JPH0212030B2 - - Google Patents

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JPH0212030B2
JPH0212030B2 JP57183693A JP18369382A JPH0212030B2 JP H0212030 B2 JPH0212030 B2 JP H0212030B2 JP 57183693 A JP57183693 A JP 57183693A JP 18369382 A JP18369382 A JP 18369382A JP H0212030 B2 JPH0212030 B2 JP H0212030B2
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JP
Japan
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mosfet
oxide film
layer
source
polysilicon layer
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Japanese (ja)
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JPS5974673A (en
Inventor
Yasuo Nakai
Minoru Kikuchi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8221Three dimensional integrated circuits stacked in different levels

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に
MOSFETを基板上に3次元的に積層形成する方
法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method for manufacturing a semiconductor device.
This invention relates to a method for three-dimensionally stacking MOSFETs on a substrate.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

最近、ポリシリコン膜を用い、これにレーザ、
電子線、熱等によるアニール処理を施して結晶成
長を促進し、こうして再結晶化したポリシリコン
膜に半導体素子を形成する技術が注目されてい
る。この技術を利用すれば、3次元的に半導体素
子を集積形成することが可能である。
Recently, polysilicon film has been used, and laser,
A technique that promotes crystal growth by applying annealing treatment using an electron beam, heat, etc., and forming a semiconductor element on a recrystallized polysilicon film is attracting attention. Using this technique, it is possible to three-dimensionally integrate semiconductor elements.

具体例を挙げれば、単結晶シリコン基板にpチ
ヤネルMOSFETを形成し、この上に積層したレ
ーザアニールによる再結晶化ポリシリコン層にゲ
ート共通のnチヤネルMOSFETを形成した相補
型MOSFET(以下CMOSFET)を製作し、その
特性値として、pチヤネル側がしきい値−2.2V、
表面移動度180cm2/V・S、表面電荷1.6×1011cm
−2、nチヤネル側がしきい値2.1V、表面移動度
160cm2/V・Sが得られたことが報告されている
(1980年、J.F.Gibbons & K.F.Lee)。同様の
縦型CMOSの実用性については、G.T.Goeloeら
やJ.P.Colingeらによつても1980年IEDMにおい
て報告されている。
To give a specific example, a complementary MOSFET (CMOSFET) is created in which a p-channel MOSFET is formed on a single-crystal silicon substrate, and an n-channel MOSFET with a common gate is formed on a recrystallized polysilicon layer laminated on top of this by laser annealing. The characteristic values are -2.2V threshold on the p channel side.
Surface mobility 180cm 2 /V・S, surface charge 1.6×10 11 cm
-2 , threshold 2.1V on the n-channel side, surface mobility
It has been reported that 160 cm 2 /V·S was obtained (1980, JFGibbons & KFLee). The practicality of similar vertical CMOS was also reported by GT Goeloe et al. and JP Colinge et al. at the 1980 IEDM.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

単結晶シリコン基板や絶縁体基板上にポリシリ
コン層を積層し、多層に半導体素子を集積形成す
る場合に、プロセス上基本的に重要なことは、ホ
トエングレービング工程を少なくすること、各工
程で表面をできるだけ平坦化すること、配線の段
差を少なくすること等である。この点、従来報告
されている縦型CMOSは段差が大きく、素子平
坦化も考慮されておらず、高密度集積化したとき
の信頼性、歩留りに大きな問題を残している。
When stacking polysilicon layers on a single-crystal silicon substrate or an insulator substrate to form integrated multilayer semiconductor devices, the fundamental process importance is to reduce the number of photoengraving steps and to improve the efficiency of each step. These include making the surface as flat as possible and reducing the level differences in wiring. In this regard, the vertical CMOS that has been reported so far has large steps and does not take element planarization into consideration, leaving major problems in reliability and yield when integrated at high density.

