JP3290776B2 - 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ - Google Patents
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Description
トランジスタに関し、より詳しくは、素子領域からフィ
ールド絶縁膜上の領域にかけて形成されたゲート電極を
有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタに関する。近
年、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの高速化に伴
い、ゲート電極の微細化,ゲート絶縁膜の薄膜化が行わ
れている。このため、ゲート絶縁膜にかかる電界強度が
増大する傾向にあり、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧の向上及
び信頼性の向上が望まれている。
せるため、ゲート絶縁膜を形成する際の酸化温度を高め
ることにより界面準位を減らすなどしている。図5は、
従来の素子領域からフィールド酸化膜上の領域にかけて
形成されたゲート電極を有する絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタについて示す断面図である。
シリコン基板3に選択酸化法によりフィールド酸化膜4
が形成され、素子分離領域2に囲まれた素子領域1のシ
リコン基板3上に熱酸化によりゲート酸化膜5が形成さ
れる。このとき、ゲート酸化膜5の絶縁耐圧を向上させ
るため、ゲート酸化膜5を形成する際の酸化温度を高め
ることにより界面準位を減らしている。
ート電極6は素子領域1のゲート酸化膜5上のみならず
素子領域1から素子分離領域2にかけて形成される。ま
た、ゲート電極6の微細化に伴い、低抵抗化のため、ゲ
ート電極6として多結晶半導体層6a及びシリサイド層
6bの2層からなるポリサイド層が用いられる。多結晶
シリコン層6aには低抵抗化のため導電型不純物が導入
される。
膜、8はゲート電極6上の層間絶縁膜7に形成されたビ
アホール7aを介してゲート電極6と接続された上部配
線層である。
化膜4とゲート酸化膜5との境界領域での欠陥又は界面
準位は、素子領域1での欠陥又は界面準位の減少と同じ
ようには減少しない。これは、ゲート酸化膜5の形成時
の加熱処理により、フィールド酸化膜4に応力がかか
り、残存するためだと考えられる。
スタ全体の絶縁破壊耐圧及び信頼性は、ゲート酸化膜5
の膜質の改良に係わらず、境界領域の欠陥等の発生状況
に左右される。従って、絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ全体の絶縁破壊耐圧向上及び信頼性の向上が望まれ
ている。本発明は、係る従来例の課題に鑑みて創作され
たものであり、ゲート絶縁膜の膜質の改良とともに、フ
ィールド絶縁膜と素子領域との境界領域でのゲート電極
下の絶縁破壊強度の向上を図ることができる絶縁ゲート
型電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
め、請求項1記載の発明は、絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタに係り、半導体基板に選択酸化により形成され
たフィールド絶縁膜と、前記フィールド絶縁膜に隣接す
る素子領域の半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜
と、前記ゲート絶縁膜上の領域から前記フィールド絶縁
膜上の領域にわたって形成された半導体層からなる第1
のゲート電極層と、前記半導体層上に形成されたシリサ
イド層からなる第2のゲート電極層とを有し、前記半導
体層は、前記フィールド絶縁膜と前記素子領域との境界
領域上におけるキャリア濃度が前記境界領域を除く領域
上におけるキャリア濃度より低いことを特徴とし、請求
項2記載の発明は、請求項1記載の絶縁ゲート型電界効
果トランジスタに係り、前記半導体層は、多結晶シリコ
ン膜又はアモルファスシリコン膜のうち何れか一からな
ることを特徴とし、請求項3記載の発明は、請求項1記
載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタに係り、前記シ
リサイド層は、チタンシリサイド膜、タングステンシリ
サイド膜及びコバルシリサイド膜のうち何れか一からな
