JPH03102875A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH03102875A
JPH03102875A JP1239969A JP23996989A JPH03102875A JP H03102875 A JPH03102875 A JP H03102875A JP 1239969 A JP1239969 A JP 1239969A JP 23996989 A JP23996989 A JP 23996989A JP H03102875 A JPH03102875 A JP H03102875A
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JP
Japan
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polycrystalline
silicon film
insulating film
film
semiconductor device
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Application number
JP1239969A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Mine
利之 峰
Shinpei Iijima
飯島 晋平
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Takashi Kobayashi
孝 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable decreases in large current and increases in operating current and threshold voltage absolute value by making a gate insulating film in the vicinity of a drain thicker than a gate insulating film adjacent to the source part in a polycrystalline SiMIS type field effect transistor. CONSTITUTION:SiO2 102 is formed and polycrystalline Si is deposited on a polycrystalline Si substrate 101. A gate electrode 103 is formed by phosphorus diffusion and polycrystalline Si patterning, and SiO2 to become a gate insulating film 104 is deposited. Next, a three-layer film of first polycrystalline Sia), SiO2 106 and second polycrystalline Si107 (a) is formed. After deposition of SiO2 109, the part to serve as a channel region 105 (a is coated with resist 110, and B.F2 ions are implanted into the part to serve as a source.drain 108. The resist 110 and SiO2 109 are removed to etch the natural oxide film of the surface of the second monocrystalline Si 107. And the wafer is dipped in hydrogen etching solution. Thereafter, the source.drain region 108 is provided with electrodes and annealed to complete the process.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に
多結晶S i M I S型電界効果トランジスタのデ
バイス構造によらず、素子の信頼性を維持したままチャ
ネル領域を薄膜化するのに好適な半導体装置の製造方法
、およびゲート絶縁膜の薄膜化に伴うリーク電流の増大
を防止するのに好適な半導体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular, the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular, to improving the reliability of the device regardless of the device structure of a polycrystalline SiM I S field effect transistor. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for thinning a channel region while maintaining the same, and a semiconductor device suitable for preventing an increase in leakage current due to thinning of a gate insulating film.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

特開昭63−107068において論じられているよう
に,多結晶S i M I S型電界効果トランジスタ
の、リーク電流の減少,動作時電流の増加,しきい電圧
の絶対値の減少といったトランジスタ特性を向上させる
ためには、チャネル領域の多結晶Si膜厚の薄膜化が有
効である。またソース,ドレインの拡散層抵抗を減少さ
せ相互コンダクタンスを大きくするためには,ソース,
ドレイン領域の膜厚は厚いことが望ましい. また、多結晶S i M I S型電界効果トランジス
タの、大きな問題の一つであるリーク電流をさらに減少
させるためには,ドレイン近傍の電界を緩和させること
が有効である。このためには、ゲート絶縁膜の膜厚は,
厚い方が望ましい。
As discussed in JP-A No. 63-107068, transistor characteristics such as a decrease in leakage current, an increase in operating current, and a decrease in the absolute value of the threshold voltage of a polycrystalline SiMIS field effect transistor have been improved. In order to improve this, it is effective to reduce the thickness of the polycrystalline Si film in the channel region. In addition, in order to reduce the resistance of the source and drain diffusion layers and increase the mutual conductance, it is necessary to
It is desirable that the film thickness of the drain region be thick. Furthermore, in order to further reduce leakage current, which is one of the major problems of polycrystalline S i M I S type field effect transistors, it is effective to relax the electric field near the drain. For this purpose, the thickness of the gate insulating film must be
The thicker the better.

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

第8図に、チャネル領域806のみを薄膜化した多結晶
S i M I S型電界効果トランジスタの一例を示
す。
FIG. 8 shows an example of a polycrystalline S i M I S type field effect transistor in which only the channel region 806 is thinned.

