JP2000208640A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000208640A
JP2000208640A JP11003309A JP330999A JP2000208640A JP 2000208640 A JP2000208640 A JP 2000208640A JP 11003309 A JP11003309 A JP 11003309A JP 330999 A JP330999 A JP 330999A JP 2000208640 A JP2000208640 A JP 2000208640A
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JP
Japan
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silicon film
gate electrode
silicon
conductivity type
region
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JP11003309A
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Atsushi Suzuki
篤 鈴木
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Sony Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a semiconductor device in less processes with high accuracy wherein a pMOS transistor and nMOS transistor are provided on the same substrate with a first conductive type transistor's gate electrode which is a first conductive type, while a second conductive type transistor's gate electrode which is a second conductive type. SOLUTION: After a first silicon film 16 is deposited with boron which is a doped p-type impurity, a non-doped second silicon film 17 is deposited, forming a two-layer gate electrode. Then, arsenic ions are implanted with a POS side masked with a resist, while boron ions are implanted with an NMOS side masked with a resist, and thermally processed for diffusing impurities in a gate/drain region and gate electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、第1導電型及び第
2導電型のトランジスタが同一基板上に形成された半導
体装置の製造方法に関し、特に、第1の導電型のトラン
ジスタのゲート電極を第1導電型にし、第2の導電型の
トランジスタのゲート電極を第2導電型にした半導体装
置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which transistors of a first conductivity type and a transistor of a second conductivity type are formed on the same substrate, and more particularly, to a method of manufacturing a gate electrode of a transistor of the first conductivity type. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a transistor of the first conductivity type is used and a gate electrode of a transistor of the second conductivity type is used in the second conductivity type.

【0002】[0002]

【従来の技術】同一基板上にn型MOSトランジスタ
(NMOS)とp型MOSトランジスタ(PMOS)と
が形成された相補型MOSトランジスタ(CMOSトラ
ンジスタ)は、n型及びp型の両トランジスタがオンと
なったときのみ電流が流れるため消費電力が低く、また
微細化や高集積化が容易であり、一般に広く用いられて
いる。
2. Description of the Related Art A complementary MOS transistor (CMOS transistor) in which an n-type MOS transistor (NMOS) and a p-type MOS transistor (PMOS) are formed on the same substrate has both n-type and p-type transistors turned on. Since the current flows only when the power consumption becomes low, the power consumption is low, and miniaturization and high integration are easy, and it is generally used widely.

【0003】このようなCMOSトランジスタでは、従
来、NMOSのゲート電極及びPMOSのゲート電極と
もに、リンやヒ素等のn型不純物が添加されたn型ポリ
シリコン膜が用いられていた。しかしながら、近年、N
MOSとPMOSとの間で閾値電圧を対称化し低電圧化
が図れるようにするため、PMOSのゲート電極をn型
ポリシリコン膜からp型ポリシリコン膜に代えて用いら
れるようになってきている。このようなn型不純物を含
むゲート電極を備えたNMOSと、p型不純物を含むゲ
ート電極を備えたPMOSとから構成されるCMOSト
ランジスタは、デュアルゲート型CMOSトランジスタ
と呼ばれている。
In such a CMOS transistor, an n-type polysilicon film to which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is added has been used for both an NMOS gate electrode and a PMOS gate electrode. However, in recent years, N
In order to make the threshold voltage symmetrical between the MOS and the PMOS and lower the voltage, a PMOS gate electrode is being used instead of an n-type polysilicon film instead of a p-type polysilicon film. A CMOS transistor including such an NMOS having a gate electrode containing an n-type impurity and a PMOS having a gate electrode containing a p-type impurity is called a dual-gate CMOS transistor.

【0004】ゲート電極となるポリシリコン層に不純物
を導入する方法としては、熱拡散方法、イオン注入方
法、又は、シリコンの堆積中の雰囲気に不純物ガスを添
加する方法(以下、この方法をその場ドーピングと呼
ぶ。)等が知られている。
As a method for introducing an impurity into a polysilicon layer serving as a gate electrode, a thermal diffusion method, an ion implantation method, or a method of adding an impurity gas to an atmosphere during silicon deposition (hereinafter, this method is referred to as an in-situ method) Doping) is known.

【0005】デュアルゲート型CMOSトランジスタで
は、一般に、イオン注入方法により、ゲート電極となる
ポリシリコン層に不純物を導入している。例えば、NM
OSのゲート電極となるポリシリコン層には、PMOS
の領域をレジストでマスクした状態でリンやヒ素といっ
たn型不純物イオンを注入し、PMOSのゲート電極と
なるポリシリコン層には、NMOS領域をレジストでマ
スクした状態でホウ素や二フッ化ホウ素といったp型不
純物イオンを注入する。
In a dual gate type CMOS transistor, an impurity is generally introduced into a polysilicon layer serving as a gate electrode by an ion implantation method. For example, NM
The polysilicon layer serving as the gate electrode of the OS has a PMOS
N regions such as phosphorus and arsenic are implanted in a state where the region is masked with a resist, and a polysilicon layer serving as a gate electrode of the PMOS is implanted with a p-type material such as boron or boron difluoride in a state where the NMOS region is masked with the resist. Type impurity ions are implanted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、PMOSの
ゲート電極となるポリシリコン層にホウ素イオンを注入
する場合、注入後の熱拡散時にホウ素イオンの一部がポ
リシリコン層の結晶粒界に捕獲されてしまうので、注入
したホウ素イオンの活性化率が低くなってしまう。従っ
て、PMOSのゲート電極となるポリシリコン層にホウ
素イオンを注入する場合、抵抗値を低くするために大量
のホウ素イオンを注入しなければならない。しかしなが
ら、ゲート電極となるポリシリコン層に大量のホウ素イ
オンを注入すると、ソース/ドレイン領域の活性化時等
に行う熱処理の際に、ゲート電極のホウ素が拡散してゲ
ート酸化膜中に取り込まれたり、更にそのホウ素がゲー
ト酸化膜を突き抜けてシリコン基板中へ拡散したりして
しまうといった問題が発生し、PMOSの閾値電圧の変
動が生じゲート酸化膜の信頼性低下を招いてしまう。
When boron ions are implanted into a polysilicon layer serving as a gate electrode of a PMOS, part of the boron ions is trapped in crystal grain boundaries of the polysilicon layer during thermal diffusion after the implantation. Therefore, the activation rate of the implanted boron ions decreases. Therefore, when boron ions are implanted into a polysilicon layer serving as a gate electrode of a PMOS, a large amount of boron ions must be implanted to reduce the resistance value. However, when a large amount of boron ions are implanted into the polysilicon layer serving as the gate electrode, boron in the gate electrode is diffused and taken into the gate oxide film during heat treatment performed during activation of the source / drain regions. Further, there arises a problem that the boron penetrates through the gate oxide film and diffuses into the silicon substrate, so that the threshold voltage of the PMOS varies and the reliability of the gate oxide film is reduced.

【0007】従って、従来よりデュアルゲート型CMO
Sトランジスタを製造する場合には、これらの相反する
問題を解決しながら、PMOSのゲート電極となるポリ
シリコン層にホウ素イオンを注入しなければならなかっ
たので、信頼性を高くするのが非常に困難であった。
Therefore, a conventional dual gate type CMO
In the case of manufacturing an S transistor, it is necessary to implant boron ions into the polysilicon layer serving as the gate electrode of the PMOS while solving these conflicting problems. It was difficult.

