JPH022170A - Manufacture of insulated gate type field effect transistor - Google Patents

Manufacture of insulated gate type field effect transistor

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JPH022170A
JPH022170A JP14583988A JP14583988A JPH022170A JP H022170 A JPH022170 A JP H022170A JP 14583988 A JP14583988 A JP 14583988A JP 14583988 A JP14583988 A JP 14583988A JP H022170 A JPH022170 A JP H022170A
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Japan
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gate electrodes
film
field effect
gate
effect transistor
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JP14583988A
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Japanese (ja)
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Tetsuo Izawa
井澤 哲夫
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4983Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET with a lateral structure, e.g. a Polysilicon gate with a lateral doping variation or with a lateral composition variation or characterised by the sidewalls being composed of conductive, resistive or dielectric material

Abstract

PURPOSE:To avoid the floating state of gate electrodes by a method wherein a plurality of the adjacent gate electrodes having different work functions corresponding to the difference in impurity concentration are exposed and a metal or metal-semiconductor compound film 17 is selectively built up on the surfaces of the gate electrode materials only. CONSTITUTION:A silicon oxide film 18 for element isolation is formed on a silicon substrate 11 and a gate oxide film 12 formed on an element forming region and a polycrystalline silicon film 19 is built up over the whole surface. Phosphorus contained in phosphorus glass of a spacer 14 is diffused into the polycrystalline silicon film 19 to make only both the side wall parts of the polycrystalline silicon film 19 n-type. With this constitution, a plurality of adjacent (n<+>-type, p<+>-type and n<+>-type) gate electrodes 13 having different work functions correcponding to the difference in impurity concentration are formed. As the gate electrodes 13 having different work functions corresponding to the difference in impurity concentration are mutually short-circuited by a selective silicide forming method, the floating state of the gate electrodes 13 can be avoided.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法に関し、 チャネル長方向に仕事関数変化を有するゲート電極の製
造方法において、ゲート電極材料に多結晶シリコンなど
の半導体を用い、仕事関数変化を不純物濃度にて制御す
る方法においても、濃度勾配を高く保ち、微細な装置へ
の応用することができる絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの製造方法を提供することを目的とし、 不純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互いに隣接
する複数のゲート電極を有する絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタの製造方法において、前記複数のゲート電極
が露出された状態で、金属膜を全面に被着する工程と、
熱処理により前記金属膜をゲート電極構成材料と化学反
応させる工程と、未反応の前記金属膜を選択的に除去す
る工程とを具備することを特徴とする絶縁ゲート型電界
効果トランジスタの製造方法および不純物濃度の差によ
って仕事関数が異なる、互いに隣接する複数のゲート電
極(13)を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
の製造方法において、前記複数のゲート電極(13)が
露出された状態で、金属膜あるいは金属−半導体化合物
(17)を化学気相成長法にて、ゲート電極(13)構
成材料の表面にのみ選択的に成長させる工程を具備する
ことを特徴とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
製造方法を含み構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary of the Invention] Regarding a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, the method of manufacturing a gate electrode having a work function change in the channel length direction includes using a semiconductor such as polycrystalline silicon as the gate electrode material. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing insulated gate field effect transistors that can maintain a high concentration gradient even in a method in which work function change is controlled by impurity concentration and that can be applied to minute devices. In a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of adjacent gate electrodes having different work functions due to differences in concentration, a step of depositing a metal film over the entire surface with the plurality of gate electrodes exposed. and,
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising the steps of chemically reacting the metal film with a gate electrode constituent material by heat treatment, and selectively removing the unreacted metal film, and an impurity. In a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of adjacent gate electrodes (13) having different work functions due to differences in concentration, a metal film or A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising a step of selectively growing a metal-semiconductor compound (17) only on the surface of a material constituting a gate electrode (13) by chemical vapor deposition. Contains and composes.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方
法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor.

