している。まず、図3を参照して、図1に示した
2層膜構造のゲート電極16の両側壁に例えば、酸化シ
リコンからなるサイドスペーサー10を形成すると、サ
イドスペーサー形成時の高温の熱処理によって、非晶質
シリコン膜15aが再結晶化し、その結晶粒が肥大化し
て結晶粒17bとなる。一方、多結晶シリコン膜15b
の結晶粒18はその影響を受けず、粒径は変化しない。
本願発明者らは、このような多結晶シリコン膜と非晶質
シリコン膜との多層膜構造において非晶質シリコン膜だ
けが熱処理によって粒径が肥大化する現象がこの組み合
わせに特有の現象であることを見いだしたものである。
この性質を利用すれば、後述するように、ゲート電極の
抵抗値が低下するという効果を奏することができる。
【0021】次に、図4を参照して、このゲート電極1
6とサイドスペーサー10をマスクに深いソース/ドレ
イン領域12、13をイオン注入によって形成する。こ
のとき、非晶質シリコン膜15aの結晶粒径が肥大化
し、注入イオン19に対する粒界すり抜け防止作用が極
端に低下するが、多結晶シリコン膜15bの結晶粒18
が変化しない性質を利用して、この結晶粒18の粒径を
あらかじめ、注入イオン19が非晶質シリコン膜および
多結晶シリコン膜の粒界をすり抜け、チャネル領域にま
で達しない程度の大きさにしておくことが好ましい。ま
た、このとき、非晶質シリコン膜15aの粒径が肥大化
することによって、ゲート電極の抵抗値が低下し、トラ
ンジスタの応答性が同時に改善される。
【0022】次に、上記ゲートオーバーラップLDD構
造のMOS型トランジスタの製造方法を詳細に説明す
る。図5(a)〜(e)は、本実施の形態におけるゲー
トオーバーラップLDD構造のMOS型トランジスタの
製造工程を示す工程断面図である。まず、図5(a)を
参照して、半導体基板1上に膜厚5nm〜6nmのゲー
ト絶縁膜2および500℃前後のCVD法により下層膜
15aとして膜厚40nm〜50nmの非晶質シリコン
膜ないし550℃〜600℃のCVD法により上層膜1
5bとして膜厚200nm〜300nmの多結晶シリコ
ン膜を順次形成する。また、非晶質シリコン膜および多
結晶シリコン膜の結晶粒径は、4×1020cm-2〜6×
1020cm-2のドーズ量でリン又はボロンの不純物を導
入することによって調節される。
【0023】このとき、下層膜15aの膜厚は、後述す
る傾斜イオン注入時の傾斜イオンの下層膜中での膜厚方
向の飛程よりも大きくなるように設定されている。ま
た、その結晶粒径は、所望のオーバーラップ長さΔLを
得られるように調整されている。さらに、上層膜15b
の結晶粒径は、ゲート電極の抵抗値を低く抑えるため
に、なるべく大きなものに調節されるが、後述する深い
ソース/ドレイン領域形成時のイオンのチャネル領域へ
のすり抜けが防止できる程度には、小さくなるように調
節されている。
【0024】次に、図5(b)を参照して、所望のレジ
ストパターン20を形成し、これをマスクに酸化シリコ
ンからなるゲート絶縁膜2、下層膜として非晶質シリコ
ン膜15aおよび上層膜として多結晶シリコン膜15b
をエッチングし、2層膜構造からなる、例えば、図中L
で示されるゲート長が0.25μmのゲート電極15を
形成する。次に、図5(c)を参照して、ゲート電極1
6をマスクに、半導体基板の表面に対し45°の角度
で、15〜25kevのエネルギーをもつドーズ量0.