【0008】また、このようなイオン注入によるホウ素
の突き抜け等の問題を回避する方法として、その場ドー
ピングにより、ゲート電極となるポリシリコン層に不純
物を導入することが考えられる。その場ドーピングで
は、ポリシリコンの堆積中の雰囲気にホウ素ガスや二フ
ッ化ホウ素ガスを添加するので、ポリシリコンの結晶中
に効率よく不純物が取り込まれ、イオン注入に比べて少
ないホウ素量で同等の活性化率を達成することができ
る。従って、その場ドーピングによりポリシリコン層に
不純物を導入した場合には、その後の熱拡散時にホウ素
の突き抜けといった問題が生じない。
As a method of avoiding such a problem as boron penetration caused by ion implantation, it is conceivable to introduce an impurity into a polysilicon layer serving as a gate electrode by in-situ doping. In the in-situ doping, boron gas or boron difluoride gas is added to the atmosphere during the deposition of polysilicon, so that impurities are efficiently incorporated into the polysilicon crystal, and an equivalent amount of boron is obtained with a smaller amount of boron than ion implantation. Activation rates can be achieved. Therefore, when impurities are introduced into the polysilicon layer by in-situ doping, there is no problem such as boron penetration during subsequent thermal diffusion.

【0009】しかしながら、その場ドーピングによりゲ
ート電極を形成した場合、シリコン基板の全面がp型電
極となってしまう。そのため、デュアルゲート型CMO
SトランジスタのNMOS領域のゲート電極を形成する
場合には、その場ドーピングで形成されたp型ポリシリ
コン層を剥離して改めてポリシリコン層を堆積した後
に、イオン注入等によりn型不純物を導入しなければな
らない。従って、製造に非常に多くの工程数が必要とな
ってしまっていた。
However, when the gate electrode is formed by in-situ doping, the entire surface of the silicon substrate becomes a p-type electrode. Therefore, dual gate type CMO
When forming the gate electrode in the NMOS region of the S transistor, the p-type polysilicon layer formed by in-situ doping is peeled off and a polysilicon layer is deposited again, and then n-type impurities are introduced by ion implantation or the like. There must be. Therefore, a very large number of steps have been required for manufacturing.

【0010】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、同一基板上に第1導電型のトランジスタ
と第2導電型のトランジスタとを有し、第1導電型のト
ランジスタのゲート電極が第1導電型され第2の導電型
のトランジスタのゲート電極が第2の導電型とされた半
導体装置を、少ない工程数で且つ高い信頼性で製造でき
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has a first conductivity type transistor and a second conductivity type transistor on the same substrate, and has a gate of the first conductivity type transistor. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device having an electrode of a first conductivity type and a gate electrode of a transistor of a second conductivity type of a second conductivity type can be manufactured with a small number of steps and with high reliability. With the goal.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1導電
型の領域と第2導電型の領域とを有する半導体基板上に
絶縁膜が形成された半導体装置の製造方法であって、上
記絶縁膜が形成された半導体基板上に、第1導電型の不
純物が添加された第1のシリコン膜を形成する第1のシ
リコン膜形成工程と、上記第1のシリコン膜上に、この
第1のシリコン膜に添加された第1導電型の不純物より
少ない濃度の第1導電型の不純物が添加された第2のシ
リコン膜を形成する第2のシリコン膜形成工程と、上記
第1導電型の領域上に形成された上記第2のシリコン膜
に対して、第2導電型の不純物イオンを注入する第1の
イオン注入工程と、上記第2導電型の領域上に形成され
た上記第2のシリコン膜に対して、第1導電型の不純物
イオンを注入する第2のイオン注入工程とを備えること
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a first conductive type region and a second conductive type region. A method for manufacturing a semiconductor device having a film formed thereon, wherein a first silicon film doped with a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate on which the insulating film is formed. Forming a second silicon film on the first silicon film to which a first conductivity type impurity is added at a concentration lower than that of the first conductivity type impurity added to the first silicon film; A second silicon film formation step, a first ion implantation step of implanting a second conductivity type impurity ion into the second silicon film formed on the first conductivity type region, The second silicon layer formed on the region of the second conductivity type. Relative emission layer, characterized in that it comprises a second ion implantation step of implanting impurity ions of the first conductivity type.

【0012】本発明にかかる半導体装置の製造方法で
は、1つの半導体基板上に第1と第2の2種類の導電型
のトランジスタを有し、第1導電型のトランジスタには
第1導電型のゲート電極が形成され、第2導電型のトラ
ンジスタには第2導電型のゲート電極が形成した半導体
装置を製造するものである。例えば、nMOS型トラン
ジスタとpMOS型トランジスタと1つの半導体基板上
に有し、nMOS型トランジスタのゲート電極にはn型
不純物が導入され、pMOS型トランジスタのゲート電
極にはp型不純物が導入されたCMOS型トランジスタ
を製造するものである。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, two types of first and second conductivity type transistors are provided on one semiconductor substrate, and the first conductivity type transistor is a first conductivity type transistor. A semiconductor device in which a gate electrode is formed and a second conductivity type transistor is formed in the second conductivity type transistor. For example, a CMOS in which an nMOS transistor and a pMOS transistor are provided on one semiconductor substrate, and an n-type impurity is introduced into a gate electrode of the nMOS transistor and a p-type impurity is introduced into a gate electrode of the pMOS transistor This is for manufacturing a type transistor.

【0013】本発明では、各導電型のトランジスタのゲ
ート電極を以下のように形成する。
In the present invention, the gate electrode of each conductivity type transistor is formed as follows.

【0014】まず、第1導電型の不純物を添加したシリ
コンを、半導体基板上に堆積させて、第1のシリコン膜
を形成する。この第1のシリコン膜は、イオン注入で不
純物を注入した場合に比べて、非常に少ない不純物量で
高い活性化率が得られる。例えば、半導体基板上に、ホ
ウ素等のp型不純物ガスを添加してシリコンを堆積させ
て、第1のシリコン膜を形成する。
First, silicon doped with a first conductivity type impurity is deposited on a semiconductor substrate to form a first silicon film. In the first silicon film, a high activation rate can be obtained with an extremely small amount of impurities as compared with a case where impurities are implanted by ion implantation. For example, a first silicon film is formed on a semiconductor substrate by adding a p-type impurity gas such as boron to deposit silicon.

【0015】続いて、ノンドープのシリコンを、この第
1のシリコン膜上に堆積させて、第2のシリコン膜を形
成する。この第2のシリコン膜には不純物が含まれてい
なくてよいが、第1のシリコン膜の不純物濃度と比較し
て少なければよい。
Subsequently, non-doped silicon is deposited on the first silicon film to form a second silicon film. The second silicon film does not need to contain any impurities, but only needs to be lower than the impurity concentration of the first silicon film.

【0016】本発明では、ゲート電極を形成するため
に、まず、このように2層構造のシリコン膜を形成す
る。
In the present invention, in order to form a gate electrode, first, a silicon film having a two-layer structure is formed as described above.

【0017】続いて本発明では、第2導電型のトランジ
スタとなる第1導電型の領域の第2のシリコン膜に、第
2導電型の不純物をイオン注入する。例えば、nMOS
トランジスタの領域の第2のシリコン膜に対して、リン
やヒ素等のn型不純物イオンを注入する。
Subsequently, in the present invention, a second conductivity type impurity is ion-implanted into the second silicon film in the first conductivity type region to be a second conductivity type transistor. For example, nMOS
An n-type impurity ion such as phosphorus or arsenic is implanted into the second silicon film in the transistor region.

【0018】続いて本発明では、第1導電型のトランジ
スタとなる第2導電型の領域の第2のシリコン膜に、第
1導電型の不純物をイオン注入する。例えば、pMOS
トランジスタの領域の第2のシリコン膜に対して、ホウ
素等のp型不純物イオンを注入する。
Subsequently, in the present invention, an impurity of the first conductivity type is ion-implanted into the second silicon film in the region of the second conductivity type which becomes a transistor of the first conductivity type. For example, pMOS
P-type impurity ions such as boron are implanted into the second silicon film in the transistor region.