[従来の技術] 近年、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの微細化に伴
い、その内部電界の増大によるホットキャリア効果が問
題になってきている。この問題を解決するため、例えば
、ゲート長が1μm程度以下の装置において、ドレイン
端部に不純物の低濃度層を設け、空乏層を拡げてこの領
域の電界を緩和する、いわゆるLDD(Lightly
−Doped−Drain)構造が採用されている。こ
のような構造によれば、ホットキャリアの発生量を低く
抑えられるようになったが、完全に抑制するには至らな
い。
[Prior Art] In recent years, with the miniaturization of insulated gate field effect transistors, the hot carrier effect due to an increase in the internal electric field has become a problem. In order to solve this problem, for example, in a device with a gate length of about 1 μm or less, a so-called LDD (Lightly Detailed Drive) is proposed, in which a lightly doped impurity layer is provided at the end of the drain, expanding the depletion layer and relaxing the electric field in this region.
-Doped-Drain) structure is adopted. According to such a structure, the amount of hot carriers generated can be suppressed to a low level, but it cannot be completely suppressed.

現状の製造方法では、後述のように、低濃度層の上方に
絶縁物のスペーサが存在するため、LDD構造トランジ
スタ固有の劣化モードが現れる。そこで、このような劣
化モードを生じない、LDD構造トランジスタを製造す
る方法が必要とされている。
In the current manufacturing method, as will be described later, since an insulating spacer exists above the low concentration layer, a deterioration mode specific to LDD structure transistors appears. Therefore, there is a need for a method of manufacturing an LDD structure transistor that does not cause such a deterioration mode.

第3図(a)〜(C)は従来のLDD構造トランジスタ
の製造工程断面図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views showing the manufacturing process of a conventional LDD structure transistor.

まず、同図(a)に示す如く、シリコン基板1の上に、
ゲート酸化膜2、多結晶シリコン膜3をこの順に形成し
た後、エツチングによってゲート酸化膜2a、ゲート電
極となるポリシリコン膜3aを形成する。
First, as shown in the same figure (a), on a silicon substrate 1,
After forming the gate oxide film 2 and the polycrystalline silicon film 3 in this order, the gate oxide film 2a and the polysilicon film 3a which will become the gate electrode are formed by etching.

次に、同図[有])に示す如く、スルー酸化膜4を形成
し、イオン注入などにより低濃度層(n15を形成する
Next, as shown in FIG. 2, a through oxide film 4 is formed, and a low concentration layer (n15) is formed by ion implantation or the like.

次に、同図(C)に示す如く、化学気相成長(CVD)
法によりシリコン酸化膜6を堆積し、異方性エツチング
によりポリシリコン層3aの両側壁にスペーサ6a(実
線)を形成し、このスペーサ6aをマスクとしてイオン
注入により高濃度(n+)のソース・ドレイン領域7を
形成する。
Next, as shown in the same figure (C), chemical vapor deposition (CVD)
A silicon oxide film 6 is deposited by the method, and spacers 6a (solid lines) are formed on both side walls of the polysilicon layer 3a by anisotropic etching. Using the spacers 6a as a mask, high concentration (n+) sources and drains are formed by ion implantation. Region 7 is formed.

このような構造では、低濃度層5のために、この領域の
電界を緩和でき、ホットキャリア効果を抑制できる。し
かし、低濃度層5の上方に絶縁物のスペーサ6aが形成
されているために、ここにホットキャリアによって発生
した電荷が蓄積され、この電荷が低濃度層5を空乏化し
、表面抵抗が増大し、その結果動作時間(ストレス時間
)の増大とともに相互コンダクタンスgmが大きく劣化
する、LDD構造トランジスタ固有の劣化モードが現れ
る。
In such a structure, the electric field in this region can be relaxed due to the low concentration layer 5, and the hot carrier effect can be suppressed. However, since the insulating spacer 6a is formed above the low concentration layer 5, charges generated by hot carriers are accumulated there, and this charge depletes the low concentration layer 5, increasing the surface resistance. As a result, a deterioration mode unique to LDD structure transistors appears in which the mutual conductance gm significantly deteriorates as the operating time (stress time) increases.