8×1013cm-2〜1.5×1013cm-2のボロンをイ
オン注入し、所望の深さRPS iおよびオーバーラップの
長さΔLを有する浅いソース領域6およびドレイン領域
7を形成する。上記のような非晶質シリコン膜15aの
膜厚および結晶粒径の条件下でイオン注入を行った場
合、そのオーバーラップの長さΔLは、およそ0.03
μmとなる。
【0025】次に、図5(d)を参照して、酸化シリコ
ン膜10を80nm〜100nmの膜厚でゲート電極1
6を覆うようにして半導体基板1全面に形成し、その後
これをエッチバックすることによって、ゲート電極16
の両側壁にのみ酸化シリコン膜を残し、サイドスペーサ
ー10を形成する。次に、図5(e)を参照して、ゲー
ト電極16およびサイドスペーサー10をマスクに、半
導体基板表面に対し7°の角度で、エネルギー30〜4
0kevをもつドーズ量1×1013cm-2〜4×1013
cm-2のリンをイオン注入して深いソース領域12およ
び深いドレイン領域13を形成し、ゲートオーバーラッ
プLDD構造を有するMOS型トランジスタが完成され
る。
【0026】なお、上記実施の形態では、上層膜に多結
晶シリコン膜15bを用いていたが、高融点金属膜やシ
リサイド膜を用いてもよい。この場合、ゲート電極の抵
抗値がさらに減少するという効果を奏することができ
る。また、上記実施の形態では、2層膜構造のゲート電
極の場合を示したが、これに限らず、3層以上の多層膜
構造であってもよく、同様の効果を奏することができ
る。
【0027】実施の形態2.図6は、実施の形態2であ
る2層膜構造のゲート電極からなるゲートオーバーラッ
プLDD構造を有したMOS型トランジスタの浅いソー
ス/ドレイン領域を形成する場合における、このゲート
電極をマスクに深い角度の傾斜イオン注入によって同領
域を形成する際のゲート電極側壁に注入される傾斜イオ
ンの膜中での飛程を概念的に示した該部分の拡大構造断
面図である。図6において、9a〜9cは非晶質シリコ
ン膜15aの側壁の各位置に入射する傾斜イオン、15
cはタングステンなどの高融点金属膜、21は非晶質シ
リコン膜15aの結晶粒径と同程度か、あるいはそれよ
りも小さな結晶粒を有する酸化シリコン膜である。他の
符号で図2の符号と同一の符号は同一又は相当部分であ
る。
【0028】図6を参照して、本実施の形態のゲート電
極構造は、実施の形態1の図1示すゲート電極の上層膜
としての多結晶シリコン膜15bが、高融点金属膜から
なる第1の上層膜としてのタングステン膜15cとその
両側壁を囲むように配設され、非晶質シリコン膜15a
と同程度か、あるいはそれよりも小さな結晶粒を有する
第2の上層膜としての酸化シリコン膜21とから構成さ
れている。このようなゲート電極構造によれば、非晶質
シリコン膜15aの膜厚Tが、たとえ、実施の形態1で
説明したように傾斜イオンによる非晶質シリコン膜15
aの側壁からのチャネル領域8への粒界すり抜けを防止
できる必要最小膜厚tよりも小さくなった場合において
も、酸化シリコン膜21が膜厚Tよりも高い位置に注入
されるイオン9aや9bのすり抜けを抑制するので、チ
ャネル領域8への粒界すり抜けが防止される。なお、酸
化シリコン膜21の図中Wで示される幅およびその結晶
粒径は、非晶質シリコン膜15aを形成する際のプロセ
ス上の膜厚変動等を考慮して決定すればよい。
【0029】なお、第1の上層膜としては、シリコン酸
化膜に限られず、窒化膜など、下層膜と同程度か、それ
以下の大きさの結晶粒をもつものであればなんでもよ
い。また、上層膜としては高融点金属膜以外に、例え
ば、多結晶シリコンやシリサイド膜などでもよい。ただ
し、その結晶粒径は、抵抗を低く抑えるため、なるべく
大きくすることが好ましが、さらにこのゲート電極をマ
スクに深いソース/ドレイン領域を形成する際の注入イ
オンがチャネル領域に達しない程度には小さくしておく
ことがなお好ましい。
【0030】次に、図6に示すMOS型トランジスタの
製造方法を図7を用いて説明する。図において、図6の
符号と同じ符号は同一又は相当部分を示す。まず、図7
(a)を参照して、半導体基板上にゲート酸化膜として
膜厚5nm〜6nmの酸化シリコン膜2、下層膜15a
として、550℃〜600℃のCVD法により膜厚40
〜50nmの非晶質シリコンおよび第2の上層膜として
膜厚200〜300nmの酸化シリコン膜を順次形成
し、さらにその上にレジストパターン22を形成する。
次に、図7(b)を参照して、レジストパターン22を
マスクとして酸化シリコン膜21のみを異方性ドライエ
ッチングし、その後、レジストパターンを除去する。次
に、図7(c)を参照して、半導体基板全面に、例え
ば、CVD法により形成された膜厚400〜500nm
の第1の上層膜としてタングステン膜15cを酸化シリ
コン膜21を覆うようにして形成する。
【0031】次に、図7(d)を参照して、タングステ
ン膜15cを異方性ドライエッチング又は表面研磨法
(CMP法)により、酸化シリコン膜21の表面が露出
し、その表面を含むタングステン膜15cの表面が概ね
平坦となるように、タングステン膜15cおよび酸化シ