まず、単結晶Si基板801は熱酸化してSiOz80
2を形成する。次に、ソース,ドレイン領域807を形
成した後、チャネル領域806となる多結晶Siを堆積
し、パターンニングする.次に、ゲート絶縁膜805を
形成した後ゲート電極803を形成する。これは、ゲー
ト電極803よりも、ゲート絶縁膜805,チャネル領
域806を先に形成する例を示したものである.しかし
、第9図(a),第9図(b)に示したように、ゲート
電pi903 (a),903 (b)を先に形成する
デバイス構造では、ソース,ドレイン領域907をチャ
ネル領域906 (a)上、ないしはゲート絶縁膜90
5 (b)上でパターンニングすることになる。ところ
がチャネル領域906 (a)上でソース,ドレイン領
域907をドライエッチング法でパターンニングすると
,チャネル領域906 (a)の膜厚を制御できない。
First, a single crystal Si substrate 801 is thermally oxidized to form SiOz80.
form 2. Next, after forming source and drain regions 807, polycrystalline Si that will become the channel region 806 is deposited and patterned. Next, after forming a gate insulating film 805, a gate electrode 803 is formed. This is an example in which a gate insulating film 805 and a channel region 806 are formed before a gate electrode 803 is formed. However, as shown in FIGS. 9(a) and 9(b), in the device structure in which the gate electrodes pi 903 (a) and 903 (b) are formed first, the source and drain regions 907 are connected to the channel region 906. (a) Upper or gate insulating film 90
5 (b) will be patterned on. However, if the source and drain regions 907 are patterned on the channel region 906 (a) by dry etching, the film thickness of the channel region 906 (a) cannot be controlled.

また,ゲート絶縁膜905 (b)上でパターンニング
すると、ゲート絶縁膜905 (b)にダメージや汚染
が入り信頼性が劣化するという問題があった。
Further, when patterning is performed on the gate insulating film 905(b), there is a problem that the gate insulating film 905(b) is damaged or contaminated, resulting in deterioration of reliability.

また、通常Siのエッチング液として用いられているH
FとH N O aの混合液によるウェットエッチング
法では、寸法シフトが大きい、ゲート絶縁膜905(b
)とのエッチング選択比が小さいなどの問題があった。
In addition, H
In the wet etching method using a mixed solution of F and HNOa, the gate insulating film 905 (b
) had problems such as a low etching selectivity.

このため、チャネル領域906の膜厚をソース,ドレイ
ン領域907の膜厚より薄くするためには、チャネル領
域906をゲート電極903より先に形成しなければな
らないという制約があり、多結晶S i M I S型
トランジスタの応用範囲が限られてしまっていた。
Therefore, in order to make the thickness of the channel region 906 thinner than the thickness of the source and drain regions 907, there is a constraint that the channel region 906 must be formed before the gate electrode 903. The range of applications for IS type transistors has been limited.

また、多結晶S i M I S型電界効果トランジス
タの、大きな問題の一つであるリーク電流をさらに減少
させるためには、ゲート絶縁膜805,905の膜厚を
厚くしてドレイン近傍の電界を緩和させることが有効で
ある.しかし、ゲート絶縁膜805,905の膜厚化は
オン電流が減少するという問題があった. 〔課題を解決するための手段〕 上記問題を解決するためには、絶縁膜と多結晶Siのエ
ッチングの選択比が約100倍以上あり、かつ下地に与
えるダメージが極めて小さい方法で、チャネル領域上部
、ないしはゲート絶縁膜上部の多結晶Siのみを選択的
にエッチングすることにより達成できる.具体的には、
多結晶Si/SiOz、または多結晶Si/SiaN+
のエッチング選択比が無限大で、かつ、ボロンドープS
i/ノンドープSiのエッチング選択比が10倍以上の
ヒドラジンを含んだ水溶液による多結晶Siの選択エッ
チング,または多結晶Si/SiOzのエッチング選択
比が100倍以上で下地に与えるダメージが極めて小さ
い低温ドライエッチング法を適用することにより達成で
きる。
In addition, in order to further reduce leakage current, which is one of the major problems of polycrystalline SiM I S type field effect transistors, the thickness of the gate insulating films 805 and 905 is increased to reduce the electric field near the drain. It is effective to alleviate this. However, increasing the thickness of the gate insulating films 805 and 905 poses a problem in that the on-current decreases. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, it is necessary to use a method that has an etching selectivity of about 100 times or more between the insulating film and polycrystalline Si, and that causes extremely little damage to the underlying layer. , or by selectively etching only the polycrystalline Si above the gate insulating film. in particular,
Polycrystalline Si/SiOz or polycrystalline Si/SiaN+
The etching selectivity is infinite, and boron-doped S
Selective etching of polycrystalline Si using an aqueous solution containing hydrazine, which has an etching selectivity of 10 times or more for i/non-doped Si, or low-temperature drying, which has an etching selectivity of polycrystalline Si/SiOz of 100 times or more and causes extremely little damage to the underlying layer. This can be achieved by applying an etching method.