このような劣化モードを減少させるために、従来、第4
図(a)あるいは[有])に示す半導体装置が提案され
ている。なお、第3図に対応する部分は同一の符号を記
す。同図(a)に示す如く、ゲート電極8をp゛型領領
域8a周囲をn゛型領領域8b覆うよう構成し、また同
図(b)に示す如く、ゲート電極9をp゛型領領域9a
両側に隣接してn゛型領領域9b9bを形成するよう構
成している。すなわち、電荷緩和効果を不純物の低濃度
層に求めるのではなく、ゲート電極8.9の仕事関数を
チャネル長方向に異ならせ、ドレイン側ゲート端部をチ
ャネルが反転しやすい、仕事関数の低いゲート電極材料
で構成させておき、実効的にLDD構造と同様の電界緩
和効果を持たせる半導体装置である(例えば、特開昭6
2−73668号公報)。
In order to reduce such deterioration mode, conventionally, the fourth
2. Description of the Related Art A semiconductor device shown in FIG. Note that parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. As shown in the figure (a), the gate electrode 8 is configured to cover the periphery of the p-type region 8a and the n-type region 8b, and as shown in FIG. Area 9a
The structure is such that n-type regions 9b9b are formed adjacent to each other on both sides. That is, instead of seeking a charge relaxation effect in a low concentration layer of impurities, the work function of the gate electrode 8.9 is made different in the channel length direction, and the gate end on the drain side is formed with a low work function gate where the channel is easily inverted. It is a semiconductor device that is made of an electrode material and effectively has the same electric field relaxation effect as an LDD structure (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6
2-73668).

このような構造によれば、局所的な電界が最も強くなる
電界緩和層(この構造の場合、低い仕事関数を有するゲ
ート電極下部のチャネル領域)上方にもゲート電極が存
在するため、相互コンダクタンスgmの大きな劣化を防
止できる。しかるに、この構造は、そのポテンシャル分
布によっては、電気的に良好なpn接合あるいはショッ
トキー接合となり、逆方向バイアスの場合に電気的に非
導通の状態になる。このようなゲート電極8.9を用い
て絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造する際、ゲ
ート電極のpn接合のP型頭域かn型領域かの一方、あ
るいはショットキー接合の半導体領域か金属領域の一方
にしか配線金属がコンタクトされない場合、逆方向バイ
アス条件時に、コンタクトされない側が電気的に浮遊状
態になり、デバイス動作上重大な問題となる。
According to such a structure, since the gate electrode also exists above the electric field relaxation layer where the local electric field is strongest (in this structure, the channel region below the gate electrode having a low work function), the mutual conductance gm can prevent major deterioration. However, depending on its potential distribution, this structure becomes an electrically good pn junction or Schottky junction, and becomes electrically non-conductive in the case of reverse bias. When manufacturing an insulated gate field effect transistor using such a gate electrode 8.9, either the P-type head region or the N-type region of the pn junction of the gate electrode, or the semiconductor region or the metal region of the Schottky junction. If the wiring metal is contacted only on one side, the uncontacted side becomes electrically floating under reverse bias conditions, which poses a serious problem in device operation.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ゲート電極8.9内にpn接合が形成されている第4図
(a)と(b)の場合、p壁領域、n型領域両方にコン
タクトをとるのが困難であることが分かる。
In the case of FIGS. 4(a) and 4(b), in which a pn junction is formed in the gate electrode 8.9, it can be seen that it is difficult to make contact with both the p-wall region and the n-type region.

すなわち、同図(a)のように形成された場合、ソース
・ドレインに対するコンタクト孔を設け、ゲート電極の
n゛型領領域8b突き抜けてp゛型領領域8aでエツチ
ングした上で、P0型領域8a及びn+型領領域8b対
して同時にコンタクトをとることが必要となる。また、
同図ら)のように形成された場合、p゛型 、n”型両
方の領域9a、9bに対し、2個以上のコンタクト孔を
用いるか、あるいは両頭域を跨いで1個のコンタクトに
て両方に接触するようにしてやらねばならない。以上の
ことは、リソグラフィの位置合わせ精度上困難である。
In other words, when formed as shown in FIG. 2A, contact holes for the source and drain are formed, the gate electrode is etched through the n-type region 8b and the p-type region 8a, and then the P0-type region is etched. It is necessary to make contact with 8a and n+ type region 8b at the same time. Also,
If the contact holes are formed as shown in FIG. The above process is difficult due to the accuracy of lithography alignment.

そこで本発明は、チャネル長方向に仕事関数変化を有す
るゲート電極の製造方法において、ゲート電極材料に多
結晶シリコンなどの半導体を用い、仕事関数変化を不純
物濃度にて制御する方法においても、濃度勾配を高く保
ち、微細な装置への応用することができる絶縁ゲート型
電界効果トランジスタの製造方法を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a gate electrode having a work function change in the channel length direction, in which a semiconductor such as polycrystalline silicon is used as the gate electrode material and the work function change is controlled by the impurity concentration. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor that can maintain a high value and can be applied to minute devices.

