JP2001168208A - 電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタの製造方法

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JP2001168208A
JP2001168208A JP34821599A JP34821599A JP2001168208A JP 2001168208 A JP2001168208 A JP 2001168208A JP 34821599 A JP34821599 A JP 34821599A JP 34821599 A JP34821599 A JP 34821599A JP 2001168208 A JP2001168208 A JP 2001168208A
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effect transistor
oxide film
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Haruki Yoneda
陽樹 米田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 p型ゲート中のp型不純物のシリコン基板への
突き抜けと、n型ゲート中の空乏化との両方の問題を同
時に解決することのできる電界効果型トランジスタの製
造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 既知の方法で、同一基板1上にnウェル
2、pウェル3、ゲート絶縁膜5を形成し、前記ゲート絶縁
膜5の上に半導体層8を形成し、前記半導体層8に燐をド
ープした後、前記半導体層8の上に自然酸化膜6を形成
し、前記自然酸化膜6の上に導電体層9を形成し、ゲート
電極10をパターニングした後、前記nウェル領域にボロ
ンを、前記pウェル領域にヒ素を注入することで、それ
ぞれ、p型トランジスタ、n型トランジスタを形成するこ
とにより、前記自然酸化膜6がp型トランジスタにおける
前記ゲート電極10中のボロンの拡散を抑制し、シリコン
基板1への突き抜けを防ぎ、下層の燐ドープポリがn型ト
ランジスタにおけるゲート電極10の空乏化を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、両チャネルとも表
面チャネル型トランジスタとなる電界効果型トランジス
タの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの高速化・低消費電力化に伴い、
両チャネルとも表面チャネル型トランジスタで構成され
るデュアルゲートポリトランジスタが主流となってい
る。以下、デュアルゲートポリトランジスタの製造方法
について図14〜図25を参照しながら説明する。図1
4は、例えばp型シリコン基板1上に、nウェル2、pウェ
ル3を形成し、既知の方法で素子分離酸化膜4、ゲート酸
化膜5を形成したものである。その後、図15のように
多結晶シリコン膜7を成長させ、図16のように多結晶
シリコン膜7上にレジストパターン11を形成し、そのレ
ジストパターン11をマスクとしてエッチングすることに
より、図17のようにゲート電極10を形成する。そし
て、図18、19のようにn型トランジスタ領域にヒ
素、p型トランジスタ領域にボロンを注入することによ
り低濃度不純物層12、13を形成する。そして、図20の
ように例えば、HTO(High Temperature Oxide)のよ
うな層間絶縁膜14を成膜した後、異方性エッチングを用
いて、図21のようにサイドウォールスペーサ15をゲー
ト電極10の側面に形成する。その後、図22、23のよ
うに、n型トランジスタ領域にヒ素、p型トランジスタ領
域にボロンを注入することにより、ゲート電極10への不
純物の注入と拡散層16、17を同時に形成する。図24は
こうして作られたCMOSトランジスタである。
【0003】このようなデュアルゲートトランジスタで
は、p型トランジスタのゲート電極10の不純物であるボ
ロンのシリコン基板への突き抜けに依るしきい値電圧の
ばらつきやゲート酸化膜の信頼性の低下が最も懸念さ
れ、そのため、特開平4-286127号公報には図25に示す
ように、ゲート電極10を積層構造とし、ゲート電極10の
間に薄い酸化膜19を持つ積層構造など、ゲート電極内の
不純物の拡散をできるだけ低くするような構造が提案さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ゲート電極内の不純物
の拡散をできるだけ低くするような構造を用いた場合、
n型トランジスタのゲート電極の不純物としてヒ素を用
いると、ヒ素は拡散係数が低いため、ゲート電極の下部
まで十分に拡散せず、その結果、n型トランジスタのゲ
ート電極の空乏化が大きくなり、トランジスタの性能が
劣化する問題がある。
【0005】本発明は、特性の良好な電界効果型トラン
ジスタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の電界効果
型トランジスタの製造方法は、同一基板上にn型領域、p
型領域を形成する第1の工程と、その基板の上にゲート
絶縁膜を形成する第2の工程と、前記ゲート絶縁膜の上
にn型又はp型の不純物がドープされた半導体層を形成す
る第3の工程と、前記半導体層の上に絶縁層を形成する
第4の工程と、前記絶縁層の上に導電体層を形成する第5
の工程と、前記n型領域及びp型領域上のそれぞれにおい
て、前記半導体層、絶縁層、導電体層をゲート電極とし
て加工する第6の工程と、前記第6の工程の前又は後に、
前記n型領域の少なくとも前記導電体層にp型不純物を、
前記p型領域の少なくとも前記導電体層にn型不純物を注
入する第7の工程とを含むことを特徴とする。
【0007】この場合、n型不純物の方がp型不純物に比
べて拡散係数が高いとき、ゲート電極中には絶縁層を形
成しているので、n型トランジスタにおけるゲート電極
にあってはn型不純物の拡散を抑えて、シリコン基板へ
の突き抜けを抑えることができる。このとき、工程3に
おいて、半導体層にp型不純物をドープしておくことに
より、p型トランジスタのゲート電極にあっては、絶縁
層のためにp型不純物が拡散しにくくても、半導体層下
部の不純物濃度が低くなることを防止でき、ゲート電極
の空乏化を抑えることができる。
【0008】逆に、p型不純物の方がn型不純物に比べ
て拡散係数が高いとき、ゲート電極中には絶縁層を形成
しているので、p型トランジスタにおけるゲート電極に
あってはp型不純物の拡散を抑えて、シリコン基板への
突き抜けを抑えることができる。このとき、工程3にお
いて、半導体層にn型不純物をドープしておくことによ