ることを特徴とし、請求項4記載の発明は、請求項1記
載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタに係り、前記半
導体層は、前記境界領域を除く領域上で選択的に不純物
が導入されていることを特徴とし、請求項5記載の発明
は、請求項1記載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
に係り、前記半導体層は、前記境界領域を含む領域上で
一導電型不純物が導入され、かつ前記境界領域上で該一
導電型不純物より低濃度の反対導電型不純物が導入され
ていることを特徴としている。
おいては、半導体層からなる第1のゲート電極層と、半
導体層上のシリサイド層からなる第2のゲート電極層と
が素子領域からフィールド絶縁膜にかけて設けられ、半
導体層は、フィールド絶縁膜と素子領域との境界領域上
におけるキャリア濃度が境界領域を除く領域上における
キャリア濃度より低くなっている。キャリア濃度が低い
高抵抗の半導体層は絶縁層として働くため、ゲート電極
層に電圧を印加した場合、第1のゲート電極層及び第2
のゲート電極層からなる2層のゲート電極層のうち、境
界領域では主として第2のゲート電極層に所定の最大の
ゲート電圧がかかる。
下のゲート絶縁膜とはキャパシタンスの直列接続と等価
になり、第2のゲート電極層に印加されたゲート電圧は
それぞれの等価容量に従って高抵抗の半導体層とゲート
絶縁膜とに分割されてかかる。このため、ゲート絶縁膜
にはゲート電圧の全てがかからず、低い電圧がかかるこ
とになる。従って、境界領域ではゲート絶縁膜にかかる
電界は相当緩和される。
ジスタの絶縁破壊耐量の向上が図られる。また、第2の
ゲート電極層は高抵抗の半導体層を除く低抵抗の半導体
層を電気的に接続する役目があり、これにより、素子全
体に配線されたゲート電極には所定のゲート電圧が均一
に印加される。
層に一導電型不純物を導入する際に境界領域の半導体層
に選択的に導電型不純物を導入しないことにより、又は
半導体層に一様に一導電型不純物を導入した後に反対導
電型不純物を境界領域の半導体層に選択的に導入して一
導電型不純物を補償することにより容易に形成される。
(d),図2を参照しながら説明する。図1(a)〜
(d),図2は、本発明の第1の実施例に係る絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの製造方法について説明する
断面図である。
11となるシリコン基板(半導体基板)14に選択的に
不図示のシリコン窒化膜を形成した後、シリコン基板1
4を酸素雰囲気中で加熱することにより、シリコン窒化
膜の形成されていない領域のシリコン基板14を酸化し
て膜厚約6000Åのシリコン酸化膜からなるフィールド絶
縁膜15を形成する。なお、フィールド絶縁膜15の形
成された領域が素子分離領域12となる。
ン基板14を酸素雰囲気中で温度1050℃で加熱し、素子
領域のシリコン基板14に膜厚約110Åのシリコン酸
化膜からなるゲート絶縁膜16を形成する。次に、図1
(c)に示すように、SiH4ガスを用いた化学気相成長法
により、膜厚約1000Åの多結晶シリコン膜(半導体層)
17aを形成する。続いて、WF6 +SiH4の混合ガスを用い
た化学気相成長法により、多結晶シリコン膜17a上に膜
厚約1000Åのタングステンシリサイド膜(シリサイド
層)17bを形成する。
ホトプロセスにより、多結晶シリコン膜17a及びタング
ステンシリサイド膜17bをともにパターニングし、第1
のゲート電極層(多結晶シリコン膜)17a及び第2のゲ
ート電極層(タングステンシリサイド膜)17bからなる
2層のゲート電極層17を形成する。次に、図1(d)
に示すように、素子領域11と素子分離領域12との境
界領域13a,13bのタングステンシリサイド膜17b上に
レジストマスク18a,18bを形成する。続いて、レジス
トマスク18a,18bに基づいて選択的に多結晶シリコン
膜17aに加速エネルギ50keV ,ドーズ量4×1015c
m-2の条件でリンをイオン注入する。これにより、リン
は境界領域13a,13bを除く領域の多結晶シリコン膜17
aに選択的に導入され、境界領域13a,13bで高抵抗と
なっており、該境界領域13a,13bを除いて低抵抗とな
っている第1のゲート電極層17aが形成される。なお、
第2のゲート電極層17bは第1のゲート電極層17aの高
抵抗領域19a,19bの両側の低抵抗の第1のゲート電極
層17aを電気的に接続する役目があり、これにより、素