〔課題を解決する手段〕[Means to solve problems]

上記課題は、不純物濃度の差によって仕事関数が異なる
、互いに隣接する複数の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の製造方法において、前記複数
のゲート電極が露出された状態で、金属膜を全面に被着
する工程と、熱処理により前記金属膜をゲート電極構成
材料と化学反応させる工程と、未反応の前記金属膜を選
択的に除去する工程とを具備することを特徴とする絶縁
ゲート型電界効果トランジスタの製造方法、および不純
物濃度の差によって仕事関数が異なる、互いに隣接する
複数のゲート電極(13)を有する絶縁ゲート型電界効
果トランジスタの製造方法において、前記複数のゲート
電極(13)が露出された状態で、金属膜あるいは金属
−半導体化合物(17)を化学気相成長法にて、ゲート
電極(13)構成材料の表面にのみ選択的に成長させる
工程を具備することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの製造方法によって解決される。
The above problem is solved in a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of adjacent gate electrodes, which have different work functions due to differences in impurity concentrations. An insulated gate type electric field characterized by comprising the steps of: depositing the metal film on the metal film, chemically reacting the metal film with a material constituting the gate electrode through heat treatment, and selectively removing the unreacted metal film. In the method for manufacturing an effect transistor and the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of mutually adjacent gate electrodes (13) having different work functions depending on a difference in impurity concentration, the plurality of gate electrodes (13) are exposed. The insulation is characterized by comprising a step of selectively growing a metal film or a metal-semiconductor compound (17) only on the surface of the material constituting the gate electrode (13) by chemical vapor deposition in a state where the metal film or the metal-semiconductor compound (17) is The problem is solved by a method for manufacturing gated field effect transistors.

第1図は本発明による製造方法を用いた半導体装置の斜
視図である。同図において、11はシリコン基板、12
はゲート酸化膜、13はチャネル長方向に不純物濃度の
差によって仕事関数の異なるよう形成したゲート電極、
14はゲート電極13の両側壁に形成したスペーサ、1
5は低濃度層、16はソース・ドレイン領域を形成する
高濃度層であり、ゲート電極13とソース・ドレインの
上部に金属膜17が被着されている。そして、上記目的
は、不純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互いに
隣接する複数のゲート電極13を有する絶縁ゲート型電
界効果トランジスタの製造方法において、前記複数の電
極13が露出された状態で、金属膜17を全面に被着す
る工程と、熱処理により前記金属膜17をゲート電極1
3構成材料と化学反応させる工程と、未反応の前記金属
膜17を選択的に除去する工程とを具備することを特徴
とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法に
より達成される。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device using the manufacturing method according to the present invention. In the figure, 11 is a silicon substrate, 12
13 is a gate oxide film, 13 is a gate electrode formed to have a different work function due to a difference in impurity concentration in the channel length direction,
14 are spacers formed on both side walls of the gate electrode 13;
5 is a low concentration layer, 16 is a high concentration layer forming source/drain regions, and a metal film 17 is deposited on the gate electrode 13 and the source/drain. The above object is to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of gate electrodes 13 adjacent to each other, each having a different work function due to a difference in impurity concentration. The metal film 17 is formed into the gate electrode 1 by a process of depositing the film 17 on the entire surface and by heat treatment.
This is achieved by a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor characterized by comprising a step of chemically reacting with the three constituent materials and a step of selectively removing the unreacted metal film 17.

〔作用〕[Effect]

本発明では、不純物濃度を異ならせることによって仕事
関数が互いに異なるゲート電極13同士を、第1図に示
す如く、選択的なシリサイド形成方法などを用いて短絡
するようにしている。従って、通常のコンタクト孔の形
成方法を用いることができ、正負いずれへのスイッチン
グにおいても、いずれかのゲート電極13が浮遊状態に
なることが防止されることになる。
In the present invention, gate electrodes 13 having different work functions due to different impurity concentrations are short-circuited using a selective silicide formation method, as shown in FIG. Therefore, a normal contact hole formation method can be used, and any gate electrode 13 is prevented from being in a floating state in either positive or negative switching.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明する
。なお、第1図に対応する部分は同一の符号を記す。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to an illustrated embodiment. Note that parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

第2図(a)〜(□□□は本発明第1実施例の半導体装
置の製造工程断面図である。
FIGS. 2(a) to (□□□ are cross-sectional views of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

