JP2001291780A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001291780A
JP2001291780A JP2000104954A JP2000104954A JP2001291780A JP 2001291780 A JP2001291780 A JP 2001291780A JP 2000104954 A JP2000104954 A JP 2000104954A JP 2000104954 A JP2000104954 A JP 2000104954A JP 2001291780 A JP2001291780 A JP 2001291780A
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gate electrode
type
film
polycrystalline silicon
silicon film
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Toshihiko Higuchi
俊彦 樋口
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Seiko Epson Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート電極が安定した導電性を得ることがで
き、且つ、ゲート電極にシリサイドを形成しても不純物
がゲート電極中を移動するのを防止できる半導体装置の
製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体装置の製造方法は、
N型ゲート電極25とP型ゲート電極26が接続して形
成された隣接するMOSトランジスタを有する半導体装
置の製造方法であって、ゲート絶縁膜15上に第1の多
結晶シリコン膜17を堆積する工程と、第1の多結晶シ
リコン膜17の一部分にN型不純物を導入する工程と、
第1の多結晶シリコン膜17の他の部分にP型不純物を
導入する工程と、第1の多結晶シリコン膜17a,17
b上に第2の多結晶シリコン膜23を堆積する工程と、
第1及び第2の多結晶シリコン膜をエッチングしてN型
ゲート電極25及びP型ゲート電極26を形成する工程
と、を具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1導電型のゲー
ト電極と第2導電型のゲート電極が接続して形成された
隣接するトランジスタを有する半導体装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】図6〜図8は、従来の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。この半導体装置は、互いに異
なる導電型のゲート電極が接続して形成された2つのト
ランジスタを有している。
【0003】まず、図6に示すように、シリコン基板1
11に素子分離のためのLOCOS酸化膜113を形成
する。次に、LOCOS酸化膜113の相互間のシリコ
ン基板111上に熱酸化法によりゲート酸化膜115を
形成する。次に、このゲート酸化膜115を含む全面上
にCVD(Chemical Vapor Deposition)法により多結
晶シリコン膜117を堆積する。この後、多結晶シリコ
ン膜117上に第1のレジストパターン118を形成
し、第1のレジストパターン118をマスクとして多結
晶シリコン膜117にP+型不純物(例えばB)119
をイオン注入する。これにより、多結晶シリコン膜11
7にはP+型多結晶シリコン膜117aが形成される。
【0004】次に、第1のレジストパターン118を剥
離した後、図7に示すように、P+型多結晶シリコン膜
117a上に第2のレジストパターン121を形成す
る。この後、第2のレジストパターン121をマスクと
して多結晶シリコン膜117にN+型不純物(例えばA
s)122をイオン注入する。これにより、多結晶シリ
コン膜117にはN+型多結晶シリコン膜117bが形
成される。
【0005】この後、第2のレジストパターン121を
剥離した後、図8に示すように、P +型多結晶シリコン
膜117a及びN+型多結晶シリコン膜117bの上に
第3のレジストパターン(図示せず)を形成する。次
に、第3のレジストパターンをマスクとしてP+型多結
晶シリコン膜117a及びN+型多結晶シリコン膜11
7bをエッチングする。これにより、P+型ゲート電極
117a及びN+型ゲート電極117bがゲート酸化膜
115上に形成される。
【0006】この後、N型不純物イオン(例えばAs)
をシリコン基板111に注入することにより、シリコン
基板11にはソース/ドレイン領域のN型拡散層(図示