子全体に配線されたゲート電極層17には所定のゲート
電圧が均一に印加される。
H4と酸化性ガスとの混合ガスを用いた化学気相成長法に
より、膜厚約2000Åのシリコン酸化膜からなる層間絶縁
膜20を形成する。その後、図2に示すように、ゲート
電極層17上の層間絶縁膜20にビアホール20aを形成
した後、ビアホール20aを被覆して膜厚約1μmのアル
ミニウム膜を蒸着法により形成する。続いて、アルミニ
ウム膜をパターニングしてゲート電極層17と接続する
上部配線層21を形成すると、絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタが完成する。
型電界効果トランジスタにおいては、多結晶シリコン層
(第1のゲート電極層)17aは、フィールド絶縁膜15
と素子領域11との境界領域13a,13bで高抵抗となっ
ており、境界領域13a,13bを除いて低抵抗となってい
る。境界領域13a,13bの高抵抗の多結晶シリコン層17
aは絶縁層として働くため、ゲート電極層17に電圧を
印加した場合、第1のゲート電極層17a及び第2のゲー
ト電極層17bからなる2層のゲート電極層17のうち、
境界領域13a,13bでは主として第2のゲート電極層17
bに最大のゲート電圧がかかる。
と下のゲート絶縁膜16とはキャパシタンスの直列接続
と等価になり、第2のゲート電極層17bに印加されたゲ
ート電圧はそれぞれの等価容量に従って高抵抗の多結晶
シリコン層17aとゲート絶縁膜16とに分割されてかか
る。このため、ゲート絶縁膜16にはゲート電圧の全て
がかからず、低い電圧がかかることになる。従って、境
界領域13a,13bではゲート絶縁膜16にかかる電界は
相当緩和される。
処理により形成してゲート絶縁膜16の膜質の改良を図
るとともに、本発明を適用すれば、絶縁ゲート型電界効
果トランジスタ全体の絶縁破壊耐量の向上が図られる。 (2)第2の実施例 次に、図3を参照しながら第2の実施例について説明す
る。図3は、第2の実施例に係る絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの一製造工程を示す断面図で、境界領域13
a,13bで高抵抗の第1のゲート電極層22aを形成する
方法を示す。
物濃度をP型不純物濃度により補償することにより、境
界領域13a,13bで真性半導体層又は低いキャリア濃度
を有する半導体層となっており、かつ他の領域で低抵抗
となっている多結晶シリコン膜(半導体層)22aを形成
していることである。同図は、多結晶シリコン膜(半導
体層)22a及びタングステンシリサイド膜(シリサイド
層)22bからなる2層のゲート電極層22のうち、多結
晶シリコン膜22aにN型不純物が導入された後であっ
て、補償のためのP型不純物の導入前の状態を示す断面
図である。23は境界領域13a,13bを除いてゲート電
極層22を被覆するレジストマスクである。
基づいて選択的に多結晶シリコン膜22aに加速エネルギ
20keV ,ドーズ量4×1015cm-2の条件でP型不純
物のボロンをイオン注入する。これにより、境界領域13
a,13bの多結晶シリコン膜22a中に既に導入されてい
るN型不純物のリン濃度が補償され、境界領域13a,13
bの多結晶シリコン膜22aは低濃度のキャリアを有する
ようになる。これにより、境界領域13a,13bで高抵抗
となっており、該境界領域13a,13bを除いて低抵抗と
なっている第1のゲート電極層22aが形成される。
程を経て絶縁ゲート型電界効果トランジスタが完成す
る。以上のように、第2の実施例の絶縁ゲート型電界効
果トランジスタにおいても、第1の実施例と同様に、第
1のゲート電極層22aは、フィールド絶縁膜15と素子
領域11との境界領域13a,13bで高抵抗となってお
り、境界領域13a,13bを除く領域で低抵抗となってい
る。
圧が緩和されるので、絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ全体の絶縁破壊耐量の向上が図られる。 (3)第3の実施例 更に、上記第1及び第2の実施例では境界領域13a,13
bの多結晶シリコン膜19a,19b及び24a,24bのみ高
抵抗とし、この高抵抗領域19a,19b及び高抵抗領域24
a,24bを挟む両側に低抵抗の多結晶シリコン膜17a,
24aを形成している。ゲート電極層17,22の幅方向
に高抵抗領域19a,19b及び高抵抗領域24a,24bを形
成する場合には、高抵抗領域19a,19b及び高抵抗領域
24a,24bを挟む両側のゲート電極層17,22を連続