まず、同図(a)に示す如く、シリコン基板11に選択
酸化法(LOCOS法)により、素子分離用のシリコン
酸化膜18を形成し、素子形成領域にゲート酸化膜12
を形成し、全面に多結晶シリコン膜19をCVO法によ
り400nm程度の膜厚に堆積する。この多結晶シリコ
ン膜19に対して、はう素(B)を60KeV、1 X
1014cm−”の条件でイオン注入し、P型化してお
く。さらに、CVD法によってシリコン酸化膜20を2
00nm程度の膜厚に堆積する。
First, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 18 for element isolation is formed on a silicon substrate 11 by a selective oxidation method (LOCOS method), and a gate oxide film 12 is formed in the element formation region.
A polycrystalline silicon film 19 is deposited on the entire surface by CVO method to a thickness of about 400 nm. This polycrystalline silicon film 19 was heated with boron (B) at 60KeV and 1X
Ions are implanted under the conditions of 1014 cm-'' to make it P-type.Furthermore, the silicon oxide film 20 is
The film is deposited to a thickness of about 00 nm.

次に、同図(1))に示す如く、ゲート電極形状にパタ
ーニングした後、LDD用の低濃度(n)層15をひ素
(As)イオン注入(60KeV、I XIO”cm−
”)で形成する。
Next, as shown in the same figure (1)), after patterning the gate electrode shape, the low concentration (n) layer 15 for LDD is implanted with arsenic (As) ions (60KeV, IXIO"cm-
”).

次に、同図(C)に示す如く、燐CP)を7χ(重量)
含んだ燐ガラス(PSG)21をCVD法により200
nm程度の膜厚に堆積する。
Next, as shown in the same figure (C), 7χ (weight) of phosphorus CP)
200% phosphorus glass (PSG) containing 21% by CVD method
It is deposited to a film thickness of about nm.

次に、同図(d)に示す如く、異方性エツチングにより
多結晶シリコン18の側壁のみ残存させ、スペーサ14
を形成する。
Next, as shown in FIG. 4(d), only the side walls of the polycrystalline silicon 18 are left by anisotropic etching, and the spacer 14 is
form.

次に、同図(e)に示す如く、ひ素(As)イオンを8
0KeV 、4 XIO”cm−”の条件でイオン注入
し、後の工程のアニールによるソース・ドレインの高濃
度(n” ) N16を形成する。
Next, as shown in the same figure (e), arsenic (As) ions were added to 8
Ion implantation is performed under the conditions of 0 KeV and 4 XIO cm-, and high concentration (n'') N16 is formed for the source and drain by annealing in a later step.

次に、同図げ)に示す如く、ソース・ドレインの活性化
を兼ね、900″Cl2O分のアニールを行い、スペー
サ14の燐ガラス中に含まれていた燐を多結晶シリコン
19中に拡散させ、多結晶シリコン19の両側壁のみn
型にする。これにより、不純物濃度の差によって仕事関
数が異なる、互いに隣接する複数(n”  p”、n’
)のゲート電極13が形成される。
Next, as shown in the same figure), annealing for 900" of Cl2O is performed to activate the source and drain, and the phosphorus contained in the phosphorus glass of the spacer 14 is diffused into the polycrystalline silicon 19. , only the side walls of polycrystalline silicon 19 n
Make it into a mold. As a result, a plurality of adjacent (n"p",n'
) is formed.

次に、同図(匂に示す如く、多結晶シリコン19の上部
に残るシリコン酸化膜20を異方性エツチングにより除
去する。この際異方性エツチングを用いる理由は、スペ
ーサ14を残し、次に述べるシリサイド化を自己整合で
行うためである。CVD法にて全面に金属として例えば
、タングステン(誓)膜を200nmの厚さで堆積し、
600°C程度のアニールを20分行いシリコン面と接
触している領域を化学反応させ、金属膜17としてタン
グステンシリサイド(SiWz)膜を形成し、未反応タ
ングステンをウォッシュアウトさせる。
Next, as shown in the figure, the silicon oxide film 20 remaining on the top of the polycrystalline silicon 19 is removed by anisotropic etching. This is to perform the described silicidation in a self-aligned manner.For example, a 200 nm thick tungsten film is deposited as a metal over the entire surface using the CVD method.
Annealing is performed at about 600° C. for 20 minutes to chemically react the region in contact with the silicon surface, forming a tungsten silicide (SiWz) film as the metal film 17, and washing out unreacted tungsten.