また、ゲード絶縁膜の薄膜化に伴うリーク電流の増加を
防ぐためには、ドレイン近傍のゲート絶縁膜のみを厚膜
化することにより達或できる。
Furthermore, in order to prevent an increase in leakage current due to thinning of the gate insulating film, this can be achieved by thickening only the gate insulating film near the drain.

〔作用〕[Effect]

本発明によれば、多結晶S i M I S型電界効果
トランジスタのデバイス構造に関係なく、素子の信頼性
を維持したままチャネル領域のみを薄膜化することがで
きる.これにより、相互コンダクタンスを劣化させるこ
となく、リーク電流の減少,動作時電流の増加,しきい
値電圧の絶対値の増加といったトランジスタ特性の改善
が図られる.〔実施例〕 以下、本発明の第1の実施例を第1図を用いて説明する
. 実施例,1 まず,単結晶Si基板101(P型10Ω・aI1)を
熱酸化して200nmのSiOzl02を形成した後、
低圧化学気相戒長法(以下LPCVD法と記す)により
200nmの多結晶Siを堆積する.次いで、875℃
,30分の条件でリン拡散を行った後,周知のリソグラ
フィーおよびドライエッチング技術を用いて多結晶Si
のパターンニングを行ないゲート電極103を形成する
。次に、ゲート絶縁膜104となるSiOzをLPCV
D法により30nm堆積する.次いで,以下の条件で、
第1多結晶Si (30nm)/Sioz (2nm)
/第2多結晶Si (150nm)の三層膜を形成する
. まず、通常のLPGVD装置内にSi基板101を挿入
して0 . 1 mmTorrまで減圧する。Si基板
101が所定の温度になったらSiHaガスを導入(圧
力= 0 . 6 Torr) Lて第1の多結晶S 
i 105(a)を30nm堆積する.第1の多結晶S
i105 (a)の堆積が終了したら、再び装置内を0
 . 1 nmTorrまで減圧する。次に、酸素を導
入(圧力I Torr) Lt第1の多結晶Sil05
 (a)表面を酸化して約2nmのSiOzl06を形
成する。次に、0 . 1 mTorrまで減圧した後
、再びSiH4ガスを導入(圧力= 0 . 6Tor
r) シて第2の多結晶Sil07 (a)を150n
m堆積する.本実施例においては、上記方法で第1多結
晶Si 105 (a)(30nm)/Sift 10
6(2nm)/第2多結晶Sil07 (a)(150
nm)の三層膜を形成したが、第1多結晶Si105 
(a)形成後Si基板101を装置外に出して自然酸化
膜を形成し、再びLPGVD装置で第2多結晶Sil0
7 (a)を形成してもほぼ同様の構造が得られた。
According to the present invention, regardless of the device structure of a polycrystalline SiM I S type field effect transistor, only the channel region can be thinned while maintaining the reliability of the device. This improves transistor characteristics by reducing leakage current, increasing operating current, and increasing the absolute value of threshold voltage without degrading mutual conductance. [Example] A first example of the present invention will be described below with reference to FIG. Example 1 First, after thermally oxidizing a single crystal Si substrate 101 (P-type 10Ω/aI1) to form 200 nm SiOzl02,
Polycrystalline Si of 200 nm is deposited by low pressure chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as LPCVD method). Then 875℃
After performing phosphorus diffusion for 30 minutes, polycrystalline Si was etched using well-known lithography and dry etching techniques.
A gate electrode 103 is formed by patterning. Next, SiOz, which will become the gate insulating film 104, is processed by LPCV.
Deposit 30 nm using method D. Then, under the following conditions,
First polycrystalline Si (30nm)/Sioz (2nm)
/ Form a three-layer film of second polycrystalline Si (150 nm). First, a Si substrate 101 is inserted into a normal LPGVD device. Reduce pressure to 1 mmTorr. When the Si substrate 101 reaches a predetermined temperature, SiHa gas is introduced (pressure = 0.6 Torr) into the first polycrystal S.
Deposit 30 nm of i 105(a). first polycrystalline S
After the deposition of i105 (a) is completed, the inside of the apparatus is reset to zero.
.. Reduce pressure to 1 nmTorr. Next, introduce oxygen (pressure I Torr) into the first polycrystalline Sil05
(a) Oxidize the surface to form about 2 nm of SiOzl06. Next, 0. After reducing the pressure to 1 mTorr, SiH4 gas was introduced again (pressure = 0.6 Torr).
r) Then add the second polycrystalline Sil07 (a) to 150n
m deposits. In this example, the first polycrystalline Si 105 (a) (30 nm)/Sift 10
6 (2 nm)/second polycrystalline Sil07 (a) (150
A three-layer film of 100 nm) was formed, but the first polycrystalline Si105
(a) After the formation, the Si substrate 101 is taken out of the device, a natural oxide film is formed, and the second polycrystalline Sil0 film is formed again in the LPGVD device.
Almost the same structure was obtained by forming 7(a).