的に繋げる必要があるので、このような構成が必要であ
る。一方、図4に示すように、ゲート電極層25の長さ
方向に高抵抗領域26a,26bを形成する様な場合には、
境界領域13a,13b及びその外側領域には導電型不純物
を導入しないようにすることも可能である。
フィールド絶縁膜15と素子領域11との境界領域13
a,13bで高抵抗となっているので、ゲート絶縁膜16
にかかる電圧が緩和される。このため、絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ全体の絶縁破壊耐量の向上が図られ
る。なお、上記の実施例では、第1のゲート電極層17
a,22a,25aとして多結晶シリコン膜を用いている
が、アモルファスシリコン膜等の半導体層を用いてもよ
い。
bとしてタングステンシリサイド膜を用いているが、チ
タンシリサイド膜又はコバルトシリサイド膜を用いても
よい。更に、多結晶シリコン膜17a,22a,25aにリン
を導入してN導電型としているが、ボロンを導入してP
導電型とする場合に本発明を適用することが可能であ
る。この場合、第2の実施例における補償のための反対
導電型不純物としてリン等のN型不純物を用いる。
ト型電界効果トランジスタにおいては、第1のゲート電
極層及び第2のゲート電極層からなるゲート電極層のう
ち、第1のゲート電極層は、フィールド絶縁膜と素子領
域との境界領域で高抵抗となっており、境界領域を除く
素子領域で低抵抗となっている。
とゲート絶縁膜とに分割されてかかるので、ゲート絶縁
膜にはゲート電圧の全てがかからず、低い電圧がかかる
ことになる。従って、境界領域ではゲート絶縁膜にかか
る電界は相当緩和される。これにより、絶縁ゲート型電
界効果トランジスタの絶縁破壊耐量の向上が図られる。
効果トランジスタの製造方法について示す断面図(その
1)である。
効果トランジスタの製造方法について示す断面図(その
2)である。
効果トランジスタの一製造工程について示す断面図であ
る。
効果トランジスタの一製造工程について示す断面図であ
る。
タについて示す断面図である。
のゲート電極層)、 17b,22b,25b タングステンシリサイド膜(シリサ
イド層;第2のゲート電極層)、 18a,18b レジストマスク、 19a,19b,24a,24b,26a,26b 高抵抗領域、 20 層間絶縁膜、 21 上部配線層。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板に選択酸化により形成された
フィールド絶縁膜と、前記フィールド絶縁膜に隣接する
素子領域の半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の領域から前記フィールド絶縁膜上
の領域にわたって形成された半導体層からなる第1のゲ
ート電極層と、前記半導体層上に形成されたシリサイド
層からなる第2のゲート電極層とを有し、 前記半導体層は、前記フィールド絶縁膜と前記素子領域
との境界領域上におけるキャリア濃度が前記境界領域を
除く領域上におけるキャリア濃度より低いことを特徴と
する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。 - 【請求項2】 前記半導体層は、多結晶シリコン膜又は
アモルファスシリコン膜のうち何れか一からなることを
特徴とする請求項1記載の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ。 - 【請求項3】 前記シリサイド層は、チタンシリサイド
膜、タングステンシリサイド膜及びコバルシリサイド膜
のうち何れか一からなることを特徴とする請求項1記載
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。 - 【請求項4】 前記半導体層は、前記境界領域を除く領
域上で選択的に不純物が導入されていることを特徴とす
る請求項1記載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。 - 【請求項5】 前記半導体層は、前記境界領域を含む領
域上で一導電型不純物が導入され、かつ前記境界領域上
で該一導電型不純物より低濃度の反対導電型不純物が導
入されていることを特徴とする請求項1記載の絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ。
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