【0019】このようにイオン注入することにより、第
1導電型のトランジスタには、第1導電型の不純物ガス
を添加して堆積された第1のシリコン膜(下層)と、第
1導電型の不純物がイオン注入された第2のシリコン膜
(上層)とからなる2層構造のゲート電極が形成され
る。例えば、pMOS型トランジスタには、p型不純物
であるホウ素を添加して堆積された第1のシリコン膜
(下層)と、p型不純物であるホウ素がイオン注入され
た第2のシリコン膜(上層)とからなる2層構造のゲー
ト電極が形成される。
By the ion implantation as described above, the first conductivity type transistor is provided with the first silicon film (lower layer) deposited by adding the first conductivity type impurity gas and the first conductivity type transistor. A gate electrode having a two-layer structure including the second silicon film (upper layer) into which impurities are ion-implanted is formed. For example, in a pMOS transistor, a first silicon film (lower layer) deposited by adding boron as a p-type impurity, and a second silicon film (upper layer) ion-implanted with boron as a p-type impurity The gate electrode having a two-layer structure is formed.

【0020】また、第2導電型のトランジスタには、第
1導電型の不純物ガスを添加して堆積された第1のシリ
コン膜(下層)と、第2導電型の不純物がイオン注入さ
れた第2のシリコン膜(上層)とからなる2層構造のゲ
ート電極が形成される。例えば、nMOS型トランジス
タには、p型不純物であるホウ素を添加して堆積された
第1のシリコン膜(下層)と、n型不純物であるリンや
ヒ素がイオン注入された第2のシリコン膜(上層)とか
らなる2層構造のゲート電極が形成される。
The second conductivity type transistor has a first silicon film (lower layer) deposited by adding a first conductivity type impurity gas, and a second silicon type impurity ion-implanted second silicon film. A gate electrode having a two-layer structure including two silicon films (upper layers) is formed. For example, an nMOS transistor has a first silicon film (lower layer) deposited by adding boron as a p-type impurity and a second silicon film (ion-implanted with phosphorus or arsenic as an n-type impurity). ) Is formed.

【0021】ここで、このような2層構造とされたゲー
ト電極は、この後熱処理されて、注入されたイオンが拡
散する。
Here, the gate electrode having such a two-layer structure is thereafter subjected to a heat treatment to diffuse the implanted ions.

【0022】このとき、第1導電型のトランジスタのゲ
ート電極は、すでに第1のシリコン膜に第1導電型の不
純物が効率良く導入されている。従って、第2のシリコ
ン膜に注入する第1導電型の不純物量が少なくても、全
体として高い活性化率が得られた第1導電型のゲート電
極が形成できる。例えば、pMOS型トランジスタのゲ
ート電極の下層のシリコン膜には、p型不純物であるホ
ウ素が堆積時に導入されているため高い活性化率が得ら
れる。従って、上層のシリコン膜に注入するp型不純物
であるホウ素イオンが少なくても、全体として高い活性
化率が得られるp型のゲート電極が形成できる。
At this time, in the gate electrode of the transistor of the first conductivity type, impurities of the first conductivity type have already been efficiently introduced into the first silicon film. Therefore, even if the amount of the first conductivity type impurity implanted into the second silicon film is small, a first conductivity type gate electrode having a high activation rate as a whole can be formed. For example, since a p-type impurity, boron, is introduced into a silicon film below a gate electrode of a pMOS transistor at the time of deposition, a high activation rate can be obtained. Therefore, even if the amount of boron ions, which are p-type impurities, implanted into the upper silicon film is small, a p-type gate electrode having a high activation rate as a whole can be formed.

【0023】また、第2導電型のトランジスタのゲート
電極は、第1のシリコン膜に第1導電型の導電型の不純
物が導入されているが、これを打ち消す量の第2導電型
の不純物をイオン注入することにより、n型のゲート電
極が形成できる。
In the gate electrode of the second conductivity type transistor, the first conductivity type impurity is introduced into the first silicon film. By ion implantation, an n-type gate electrode can be formed.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本発明の第
1の実施の形態のデュアルゲートCMOSトランジスタ
の製造方法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A method of manufacturing a dual gate CMOS transistor according to a first embodiment of the present invention will be described.

【0025】本発明の第1の実施の形態のデュアルゲー
トCMOSトランジスタの製造方法では、まず、図1に
示すように、シリコン酸化膜の形成までを従来どおりに
行う。すなわち、シリコン基板(Si)11上に素子分
離酸化膜12を形成する。次に、シリコン基板11上の
n型MOSトランジスタ(NMOS)が形成される領域
にp型ウエル(p−well)13を形成し、また、シ
リコン基板11上のp型MOSトランジスタ(PMO
S)が形成される領域にn型ウエル(n−well)1
4を形成する。次に、熱酸化により、シリコン基板11
上に膜厚5nmのシリコン酸化膜15を形成する。
In the method of manufacturing a dual gate CMOS transistor according to the first embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 1, the steps up to the formation of a silicon oxide film are performed in a conventional manner. That is, an element isolation oxide film 12 is formed on a silicon substrate (Si) 11. Next, a p-type well (p-well) 13 is formed in a region where an n-type MOS transistor (NMOS) is formed on the silicon substrate 11, and a p-type MOS transistor (PMO) on the silicon substrate 11 is formed.
An n-type well (n-well) 1 is formed in a region where S) is formed.
4 is formed. Next, the silicon substrate 11 is thermally oxidized.
A 5 nm-thick silicon oxide film 15 is formed thereon.

【0026】続いて、図2に示すように、CVDによ
り、シリコン酸化膜15及び素子分離酸化膜12が形成
されたシリコン基板11上の全面にシリコンを堆積さ
せ、膜厚30nmの第1のシリコン膜16を形成する。
このとき、堆積するシリコン層に対して、p型不純物で
あるホウ素をその場ドーピングにより導入する。すなわ
ち、不純物ガス(ホウ素)を雰囲気中に添加してシリコ
ンを堆積させる。このときのその場ドーピングの条件は
以下のとおりである。
Subsequently, as shown in FIG. 2, silicon is deposited on the entire surface of the silicon substrate 11 on which the silicon oxide film 15 and the element isolation oxide film 12 are formed by CVD, and a first silicon film having a thickness of 30 nm is formed. A film 16 is formed.
At this time, boron which is a p-type impurity is introduced into the deposited silicon layer by in-situ doping. That is, silicon is deposited by adding an impurity gas (boron) into the atmosphere. The conditions of the in-situ doping at this time are as follows.

【0027】 雰囲気 :SiH4(500sccm) + B26
(50sccm) 温度 :680°C 圧力 :50Torr(6.7×103Pa) ホウ素濃度:5×1019cm-3 膜厚 :30nm
Atmosphere: SiH 4 (500 sccm) + B 2 H 6
(50 sccm) Temperature: 680 ° C. Pressure: 50 Torr (6.7 × 10 3 Pa) Boron concentration: 5 × 10 19 cm −3 Film thickness: 30 nm

【0028】なお、温度が680°Cと高温であるた
め、第1のシリコン膜16は堆積時にポリシリコンとな
る。
Since the temperature is as high as 680 ° C., the first silicon film 16 becomes polysilicon at the time of deposition.

【0029】続いて、図3に示すように、CVDによ
り、第1のシリコン膜16上にノンドープのシリコンを
堆積させ、膜厚70nmの第2のシリコン膜17を形成
する。このときのシリコンの堆積条件は以下のとおりで
ある。
Subsequently, as shown in FIG. 3, non-doped silicon is deposited on the first silicon film 16 by CVD to form a second silicon film 17 having a thickness of 70 nm. The silicon deposition conditions at this time are as follows.

【0030】 雰囲気 :SiH4(500sccm) 温度 :680°C 圧力 :50Torr(6.7×103Pa) 膜厚 :70nmAtmosphere: SiH 4 (500 sccm) Temperature: 680 ° C. Pressure: 50 Torr (6.7 × 10 3 Pa) Film thickness: 70 nm

【0031】なお、温度が680°Cと高温であるた
め、第2のシリコン膜17は、堆積時にポリシリコンと
なる。また、第2のシリコン膜17の堆積は、第1のシ
リコン膜16を堆積した直後に行っても良いし、所定時
間間隔をあけて行っても良い。
Since the temperature is as high as 680 ° C., the second silicon film 17 becomes polysilicon at the time of deposition. Further, the deposition of the second silicon film 17 may be performed immediately after the deposition of the first silicon film 16 or may be performed at a predetermined time interval.

