JP2611363B2 - Insulated gate field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
Insulated gate field effect transistor and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁ゲート電界効果トランジスタおよびそ
の製造方法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulated gate field effect transistor and a method for manufacturing the same.
超LSIに用いられる絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下MISFETと記す)はPチャネルMISFETに対してリン
をドープしたポリシリコンを用いたN型のゲート電極を
使用している。このために、チャネル領域にP型の不純
物をイオン注入して埋め込みチャネルと呼ばれる構造を
とり、トランジスタの閾値電圧Vthを希望の値にしてい
る。An insulated gate field effect transistor (MISFET) used for a VLSI uses an N-type gate electrode using polysilicon doped with phosphorus for a P-channel MISFET. For this purpose, a P-type impurity is ion-implanted into the channel region to form a structure called a buried channel, and the threshold voltage Vth of the transistor is set to a desired value.
埋め込みチャネル構造とは、チャネルがゲート絶縁膜
とシリコン基板の界面ではなく、ゲート絶縁膜から離れ
た深い場所に形成されている構造である。この埋め込み
チャネル構造では、トランジスタが短チャネル化された
ときに、ゲートでコントロールできない電流が流れてし
まうパンチスルーと呼ばれる現象が顕著になる。このパ
ンチスルーを防止するためには、第3図に示したよう
に、P型のゲート電極204を用いて、トランジスタを表
面チャネル構造にすることが望ましい。なお、201はN
型シリコン基板、202,203′はソース・ドレイン領域、2
03はゲート絶縁膜であり、P型のゲート電極204として
ボロンをドープしたポリシリコン、ゲート絶縁膜203と
して何もドープしない酸化膜が用いられている。表面チ
ャネル構造とは、チャネルがゲート絶縁膜とシリコン基
板の界面に形成されている構造である。The buried channel structure is a structure in which a channel is formed not at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate but at a deep place away from the gate insulating film. In this buried channel structure, when the transistor is shortened, a phenomenon called punch-through in which a current that cannot be controlled by the gate flows becomes remarkable. In order to prevent this punch-through, as shown in FIG. 3, it is desirable that the transistor has a surface channel structure using the P-type gate electrode 204. 201 is N
Type silicon substrate, 202, 203 'are source / drain regions, 2
Reference numeral 03 denotes a gate insulating film, in which polysilicon doped with boron is used as the P-type gate electrode 204, and an undoped oxide film is used as the gate insulating film 203. The surface channel structure is a structure in which a channel is formed at an interface between a gate insulating film and a silicon substrate.
従来の表面チャネル構造の絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタでは、P型のゲート電極としてボロンをドープし
たポリシリコン、ゲート絶縁膜として何もドープしない
酸化膜を用いていた。しかしながらボロンには、高温処
理されると酸化膜中を異常な速さで拡散していく『ボロ
ンの突き抜け現象』があることが知られている。このた
め従来の表面チャネル構造の絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタでは、ボロンがチャネル領域にまで拡散してしま
い閾値電圧Vthがコントロールしづらいという問題点が
あった。In a conventional insulated gate field effect transistor having a surface channel structure, polysilicon doped with boron is used as a P-type gate electrode, and an undoped oxide film is used as a gate insulating film. However, it is known that boron has a “boron penetration phenomenon” that diffuses in an oxide film at an abnormal speed when subjected to a high temperature treatment. For this reason, in the conventional insulated gate field effect transistor having the surface channel structure, there is a problem that boron diffuses to the channel region and the threshold voltage Vth is difficult to control.
さらに、現在のプロセス技術ではどうしても取り除く
ことのできないゲート絶縁膜中のナトリウム等の可動性
イオンは、何もドープしない酸化膜中を自由に動き回
り、トランジスタの不安定な動作の原因となる問題もあ
った。Furthermore, mobile ions such as sodium in the gate insulating film, which cannot be removed by the current process technology, move freely in the oxide film that is not doped at all, and cause unstable operation of the transistor. Was.
本発明の目的は、ゲート絶縁膜をリンを添加した絶縁
膜と何も不純物を添加しない絶縁膜との2層構造にする
ことによってボロンの突き抜けを抑制すると同時に、リ
ンによるゲッタリング効果を利用することで可動性イオ
ンを不動化させることで、超LSIに好適なPチャネルMIS
FETの構造とその構造を実現する製造方法を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to suppress the penetration of boron by making the gate insulating film have a two-layer structure of an insulating film to which phosphorus is added and an insulating film to which no impurity is added, and to use a gettering effect by phosphorus. P-channel MIS suitable for VLSI by immobilizing mobile ions
An object of the present invention is to provide an FET structure and a manufacturing method for realizing the structure.