次いで、LPCVD法により20nmのSLft109
を堆積した後リソグラフィー技術を用いてチャネル領域
105 (a)となる部分をレジスト110で覆う.次
いで、ソース,ドレイン108となる部分へB−F x
を20KeVでイオン注入する。本実施例においては,
ソース,ドレイン108の不純物濃度を5X1019個
/cm3とした。また,本実施例においてはドーパント
にBF2を用いたが、B(ボロン)を用いることもむろ
ん可能である. 次いで,レジスト110,Sift 109を除去した
後、HF水溶液で第2単結晶Si 107表面の自然酸
化膜をエッチングしてヒドラジンエッチング液中にウエ
ーハを浸漬する. ここで重要なことは、HF水溶液で第2多結晶Si10
7表面の自然酸化膜をエッチングした後の洗浄水中の酸
素濃度を500ppb以下にすることである.洗浄水中
の酸素濃度を500ppb以上にすると、ウエーハ水洗
中に再び第2多結晶Si107表面には数λ程度の自然
酸化膜が形成される.この状態で第2多結晶Sil07
のエッチングを行っても自然酸化膜がマスクとなり第2
多結晶Sil07 (a)のエッチングができないか、
または、できてもエッチングにむらが起こる。
Next, 20 nm SLft109 was formed by LPCVD method.
After depositing resist 110, the portion that will become the channel region 105(a) is covered using a lithography technique. Next, B-F x is applied to the portion that will become the source and drain 108.
Ion implantation is performed at 20 KeV. In this example,
The impurity concentration of the source and drain 108 was set to 5×10 19 impurities/cm 3 . Furthermore, although BF2 was used as the dopant in this example, it is of course possible to use B (boron). Next, after removing the resist 110 and Sift 109, the natural oxide film on the surface of the second single crystal Si 107 is etched with an HF aqueous solution, and the wafer is immersed in a hydrazine etching solution. What is important here is that the second polycrystalline Si10
7. The oxygen concentration in the cleaning water after etching the natural oxide film on the surface should be 500 ppb or less. When the oxygen concentration in the cleaning water is set to 500 ppb or more, a natural oxide film of about several λ is formed again on the surface of the second polycrystalline Si 107 during wafer cleaning. In this state, the second polycrystalline Sil07
Even if etching is performed, the natural oxide film acts as a mask and the second
Is it not possible to etch polycrystalline Sil07 (a)?
Or even if it is possible, the etching will be uneven.

従って、ウエーハ洗浄水中の酸素濃度は500PPb以
下であることが望ましい。
Therefore, it is desirable that the oxygen concentration in the wafer cleaning water be 500 PPb or less.

ここでは、ヒドラジンエッチング液の温度を50℃に保
ち、20分間エッチングを行なった。
Here, the temperature of the hydrazine etching solution was maintained at 50° C., and etching was performed for 20 minutes.