【0032】続いて、図4に示すように、フォトリソグ
ラフィと現像処理によりレジストパターンを形成し、第
1のシリコン膜16と第2のシリコン膜17とを異方性
エッチングし、ゲート電極をパターニングする。なお、
NMOS領域上に形成されたゲート電極をnMOSゲー
ト電極18とし、pMOS領域上に形成されたゲート電
極をpMOSゲート電極19とする。
Subsequently, as shown in FIG. 4, a resist pattern is formed by photolithography and development processing, the first silicon film 16 and the second silicon film 17 are anisotropically etched, and the gate electrode is patterned. I do. In addition,
The gate electrode formed on the NMOS region is referred to as an nMOS gate electrode 18, and the gate electrode formed on the pMOS region is referred to as a pMOS gate electrode 19.

【0033】続いて、図5に示すように、PMOS領域
をレジスト21で覆い、NMOS領域にヒ素イオン(A
+)を15keV,1×1013cm-2の条件で注入
し、LDD構造における低濃度不純物拡散領域となるn
-型ソース/ドレイン領域を形成する。なお、このヒ素
イオンは、nMOSゲート電極18の第2のシリコン膜
17にも注入される。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the PMOS region is covered with a resist 21 and the arsenic ions (A
s + ) is implanted under the conditions of 15 keV and 1 × 10 13 cm −2 , and n serving as a low-concentration impurity diffusion region in the LDD structure is formed.
- -type source / drain regions. The arsenic ions are also implanted into the second silicon film 17 of the nMOS gate electrode 18.

【0034】続いて、レジスト21を除去した後、図6
に示すように、NMOS領域をレジスト22で覆い、P
MOS領域に二フッ化ホウ素イオン(BF2 -)を10k
eV,1×1014cm-2の条件で注入し、LDD構造に
おける低濃度不純物拡散領域となるp-型ソース/ドレ
イン領域を形成する。なお、この二フッ化ホウ素イオン
は、pMOSゲート電極19の第2のシリコン膜17に
も注入される。
Subsequently, after removing the resist 21, FIG.
As shown in FIG. 2, the NMOS region is covered with a resist 22 and P
10k a - (BF 2) boron difluoride ions in the MOS region
Implantation is performed under the conditions of eV and 1 × 10 14 cm −2 to form p -type source / drain regions which become low-concentration impurity diffusion regions in the LDD structure. This boron difluoride ion is also implanted into the second silicon film 17 of the pMOS gate electrode 19.

【0035】続いて、レジスト22を除去した後、CV
Dにより100nm程度のシリコン酸化膜をシリコン基
板11上に堆積させた後、エッチバックして、第1のシ
リコン膜16及び第2のシリコン膜17から形成された
nMOSゲート電極18及びpMOSゲート電極19の
側壁に対して、サイドウォール酸化膜23を形成する。
Subsequently, after the resist 22 is removed, the CV
D, a silicon oxide film of about 100 nm is deposited on the silicon substrate 11 and then etched back to form an nMOS gate electrode 18 and a pMOS gate electrode 19 formed from the first silicon film 16 and the second silicon film 17. A sidewall oxide film 23 is formed on the side wall of.

【0036】続いて、図7に示すように、PMOS領域
をレジスト24で覆い、NMOS領域にヒ素イオン(A
+)を30keV,1×1016cm-2の条件で注入
し、NMOSの高濃度不純物拡散領域となるn+型ソー
ス/ドレイン領域を形成する。なお、このヒ素イオン
は、nMOSゲート電極18の第2のシリコン膜17に
も注入される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the PMOS region is covered with a resist 24, and the arsenic ions (A
s +) was implanted under the conditions of 30keV, 1 × 10 16 cm -2 , to form an n + -type source / drain region comprising a high concentration impurity diffused region of the NMOS. The arsenic ions are also implanted into the second silicon film 17 of the nMOS gate electrode 18.

【0037】続いて、レジスト24を除去した後、図8
に示すように、NMOS領域をレジスト25で覆い、P
MOS領域にホウ素イオン(B-)を5keV,2×1
15cm-2の条件で注入し、PMOSの高濃度不純物拡
散領域となるp+型ソース/ドレイン領域を形成する。
なお、このホウ素イオンは、pMOSゲート電極19の
第2のシリコン膜17にも注入される。
Subsequently, after removing the resist 24, FIG.
As shown in the figure, the NMOS region is covered with a resist 25,
5 keV, 2 × 1 boron ions (B ) in the MOS region
Implantation is performed under the condition of 0 15 cm -2 to form p + -type source / drain regions which become high-concentration impurity diffusion regions of the PMOS.
The boron ions are also implanted into the second silicon film 17 of the pMOS gate electrode 19.

【0038】続いて、レジスト25を除去した後、10
00°C,10秒程度の急速熱処理を行い、ソース/ド
レイン領域に注入した不純物を活性化させる。
Subsequently, after removing the resist 25, 10
A rapid heat treatment at about 100 ° C. for about 10 seconds is performed to activate the impurities implanted in the source / drain regions.

【0039】ここで、シリコン堆積時においては不純物
が導入されていなかったnMOSゲート電極18の第2
のシリコン層17には、ヒ素イオンの注入工程(図5,
図7)において大量のヒ素イオンが導入されている。第
2のシリコン層17に導入されたヒ素イオンは、その場
ドーピングで第1のシリコン層16に導入されたホウ素
イオンと比較して非常に多い。そのため、ここで急速熱
処理を行うと、第2のシリコン層17に導入されている
ヒ素イオン(n型不純物)が第2のシリコン膜17から
第1のシリコン膜16まで拡散し、第1のシリコン膜1
6のその場ドーピングで導入したホウ素イオン(p型不
純物)が打ち消され、全体としてn+型のポリシリコン
層が形成される。
Here, the second of the nMOS gate electrode 18 into which impurities were not introduced at the time of silicon deposition.
Implanted into the silicon layer 17 of FIG.
In FIG. 7), a large amount of arsenic ions is introduced. Arsenic ions introduced into the second silicon layer 17 are much higher than boron ions introduced into the first silicon layer 16 by in-situ doping. Therefore, when the rapid heat treatment is performed here, arsenic ions (n-type impurities) introduced into the second silicon layer 17 diffuse from the second silicon film 17 to the first silicon film 16 and the first silicon Membrane 1
Boron ions (p-type impurities) introduced by the in-situ doping of No. 6 are canceled out, and an n + -type polysilicon layer is formed as a whole.

【0040】また、シリコン堆積時においては不純物が
導入されていなかったpMOSゲート電極19の第2の
シリコン層17には、ホウ素イオンの注入工程(図6,
図8)においてホウ素イオンが導入されている。この第
2のシリコン層17は、その場ドーピングによりホウ素
イオンが導入された第1のシリコン層17上に堆積して
いる。この第2のシリコン層17は、その場ドーピング
によりホウ素イオンが導入されているので、少ないホウ
素量で高い活性化率が得られている。そのため、第2の
シリコン層17に注入するホウ素イオン量が少なくても
pMOSゲート電極19全体としては低い抵抗値のp+
型のポリシリコン層が形成され、また、熱処理の際にも
ホウ素のゲート酸化膜15への突き抜けが生じない。
Further, a boron ion implantation step (FIG. 6) is performed on the second silicon layer 17 of the pMOS gate electrode 19 into which no impurity has been introduced at the time of silicon deposition.
In FIG. 8), boron ions are introduced. This second silicon layer 17 is deposited on the first silicon layer 17 into which boron ions have been introduced by in-situ doping. Since the second silicon layer 17 has boron ions introduced by in-situ doping, a high activation rate is obtained with a small amount of boron. Therefore, even if the amount of boron ions implanted into the second silicon layer 17 is small, the pMOS gate electrode 19 as a whole has a low resistance p +
A polysilicon layer is formed, and boron does not penetrate into the gate oxide film 15 during the heat treatment.