せず)が形成される。次に、P型不純物イオン(例えば
B)をシリコン基板111に注入することにより、シリ
コン基板111にはソース/ドレイン領域のP型拡散層
(図示せず)が形成される。このようにしてNチャネル
MOSトランジスタ及びPチャネルMOSトランジスタ
が形成される。
【0007】次に、ゲート電極117a,117bの上
にスパッタ法によりTi膜を塗布し、このTi膜及びゲ
ート電極に熱処理を施すことにより、ゲート電極の上に
はTiシリサイド(TiSi2)膜133が形成され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体装置の製造方法では、ゲート電極117a,11
7bを形成するための多結晶シリコン膜のパターニング
前に、あらかじめ多結晶シリコン膜117にP型不純物
119及びN型不純物122をドーピングしている。こ
のドーピングする不純物の濃度が高いと、ゲート電極1
17a,117bの表面に形成されたTiシリサイド膜
133を介して不純物が移動してしまうことがある。つ
まり、P+型ゲート電極117a中のP型不純物がN+
ゲート電極117b側に移動し、その結果、図8に示す
ように、N+型ゲート電極117b中にP型ゲート電
極117cが形成されてしまう。これにより、隣接する
トランジスタのしきい値電圧Vthが所望値から変化して
いた。
【0009】一方、ゲート電極となる多結晶シリコン膜
にあらかじめドーピングする不純物の濃度が低いと、上
記のようなTiシリサイド133を介して不純物が移動
することはない。しかし、ゲート電極117a,117
bが高抵抗で導電性が不安定となり、ゲート電極が空乏
化してMOSトランジスタの能力が低下したり、所望の
トランジスタのしきい値電圧Vthを得ることができない
という問題が生じる。
【0010】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、ゲート電極が安定した導
電性を得ることができ、且つ、ゲート電極にシリサイド
を形成しても不純物がゲート電極中を移動するのを防止
できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、第1導電型のゲート電極と第2導電型の
ゲート電極が接続して形成された隣接するトランジスタ
を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁膜
上に第1の多結晶シリコン膜を堆積する工程と、第1の
多結晶シリコン膜の一部分に第1導電型の不純物を導入
する工程と、第1の多結晶シリコン膜の他の部分に第2
導電型の不純物を導入する工程と、第1の多結晶シリコ
ン膜上に第2の多結晶シリコン膜を堆積する工程と、第
1及び第2の多結晶シリコン膜をエッチングすることに
より第1導電型のゲート電極及び第2導電型のゲート電
極を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【0012】上記半導体装置の製造方法によれば、ゲー
ト電極を形成するための多結晶シリコン膜のエッチング
前に、あらかじめ多結晶シリコン膜に第1導電型の不純
物及び第2導電型の不純物を導入しているが、これらの
不純物を導入した第1の多結晶シリコン膜上に第2の多
結晶シリコン膜を形成しているため、ゲート電極の加工
後にその表面にシリサイド膜を形成しても、そのシリサ
イド膜を介して不純物が移動することを抑制できる。つ
まり、シリサイド膜の直下の第2の多結晶シリコン膜の
不純物濃度が低いため、シリサイド膜を介して隣接する
トランジスタのゲート電極まで不純物が移動することを
抑制できる。さらに、第1の多結晶シリコン膜に十分な
濃度の不純物を導入しておくことにより、トランジスタ
のゲート電極を低抵抗にすることができ、ゲート電極の
導電性を安定して得ることができる。
【0013】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
においては、前記第1導電型のゲート電極及び第2導電
型のゲート電極を形成する工程の後に、ソース/ドレイ
ン領域の拡散層を形成する工程と、第1導電型のゲート
電極及び第2導電型のゲート電極それぞれの上にシリサ
イド膜を形成する工程と、をさらに含むことが好まし
い。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施の形態について説明する。図1〜図5は、本発明の
実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図であ
る。
【0015】まず、図1に示すように、シリコン基板1
1に素子分離のためのLOCOS酸化膜13を形成す