り、n型トランジスタのゲート電極にあっては、絶縁層
のためにn型不純物が拡散しにくくても、半導体層下部
の不純物濃度が低くなることを防止でき、ゲート電極の
空乏化を抑えることができる。
【0009】請求項2記載の電界効果型トランジスタの
製造方法は、前記絶縁層が自然酸化膜層であることを特
徴とする。即ち、絶縁層形成のための特別な工程を加え
ることなく、絶縁層を形成することができる。請求項3
記載の電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項1
記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、前
記第3の工程において、n型不純物をドープすることを特
徴とする。
【0010】即ち、ゲート電極中には絶縁層を形成して
いるので、p型トランジスタにおけるゲート電極にあっ
てはp型不純物の拡散を抑えて、シリコン基板への突き
抜けを抑えることができる。また、工程3により、半導
体層にn型不純物をドープしてあれば、n型トランジスタ
のゲート電極にあっては、絶縁層のためにn型不純物が
拡散しにくくても、半導体層下部の不純物濃度が低くな
ることを防止でき、ゲート電極の空乏化を抑えることが
できる。
【0011】請求項4記載の電界効果型トランジスタの
製造方法は、請求項1又は3記載の電界効果型トランジ
スタの製造方法において、前記第4の工程において、大
気中での放置時間を制御することで、前記自然酸化膜層
の膜厚を制御することを特徴とする。即ち、大気中に放
置する時間を制御することで、自然酸化膜の膜厚を制御
性良く形成することができ、チップ毎にばらつくことな
く、p型トランジスタにおいてゲート電極中に注入したp
型不純物がシリコン基板に突き抜けることと、n型トラ
ンジスタにおいてゲート電極が空乏化することを防ぐこ
とができる。
【0012】請求項5記載の電界効果型トランジスタの
製造方法は、請求項1又は3記載の電界効果型トランジ
スタの製造方法において、前記n型不純物を燐にするこ
とで、最下層のゲート電極内において、不純物分布の偏
りを少なくし、空乏化を抑えることができることを特徴
とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明を具体化した実施形態にお
ける電界効果型トランジスタの製造方法を、図1〜図1
3に示す。但し、従来例と同様の構成には同じ符号を用
い、その詳細な説明を省略する。 工程1(図1参照):p型シリコン基板1上に、nウェル
2、pウェル3を形成し、既知の方法で素子分離酸化膜4を
形成した後、熱酸化法(例えば、950℃の温度を用いた
ドライ酸化)を用いて、シリコン酸化膜5を例えば3nmの
膜厚で形成する。
【0014】工程2(図2参照):下層のゲート電極層
となる第1の多結晶シリコン層8をCVD法により例えば、
10nm形成する。尚、第1の多結晶シリコン層8はアモルフ
ァスシリコン層でもよい。 工程3(図3参照):第1の多結晶シリコン層8に燐を
ドーピングする。その方法は、例えば、850℃におい
て、燐を例えば、POCl3層18を形成した後、固相拡散さ
せる。また、イオン注入法を用いてもよい。
【0015】工程4(図4参照):工程3の後、希フッ
酸により、一度、工程2以降で形成された自然酸化膜を
除去し、その後、再び基板を大気中に放置して、自然酸
化膜6を形成した後、自然酸化膜6上に上層のゲート電極
層となる第2の多結晶シリコン層9をCVD法により例え
ば、10nm形成する。尚、自然酸化膜6の膜厚は、大気中
に放置する時間で制御することができる。
【0016】また、ここでは上層のゲート電極層として
第2の多結晶シリコン層9を用いたが、アモルファスシリ
コン、金属でもよい。 工程5(図5参照):前記第2の多結晶シリコン層9上
にレジストパターン11を形成する。 工程6(図6参照):前記レジストパターン11をマスク
として、例えば、ECRプラズマエッチャーにHBr/02ガス
を用いて、第2の多結晶シリコン層9、自然酸化膜6、及
び、第1の多結晶シリコン層8をエッチングし、前記レ
ジストパターン11をエッチングし、ゲート電極10を形成
する。
【0017】工程7(図7参照):n型トランジスタ領
域にヒ素を注入することにより低濃度不純物層12を形成
する。 工程8(図8参照): p型トランジスタ領域にボロンを
注入することにより低濃度不純物層13を形成する。 工程9(図9参照): 例えば、HTO(High Temperat
ure Oxide)のような層間絶縁膜14を成膜する。
【0018】工程10(図10参照): 前記層間絶縁
膜14を異方性エッチングを用いてエッチングすること
で、サイドウォールスペーサ15を形成する。 工程11(図11参照): n型トランジスタ領域にヒ素
を注入することにより、ゲート電極10への不純物の注入
と拡散層16を同時に形成する。 工程12(図12参照): p型トランジスタ領域にボロ
ンを注入することにより、ゲート電極10の主に第2の多
結晶シリコン層9にボロンを注入するとともに、基板1に
拡散層17を形成する。その後、熱処理を行うことによ
り、ボロンが第1の多結晶シリコン層8に拡散する。
【0019】この時、ゲート電極10中に自然酸化膜6を
形成していることにより、p型トランジスタにおけるゲ
ート電極10にあっては、ボロンの注入時にボロンが第1
の多結晶シリコン層8の下方にまで到達しないので、熱
処理によってボロンが拡散しても、このボロンがシリコ
ン基板1へ突き抜けることを抑えることができる。ま
た、第1の多結晶シリコン層8にはn型不純物である燐を
ドープしているので、n型トランジスタのゲート電極10
にあっては、自然酸化膜6のためにヒ素が拡散しにくく
ても、第1の多結晶シリコン層8下部の不純物濃度が低
くなることを防止でき、ゲート電極10の空乏化を抑える
ことができる。
【0020】本実施形態にあっては、以下の通りに変更
することができる。 (1)自然酸化膜6を2層以上設ける。こうすること
で、ボロンの基板への突き抜けをより防止することがで
きる。 (2)工程3において、第1の半導体層8に、燐とともに
窒素を注入する。こうすることで、ゲート酸化膜5界面
のダングリングボンドを窒素で終端することができ、ボ
ロンのシリコン基板1への突き抜けをより強固に防止す
ることができる。 (3)工程12において、ボロンイオンに代えて、BF2
オンを用いる。この場合、BF2はボロンに比べて重いた
め、低エネルギーの注入機を用いることなく、拡散層を
浅く形成することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、特性の