【0041】以上のような製造工程により、図9に示す
ような、n+型のポリシリコン層からなるnMOSゲー
ト電極18とn-型ソース/ドレイン領域26とn+型ソ
ース/ドレイン領域27とから構成されるNMOSと、
+型のポリシリコン層からなるpMOSゲート電極1
9とp-型ソース/ドレイン領域28とp+型ソース/ド
レイン領域29とから構成されるPMOSとが形成され
たデュアルゲートCMOSトランジスタを製造すること
ができる。
By the manufacturing steps described above, as shown in FIG. 9, the nMOS gate electrode 18 made of an n + type polysilicon layer, the n type source / drain region 26 and the n + type source / drain region 27 are formed. An NMOS composed of:
pMOS gate electrode 1 made of p + type polysilicon layer
9 and p - -type source / dual gate CMOS transistor PMOS and has formed composed of the drain region 28 and the p + -type source / drain regions 29. can be manufactured.

【0042】以上のように本発明の第1の実施形態で
は、p型不純物であるホウ素を添加して第1のシリコン
膜16を堆積した後、ノンドープの第2のシリコン膜1
7を堆積することにより2層のゲート電極を形成してデ
ュアルゲートCMOSトランジスタを製造する。このこ
とにより、本発明の第1の実施形態では、その場ドーピ
ングにより形成されたp型ポリシリコン層を剥離する工
程等がなく、PMOSのpMOSゲート電極19の低抵
抗化を図ることができる。さらに、PMOSのpMOS
ゲート電極19の熱拡散時におけるホウ素のゲート酸化
膜の突き抜けが生じず、従来技術の問題点であったゲー
ト電極のホウ素の突き抜けを回避することができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, after the first silicon film 16 is deposited by adding boron which is a p-type impurity, the non-doped second silicon film 1 is deposited.
7 are formed to form a two-layer gate electrode to manufacture a dual-gate CMOS transistor. As a result, in the first embodiment of the present invention, the step of removing the p-type polysilicon layer formed by in-situ doping is not performed, and the resistance of the PMOS gate electrode 19 of the PMOS can be reduced. Furthermore, PMOS PMOS
The penetration of boron into the gate oxide film during thermal diffusion of the gate electrode 19 does not occur, and the penetration of boron into the gate electrode, which is a problem of the prior art, can be avoided.

【0043】なお、本発明の第1の実施の形態では、第
2のシリコン膜17上に、シリサイド膜を形成して、ゲ
ート電極の低抵抗化を図っても良い。
In the first embodiment of the present invention, a silicide film may be formed on the second silicon film 17 to reduce the resistance of the gate electrode.

【0044】(第2の実施の形態)つぎに、本発明の第
2の実施の形態のデュアルゲートCMOSトランジスタ
の製造方法について説明する。
(Second Embodiment) Next, a method of manufacturing a dual gate CMOS transistor according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0045】本発明の第2の実施の形態のデュアルゲー
トCMOSトランジスタの製造方法では、図10に示す
ように、シリコン酸化膜の形成までを従来通りに行う。
すなわち、シリコン基板(Si)31上に素子分離酸化
膜32を形成する。次に、シリコン基板31上のn型M
OSトランジスタ(NMOS)が形成される領域にp型
ウエル(p−well)33を形成し、シリコン基板3
1上のp型MOSトランジスタ(PMOS)が形成され
る領域にn型ウエル(n−well)34を形成する。
次に、熱酸化により、シリコン基板31上に膜厚5nm
のシリコン酸化膜35を形成する。
In the method of manufacturing a dual gate CMOS transistor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, the steps up to the formation of a silicon oxide film are performed in a conventional manner.
That is, an element isolation oxide film 32 is formed on a silicon substrate (Si) 31. Next, the n-type M on the silicon substrate 31
A p-type well (p-well) 33 is formed in a region where an OS transistor (NMOS) is formed, and a silicon substrate 3 is formed.
An n-type well (n-well) 34 is formed in a region where a p-type MOS transistor (PMOS) is formed.
Next, a film thickness of 5 nm is formed on the silicon substrate 31 by thermal oxidation.
Of silicon oxide film 35 is formed.

【0046】続いて、図11に示すように、CVDによ
り、シリコン酸化膜35及び素子分離酸化膜32が形成
されたシリコン基板31上にシリコンを堆積させ、膜厚
20nmの第1のシリコン膜36を形成する。このと
き、堆積するシリコン層に対して、p型不純物であるホ
ウ素をその場ドーピングにより導入する。すなわち、不
純物ガス(ホウ素)を雰囲気中に添加してシリコンを堆
積させる。このときのその場ドーピングの条件は以下の
とおりである。
Subsequently, as shown in FIG. 11, silicon is deposited on the silicon substrate 31 on which the silicon oxide film 35 and the element isolation oxide film 32 are formed by CVD, and a first silicon film 36 having a thickness of 20 nm is formed. To form At this time, boron which is a p-type impurity is introduced into the deposited silicon layer by in-situ doping. That is, silicon is deposited by adding an impurity gas (boron) into the atmosphere. The conditions of the in-situ doping at this time are as follows.

【0047】 雰囲気 :SiH4(500sccm) + B26
(50sccm) 温度 :530°C 圧力 :100Torr(1.3×104Pa) ホウ素濃度:5×1019cm-3 膜厚 :20nm
Atmosphere: SiH 4 (500 sccm) + B 2 H 6
(50 sccm) Temperature: 530 ° C. Pressure: 100 Torr (1.3 × 10 4 Pa) Boron concentration: 5 × 10 19 cm −3 Film thickness: 20 nm

【0048】なお、温度が530°Cと低温であるた
め、第1のシリコン膜36は堆積時にアモルファスシリ
コンとなる。
Since the temperature is as low as 530 ° C., the first silicon film 36 becomes amorphous silicon during deposition.

【0049】続いて、図12に示すように、CVDによ
り、第1のシリコン膜36上にノンドープのシリコンを
堆積させ、膜厚50nmの第2のシリコン膜37を形成
する。このときのシリコンの堆積条件は以下のとおりで
ある。
Subsequently, as shown in FIG. 12, non-doped silicon is deposited on the first silicon film 36 by CVD to form a second silicon film 37 having a thickness of 50 nm. The silicon deposition conditions at this time are as follows.

【0050】 雰囲気 :SiH4(500sccm) 温度 :530°C 圧力 :100Torr(1.3×104Pa) 膜厚 :50nmAtmosphere: SiH 4 (500 sccm) Temperature: 530 ° C. Pressure: 100 Torr (1.3 × 10 4 Pa) Film thickness: 50 nm

【0051】なお、温度が530°Cと低温であるた
め、第2のシリコン膜37は、堆積時にアモルファスシ
リコンとなる。また、第2のシリコン膜37の堆積は、
第1のシリコン膜36を堆積した直後に行っても良い
し、所定時間間隔をあけて行っても良い。
Since the temperature is as low as 530 ° C., the second silicon film 37 becomes amorphous silicon during deposition. Further, the deposition of the second silicon film 37 is as follows.
It may be performed immediately after the first silicon film 36 is deposited, or may be performed at a predetermined time interval.

【0052】続いて、図13に示すように、PMOS領
域をレジスト41で覆い、NMOS領域の第2のシリコ
ン膜37に、リンイオン(P+)を10keV,8×1
15cm-2の条件で注入する。
Subsequently, as shown in FIG. 13, the PMOS region is covered with a resist 41, and phosphorus ions (P + ) are applied to the second silicon film 37 in the NMOS region at 10 keV and 8 × 1.
Inject under the condition of 0 15 cm -2 .

【0053】続いて、レジスト41を除去した後、図1
4に示すように、NMOS領域をレジスト42で覆い、
PMOS領域の第2のシリコン膜37に、ホウ素イオン
(B-)を5keV,1.5×1015cm-2の条件で注
入する。
Subsequently, after removing the resist 41, FIG.
As shown in FIG. 4, the NMOS region is covered with a resist 42,
Boron ions (B ) are implanted into the second silicon film 37 in the PMOS region under the conditions of 5 keV and 1.5 × 10 15 cm −2 .