また縦型CMOSを作る場合、前述のようにゲ
ート電極を共通にして上部MOSFETはゲート電
極上にゲート酸化膜を介してポリシリコン層が堆
積された形となる。これは、上部MOSFETをポ
リシリコン層表面に下部MOSFETのゲート電極
とは別にゲート電極を設ける構造にすると、上部
MOSFETに下部MOSFETのゲート電極による
バツクゲートバイアスがかかるためである。とこ
ろが、このようなゲート電極共通の積層構造とす
ると、上部MOSFETはゲート酸化工程後にポリ
シリコン堆積工程があるため、ゲート酸化膜−ポ
リシリコン層界面における局在準位密度が5×
1011〜1×1012cm-2程度と下部MOSFETでのそれ
に比べて1桁以上高くなることがしばしばある。
その原因は、下部MOSFET製作後のウエハ表面
に存在する不純物が上部MOSFETのゲート酸化
工程でそのゲート酸化膜にとり込まれるためであ
る。このため上部MOSFETのしきい値制御が難
しくなる。また、この構造では、上部MOSFET
はゲート電極が半導体層の下にあるため、下部
MOSFETのように通常のシリコンゲートプロセ
スにおける自己整合(セルフアライン)技術をそ
のまま適用することができない。
Furthermore, when creating a vertical CMOS, the gate electrode is shared as described above, and the upper MOSFET has a polysilicon layer deposited on the gate electrode with a gate oxide film interposed therebetween. This is because if the upper MOSFET has a structure in which a gate electrode is provided on the surface of the polysilicon layer separately from the gate electrode of the lower MOSFET, the upper
This is because a back gate bias is applied to the MOSFET by the gate electrode of the lower MOSFET. However, if such a stacked structure with a common gate electrode is used, the upper MOSFET has a polysilicon deposition process after the gate oxidation process, so the local level density at the gate oxide film-polysilicon layer interface is 5×
It is often about 10 11 to 1×10 12 cm -2 , which is an order of magnitude higher than that of the lower MOSFET.
The reason for this is that impurities present on the wafer surface after manufacturing the lower MOSFET are incorporated into the gate oxide film during the gate oxidation process of the upper MOSFET. This makes it difficult to control the threshold value of the upper MOSFET. Also, in this structure, the top MOSFET
Since the gate electrode is under the semiconductor layer, the bottom
Unlike MOSFETs, the self-alignment technology used in normal silicon gate processes cannot be applied as is.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、基板半導体層のMOSFETの
ゲート電極を上部MOSFETのゲート電極として
共用して3次元MOS集積回路を作る場合に、表
面平坦化と同時に、上部MOSFETについてセル
フアライン技術を適用して性能向上を図ることに
ある。
An object of the present invention is to apply self-alignment technology to the upper MOSFET at the same time as surface flattening when creating a three-dimensional MOS integrated circuit by sharing the gate electrode of the MOSFET in the substrate semiconductor layer as the gate electrode of the upper MOSFET. The aim is to improve performance.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明においては、基板半導体層に第1の
MOSFETを形成するに際して、通常のシリコン
ゲートプロセスと異なり、ゲート電極となる不純
物を含む第1のポリシリコン層を堆積した後これ
をホトエツチングすることなく、耐酸化性マスク
でおおつて選択酸化することによりゲート電極お
よびソース、ドレインコンタクト電極を分離形成
し、同時にこのポリシリコン層からの固相拡散に
よりソース、ドレイン領域を形成する。こうして
第1のMOSFETは、第1のポリシリコンからな
るゲート電極およびソース、ドレインコンタクト
電極の間の領域をポリシリコン酸化物で埋めて表
面をほゞ平坦化した形で形成される。そして第1
のMOSFETが形成された基板上に第2のポリシ
リコン層を堆積し、これに第2のMOSFETを形
成する。
In the present invention, the substrate semiconductor layer includes a first
When forming a MOSFET, unlike a normal silicon gate process, the first polysilicon layer containing impurities, which will become the gate electrode, is deposited and then covered with an oxidation-resistant mask and selectively oxidized without photo-etching. A gate electrode and source and drain contact electrodes are formed separately, and at the same time, source and drain regions are formed by solid phase diffusion from this polysilicon layer. In this way, the first MOSFET is formed by filling the region between the first polysilicon gate electrode and the source and drain contact electrodes with polysilicon oxide, thereby making the surface substantially flat. and the first
A second polysilicon layer is deposited on the substrate on which the MOSFET is formed, and a second MOSFET is formed thereon.