本発明は、P型ゲート電極を用いたPチャネル型の絶
縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、 ゲート絶縁膜がリンを添加した絶縁膜と何も不純物を
添加しない絶縁膜の2層構造になっていることを特徴と
している。According to the present invention, in a P-channel insulated gate field effect transistor using a P-type gate electrode, a gate insulating film has a two-layer structure of an insulating film doped with phosphorus and an insulating film doped with no impurity. It is characterized by.
また本発明は、P型ゲート電極を用いたPチャネル型
の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法におい
て、 何も不純物を添加しない第1の絶縁膜を基板上に形成
する工程と、 前記第1の絶縁膜上にリンを添加した第2の絶縁膜を
形成する工程と、 前記第2の絶縁膜上にP型ゲート電極を形成する工程
とを含むことを特徴としている。The present invention also provides a method of manufacturing a P-channel type insulated gate field effect transistor using a P-type gate electrode, wherein a step of forming a first insulating film to which no impurity is added on a substrate; The method is characterized by including a step of forming a second insulating film to which phosphorus is added on the insulating film, and a step of forming a P-type gate electrode on the second insulating film.
ゲート電極中にリンとボロンが共存するときには、ボ
ロンは突き抜け現象を起こさないことが以前から知られ
ている。上述した手段をとることによって、リンとボロ
ンを共存させることができ、ボロンの突き抜け現象を抑
制することができる。It has long been known that when phosphorus and boron coexist in a gate electrode, boron does not cause a penetration phenomenon. By taking the above measures, phosphorus and boron can coexist, and the penetration phenomenon of boron can be suppressed.
また、リンを添加した絶縁膜には、可動イオンを不動
化させるゲッタリング効果があることも、以前から知ら
れている。従って、上述した手段をとることによって、
リンを添加した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部に形成する
ことができ、この膜のゲッタリング効果によって可動イ
オンを不動化させることができる。It has also been known for some time that a phosphorus-added insulating film has a gettering effect of immobilizing mobile ions. Therefore, by taking the above measures,
An insulating film to which phosphorus is added can be formed in part of the gate insulating film, and mobile ions can be immobilized by a gettering effect of the film.
第1図は、本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタ
の一実施例であるPチャネル型絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタの模式的断面図である。ゲート絶縁膜は、何も
不純物を添加しないノンドープ酸化膜103とリンを添加
したリンドープ酸化膜104の2層構造から形成されてい
る。その他の構造は、第3図に示した従来のものと同様
であり、101はN型シリコン基板を、102,102′はP型ソ
ース・ドレイン領域を、105はP型ゲート電極を示して
いる。FIG. 1 is a schematic sectional view of a P-channel insulated gate field effect transistor which is an embodiment of the insulated gate field effect transistor of the present invention. The gate insulating film has a two-layer structure of a non-doped oxide film 103 to which no impurity is added and a phosphorus-doped oxide film 104 to which phosphorus is added. The other structure is the same as that of the conventional structure shown in FIG. 3, wherein 101 indicates an N-type silicon substrate, 102 and 102 'indicate P-type source / drain regions, and 105 indicates a P-type gate electrode.
次に、その製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method will be described.
第2図(a)〜(f)は、第1図に示したPチャネル
型絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造工程を示す模
式的断面図である。2 (a) to 2 (f) are schematic cross-sectional views showing the steps of manufacturing the P-channel insulated gate field effect transistor shown in FIG.
まず、第2図(a)において、N型シリコン基板101
上にノンドープ酸化膜103を形成する。First, in FIG. 2A, an N-type silicon substrate 101 is formed.
A non-doped oxide film 103 is formed thereon.
次に、第2図(b)に示すように、ノンドープ酸化膜
103上にリンドープポリシリコン膜110を形成する。Next, as shown in FIG. 2 (b), a non-doped oxide film
A phosphorus-doped polysilicon film 110 is formed on 103.
この後、1000℃前後の高温処理を行い、第2図(c)
に示すようなリンドープ酸化膜104を形成する。After that, high temperature treatment of about 1000 ° C. is performed, and FIG. 2 (c)
A phosphorus-doped oxide film 104 as shown in FIG.