以後の工程は、通常の方法により層間絶縁膜、配線膜な
どを形成し、絶縁ゲート型電界効果トランジスタが完成
する。
In subsequent steps, an interlayer insulating film, a wiring film, etc. are formed by conventional methods, and an insulated gate field effect transistor is completed.

上記半導体装置の製造方法によれば、不純物濃度を異な
らせることによって仕事関数が互いに異なるゲート電極
13同士を、選択的なシリサイド形成方法を用いて短絡
するため、通常のコンタクト孔の形成方法を用いること
ができ、かつコンタクトが完全に行われ、正負いずれへ
のスイッチングにおいても、いずれかのゲート電極13
が浮遊状態になることが防止されることになる。
According to the above method for manufacturing a semiconductor device, the gate electrodes 13 having different work functions due to different impurity concentrations are short-circuited using a selective silicide formation method, and therefore a normal contact hole formation method is used. The contact can be made completely, and either gate electrode 13 can be connected in either positive or negative switching.
will be prevented from becoming floating.

なお、上記実施例においては、ゲート材料としては、不
純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互いに隣接す
る複数のゲート電極を形成するものであればよい。
In the above embodiments, the gate material may be any material that forms a plurality of adjacent gate electrodes that have different work functions depending on the difference in impurity concentration.

また、絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、nチャネ
ル、pチャネルのいずれでも適用でき、ゲート電極の仕
事関数は、それぞれチャネルにより不純物濃度の差で異
ならすことができる。
Further, the insulated gate field effect transistor can be applied to either an n-channel or a p-channel, and the work function of the gate electrode can be varied depending on the impurity concentration depending on the channel.

さらに、上記実施例では、金属膜17をタングステンシ
リサイド(SiWz)膜としているが、他の材料として
は、例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)など
の金属を被着し、化学反応によりシリサイド化してもよ
い。
Further, in the above embodiment, the metal film 17 is a tungsten silicide (SiWz) film, but other materials such as molybdenum (Mo) and titanium (Ti) may be deposited and silicided by a chemical reaction. may be converted into

次に、本発明第2実施例を第1実施例において参照した
第2図により説明する。第2図(a)に示す如く、シリ
コン基板11に選択酸化法(LOCO5法)により、素
子分離用のシリコン酸化膜18を形成し、素子形成領域
にゲート酸化膜12を形成し、全面に多結晶シリコン膜
19をCVD法により400nm程度の膜厚に堆積する
。この多結晶シリコン膜19に対して、はう素(B)を
60KeV 、I Xl01cm−2の条件でイオン注
入し、p型化しておく。さらに、CVD法によってシリ
コン酸化膜20を200nm程度の膜厚に堆積する。
Next, a second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. 2, which was referred to in the first embodiment. As shown in FIG. 2(a), a silicon oxide film 18 for element isolation is formed on a silicon substrate 11 by a selective oxidation method (LOCO5 method), a gate oxide film 12 is formed in the element formation region, and a multilayer film is formed on the entire surface. A crystalline silicon film 19 is deposited to a thickness of about 400 nm by CVD. This polycrystalline silicon film 19 is made into p-type by ion implantation of boron (B) under the conditions of 60 KeV and IXl01 cm-2. Furthermore, a silicon oxide film 20 is deposited to a thickness of about 200 nm by CVD.

次に、同図(b)に示す如く、ゲート電極形状にパター
ニングした後、LDD用の低濃度(n1層15をひ素(
As)イオン注入(60KeV、I X 10” cm
−”)で形成する。
Next, as shown in the same figure (b), after patterning the gate electrode shape, the low concentration (N1 layer 15 for LDD) is
As) ion implantation (60KeV, I x 10” cm
−”).

次に、同図(C)に示す如く、燐(P)を7χ(重量)
含んだ燐ガラス(PSG)21をCVO法により200
nm程度の膜厚に堆積する。
Next, as shown in the same figure (C), 7χ (weight) of phosphorus (P)
200% phosphorus glass (PSG) containing 21% by CVO method
It is deposited to a film thickness of about nm.

次に、同図(d)に示す如く、異方性エツチングにより
多結晶シリコン18の側壁のみ残存させ、スペーサ14
を形成する。
Next, as shown in FIG. 4(d), only the side walls of the polycrystalline silicon 18 are left by anisotropic etching, and the spacer 14 is
form.