また本発明は、上述の如く表面を平坦化して形
成した第1のMOSFET上にそのゲート電極を共
用して第2のMOSFETを作るに際して、第2の
ポリシリコン層に裏面からの固相拡散を利用して
セルフアライン構造を実現する。即ち、第2の
MOSFETを作るポリシリコンを堆積する前に、
第1のMOSFETのゲート電極とソース、ドレイ
ンコンタクト電極間のシリコン酸化膜を一部エツ
チングしてその凹部に選択的に不純物含有層を埋
込んでおく。そして第1のMOSFETのゲート電
極表面にゲート酸化膜を介して第2のポリシリコ
ン層を堆積し、上記不純物含有層からの不純物を
固相拡散させて、第2のMOSFETのソース、ド
レイン領域のセルフアライン構造を得る。
The present invention also provides solid-phase diffusion into the second polysilicon layer from the back surface when forming a second MOSFET by sharing the gate electrode on the first MOSFET formed by flattening the surface as described above. A self-aligned structure is achieved by using That is, the second
Before depositing the polysilicon to make the MOSFET,
A portion of the silicon oxide film between the gate electrode and the source and drain contact electrodes of the first MOSFET is etched, and an impurity-containing layer is selectively buried in the recessed portion. Then, a second polysilicon layer is deposited on the surface of the gate electrode of the first MOSFET via a gate oxide film, and the impurities from the impurity-containing layer are solid-phase diffused to form the source and drain regions of the second MOSFET. Obtain a self-aligned structure.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、第1のMOSFETのゲート電
極となる第1のポリシリコン層のホトエツチング
工程はなく、第1のポリシリコン層の選択酸化に
より、ゲート電極と共にソース、ドレインにダイ
レクトコンタクトするポリシリコンからなるコン
タント電極およびソース、ドレイン領域が同時に
形成されて、しかもこの第1のMOSFETの表面
が平坦化されている。従つてこの上に第2の
MOSFETを形成し、金属配線を配設する場合、
第1のMOSFETのソース、ドレインに対しては
基板半導体層にまで達するコンタクトホールを形
成する必要はなく、金属配線の段差は従来に比べ
て小さくなり、3次元MOS集積回路の配線の段
切れを確実に防止することができる。
According to the present invention, there is no photo-etching process for the first polysilicon layer that becomes the gate electrode of the first MOSFET, and selective oxidation of the first polysilicon layer allows the polysilicon layer to directly contact the source and drain as well as the gate electrode. A contact electrode and source and drain regions are simultaneously formed, and the surface of this first MOSFET is flattened. Therefore, on top of this, the second
When forming a MOSFET and arranging metal wiring,
There is no need to form contact holes that reach the substrate semiconductor layer for the source and drain of the first MOSFET, and the steps in the metal wiring are smaller than in the past, reducing the possibility of disconnections in the wiring of 3D MOS integrated circuits. This can be reliably prevented.