リコン膜21をエッチバックする。次に、図7(e)を
参照して、タングステン膜15cおよび酸化シリコン膜
21上にレジストパターン22を形成する。次に、図7
(f)を参照して、レジストパターン22をマスクとし
て、タングステン膜15cおよび酸化シリコン膜21な
いし非晶質シリコン膜15aを異方性ドライエッチング
し、その後、レジストパターン22を除去して、多層膜
構造からなるゲート電極16が完成される。
【0032】本実施の形態によれば、ゲート電極をマス
クに傾斜イオン注入を行う際にも、非晶質シリコン膜の
膜厚が小さくなっても、この傾斜イオンによるチャネル
領域への粒界すり抜けを防止することができ、安定した
トランジスタ特性が得られる。
【0033】実施の形態3.実施の形態1では、2層膜
構造のゲート電極を製造するのに、図5(a)に示すよ
うに下層膜である非晶質シリコン膜15aおよび上層膜
である多結晶シリコン膜15bを順次形成していたが、
本実施の形態では、この多層膜構造をイオン注入によっ
て形成するものである。図8は実施の形態3である2層
膜構造のゲート電極を形成する方法を示す工程断面図で
ある。図において、23は注入イオンであり、他の符号
で図5の符号と同じ符号は同一又は相当部分である。
【0034】まず、図8(a)を参照して、半導体基板
1上に膜厚5nm〜6nmのゲート絶縁膜としての酸化
シリコン2および550℃〜600℃のCVD法による
膜厚250nm〜350nmの多結晶シリコン膜15b
を順次形成する。このとき、多結晶シリコン膜15bに
は4×1020cm-2〜6×1020cm-2のドーズ量でリ
ン又はボロンの不純物が導入され、その結晶粒径が調節
される。
【0035】次に、図8(b)を参照して、多結晶シリ
コン膜15b中にシリコン又は酸素などのイオン23を
イオン注入し、多結晶シリコン15bの下層部分のみを
非晶質化させる。例えば、シリコン原子を注入する場合
には、半導体基板表面に対し7°の角度で5〜10Ke
Vのエネルギーで注入する。このように非晶質化された
層は、下層膜として非晶質シリコン膜15aを形成し、
非晶質化されない多結晶シリコン膜15bとともに2層
膜構造の一部を構成する。非晶質シリコン膜15aの膜
厚および結晶粒径は、実施の形態1で述べたように傾斜
イオン注入時の傾斜イオンによるチャネル領域への粒界
すり抜けを防止できるよう、イオン23のイオン種やそ
の注入エネルギーによって所望の値となるよう調節され
る。次に、図8(c)を参照して、多結晶シリコン膜1
5b上にレジストパターン20を形成し、これをマスク
に多結晶シリコン膜15bおよび非晶質シリコン膜15
aないしシリコン酸化膜2をエッチングし、その後、レ
ジストパターンを除去して、2層膜構造のゲート電極1
6が完成される。
【0036】これ以後は、実施の形態1における図5
(c)〜(e)と同様の工程を経ることによって、チャ
ネル領域への粒界すり抜けのないゲートオーバーラップ
LDD構造のMOS型トランジスタが完成される。本実
施の形態3によれば、ゲート電極の2層膜構造をイオン
注入によって簡単に形成できるのでプロセスが簡略化で
きる。
【0037】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に示すような効果を奏する。
【0038】多層膜構造のゲート電極における最下層膜
がその側壁に注入されたイオンの最下層膜中での膜厚方
向の飛程よりも大きな膜厚を有しているので、ゲート電
極をマスクに傾斜イオン注入を行った際にも、この傾斜
イオンによるチャネル領域への粒界すり抜けを防止する
ことができ、安定したトランジスタ特性を有する半導体
装置が得られる。
【0039】さらに、傾斜イオンによるチャネル領域へ
の粒界すり抜けを防止することができるとともに、ゲー
ト電極の電気抵抗値を低くできるので、応答速度が早く
安定したトランジスタ特性を得ることができる。
【0040】また、上層膜が第1の上層膜とこの上層膜
側壁を挟むようにして配設された第2の上層膜とから構
成されているので、ゲート電極をマスクに傾斜イオン注
入を行う際にも、下層膜の膜厚が小さくなっても、この
傾斜イオンによるチャネル領域への粒界すり抜けを防止
することができ、安定したトランジスタ特性を有する半
導体装置が得られる。
【0041】また、多層膜構造のゲート電極における最
下層膜がその側壁に注入されたイオンの最下層膜中での
膜厚方向の飛程よりも大きくなるように形成されるの
で、ゲート電極をマスクに傾斜イオン注入を行った際に
も、チャネル領域へのイオンのすり抜けによるトランジ
スタ特性の劣化がない半導体装置の製造方法を得ること
ができる。
【0042】さらに、最下層膜として非晶質シリコン
膜、およびその最下層膜上に多結晶シリコン膜を形成す
るようにしているので、ゲート電極の抵抗値が小さくす
ることができる。
【0043】また、ゲート電極の多層膜構造をイオン注
入によって形成できるので、プロセスの簡略化ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタにおける1形成