【0054】続いて、レジスト42を除去した後、熱処
理を行い、アモルファスシリコンからなる第1のシリコ
ン層36及び第2のシリコン層37を結晶化させる。熱
処理の条件は、以下のとおりである。
Subsequently, after the resist 42 is removed, heat treatment is performed to crystallize the first silicon layer 36 and the second silicon layer 37 made of amorphous silicon. The conditions of the heat treatment are as follows.

【0055】 雰囲気: N2 温度 : 700°C 時間 : 1時間 ここで、シリコン堆積時においては不純物が導入されて
いなかったNMOS領域の第2のシリコン層37には、
リンイオンの注入工程(図13)において大量のリンイ
オンが導入されている。第2のシリコン層37に導入さ
れたリンイオンは、その場ドーピングで第1のシリコン
層36に導入されたホウ素イオンと比較して非常に多
い。そのため、ここで熱処理を行うと、第2のシリコン
層37に導入されているリンイオン(n型不純物)が第
2のシリコン膜37から第1のシリコン膜36まで拡散
し、第1のシリコン膜36のその場ドーピングで導入し
たホウ素イオン(p型不純物)が打ち消され、全体とし
てn+型のポリシリコン層が形成される。
Atmosphere: N 2 temperature: 700 ° C. Time: 1 hour Here, the second silicon layer 37 in the NMOS region into which impurities were not introduced at the time of silicon deposition,
A large amount of phosphorus ions are introduced in the phosphorus ion implantation step (FIG. 13). The amount of phosphorus ions introduced into the second silicon layer 37 is much larger than the amount of boron ions introduced into the first silicon layer 36 by in-situ doping. Therefore, when heat treatment is performed here, phosphorus ions (n-type impurities) introduced into the second silicon layer 37 diffuse from the second silicon film 37 to the first silicon film 36, and the first silicon film 36 The boron ions (p-type impurities) introduced by the in-situ doping are canceled to form an n + -type polysilicon layer as a whole.

【0056】また、シリコン堆積時においては不純物が
導入されていなかったPMOS領域の第2のシリコン層
37には、ホウ素イオンの注入工程(図14)において
ホウ素イオンが導入されている。この第2のシリコン層
37は、その場ドーピングによりホウ素イオンが導入さ
れた第1のシリコン層36上に堆積している。この第2
のシリコン層37は、その場ドーピングによりホウ素イ
オンが導入されているので、少ないホウ素量で高い活性
化率が得られている。そのため、第2のシリコン層37
に注入するホウ素イオン量が少なくても、PMOSのゲ
ート電極には全体として低い抵抗値のp+型のポリシリ
コン層が形成され、また、熱処理の際にもホウ素のゲー
ト酸化膜35への突き抜けが生じない。
Further, boron ions have been introduced into the second silicon layer 37 in the PMOS region into which impurities have not been introduced at the time of silicon deposition in the boron ion implantation step (FIG. 14). The second silicon layer 37 is deposited on the first silicon layer 36 into which boron ions have been introduced by in-situ doping. This second
Since boron ions are introduced into the silicon layer 37 by in-situ doping, a high activation rate is obtained with a small amount of boron. Therefore, the second silicon layer 37
Even if the amount of boron ions implanted into the gate electrode of the PMOS is small, a p + -type polysilicon layer having a low resistance is formed as a whole on the gate electrode of the PMOS, and the penetration of boron into the gate oxide film 35 during the heat treatment is prevented. Does not occur.

【0057】続いて、図15に示すように、CVDによ
り、ポリシリコン化した第2のシリコン層37上にタン
グステンシリサイドを堆積させ、膜厚70nmのタング
ステンシリサイド膜43を形成する。このタングステン
シリサイド膜43を形成することにより、ゲート電極の
配線抵抗を下げることができる。このときのシリコンの
堆積条件は以下のとおりである。
Subsequently, as shown in FIG. 15, tungsten silicide is deposited on the polysilicon-converted second silicon layer 37 by CVD to form a tungsten silicide film 43 having a thickness of 70 nm. By forming the tungsten silicide film 43, the wiring resistance of the gate electrode can be reduced. The silicon deposition conditions at this time are as follows.

【0058】 雰囲気 : SiH4(400sccm) + WF6
(4sccm)+Ar(300sccm) 温度 :400°C 圧力 :1Torr(1.3×102Pa) 膜厚 :70nm なお、ここで、堆積するシリサイドは、タングステンシ
リサイドに限らず、他のシリサイドであってもよい。ま
た、タングステン等の高融点金属を第2のシリコン層3
7上に堆積してもよい。
Atmosphere: SiH 4 (400 sccm) + WF 6
(4 sccm) + Ar (300 sccm) Temperature: 400 ° C. Pressure: 1 Torr (1.3 × 10 2 Pa) Film thickness: 70 nm Here, the silicide to be deposited is not limited to tungsten silicide, but may be other silicide. Is also good. Also, a refractory metal such as tungsten is deposited on the second silicon layer 3.
7 may be deposited.

【0059】続いて、図16に示すように、フォトリソ
グラフィと現像処理によりレジストパターンを形成し、
第1のシリコン膜36と第2のシリコン膜37とタング
ステンシリサイド膜43を異方性エッチングし、ゲート
電極をパターニングする。なお、NMOS領域上に形成
されたゲート電極をnMOSゲート電極44とし、pM
OS領域上に形成されたゲート電極をpMOSゲート電
極45とする。
Subsequently, as shown in FIG. 16, a resist pattern is formed by photolithography and development processing.
The first silicon film 36, the second silicon film 37, and the tungsten silicide film 43 are anisotropically etched to pattern the gate electrode. The gate electrode formed on the NMOS region is referred to as an nMOS gate electrode 44, and has a pM
The gate electrode formed on the OS region is referred to as a pMOS gate electrode 45.

【0060】続いて、図17に示すように、PMOS領
域をレジスト46で覆い、NMOS領域にヒ素イオン
(As+)を15keV,1×1013cm-2の条件で注
入し、LDD構造における低濃度不純物拡散領域となる
-型ソース/ドレイン領域を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 17, the PMOS region is covered with a resist 46, and arsenic ions (As + ) are implanted into the NMOS region under the conditions of 15 keV and 1 × 10 13 cm −2 , and the low density in the LDD structure is obtained. An n -type source / drain region serving as a high-concentration impurity diffusion region is formed.

【0061】続いて、レジスト46を除去した後、図1
8に示すように、NMOS領域をレジスト47で覆い、
PMOS領域に二フッ化ホウ素イオン(BF2 -)を10
keV,1×1014cm-2の条件で注入し、LDD構造
における低濃度不純物拡散領域となるp-型ソース/ド
レイン領域を形成する。
Subsequently, after removing the resist 46, FIG.
As shown in FIG. 8, the NMOS region is covered with a resist 47,
Boron difluoride ions in the PMOS region (BF 2 -) 10
Implantation is performed under the conditions of keV and 1 × 10 14 cm −2 to form p -type source / drain regions which become low-concentration impurity diffusion regions in the LDD structure.

【0062】続いて、レジスト47を除去した後、CV
Dにより100nm程度のシリコン酸化膜をシリコン基
板31上に堆積させた後、エッチバックして、第1のシ
リコン膜36及び第2のシリコン膜37から形成された
nMOSゲート電極44及びpMOSゲート電極45の
側壁に対して、サイドウォール酸化膜51を形成する。
Subsequently, after removing the resist 47, the CV
D, a silicon oxide film of about 100 nm is deposited on the silicon substrate 31 and then etched back to form an nMOS gate electrode 44 and a pMOS gate electrode 45 formed from the first silicon film 36 and the second silicon film 37. A sidewall oxide film 51 is formed on the side wall.