また本発明によれば、上述した表面平坦化によ
る信頼性向上に加えて、第2のMOSFETを裏面
からの固相拡散を利用してセルフアライン構造と
することにより、高速動作が可能な3次元
CMOS集積回路が得られる。
Furthermore, according to the present invention, in addition to improving reliability through surface flattening as described above, the second MOSFET is made into a self-aligned structure using solid-phase diffusion from the backside, thereby providing a three-dimensional structure capable of high-speed operation.
A CMOS integrated circuit is obtained.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図a〜gは本発明の一実施例の製造工程を
示す断面図である。n型Si基板1に選択酸化法等
によりまずフイールド酸化膜2を形成する(a)。次
いで塩酸酸化法により約1000Å酸化膜を形成し不
要な部分をエツチング除去してゲート酸化膜3を
形成する(b)。次に全面に5×1019cm-3程度のボロ
ンを含む第1のポリシリコン層4を約0.7μm堆積
し(c)。続いて塩酸酸化による約1500Åの酸化膜
5、その上にCVD法またはスパツタ法によるシ
リコン窒化膜6を積層形成する(d)。そしてこの窒
化膜6と酸化膜5の積層膜をゲート電極領域およ
びソース、ドレインコンタクト電極領域に残すよ
うにパターニングし、残された積層膜をマスクと
して高圧酸化法(9Kg、600℃)により選択酸化
し、ポリシリコン層4をその厚み方向について全
て酸化膜7に変換して、ゲート電極41、ソース
コンタクト電極42およびドレインコンタント電
極43をそれぞれ分離形成する(e)。このとき、窒
化膜6と酸化膜5の積層膜からなるマスクパター
ンは、第2図に破線で示したように、ゲート電極
領域については最後の電極取出しを考慮してフイ
ールド領域にまで十分ゲート電極を延在させるよ
うなパターンとする。この工程でポリシリコン層
4に含まれていたボロンが基板1に拡散されてソ
ース領域8、ドレイン領域9が同時に形成され
る。なお、この選択酸化により埋込まれた酸化膜
7の表面の盛り上がりが大きい場合には、酸化膜
エツチングにより表面の平坦化を行うことが望ま
しい。この工程は、例えば酸化膜7と同程度のエ
ツチング速度をもつレジスト等の流動性物質膜を
塗布して表面を平坦化した後、ドライエツチング
法により、この流動性物質膜とその下の酸化膜7
を窒化膜6が露出するまで均一エツチングする
か、もう少し簡単に窒化膜6をマスクとして酸化
膜7の表面を若干化学エツチングすることで行わ
れる。
FIGS. 1a to 1g are cross-sectional views showing the manufacturing process of an embodiment of the present invention. First, a field oxide film 2 is formed on an n-type Si substrate 1 by selective oxidation or the like (a). Next, an oxide film of approximately 1000 Å is formed using a hydrochloric acid oxidation method, and unnecessary portions are removed by etching to form a gate oxide film 3 (b). Next, a first polysilicon layer 4 containing about 5×10 19 cm -3 of boron is deposited to a thickness of about 0.7 μm over the entire surface (c). Subsequently, an oxide film 5 of about 1500 Å is formed by hydrochloric acid oxidation, and a silicon nitride film 6 is formed thereon by CVD or sputtering (d). Then, this laminated film of nitride film 6 and oxide film 5 is patterned so as to remain in the gate electrode region and source/drain contact electrode region, and selectively oxidized by high pressure oxidation method (9 kg, 600°C) using the remaining laminated film as a mask. Then, the entire polysilicon layer 4 is converted into an oxide film 7 in its thickness direction, and a gate electrode 4 1 , a source contact electrode 4 2 and a drain contact electrode 4 3 are formed separately (e). At this time, the mask pattern consisting of the laminated film of the nitride film 6 and the oxide film 5 is designed to cover the gate electrode sufficiently far into the field region in consideration of the final electrode extraction, as shown by the broken line in FIG. The pattern is such that it extends. In this step, boron contained in the polysilicon layer 4 is diffused into the substrate 1, and a source region 8 and a drain region 9 are simultaneously formed. Note that if the surface of the oxide film 7 buried by this selective oxidation has a large protrusion, it is desirable to planarize the surface by etching the oxide film. In this step, for example, a fluid material film such as a resist having an etching rate similar to that of the oxide film 7 is applied to flatten the surface, and then this fluid material film and the oxide film below it are removed by dry etching. 7
This can be done by uniformly etching until the nitride film 6 is exposed, or more simply by slightly chemically etching the surface of the oxide film 7 using the nitride film 6 as a mask.

こうして表面が略平坦な第1のMOSFETであ
るpチヤネルMOSFETが得られる。この後、窒
化膜6をエツチング除去し、酸化膜5をそのまま
第2のMOSFETのゲート酸化膜として用いるべ
く残した状態で、620℃の低圧CVD法により約
0.6μmの第2のポリシリコン層10を堆積する
(f)。このポリシリコン層10には、ボロンを1〜
5×1016cm-3イオン注入し、CWArレーザ等によ
りアニール処理を行う。レーザアニールの条件は
例えば、出力9〜11W、スポツトサイズ60〜90μ
mφ、送り幅10〜40μm、送り速度5〜12.5cm/
secとする。こうして再結晶化した第2のポリシ
リコン層10に選択的にリンイオン注入を行つて
ソース領域11、ドレイン領域12を形成し、不
要な部分の第2のポリシリコン層10をエツチン
グ除去し、全面にリンとホウ素を含有した酸化膜
即ちBPSG膜13をCVD法により0.5〜0.8μm堆
積し、これにコンタクトホールをあけた後加熱処
理して表面をなだらかにして、例えばAl膜の蒸
着、エツチングにより電極配線141〜143を形
成してMOSFETを完成する(g)。
In this way, a p-channel MOSFET, which is the first MOSFET, with a substantially flat surface is obtained. Thereafter, the nitride film 6 is removed by etching, and the oxide film 5 is left as it is to be used as the gate oxide film of the second MOSFET, and approximately
Deposit a second polysilicon layer 10 of 0.6 μm
(f). This polysilicon layer 10 contains 1 to 10% boron.
5×10 16 cm -3 ions are implanted and annealing is performed using a CWAr laser or the like. The conditions for laser annealing are, for example, output power 9~11W, spot size 60~90μ
mφ, feed width 10~40μm, feed speed 5~12.5cm/
sec. Phosphorus ions are selectively implanted into the recrystallized second polysilicon layer 10 to form a source region 11 and a drain region 12, and unnecessary portions of the second polysilicon layer 10 are removed by etching to cover the entire surface. An oxide film containing phosphorus and boron, that is, a BPSG film 13, is deposited to a thickness of 0.5 to 0.8 μm using the CVD method, and after contact holes are formed in this, the surface is smoothed by heat treatment, and electrodes are formed by, for example, vapor deposition or etching of an Al film. Wiring lines 14 1 to 14 3 are formed to complete the MOSFET (g).