ヒドラジンエッチング液は、ポロンをドーピングした多
結晶Siのエッチング速度が非常に遅く、またSiOz
をエッチングしないので、第1図(d)に示したように
チャネル領域105 (a)は、第1多結晶Si 10
5の膜厚となる.ソース,ドレイン108領域は、第1
多結晶Sil05と第2多結晶Sil07をほぼ加えた
膜厚となる。また、ここでは、ソース,ドレイン領域1
08のボロン濃度を5 X 1 01δ個/cm3以上
にすること,およびボロン注入後、熱処理を行う前にヒ
ドラジン溶液で多結晶Siの選択エッチングを行うこと
も重要である。
Hydrazine etching solution has a very slow etching rate for polycrystalline Si doped with poron, and also
Since the channel region 105 (a) is not etched as shown in FIG. 1(d), the first polycrystalline Si 10
The film thickness is 5. The source and drain 108 regions are the first
The film thickness is approximately the sum of the polycrystalline Sil05 and the second polycrystalline Sil07. In addition, here, the source and drain regions 1
It is also important to set the boron concentration of 08 to 5×101δ particles/cm 3 or more, and to perform selective etching of polycrystalline Si with a hydrazine solution after boron implantation and before heat treatment.

ヒドラジン溶液に対する多結晶Siのエッチングレート
は、Si中のボロン濃度に依存し、5×IQ18個/c
Ij以下では、ノンドーブSiとのエッチングレートの
差が小さく選択性が出ない。このため、ボロン濃度は5
X10”個/cm3以上にすることが好ましい. また,ヒドラジン溶液による選択エッチングを行う前に
熱処理を行うと、第2多結晶Sil07(b)中のボロ
ンがチャネル領域105 (a)上部に拡散してしまう
ため、チャネル長がシフトしてしまう.また、第2多結
晶Sil07 (b)表面のボロン濃度は、熱処理によ
り薄くなってしまうため、その領域のエッチング速度が
速くなり、所望の膜厚を得ることができない.したがっ
て、ボロンを活性化させるための熱処理は、ヒドラジン
エッチングの後に行うことが好ましい。本実施例におい
ては、ヒドラジン溶液による選択エッチングを行った後
、N2零囲気中で、900℃,30分の熱処理を行ない
、ボロンを活性化させた。
The etching rate of polycrystalline Si with hydrazine solution depends on the boron concentration in Si, and is 5×IQ18 pieces/c
Below Ij, the difference in etching rate with non-doped Si is small and selectivity is not achieved. Therefore, the boron concentration is 5
It is preferable that the number is 10" pieces/cm3 or more. Furthermore, if heat treatment is performed before selective etching with a hydrazine solution, boron in the second polycrystalline Sil07 (b) will diffuse into the upper part of the channel region 105 (a). In addition, since the boron concentration on the surface of the second polycrystalline Sil07 (b) becomes thinner due to heat treatment, the etching rate in that area increases, making it difficult to achieve the desired film thickness. Therefore, the heat treatment for activating boron is preferably performed after hydrazine etching. In this example, after performing selective etching with a hydrazine solution, the heat treatment is performed at 900° C. in a N2 atmosphere. , 30 minutes of heat treatment was performed to activate boron.

この後、公知の技術を用いて,ソース,ドレイン領域1
08に電極を設け、450”C,30分のH2アニール
を行ない本発明の半導体装置の形成を完了する。
After that, using a known technique, the source and drain regions 1 are
An electrode is provided at 08, and H2 annealing is performed at 450''C for 30 minutes to complete the formation of the semiconductor device of the present invention.

本実施例で形成した多結晶S i. M I S型トラ
ンジスタは、第4図に示したソース,ドレイン領域40
7を厚膜化してない通常の多結晶S i M I S型
トランジスタに比べ、相互コンダクタンスが約2倍に増
大した.また,本実施例においては、SiHa を用い
て第1多結晶Sil05 (a)と第2多結晶Sil0
7 (a)の形成を行なったが、S i zHB, S
 i sHaを用いても良好な結果が得られた。
The polycrystalline Si. The M I S type transistor has source and drain regions 40 shown in FIG.
Compared to a normal polycrystalline SiM I S type transistor that does not have a thick film, the transconductance has increased approximately twice. In addition, in this example, using SiHa, the first polycrystalline Sil05 (a) and the second polycrystalline Sil0
7 (a) was formed, but S izHB, S
Good results were also obtained using isHa.

実施例2 本発明の第2の実施例を第2図を用いて説明する。Example 2 A second embodiment of the present invention will be described using FIG. 2.