以上の工程の後に、第2図(d)に示すように、リン
をドープしたポリシリコン膜110を除去する。After the above steps, the phosphorus-doped polysilicon film 110 is removed as shown in FIG.
露出したリンドープ酸化膜104上にノンドープポリシ
リコン膜106を堆積させ第2図(e)の構造を形成す
る。A non-doped polysilicon film 106 is deposited on the exposed phosphorus-doped oxide film 104 to form the structure shown in FIG.
この後、第2図(f)に示すように、ノンドープポリ
シリコン膜106、リンドープ酸化膜104、ノンドープ酸化
膜103をエッチングし、ソース・ドレイン形成のための
ボロンのイオン注入と不純物活性化のための熱処理を行
って、P型ゲート電極105、P型ソース・ドレイン領域1
02,102′を形成して、第1図に示したPチャネル型絶縁
ゲート電界効果トランジスタを形成する。Thereafter, as shown in FIG. 2 (f), the non-doped polysilicon film 106, the phosphorus-doped oxide film 104, and the non-doped oxide film 103 are etched to perform boron ion implantation for source / drain formation and impurity activation. Heat treatment to form a P-type gate electrode 105, a P-type source / drain region 1
02, 102 'are formed to form the P-channel insulated gate field effect transistor shown in FIG.
以上述べたように、本発明のような構造をとることに
より、リンとボロンを共存させることができ、ボロンの
突き抜け現象を抑制することができる。またリンを添加
した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部に形成することができ
るため、この膜のゲッタリング効果によって可動イオン
を不動化させることができる。As described above, by adopting the structure as in the present invention, phosphorus and boron can coexist, and the phenomenon of boron penetration can be suppressed. Further, since an insulating film to which phosphorus is added can be formed in part of the gate insulating film, mobile ions can be immobilized by a gettering effect of the film.
第1図は、本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタの
一実施例であるPチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタの模式的断面図、 第2図(a)〜(f)は、第1図に示すPチャネル型絶
縁ゲート電界効果トランジスタの製造工程を示す模式的
断面図、 第3図は、従来技術によるPチャネル型絶縁ゲート電界
効果トランジスタの模式的断面図である。 101……N型シリコン基板 102,102′……ソース・ドレイン領域 103……ノンドープ酸化膜 104……リンドープ酸化膜 105……P型ゲート電極 106……ノンドープポリシリコン膜 110……リンドープポリシリコン膜FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a P-channel insulated gate field effect transistor which is one embodiment of the insulated gate field effect transistor of the present invention. FIGS. 2 (a) to (f) are shown in FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of a P-channel insulated gate field-effect transistor. FIG. 3 is a schematic sectional view of a P-channel insulated gate field-effect transistor according to the prior art. 101 N-type silicon substrate 102, 102 'source-drain region 103 non-doped oxide film 104 phosphorus-doped oxide film 105 P-type gate electrode 106 non-doped polysilicon film 110 phosphorus-doped polysilicon film
Claims (2)
縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、 ゲート絶縁膜がリンを添加した絶縁膜と何も不純物を添
加しない絶縁膜の2層構造になっていることを特徴とす
る絶縁ゲート電界効果トランジスタ。In a P-channel type insulated gate field effect transistor using a P-type gate electrode, a gate insulating film has a two-layer structure of an insulating film to which phosphorus is added and an insulating film to which no impurity is added. An insulated gate field effect transistor, characterized in that:
縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、 何も不純物を添加しない第1の絶縁膜を基板上に形成す
る工程と、 前記第1の絶縁膜上にリンを添加した第2の絶縁膜を形
成する工程と、 前記第2の絶縁膜上にP型ゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジス
タの製造方法。2. A method of manufacturing a P-channel type insulated gate field effect transistor using a P-type gate electrode, comprising: forming a first insulating film to which no impurity is added on a substrate; A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising: forming a second insulating film to which phosphorus is added on an insulating film; and forming a P-type gate electrode on the second insulating film. Method.
Priority Applications (1)
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JP20819188A JP2611363B2 (en) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | Insulated gate field effect transistor and method of manufacturing the same |
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JPH11163345A (en) * | 1997-09-29 | 1999-06-18 | Matsushita Electron Corp | Manufacture of semiconductor device |
US9514995B1 (en) | 2015-05-21 | 2016-12-06 | Globalfoundries Inc. | Implant-free punch through doping layer formation for bulk FinFET structures |
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1988
- 1988-08-24 JP JP20819188A patent/JP2611363B2/en not_active Expired - Lifetime
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