この実施例によるMOSFETの特性は次のとお
りである。まず第1のMOSFETである基板側の
pチヤネルCMOSFETは、基板濃度1×1015cm-
、ゲート酸化膜厚1000Å、チヤネル幅Wとチヤ
ネル長Lの比がW/L=20/8のとき、しきい値
はVT=−1.6V、局在準位密度はQSS5×1010cm-
である。第2のMOSFETである第2のポリシリ
コン側のnチヤネルMOSFETは、ポリシリコン
の濃度2×1016cm-3、ゲート酸化膜厚1500Å、チ
ヤネル幅Wとチヤネル長Lの比がW/L=16/8
のとき、しきい値はVT=+2.0V、局在準位密度
はQSS5×1011cm-2である。このMOSFETの特
性を第3図に示した。こうしてこの実施例によれ
ば、ポリシリコン側の第2のMOSFETについて
も局在準位密度が比較的小さく、しきい値制御が
容易になつている。これは第2のMOSFETのゲ
ート酸化膜が第1のMOSFETのゲート電極とな
る第1のポリシリコン層4を堆積した後、ただち
にその全面酸化を行つて更に窒化膜6でおおうと
いう工程をとることにより不純物汚染から免が
れ、ゲート酸化膜の膜質が良好なものとなること
による。またこれにより、第2のMOSFETの動
作速度も改善される。
The characteristics of the MOSFET according to this example are as follows. First, the first MOSFET, a p-channel CMOSFET on the substrate side, has a substrate concentration of 1×10 15 cm -
3. When the gate oxide film thickness is 1000 Å, the ratio of channel width W to channel length L is W/L = 20/8, the threshold value is V T = -1.6 V, and the local level density is Q SS 5 × 10. 10 cm -
It is 2 . The second MOSFET, an n-channel MOSFET on the second polysilicon side, has a polysilicon concentration of 2×10 16 cm -3 , a gate oxide film thickness of 1500 Å, and a ratio of channel width W to channel length L of W/L= 16/8
When , the threshold value is V T =+2.0V, and the local level density is Q SS 5×10 11 cm −2 . Figure 3 shows the characteristics of this MOSFET. In this manner, according to this embodiment, the localized level density of the second MOSFET on the polysilicon side is also relatively small, making it easy to control the threshold value. This is a process in which the gate oxide film of the second MOSFET becomes the gate electrode of the first MOSFET after depositing the first polysilicon layer 4, which is then immediately oxidized on the entire surface and then covered with a nitride film 6. This is because the gate oxide film is freed from impurity contamination and the quality of the gate oxide film is improved. This also improves the operating speed of the second MOSFET.

そしてこの実施例によれば、基板側の第1の
MOSFETが表面が平坦な状態で形成され、また
この上に第2のMOSFETを積層形成した後の電
極取出しは、第1のMOSFETについては第1の
ポリシリコン層によるソース、ドレインコンタク
ト電極42,43がそのまま取出し電極の一部とな
るため、金属配線の段差が従来に比べて小さく、
従つて配線の段切れが確実に防止される。この結
果、3次元MOS集積回路の信頼性向上、歩留り
向上が図られる。
According to this embodiment, the first
The MOSFET is formed with a flat surface, and after the second MOSFET is laminated thereon, the electrodes are taken out using the source and drain contact electrodes 4 2 , 4 3 becomes part of the extraction electrode as it is, so the level difference in the metal wiring is smaller than before.
Therefore, disconnection of the wiring is reliably prevented. As a result, the reliability and yield of the three-dimensional MOS integrated circuit can be improved.