次に、同図(e)に示す如く、ひ素(As)イオンを8
0KeV 、4 XIOIscm−”の条件でイオン注
入し、後の工程のアニールによるソース・ドレインの高
濃度(n゛)層16を形成する。
Next, as shown in the same figure (e), arsenic (As) ions were added to 8
Ion implantation is performed under the conditions of 0 KeV and 4 XIOIscm-'', and a high concentration (n') layer 16 for the source and drain is formed by annealing in a later step.

次に、同図(f)に示す如く、ソース・ドレインの活性
化を兼ね、900°Cl2O分のアニールを行い、スペ
ーサ14の燐ガラス中に含まれていた燐を多結晶シリコ
ン19中に拡散させ、多結晶シリコン19の両側壁のみ
n型にする。これにより、不純物濃度の差によって仕事
関数が異なる、互いに隣接する複数(n”、p”、n”
)のゲート電極13が形成される。
Next, as shown in the same figure (f), 900° Cl2O is annealed to activate the source and drain, and the phosphorus contained in the phosphorus glass of the spacer 14 is diffused into the polycrystalline silicon 19. Then, only both side walls of the polycrystalline silicon 19 are made n-type. As a result, a plurality of mutually adjacent (n'', p'', n''
) is formed.

次に、同図(匂に示す如く、多結晶シリコン19の上部
に残るシリコン酸化膜20を異方性エツチングにより除
去する。この際異方性エツチングを用いる理由は、スペ
ーサ14を残し、次に述べるシリサイド化を自己整合で
行うためである。この工程までは第1実施例の場合と同
じである。
Next, as shown in the figure, the silicon oxide film 20 remaining on the top of the polycrystalline silicon 19 is removed by anisotropic etching. This is because the silicidation to be described is performed by self-alignment.The steps up to this point are the same as in the first embodiment.

次いで、選択CVD法にて、露出したシリコン面上にの
みタングステン(W)膜を成長させる。選IHc v 
o法としては、例えば、水素(I+□)希釈のタングス
テンフロライド(畦、)ガスを用いる方法が有効である
Next, a tungsten (W) film is grown only on the exposed silicon surface by selective CVD. Selection IHC v
As the o method, for example, a method using tungsten fluoride gas diluted with hydrogen (I+□) is effective.

以後の工程は、通常の方法により層間′I@縁膜、配線
膜などを形成し、絶縁ゲート型電界効果トランジスタが
完成する。
In the subsequent steps, an interlayer film, a wiring film, etc. are formed by a conventional method, and an insulated gate field effect transistor is completed.

上記半導体装置の製造方法によれば、不純物濃度を異な
らせることによって仕事関数が互いに異なるゲート電極
13同士を、選択的なシリサイド形成方法を用いて短絡
するため、通常のコンタクト孔の形成方法を用いること
ができ、がっコンタクトが完全に行われ、正負いずれへ
のスイッチングにおいても、いずれかのゲート電極13
が浮遊状態になることが防止されることになる。
According to the above method for manufacturing a semiconductor device, the gate electrodes 13 having different work functions due to different impurity concentrations are short-circuited using a selective silicide formation method, and therefore a normal contact hole formation method is used. The contact can be made completely, and either gate electrode 13 can be connected in either positive or negative switching.
will be prevented from becoming floating.

なお、上記実施例においては、ゲート材料としては、不
純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互いに隣接す
る複数のゲート電極を形成するものであればよい。
In the above embodiments, the gate material may be any material that forms a plurality of adjacent gate electrodes that have different work functions depending on the difference in impurity concentration.

また、絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、nチャネ
ル、pチャネルのいずれでも適用でき、ゲート電極の仕
事関数は、それぞれチャネルにより不純物濃度の差で異
ならすことができる。
Further, the insulated gate field effect transistor can be applied to either an n-channel or a p-channel, and the work function of the gate electrode can be varied depending on the impurity concentration depending on the channel.

さらに、上記実施例では、金属膜をタングステン(W)
膜としているが、他の材料としては、例えば、タングス
テンシリサイド(WSi6)などを選択CVO法で被着
してもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the metal film is made of tungsten (W).
Although a film is used, other materials such as tungsten silicide (WSi6) may be deposited by a selective CVO method.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、選択的にシリサイ
ド形成方法を用いることにより、ゲート多結晶シリコン
内に、例えば、pn接合を用いてチャネル長方向に仕事
関数差を形成しても通常のコンタクト孔形成方法で、p
、n両頭域にコンタクトされるため、大幅な工程の自由
度向上がなされる。
As explained above, according to the present invention, by selectively using a silicide formation method, even if a work function difference is formed in the channel length direction using, for example, a pn junction in the gate polycrystalline silicon, it is possible to create a work function difference in the channel length direction. In the contact hole forming method, p
, n, so that the degree of freedom in the process is greatly improved.