る。次に、LOCOS酸化膜13の相互間のシリコン基
板11上に熱酸化法によりゲート酸化膜15を形成す
る。次に、このゲート酸化膜15を含む全面上にCVD
法により第1の多結晶シリコン膜17を堆積する。
【0016】この後、図2に示すように、第1の多結晶
シリコン膜17を含む全面上にレジスト膜(図示せず)
を塗布し、このレジスト膜を露光、現像することによ
り、N型ゲート形成領域を開口した第1のレジストパタ
ーン18が形成される。次に、第1のレジストパターン
18をマスクとして第1の多結晶シリコン膜17にN+
型不純物(例えばAs)19をイオン注入する。これに
より、第1の多結晶シリコン膜17にはN+型多結晶シ
リコン膜17aが形成される。
【0017】次に、第1のレジストパターン18を剥離
した後、図3に示すように、N+型多結晶シリコン膜1
7aを含む全面上にレジスト膜(図示せず)を塗布し、
このレジスト膜を露光、現像することにより、P型ゲー
ト形成領域を開口した第2のレジストパターン21が形
成される。次に、第2のレジストパターン21をマスク
として第1の多結晶シリコン膜17にP+型不純物(例
えばB)22をイオン注入する。これにより、第1の多
結晶シリコン膜17にはP+型多結晶シリコン膜17b
が形成される。
【0018】この後、第2のレジストパターン21を剥
離した後、多結晶シリコン膜17a,17b中の不純物
を活性化させるための熱処理を施す。次に、図4(a)
に示すように、N+型多結晶シリコン膜17a及びP+
多結晶シリコン膜17bの上にCVD法により第2の多
結晶シリコン膜23を堆積する。
【0019】次に、第2の多結晶シリコン膜23上にレ
ジスト膜(図示せず)を塗布し、このレジスト膜をフォ
トリソグラフィー技術によって露光、現像することによ
り第3のレジストパターン(図示せず)を形成する。こ
の後、第3のレジストパターンをマスクとして第2の多
結晶シリコン膜23、N+型多結晶シリコン膜17a及
びP+型多結晶シリコン膜17bをエッチングする。こ
れにより、図4(b)に示す平面形状を有するN+型ゲ
ート電極25及びP+型ゲート電極26がゲート酸化膜
15上に形成され、このゲート電極25,26のゲート
長は0.13〜0.18μm程度である。図4(a)に
示すように、N+型ゲート電極25はN+型多結晶シリコ
ン膜17a及び第2の多結晶シリコン膜23からなり、
+型ゲート電極26はP+型多結晶シリコン膜17b及
び第2の多結晶シリコン膜23からなる。
【0020】この後、N型不純物イオン(例えばAs)
をシリコン基板11に注入することにより、図4(b)
に示すように、シリコン基板11にはソース/ドレイン
領域のN型拡散層31が形成される。次に、P型不純物
イオン(例えばB)をシリコン基板11に注入すること
により、シリコン基板11にはソース/ドレイン領域の
P型拡散層32が形成される。このようにしてNチャネ
ルMOSFET及びPチャネルMOSFETが形成され
る。
【0021】次に、ゲート電極25,26の上にスパッ
タ法によりTi膜を塗布し、このTi膜及びゲート電極
に熱処理を施すことにより、ゲート電極25,26の上
にはTiシリサイド(TiSi2)膜33が形成され
る。
【0022】上記実施の形態によれば、ゲート電極2
5,26を形成するための多結晶シリコン膜のパターニ
ング前に、あらかじめ多結晶シリコン膜17にP型不純
物19及びN型不純物22をドーピングしているが、N
+型多結晶シリコン膜17a及びP+型多結晶シリコン膜
17bの上に不純物を導入していない第2の多結晶シリ
コン膜23を形成しているため、ゲート電極25,26
の加工後にその表面にシリサイド膜33を形成しても、
そのシリサイド膜33を介して不純物が移動することを
抑制できる。つまり、シリサイド膜33の直下の第2の
多結晶シリコン膜23の不純物濃度が低いため、シリサ
イド膜33を介して隣接するMOSトランジスタのゲー
ト電極まで不純物が移動することを抑制できるのであ
る。さらに、第1の多結晶シリコン膜17に十分な濃度
の不純物イオン19,22を注入しておくことにより、
MOSFETのゲート電極25,26を低抵抗にするこ
とができ、ゲート電極の導電性を安定して得ることがで
きる。
【0023】また、本実施の形態では、ゲート電極2
5,26を加工する前からゲート酸化膜15近くの多結
晶シリコン膜中にN+又はP+の不純物が存在するため、
ゲート電極形成後の工程で熱拡散によりゲート電極中に
不純物を広げる必要がない。従って、B(ボロン)突き
抜けによりゲート酸化膜15又はシリコン基板11にB
が入ることがなく、ゲート酸化膜15の信頼性の低下を
抑制することができると共に、低温化プロセスにも対応
し易い。
【0024】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。例えば、