【0063】続いて、図19に示すように、PMOS領
域をレジスト52で覆い、NMOS領域にヒ素イオン
(As+)を30keV,1×1015cm-2の条件で注
入し、NMOSの高濃度不純物拡散領域となるn+型ソ
ース/ドレイン領域を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 19, the PMOS region is covered with a resist 52, and arsenic ions (As + ) are implanted into the NMOS region under the conditions of 30 keV and 1 × 10 15 cm −2 , and the high concentration of NMOS is An n + type source / drain region serving as an impurity diffusion region is formed.

【0064】続いて、レジスト52を除去した後、図2
0に示すように、NMOS領域をレジスト53で覆い、
PMOS領域にホウ素イオン(B-)を5keV,2×
101 5cm-2の条件で注入し、PMOSの高濃度不純物
拡散領域となるp+型ソース/ドレイン領域を形成す
る。
Subsequently, after removing the resist 52, FIG.
0, the NMOS region is covered with a resist 53,
Boron ions in the PMOS region (B -) and 5 keV, 2 ×
10 1 5 implanted under conditions of cm -2, to form the p + -type source / drain region comprising a high concentration impurity diffusion regions of the PMOS.

【0065】続いて、レジスト53を除去した後、10
00°C,10秒程度の急速熱処理を行い、ソース/ド
レイン領域に注入した不純物を活性化させる。
Subsequently, after removing the resist 53, 10
A rapid heat treatment at about 100 ° C. for about 10 seconds is performed to activate the impurities implanted in the source / drain regions.

【0066】以上のような製造工程により、図21に示
すような、タングステンシリサイド膜43及びn+型の
ポリシリコン層54からなるnMOSゲート電極44
と、n-型ソース/ドレイン領域56と、n+型ソース/
ドレイン領域57とから構成されるNMOSと、タング
ステンシリサイド膜43及びp+型のポリシリコン層5
5からなるpMOSゲート電極45と、p-型ソース/
ドレイン領域58と、p+型ソース/ドレイン領域59
とから構成されるPMOSとを備えるデュアルゲートC
MOSトランジスタを製造することができる。
According to the above-described manufacturing process, the nMOS gate electrode 44 composed of the tungsten silicide film 43 and the n + type polysilicon layer 54 as shown in FIG.
, N type source / drain region 56 and n + type source /
An NMOS composed of a drain region 57, a tungsten silicide film 43, and ap + type polysilicon layer 5
5 and a p - type source /
Drain region 58 and p + type source / drain region 59
Dual gate C having a PMOS composed of
MOS transistors can be manufactured.

【0067】以上のように本発明の第2の実施形態で
は、p型不純物であるホウ素を添加して第1のシリコン
膜36を堆積した後、ノンドープの第2のシリコン膜3
7を堆積することにより2層のゲート電極を形成してデ
ュアルゲートCMOSトランジスタを製造する。このこ
とにより、本発明の第2の実施形態では、その場ドーピ
ングにより形成されたp型ポリシリコン層を剥離する工
程等がなく、PMOSのpMOSゲート電極45の低抵
抗化を図ることができる。さらに、PMOSのpMOS
ゲート電極45の熱拡散時におけるホウ素のゲート酸化
膜の突き抜けが生じず、従来技術の問題点であったゲー
ト電極のホウ素の突き抜けを回避することができる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, after the first silicon film 36 is deposited by adding boron as a p-type impurity, the non-doped second silicon film 3 is formed.
7 are formed to form a two-layer gate electrode to manufacture a dual-gate CMOS transistor. Thus, in the second embodiment of the present invention, there is no step of removing the p-type polysilicon layer formed by in-situ doping, and the resistance of the PMOS gate electrode 45 of the PMOS can be reduced. Furthermore, PMOS PMOS
The penetration of boron into the gate oxide film during the thermal diffusion of the gate electrode 45 does not occur, and the penetration of boron into the gate electrode, which is a problem of the prior art, can be avoided.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法で
は、第1導電型の不純物を添加して堆積された第1のシ
リコン膜と、この第1のシリコン膜の上に堆積された例
えばノンドープの第2のシリコン膜との2層構造を用い
てゲート電極を形成し、同一基板上に第1導電型のトラ
ンジスタと第1導電型のトランジスタとを形成する。す
なわち、第1導電型のトランジスタの領域には、第1導
電型の不純物を添加して堆積された第1のシリコン膜
と、第1導電型の不純物がイオン注入された第2のシリ
コン膜とからなる2層構造のゲート電極が形成される。
また、第2導電型のトランジスタの領域には、第1導電
型の不純物を添加して堆積された第1のシリコン膜と、
第2導電型の不純物がイオン注入された第2のシリコン
膜とからなる2層構造のゲート電極が形成される。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first silicon film deposited by adding a first conductivity type impurity and a non-doped silicon film deposited on the first silicon film are formed. A gate electrode is formed using a two-layer structure of the second silicon film and a first conductivity type transistor and a first conductivity type transistor are formed over the same substrate. That is, in the region of the transistor of the first conductivity type, a first silicon film deposited by adding an impurity of the first conductivity type and a second silicon film ion-implanted with the impurity of the first conductivity type are formed. Is formed.
A first silicon film deposited by adding an impurity of the first conductivity type to a region of the transistor of the second conductivity type;
A gate electrode having a two-layer structure composed of a second silicon film into which impurities of the second conductivity type are ion-implanted is formed.

【0069】このことにより本発明では、同一基板上に
第1導電型のトランジスタと第2導電型のトランジスタ
とを有し、第1導電型のトランジスタのゲート電極が第
1導電型とされ、第2の導電型のトランジスタのゲート
電極が第2の導電型とされた半導体装置を、少ない工程
数で且つ高い信頼性で製造できる。例えば、本発明で
は、熱処理の際にホウ素等の不純物がゲート酸化膜へ突
き抜けることがなく、且つ、ゲート電極をするために成
膜したシリコン膜を剥離することなく、半導体装置を製
造することができる。
Thus, according to the present invention, a transistor of the first conductivity type and a transistor of the second conductivity type are provided on the same substrate, and the gate electrode of the transistor of the first conductivity type is set to the first conductivity type. A semiconductor device in which the gate electrode of the transistor of the second conductivity type is the second conductivity type can be manufactured with a small number of steps and with high reliability. For example, in the present invention, a semiconductor device can be manufactured without an impurity such as boron penetrating into a gate oxide film during heat treatment and without removing a silicon film formed for forming a gate electrode. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態のデュアルゲートM
OSトランジスタの製造方法において、シリコン基板上
に、素子分離層、P型ウエル、N型ウエル、シリコン酸
化膜の形成を行った後の状態を示す模式的な断面図であ
る。
FIG. 1 shows a dual gate M according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state after forming an element isolation layer, a P-type well, an N-type well, and a silicon oxide film on a silicon substrate in a method for manufacturing an OS transistor.

【図2】図1のシリコン酸化膜上に第1のシリコン膜を
形成した状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a state in which a first silicon film is formed on the silicon oxide film of FIG.

【図3】図2の第1のシリコン膜上に第2のシリコン膜
を形成した状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a state where a second silicon film is formed on the first silicon film in FIG. 2;

【図4】図3の第1のシリコン膜及び第2のシリコン膜
をエッチングしてゲート電極をパターニングした状態を
示す模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a gate electrode is patterned by etching a first silicon film and a second silicon film of FIG. 3;

【図5】図4のシリコン基板のNMOS領域をレジスト
でマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な断面
図である。
5 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted by masking an NMOS region of the silicon substrate of FIG. 4 with a resist.

【図6】図5のシリコン基板のPMOS領域をレジスト
でマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な断面
図である。
6 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted by masking a PMOS region of the silicon substrate of FIG. 5 with a resist.

【図7】図6のゲート電極にサイドウォールを形成し、
PMOS領域をレジストでマスクしてイオン注入をした
状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 7 is a diagram showing a side wall formed on the gate electrode of FIG. 6;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted by masking a PMOS region with a resist.