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

第1図は本発明の製造方法を用いた半導体装置の斜視図
、 第2図(a)〜(鎖は本発明第1実施例の製造工程断面
図、 第3図(a)〜(C)は従来のLDD構造トランジスタ
の製造工程断面図、 第4図(a)及び(b)は従来の半導体装置の斜視図で
ある。 図中、 11はシリコン基板、 12はゲート酸化膜、 13はゲート電極、 14はスペーサ、 15は低濃度層、 16は高濃度層、 17は金属膜、 18はシリコン酸化膜、 19は多結晶シリコン膜、 20はシリコン酸化膜、 21は燐ガラス(PSG)膜 を示す。 迄忌蝉 疏已1濃茨ス岬5、容千鞄峯宥1用肛 2ソ 腔ト」疹 又へ0−す 4妃参隻9 福慝ん守 A5″ 9   ′マ魅&511つ・7県5 20  >1+v゛/’1itAu* 21  fへp′ラズ As’ A<M’f:、t  火’PイP’la!J−iiIn
’MfffRn第2図 シ+lユ4千文 イALムLDD ネ對百しトラ″−ジぢ47・(絨[資
しL才卆j釘ゴロ旧第3図
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device using the manufacturing method of the present invention, FIGS. 2(a) to (C) are cross-sectional views of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3(a) to (C) 4(a) and 4(b) are perspective views of a conventional semiconductor device. In the figure, 11 is a silicon substrate, 12 is a gate oxide film, and 13 is a gate. Electrode, 14 is a spacer, 15 is a low concentration layer, 16 is a high concentration layer, 17 is a metal film, 18 is a silicon oxide film, 19 is a polycrystalline silicon film, 20 is a silicon oxide film, 21 is a phosphorous glass (PSG) film Indicates. Until the end of the year 1 Noibarasu Misaki 5, Yongsenbagamino 1 use anus 2 soroto" Ezamata 0-su 4 Princess Sansen 9 Fukuyoshi A5" 9 'Mami & 511 Tsu・7 prefectures 5 20 >1+v゛/'1itAu* 21 f to p'raz As'A<M'f:,tTue'PiP'la!J-iiIn
'MfffRn 2nd figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)不純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互い
に隣接する複数のゲート電極(13)を有する絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの製造方法において、 前記複数のゲート電極(13)が露出された状態で、金
属膜(17)を全面に被着する工程と、 熱処理により前記金属膜(17)をゲート電極(13)
構成材料と化学反応させる工程と、 未反応の前記金属膜(17)を選択的に除去する工程と
を具備することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
(1) In a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of mutually adjacent gate electrodes (13) having different work functions due to differences in impurity concentration, the plurality of gate electrodes (13) are exposed. , a process of depositing a metal film (17) on the entire surface, and heat treatment to convert the metal film (17) into a gate electrode (13).
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising: a step of causing a chemical reaction with a constituent material; and a step of selectively removing the unreacted metal film (17).
(2)不純物濃度の差によって仕事関数が異なる、互い
に隣接する複数のゲート電極(13)を有する絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタの製造方法において、 前記複数のゲート電極(13)が露出された状態で、金
属膜あるいは金属−半導体化合物(17)を化学気相成
長法にて、ゲート電極(13)構成材料の表面にのみ選
択的に成長させる工程を具備することを特徴とする絶縁
ゲート型電界効果トランジスタの製造方法。
(2) In a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor having a plurality of mutually adjacent gate electrodes (13) having different work functions due to differences in impurity concentration, the plurality of gate electrodes (13) are exposed. , an insulated gate field effect characterized by comprising a step of selectively growing a metal film or a metal-semiconductor compound (17) only on the surface of the material constituting the gate electrode (13) by chemical vapor deposition. Method of manufacturing transistors.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04144238A (en) * 1990-10-05 1992-05-18 Nippon Steel Corp Mos type semiconductor device
JPH06232389A (en) * 1993-02-04 1994-08-19 Nec Corp Field-effect transistor and its manufacture

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