直後の構造断面図である。
【図2】 実施の形態1であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタの拡大構造断面
図である。
【図3】 実施の形態1であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタのサイドスペー
サー形成直後の構造断面図である。
【図4】 実施の形態1であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタの深いソース/
ドレイン領域を形成する場合における構造断面図であ
る。
【図5】 実施の形態1であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタの製造方法を示
す工程断面図である。
【図6】 実施の形態2であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタにおける浅いソ
ース/ドレイン領域を形成する場合における構造断面図
である。
【図7】 実施の形態2であるゲートオーバーラップL
DD構造を有するMOS型トランジスタの製造方法を示
す工程断面図である。
【図8】 実施の形態3である2層膜構造のゲート電極
を形成する方法を示す工程断面図である。
【図9】 従来のMOS型トランジスタを示す構造断面
図である。
【図10】 従来のMOS型トランジスタのイオン注入
工程における構造断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、 2 ゲート絶縁膜、 9a〜9c
傾斜イオン 8 チャネル領域、 15a 下層膜、 15b 上層
膜 15c 第1の上層膜、 16 ゲート電極、 17a
下層膜の結晶粒 18 上層膜の結晶粒、 21 第2の上層膜、 23
注入イオン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB01 BB37 CC05 DD04 DD43 DD89 FF13 GG09 HH04 HH16 5F040 DA01 DA06 EC01 EC04 EC06 EC11 EC12 EC19 EC28 EF02 FA03 FA05 FA17 FA19 FB02 FB04 FC00 FC13 FC15

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層膜構造のゲート電極を有する半導体
    装置であって、 半導体基板と、 前記半導体基板表面上にゲート絶縁膜を介して形成され
    た多層膜からなるゲート電極と、 前記ゲート電極をマスクに傾斜イオン注入法によって前
    記半導体基板表面に形成された一対の不純物拡散層とを
    備え、 前記多層膜の最下層膜の膜厚が、前記傾斜イオン注入時
    にその側壁に注入されるイオンの前記最下層膜中での膜
    厚方向の飛程よりも大きいことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 ゲート電極が、非晶質シリコン膜からな
    る下層膜と多結晶シリコン膜からなる上層膜との2層膜
    構造であることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 ゲート電極が下層膜と上層膜の2層膜構
    造からなり、前記上層膜が第1の上層膜と前記第1の上
    層膜の側壁を挟むようにして配設された第2の上層膜と
    からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 多層膜構造のゲート電極を有する半導体
    装置の製造方法であって、 半導体基板表面上にゲート絶縁膜を介して多層膜からな
    るゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクに傾斜イオン注入法によって前
    記半導体基板に一対の不純物拡散層を形成する工程とを
    備え、 前記多層膜の最下層膜は、その膜厚が前記傾斜イオン注
    入時に前記最下層膜の側壁に注入されるイオンの前記最
    下層膜中での膜厚方向の飛程よりも大きくなるように形
    成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 ゲート電極を形成する工程には、 半導体基板上に非晶質シリコン膜からなる下層膜を形成
    する工程と、 前記下層膜上に多結晶シリコン膜からなる上層膜を形成
    する工程とを含む請求項4記載の半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 非晶質シリコン膜からなる下層膜が、多
    結晶シリコン膜に酸素又はシリコンをイオン注入するこ
    とによって形成されたことを特徴とする請求項5記載の
    半導体装置の製造方法。
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