まず、実施例1と同様,単結晶Si基板201(P型、
10Ω・aI1)上に、熱酸化膜202,ゲート電極2
03、およびゲート絶縁膜204を形成する。次いで、
LPCVD法を用いて第1多結晶Si207を100n
mSiOz 209を10nm堆積する。次に、ホトリ
ソグラフィー技術を用いて所望の領域207 (a)を
レジスト210で覆い、80KeVでBF2をイオン注
入する。
First, as in Example 1, a single crystal Si substrate 201 (P type,
10Ω・aI1), a thermal oxide film 202, a gate electrode 2
03 and a gate insulating film 204 are formed. Then,
The first polycrystalline Si207 was 100n using the LPCVD method.
Deposit 10 nm of mSiOz 209. Next, the desired region 207 (a) is covered with a resist 210 using a photolithography technique, and BF2 is ion-implanted at 80 KeV.

次いで,実施例lに記載したように、レジスト210,
SiO立209を除去した後、ヒドラジンエッチにより
第1多結晶Si207のノンドープ領域.207(a)
を選択的にエッチングする。
Resist 210, as described in Example 1, is then applied.
After removing the SiO layer 209, a non-doped region of the first polycrystalline Si 207 is removed by hydrazine etching. 207(a)
selectively etched.

ヒドラジンによるエッチングはウットエッチングなので
,ゲート絶縁膜にはダメージを与えない.また、多結晶
SiとSingの選択比が無限大なので,下地のゲート
絶縁膜は、まったくエッチングされず第2図(b)に示
すような形状となる。
Etching with hydrazine is wet etching, so it does not damage the gate insulating film. Furthermore, since the selection ratio between polycrystalline Si and Sing is infinite, the underlying gate insulating film is not etched at all, resulting in a shape as shown in FIG. 2(b).

次に、チャネル領域205 (a)となる第2多結晶S
i205をLPCVD法により10nm堆積する.この
後、公知の技術を用いて、ソース,ドレイン領域208
に電極を設け、450℃,30分のH2アニールを行な
い本発明の半導体装置の形成を完了する. 本実施例で形成した多結晶S i M I S型トラン
ジスタは,第4図に示したソース,ドレイン領域407
を厚膜化してない通常の多結晶S i M I S型ト
ランジスタに比べ,相互コンダクタンスが約2倍に増大
した。また、ゲート絶縁膜204の経時的絶縁破壊寿命
を測定し、素子の信頼性が劣化していないことを確認し
た。
Next, the second polycrystalline S which will become the channel region 205 (a)
Deposit i205 to a thickness of 10 nm using the LPCVD method. After that, using a known technique, the source and drain regions 208 are
Electrodes are provided on the substrate, and H2 annealing is performed at 450° C. for 30 minutes to complete the formation of the semiconductor device of the present invention. The polycrystalline SiM I S type transistor formed in this example has source and drain regions 407 shown in FIG.
The mutual conductance has increased approximately twice as much as that of a normal polycrystalline SiM I S type transistor that does not have a thick film. Furthermore, the dielectric breakdown life of the gate insulating film 204 over time was measured, and it was confirmed that the reliability of the device did not deteriorate.

実施例3 本発明の第3の実施例を第3図を用いて説明する. まず、実施例上と同様、単結晶Si基板301(P型、
10Ω・c!1)上に、熱酸化膜302,ゲート電極3
03,ゲート絶縁膜304、および第1多結晶Si30
5 (30nm)/SiOz306(2nm)/第2多
結晶Si307 (150nm)を形成する.次いで、
LPCVD法を用いてSiOz309を第2多結晶Si
307上に10nm堆積する。次いで、チャネル領域3
05(a)となる部分をレジスト310で覆い、ソース
,ドレイン308となる領域に25KeVでBFzをイ
オン注入する.本実施例では、ソース,ドレイン領域の
不純物濃度を5X101”個/cm3とした。
Example 3 A third example of the present invention will be explained using FIG. 3. First, as in the example above, a single crystal Si substrate 301 (P type,
10Ω・c! 1) On top, a thermal oxide film 302 and a gate electrode 3
03, gate insulating film 304, and first polycrystalline Si30
5 (30 nm)/SiOz306 (2 nm)/second polycrystalline Si307 (150 nm) is formed. Then,
SiOz309 is converted into second polycrystalline Si using LPCVD method.
Deposit 10 nm on 307. Next, channel region 3
05(a) is covered with a resist 310, and BFz ions are implanted at 25 KeV into the regions that will become the source and drain 308. In this embodiment, the impurity concentration in the source and drain regions was set to 5×10 1”/cm 3 .