なお、実施例では、ゲート電極を共用した縦型
CMOSの場合を説明したが、本発明はこれに限
られるものではない。例えば第2のポリシリコン
層に形成されるMOSFETは、第1のMOSFET
のゲート電極直上でなければ、ゲート電極を表面
側に設ける通常の形であつてもよい。またその場
合、第1、第2のMOSFETの導電チヤネルは
p、nいずれでもよい。
In addition, in the example, a vertical type with a shared gate electrode is used.
Although the case of CMOS has been described, the present invention is not limited to this. For example, the MOSFET formed in the second polysilicon layer is similar to that of the first MOSFET.
As long as the gate electrode is not directly above the gate electrode, the gate electrode may be provided in the usual form on the front surface side. In that case, the conductive channels of the first and second MOSFETs may be either p or n.

次に、上記実施例と同様の表面平坦化に加え、
第2のMOSFETのソース、ドレイン領域を裏面
からの固相拡散を利用してゲート領域にセルフア
ラインさせて形成するようにした本発明の実施例
につき、第4図a〜jを参照して説明する。第1
図a〜gと相対応する部分にはこれと同一符号を
付して詳細な説明は省く。第4図a〜eまでの工
程は第1図a〜eと同じである。第1の
MOSFETであるpチヤネルMOSFETを、第1
のポリシリコン層4の選択酸化によりゲート電極
1、ソースコンタクト電極42およびドレインコ
ンタクト電極43を形成してその間を酸化膜7で
埋め込んで平坦に形成した後、本実施例では、窒
化膜6をマスクとして酸化膜7を一部エツチング
して凹部21を形成する(f)。この凹部21には、
次に形成される第2のポリシリコンからなる第2
のMOSFETのソース、ドレインその他の配線層
に対する不純物拡散源となる不純物含有層を平坦
に埋込む。即ち、ゲート電極41、ソースコンタ
クト電極42およびドレインコンタクト電極43
露出した側面を酸化した後、例えばヒ素とリンを
1:20の原子比で1×1020cm-3ドープした不純物
ドープ酸化膜22を高周波プラズマ放電法によつ
て凹部21の深さと同程度の厚みをもつて全面に
堆積し、次いでこの酸化膜22と同程度のエツチ
ング速度をもつ流動性質膜として例えばレジスト
膜23を回転塗布して表面平坦化を行う(g)。
そしてこのレジスト膜23とその下の不純物ドー
プ酸化膜22をドライエツチング法で窒化膜6が
露出するまで均一エツチングし、その後窒化膜6
を除去する(h)。この後、先の実施例と同様に
全面に第2のポリシリコン層10を堆積する
(i)。そしてこの第2のポリシリコン層10にボ
ロンイオン注入とレーザアニール等による再結晶
化処理を施し、不純物ドープ酸化膜22からの固
相拡散によつてソース領域11、ドレイン領域1
2その他必要な配線領域を形成し、この第2のポ
リシリコン層10をパターニングして最後に
BPSG膜13で全面被覆してコンタクトホールを
あけ、Al膜による電極配線141〜143を形成し
てCMOSFETを完成する(j)。
Next, in addition to the same surface flattening as in the above example,
An embodiment of the present invention in which the source and drain regions of the second MOSFET are formed in self-alignment with the gate region using solid-phase diffusion from the back side will be described with reference to FIGS. 4a to 4j. do. 1st
Portions corresponding to those in FIGS. a to g are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The steps in FIGS. 4a to 4e are the same as those in FIGS. 1a to 1e. first
The p-channel MOSFET, which is a MOSFET, is
A gate electrode 4 1 , a source contact electrode 4 2 , and a drain contact electrode 4 3 are formed by selective oxidation of the polysilicon layer 4 , and the space between them is filled with an oxide film 7 to form a flat surface. Using 6 as a mask, a portion of the oxide film 7 is etched to form a recess 21 (f). In this recess 21,
A second layer of polysilicon made of second polysilicon is then formed.
An impurity-containing layer that serves as an impurity diffusion source for the source, drain, and other wiring layers of the MOSFET is buried flatly. That is, after oxidizing the exposed side surfaces of the gate electrode 4 1 , source contact electrode 4 2 , and drain contact electrode 4 3 , impurity doping is performed, for example, by doping 1×10 20 cm −3 with arsenic and phosphorus at an atomic ratio of 1:20. An oxide film 22 is deposited over the entire surface by a high-frequency plasma discharge method to a thickness comparable to the depth of the recess 21, and then a resist film 23, for example, is deposited as a fluid film having an etching rate comparable to that of the oxide film 22. The surface is flattened by spin coating (g).
Then, this resist film 23 and the impurity-doped oxide film 22 thereunder are uniformly etched by a dry etching method until the nitride film 6 is exposed, and then the nitride film 6 is etched.
(h). Thereafter, a second polysilicon layer 10 is deposited over the entire surface as in the previous embodiment (i). This second polysilicon layer 10 is then subjected to recrystallization treatment such as boron ion implantation and laser annealing, and the source region 11 and drain region 1 are formed by solid phase diffusion from the impurity-doped oxide film 22.
2. Form other necessary wiring areas, pattern this second polysilicon layer 10, and finally
The entire surface is covered with a BPSG film 13, contact holes are made, and electrode wirings 14 1 to 14 3 made of Al film are formed to complete the CMOSFET (j).