【図8】図7のシリコン基板のPMOS領域をレジスト
でマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な断面
図である。
8 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted while masking a PMOS region of the silicon substrate of FIG. 7 with a resist.

【図9】本発明の第1の実施の形態で完成したデュアル
ゲートMOSトランジスタの模式的な断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a dual-gate MOS transistor completed in the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施の形態のデュアルゲート
MOSトランジスタの製造方法において、シリコン基板
上に、素子分離層、P型ウエル、N型ウエル、シリコン
酸化膜の形成を行った後の状態を示す模式的な断面図で
ある。
FIG. 10 shows a method of manufacturing a dual-gate MOS transistor according to a second embodiment of the present invention, after forming an element isolation layer, a P-type well, an N-type well, and a silicon oxide film on a silicon substrate. It is a typical sectional view showing a state.

【図11】図10のシリコン酸化膜上に第1のシリコン
膜を形成した状態を示す模式的な断面図である。
11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a first silicon film is formed on the silicon oxide film of FIG.

【図12】図11の第1のシリコン膜上に第2のシリコ
ン膜を形成した状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state where a second silicon film is formed on the first silicon film in FIG.

【図13】図12のシリコン基板のPMOS領域をレジ
ストでマスクして、第2のシリコン膜にイオン注入した
状態を示す模式的な断面図である。
13 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted into a second silicon film by masking a PMOS region of the silicon substrate of FIG. 12 with a resist.

【図14】図13のシリコン基板のNMOS領域をレジ
ストでマスクして、第2のシリコン膜にイオン注入した
状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted into a second silicon film by masking an NMOS region of the silicon substrate of FIG. 13 with a resist.

【図15】図14の第2のシリコン膜上にタングステン
シリサイド膜を形成した状態を示す模式的な断面図であ
る。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a state in which a tungsten silicide film is formed on the second silicon film in FIG.

【図16】図15の第1のシリコン膜,第2のシリコン
膜,タングステンシリサイド膜をエッチングしてゲート
電極をパターニングした状態を示す模式的な断面図であ
る。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a state where the first silicon film, the second silicon film, and the tungsten silicide film of FIG. 15 are etched to pattern the gate electrode.

【図17】図16のシリコン基板のNMOS領域をレジ
ストでマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な
断面図である。
17 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted while masking an NMOS region of the silicon substrate of FIG. 16 with a resist.

【図18】図17のシリコン基板のPMOS領域をレジ
ストでマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な
断面図である。
18 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted by masking a PMOS region of the silicon substrate of FIG. 17 with a resist.

【図19】図18のゲート電極にサイドウォールを形成
し、PMOS領域をレジストでマスクしてイオン注入を
した状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a state where a sidewall is formed on the gate electrode of FIG. 18 and ions are implanted by masking a PMOS region with a resist.

【図20】図19のシリコン基板のPMOS領域をレジ
ストでマスクしてイオン注入をした状態を示す模式的な
断面図である。
20 is a schematic cross-sectional view showing a state where ions are implanted while masking a PMOS region of the silicon substrate of FIG. 19 with a resist.

【図21】本発明の第2の実施の形態で完成したデュア
ルゲートMOSトランジスタの模式的な断面図である。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a dual-gate MOS transistor completed in the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31 シリコン基板、13,33 P型ウエル、
14,34 N型ウエル、15,35 シリコン酸化
膜、16,36 第1のシリコン膜、17,37第2の
シリコン膜、18,44 NMOSゲート電極、19,
45 PMOSゲート電極、43 タングステンシリサ
イド膜
11,31 silicon substrate, 13,33 P-type well,
14, 34 N-type well, 15, 35 silicon oxide film, 16, 36 first silicon film, 17, 37 second silicon film, 18, 44 NMOS gate electrode, 19,
45 PMOS gate electrode, 43 tungsten silicide film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の領域と第2導電型の領域と
を有する半導体基板上に絶縁膜が形成された半導体装置
の製造方法において、 上記絶縁膜が形成された半導体基板上に、第1導電型の
不純物が添加された第1のシリコン膜を形成する第1の
シリコン膜形成工程と、 上記第1のシリコン膜上に、この第1のシリコン膜に添
加された第1導電型の不純物より少ない濃度の第1導電
型の不純物が添加された第2のシリコン膜を形成する第
2のシリコン膜形成工程と、 上記第1導電型の領域上に形成された上記第2のシリコ
ン膜に対して、第2導電型の不純物イオンを注入する第
1のイオン注入工程と、 上記第2導電型の領域上に形成された上記第2のシリコ
ン膜に対して、第1導電型の不純物イオンを注入する第
2のイオン注入工程とを備える半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having an insulating film formed on a semiconductor substrate having a region of a first conductivity type and a region of a second conductivity type, comprising: A first silicon film forming step of forming a first silicon film to which an impurity of a first conductivity type is added; and a first conductivity type added to the first silicon film on the first silicon film. A second silicon film forming step of forming a second silicon film to which an impurity of a first conductivity type is added at a concentration lower than that of the second silicon film; A first ion implantation step of implanting impurity ions of the second conductivity type into the film; and a first ion implantation step of the first conductivity type into the second silicon film formed on the region of the second conductivity type. A second ion implantation step of implanting impurity ions. Method of manufacturing a semiconductor device that.
【請求項2】 上記半導体基板上に形成された上記第1
のシリコン膜と上記第2のシリコン膜とをパターニング
してゲート電極を形成するゲート電極パターニング工程
を備え、 上記第1のイオン注入工程と上記第2のイオン注入工程
は、ゲート電極を形成した後にイオンを注入することを
特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first substrate is formed on the semiconductor substrate.
A gate electrode patterning step of patterning the silicon film and the second silicon film to form a gate electrode, wherein the first ion implantation step and the second ion implantation step are performed after forming the gate electrode. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein ions are implanted.
【請求項3】 上記第2のシリコン膜に対してイオン注
入した後に、上記第1のシリコン膜と上記第2のシリコ
ン膜とをパターニングしてゲート電極を形成するゲート
電極パターニング工程を備え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。
3. The method according to claim 1, further comprising the step of: patterning the first silicon film and the second silicon film to form a gate electrode after ion-implanting the second silicon film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 上記第1導電型及び上記第2の導電型
は、p型及びn型であ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。
4. The method according to claim 1, wherein the first conductivity type and the second conductivity type are p-type and n-type.
【請求項5】 上記第2のシリコン膜形成工程は、ノン
ドープのシリコン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。
5. The method according to claim 1, wherein said second silicon film forming step forms a non-doped silicon film.
【請求項6】 上記第1及び第2のシリコン膜形成工程
は、非単結晶のシリコン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。
6. The method according to claim 1, wherein said first and second silicon film forming steps form a non-single-crystal silicon film.
【請求項7】 上記第1導電型の領域上に形成された上
記第2のシリコン膜に対して第2導電型の不純物イオン
を注入し、上記第2導電型の領域上に対して形成された
上記第2のシリコン膜に対して第1導電型の不純物イオ
ンを注入した後に、熱処理を行って上記非単結晶のシリ
コン膜を結晶化する結晶化工程を備えることを特徴とす
る請求項6記載の半導体装置の製造方法。
7. An impurity ion of a second conductivity type is implanted into the second silicon film formed on the first conductivity type region, and the second silicon film is formed on the second conductivity type region. 7. A crystallization step of implanting impurity ions of a first conductivity type into the second silicon film and performing a heat treatment to crystallize the non-single-crystal silicon film. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項8】 ゲート電極の領域上のシリサイド膜を上
記第2のシリコン膜上に形成するシリサイド膜形成工程
を備え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。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a silicide film forming step of forming a silicide film on a region of the gate electrode on the second silicon film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006068027A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-29 Fujitsu Limited Semiconductor device and its manufacturing method
US7772099B2 (en) 2006-06-20 2010-08-10 Elpida Memory, Inc. Method for manufacturing a semiconductor device having a doped silicon film

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