次いで,レジスト310を除去した後、900℃の酸素
雰囲気中で熱処理を行ない、第2多結晶Si307上に
SiOz311を形成する。上記SiOz311の膜厚
は、下地の不純物濃度差のため,ソース,ドレイン領域
308上のSi○2311(b)はチャネル領域307
 (a)上のSi()z 311 (a)に比べ厚くな
る.本実施例においては,ソース,ドレイン308形戒
用のドーパントをボロンとしたが、ヒ素(As),.リ
ン(P),アンチモン(sb)を用いても、同様の結果
が得られた。
Next, after removing the resist 310, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at 900° C. to form SiOz 311 on the second polycrystalline Si 307. The film thickness of the SiOz311 described above is due to the difference in impurity concentration in the underlying layer, so the SiO2311(b) on the source and drain regions 308 is thicker than the channel region 307.
(a) Above Si()z 311 It is thicker than (a). In this embodiment, boron was used as the dopant for the source and drain type 308, but arsenic (As), . Similar results were obtained using phosphorus (P) and antimony (sb).

また、上記SiOz311の膜厚差は、ソース,ドレイ
ン308の不純物濃度、および酸化方法により所望の膜
厚差にすることが可能である。具体的には、ソース,ド
レイン領域308とチャネル領域307 (a)上部の
不純物濃度差が大きいほど、酸化温度が低いほど、上記
SiOz311の膜厚差は大きくなる.また、酸化雰囲
気においても,ドライ酸化に比べウエット酸化を用いた
方がSi()z311の膜厚差を大きくすることができ
る.本実施例においては、ソース,ドレイン308上の
S iC)z 3 1 1 (b)の膜厚が第2多結晶
Siンドープ領域3 0 7(a)上のSiOz311
(a)の膜厚の約2倍になるように設定した6次いで、
第2多結晶Siノンドープ領域307(a)の表面が露
出するまで.SiO2311をフツ酸水溶液でエッチン
グすると,第2図(c)に示したように、ソース,ドレ
イン領域308上部のみにSift 311 (b)が
残る.本実施例においては、第2多結晶Siノンドープ
領域307(a)の表面が水切れするまでエッチングを
行なった. 次いで、上記Sing 311 (b)をマスクとして
、第2多結晶Siノンドープ領域307(a)をドライ
エッチングする。本実施例においては、上記第2多結晶
Siノンドープ領域307 (a)のドライエッチング
に,μ波励起型プラズマエッチング装置を用い、SFe
を反応ガスとして、Si基板301温度を−110℃と
した.本方法によれば、約2nmという極めて薄い絶縁
膜306をエッチングのストッパとして、チャネル領域
305 (a)上部の第2多結晶Siノンドープ領域2
07 (a)を異方的にのエッチングすることが可能で
ある.なお,Si板301を冷却しなくてもエッチング
は可能であるが,高選択比で、異方的にエッチングでき
るという点では、本方法の方が優れている. この後,第1の実施例と同じように、公知の技術を用い
てソース,ドレイン領域308に電極を設け、450″
C,30分のH2アニールを行ない本発明の半導体装置
の形成を完成する.本実施例で作威した多結晶S i 
M I S型トランジスタは,第4図に示したように、
ソース,ドレイン領域407を厚膜化していない通常の
多結晶S i M I S型トランジスタに比べ、相互
コンダクタンスを行2倍にすることができた. ここで、上記、本発明の第1の実施例および、第3の実
施例において重要なことは,第1多結晶Sil05,3
05と第2多結晶Sil07,307の間に形成された
絶縁膜106,306の膜厚が1〜3nmであることで
あるslnm未満であれば、エッチングのストッパとな
らないため、チャネル領域105 (a),305 (
a)もエッチングされてしまう。また,3nmより厚け
れば、第1多結晶Sil05,305と第2多結晶Si
107,307が絶縁されてしまい電気的導通が取れな
くなってしまう.このため,上記絶縁膜106,306
の膜厚は1〜3nmであることが望ましい。
Furthermore, the film thickness difference of the SiOz 311 can be set to a desired film thickness difference by changing the impurity concentration of the source and drain 308 and the oxidation method. Specifically, the larger the difference in impurity concentration between the source/drain region 308 and the channel region 307 (a), and the lower the oxidation temperature, the larger the difference in the film thickness of the SiOz layer 311 becomes. Furthermore, even in an oxidizing atmosphere, the difference in film thickness of Si()z311 can be made larger by using wet oxidation than by dry oxidation. In this example, the film thickness of SiC)z311(b) on the source and drain 308 is the same as that of SiOz311 on the second polycrystalline Si doped region 307(a).
6, which was set to be approximately twice the film thickness in (a),
Until the surface of the second polycrystalline Si non-doped region 307(a) is exposed. When SiO2 311 is etched with a hydrofluoric acid aqueous solution, Sift 311 (b) remains only above the source and drain regions 308, as shown in FIG. 2(c). In this example, etching was performed until the surface of the second polycrystalline Si non-doped region 307(a) was drained of water. Next, using the Sing 311 (b) as a mask, the second polycrystalline Si non-doped region 307 (a) is dry etched. In this example, a μ wave excitation type plasma etching apparatus is used for the dry etching of the second polycrystalline Si non-doped region 307 (a), and SFe
was used as the reaction gas, and the temperature of the Si substrate 301 was set to -110°C. According to this method, an extremely thin insulating film 306 of approximately 2 nm is used as an etching stopper, and the second polycrystalline Si non-doped region 2 in the upper part of the channel region 305 (a)
07 (a) can be etched anisotropically. Although etching is possible without cooling the Si plate 301, this method is superior in that it can be etched anisotropically with a high selectivity. Thereafter, as in the first embodiment, electrodes are provided in the source and drain regions 308 using a known technique, and
C. Perform H2 annealing for 30 minutes to complete the formation of the semiconductor device of the present invention. Polycrystalline Si produced in this example
As shown in Fig. 4, the M I S type transistor is
Compared to a normal polycrystalline SiM I S type transistor in which the source and drain regions 407 are not thickened, the mutual conductance can be doubled in a row. Here, what is important in the first and third embodiments of the present invention is that the first polycrystalline Sil05,3
If the film thickness of the insulating film 106, 306 formed between 05 and the second polycrystalline Sil 07, 307 is less than slnm, which is 1 to 3 nm, it will not act as an etching stopper, so the channel region 105 (a ), 305 (
a) is also etched. Moreover, if the thickness is more than 3 nm, the first polycrystalline Sil05, 305 and the second polycrystalline Si
107 and 307 are insulated and electrical continuity cannot be established. Therefore, the insulating films 106, 306
It is desirable that the film thickness is 1 to 3 nm.