良好な電界効果型トランジスタを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図2】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図3】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図4】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図5】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図6】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図7】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図8】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図9】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果型
トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図10】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果
型トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図11】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果
型トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図12】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果
型トランジスタの製造過程を示す概略断面図である。
【図13】本発明を具体化した実施形態に係る電界効果
型トランジスタの概略断面図である。
【図14】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図15】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図16】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図17】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図18】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図19】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図20】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図21】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図22】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図23】従来例に係る電界効果型トランジスタの製造
過程を示す概略断面図である。
【図24】従来例に係る電界効果型トランジスタの概略
断面図である。
【図25】従来例に係る電界効果型トランジスタの概略
断面図である。
【符号の説明】
1・・シリコン基板 2・・nウェル 3・・pウェル 4・・素子分離酸化膜 5・・シリコン酸化膜 6・・自然酸化膜 7・・多結晶シリコン層 8・・第1の多結晶シリコン層 9・・第2の多結晶シリコン層 10・・ゲート電極 11・・フォトレジスト 12・・低濃度不純物層(n+) 13・・低濃度不純物層(p+) 14・・層間絶縁膜 15・・サイドウォールスペーサ 16・・拡散層(n+) 17・・拡散層(p+) 18・・POCl3
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB40 CC05 DD29 DD43 DD55 DD65 EE08 EE14 FF19 GG09 GG10 GG14 HH04 HH16 5F040 DA06 DB03 DC01 EC02 EC04 EC07 EC28 EF02 EK01 FA05 FB02 FC11 5F048 AA07 AC03 BA01 BB06 BB07 BB12 BB13 BC06 BD04 BE03 BG12 DA17 DA18 DA25

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上にn型領域、p型領域を形成す
    る第1の工程と、 その基板の上にゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、 前記ゲート絶縁膜の上にn型又はp型の不純物がドープさ
    れた半導体層を形成する第3の工程と、 前記半導体層の上に絶縁層を形成する第4の工程と、 前記絶縁層の上に導電体層を形成する第5の工程と、 前記n型領域及びp型領域上のそれぞれにおいて、前記半
    導体層、絶縁層、導電体層をゲート電極として加工する
    第6の工程と、 前記第6の工程の前又は後に、前記n型領域の少なくとも
    前記導電体層にp型不純物を、前記p型領域の少なくとも
    前記導電体層にn型不純物を注入する第7の工程とを含む
    ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記絶縁層が自然酸化膜層であることを
    特徴とする請求項1に記載の電界効果型トランジスタの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第3の工程において、n型不純物をド
    ープすることを特徴とする請求項1に記載の電界効果型
    トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第4の工程において、大気中での放
    置時間を制御することで、前記自然酸化膜層の膜厚を制
    御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電界効
    果型トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記n型不純物が燐であることを特徴と
    する請求項1又は3に記載の電界効果型トランジスタの
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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