第1及び第2の多結晶シリコン膜17,23の厚さ、ゲ
ート電極のサイズ、導入される不純物イオンの濃度など
は適宜変更可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1導電型の不純物及び第2導電型の不純物を導入した第
1の多結晶シリコン膜上に第2の多結晶シリコン膜を形
成している。したがって、ゲート電極が安定した導電性
を得ることができ、且つ、ゲート電極にシリサイドを形
成しても不純物がゲート電極中を移動するのを防止でき
る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示すものであり、図1の次の工程を示す断面図であ
る。
【図3】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示すものであり、図2の次の工程を示す断面図であ
る。
【図4】図4(b)は、本発明の実施の形態による半導
体装置の製造方法を示すものであって図3の次の工程を
示す平面図であり、図4(a)は、図4(b)に示す4
a−4a線に沿った断面図である。
【図5】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方
法を示すものであり、図4の次の工程を示す断面図であ
る。
【図6】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【図7】従来の半導体装置の製造方法を示すものであ
り、図6の次の工程を示す断面図である。
【図8】従来の半導体装置の製造方法を示すものであ
り、図7の次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
11…シリコン基板 13…LOCOS酸化膜 15…ゲート酸化膜 17…第1の多結晶シリコン膜 17a…N+型多結晶シリコン膜 17b…P+型多結晶シリコン膜 18…第1のレジストパターン 19…N+型不純物(例えばAs) 21…第2のレジストパターン 22…P+型不純物(例えばB) 23…第2の多結晶シリコン膜 25…N+型ゲート電極 26…P+型ゲート電極 31…ソース/ドレイン領域のN型拡散層 32…ソース/ドレイン領域のP型拡散層 33…Tiシリサイド(TiSi2)膜 111…シリコン基板 113…LOCOS酸化膜 115…ゲート酸化膜 117…多結晶シリコン膜 117a…P+型多結晶シリコン膜(P+型ゲート電極) 117b…N+型多結晶シリコン膜(N+型ゲート電極) 118…第1のレジストパターン 119…P+型不純物(例えばB) 121…第2のレジストパターン 122…N+型不純物(例えばAs) 133…Tiシリサイド(TiSi2)膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 CC05 DD37 DD43 DD55 DD78 DD84 FF14 GG09 GG10 GG14 HH05 HH10 HH16 5F040 DA06 DB03 DC01 EC01 EC02 EC04 EC05 EC07 EC11 EC13 EK01 FC19 5F048 AA07 AC03 BA01 BB06 BB07 BB08 BB13 BB14 BF03 BF06 BG12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型のゲート電極と第2導電型の
    ゲート電極が接続して形成された隣接するトランジスタ
    を有する半導体装置の製造方法であって、 ゲート絶縁膜上に第1の多結晶シリコン膜を堆積する工
    程と、 第1の多結晶シリコン膜の一部分に第1導電型の不純物
    を導入する工程と、 第1の多結晶シリコン膜の他の部分に第2導電型の不純
    物を導入する工程と、 第1の多結晶シリコン膜上に第2の多結晶シリコン膜を
    堆積する工程と、 第1及び第2の多結晶シリコン膜をエッチングすること
    により第1導電型のゲート電極及び第2導電型のゲート
    電極を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型のゲート電極及び第2導
    電型のゲート電極を形成する工程の後に、ソース/ドレ
    イン領域の拡散層を形成する工程と、第1導電型のゲー
    ト電極及び第2導電型のゲート電極それぞれの上にシリ
    サイド膜を形成する工程と、をさらに含むことを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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