この実施例によれば、先の発明と同様の効果が
得られるのみならず、第2のMOSFETとして、
ゲート電極が半導体層の下にあるにも拘らずセル
フアライン構造が得られ、ゲート浮遊容量の減少
により一層の高速動作が可能となる。
According to this embodiment, not only can the same effects as the previous invention be obtained, but also as the second MOSFET,
A self-aligned structure is obtained even though the gate electrode is under the semiconductor layer, and higher speed operation is possible due to the reduction in gate stray capacitance.

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

第1図a〜gは本発明の一実施例の製造工程を
示す断面図、第2図は第1図eの窒化膜マスクパ
ターンを示す図、第3図は上記実施例による
CMOSFETの特性を示す図、第4図a〜jは本
発明の別の実施例の製造工程を示す断面図であ
る。 1……Si基板、2……フイールド酸化膜、3…
…ゲート酸化膜、4……第1のポリシリコン層、
1……ゲート電極、42……ソースコンタクト電
極、42……ドレインコンタクト電極、5……シ
リコン酸化膜(ゲート酸化膜)、6……シリコン
窒化膜(耐酸化性マスク)、8……ソース領域、
9……ドレイン領域、10……第2のポリシリコ
ン層、11……ソース領域、12……ドレイン領
域、13……BPSG膜、141〜143……Al電極
配線、21……凹部、22……不純物ドープ酸化
膜、23……レジスト膜。
FIGS. 1a to 1g are cross-sectional views showing the manufacturing process of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the nitride film mask pattern of FIG. 1e, and FIG.
4A to 4J are cross-sectional views showing the manufacturing process of another embodiment of the present invention. 1...Si substrate, 2...field oxide film, 3...
...gate oxide film, 4...first polysilicon layer,
4 1 ... gate electrode, 4 2 ... source contact electrode, 4 2 ... drain contact electrode, 5 ... silicon oxide film (gate oxide film), 6 ... silicon nitride film (oxidation-resistant mask), 8 ... ...source area,
9...Drain region, 10...Second polysilicon layer, 11...Source region, 12...Drain region, 13...BPSG film, 141 to 143 ...Al electrode wiring, 21...Concave portion, 22... Impurity-doped oxide film, 23... Resist film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板半導体層に第1のMOSFETを形成し、
この上に半導体層を堆積して第2のMOSFETを
積層形成する方法において、前記第1の
MOSFETの形成工程は、基板半導体層にフイー
ルド酸化膜を形成する工程と、この基板半導体層
の素子形成領域に選択的にゲート酸化膜を形成し
た後、全面に不純物を含有した第1のポリシリコ
ン層を堆積する工程と、この第1のポリシリコン
層の表面を選択的に耐酸化性マスクでおおい熱酸
化を行つてゲート電極及びソース、ドレイン、コ
ンタクト電極を分離形成すると同時に第1のポリ
シリコン層の不純物を拡散させてソース、ドレイ
ン領域を形成する工程とを備え、前記第2の
MOSFETの形成工程は、少なくとも前記第1の
MOSFETのゲート電極とソース、ドレインコン
タクト電極の間の酸化膜を一部エツチングして凹
部を形成しこの凹部に選択的に不純物含有層を平
坦に埋込む工程と、その後第2のポリシリコン層
を堆積する工程と、この第2のポリシリコン層に
前記不純物含有層の不純物を拡散させてソース、
ドレイン領域を形成する工程とを備えたことを特
徴する半導体装置の製造方法。 2 前記耐酸化性マスクは、第1のポリシリコン
層表面を酸化して得られたシリコン酸化膜とこの
上に堆積したシリコン窒化膜の積層膜をパターニ
ングしたものである特許請求の範囲第1項記載の
半導体装置の製造方法。 3 前記ゲート電極とソース、ドレインコンタク
ト電極間に形成した凹部に不純物含有層を選択に
埋込む工程は、全面に不純物ドープ酸化膜を堆積
した後その表面を流動性物質膜により平坦化し、
これら流動性物質膜と不純物ドープ酸化膜に対し
てエツチング速度の等しい条件で均一にドライエ
ツチングするものである特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置の製造方法。 4 前記第2のポリシリコン層はアニールによる
再結晶化処理が行なわれる特許請求の範囲第1項
記載の半導体装置の製造方法。 5 前記第1のMOSFETと第2のMOSFETは
ゲート電極を共用した相補型MOSFETであり、
第2のMOSFETのゲート酸化膜は第1の
MOSFET電極表面を酸化して得られたものであ
つて、この上に前記第2のポリシリコン層を堆積
し、前記不純物含有層からの不純物拡散により第
2のMOSFETのソース、ドレイン領域に自己整
合させて形成するようにした特許請求の範囲第1
項記載の半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. Forming a first MOSFET in a substrate semiconductor layer,
In the method of stacking a second MOSFET by depositing a semiconductor layer thereon,
The MOSFET formation process consists of forming a field oxide film on the substrate semiconductor layer, selectively forming a gate oxide film in the element formation region of this substrate semiconductor layer, and then forming a first polysilicon film containing impurities on the entire surface. At the same time, the surface of the first polysilicon layer is thermally oxidized by selectively covering the surface of the first polysilicon layer with an oxidation-resistant mask to separate gate electrodes, source, drain, and contact electrodes. forming source and drain regions by diffusing impurities in the second layer;
The MOSFET formation step includes at least the first
A process of partially etching the oxide film between the gate electrode and the source and drain contact electrodes of the MOSFET to form a recess, and then selectively filling the recess with an impurity-containing layer flatly, and then depositing a second polysilicon layer. a source,
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a drain region. 2. The oxidation-resistant mask is formed by patterning a laminated film of a silicon oxide film obtained by oxidizing the surface of the first polysilicon layer and a silicon nitride film deposited thereon. A method of manufacturing the semiconductor device described above. 3. The step of selectively burying an impurity-containing layer in the recess formed between the gate electrode and the source and drain contact electrodes includes depositing an impurity-doped oxide film over the entire surface and then planarizing the surface with a fluid material film.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the fluid material film and the impurity-doped oxide film are uniformly dry-etched under conditions of equal etching rate. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second polysilicon layer is recrystallized by annealing. 5. The first MOSFET and the second MOSFET are complementary MOSFETs sharing a gate electrode,
The gate oxide film of the second MOSFET is
This is obtained by oxidizing the surface of the MOSFET electrode, on which the second polysilicon layer is deposited, and self-aligned with the source and drain regions of the second MOSFET by diffusion of impurities from the impurity-containing layer. Claim 1 formed by
A method for manufacturing a semiconductor device according to section 1.
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US4656731A (en) * 1985-08-05 1987-04-14 Texas Instruments Incorporated Method for fabricating stacked CMOS transistors with a self-aligned silicide process

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5028701U (en) * 1973-07-09 1975-04-02
JPS51433A (en) * 1974-06-21 1976-01-06 Ueyama Jitsugyo Kk Gorufurenshujono boorukaishusochi
JPS5785262A (en) * 1980-11-17 1982-05-27 Toshiba Corp Manufacture of metal oxide semiconductor type semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5028701U (en) * 1973-07-09 1975-04-02
JPS51433A (en) * 1974-06-21 1976-01-06 Ueyama Jitsugyo Kk Gorufurenshujono boorukaishusochi
JPS5785262A (en) * 1980-11-17 1982-05-27 Toshiba Corp Manufacture of metal oxide semiconductor type semiconductor device

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