本実施例においては、上記絶縁膜106,306にSi
○2を用いたが、CVD法で形成したSiaNaや多結
晶Siを直接窒化して形成する熱窒化膜を用いても、同
様の結果が得られた.実施例4 次に、本発明の第4の実施例を第5図を用いて説明する
In this embodiment, the insulating films 106 and 306 are made of Si.
○2 was used, but similar results were obtained using a thermal nitride film formed by directly nitriding SiaNa or polycrystalline Si formed by the CVD method. Embodiment 4 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described using FIG. 5.

実施例lと同様、単結晶Si基板501(P型,工OΩ
−,)上にSiOz502、ゲート電極503を形成す
る。次いで、LPCVD法により第1のゲート絶縁膜5
04となる30nmのSiOzを堆積した後、周知のリ
ソグラフィーおよび,ドライエッチング技術を用いてS
 i Oz504をパターンニングする.次いで、LP
CVD法により第2のゲート絶縁膜505となるSiO
zを15nm堆積す゛る.次いで、実施例1に記載した
方法を用いて多結晶S i M I S型電界効果トラ
ンジスタのチャネル領域506,ソース領域507(b
),ドレイン領域507 (a)を形成した後、Nx雰
囲気中で.900℃,30分の熱処理を行なう. 次に,公知の技術を用いて、ソース507(b),ドレ
イン507 (a)領域に電極を設け、450’C,3
0分のH2アニールを行なって,本発明の半導体装置の
発明を完了する. 本実施例によれば、ドレイン領域507 (a)近傍の
電界のみが緩和するので,オン電流を維持したまま、O
FF時のリーク電流を通常の多結晶S i M I S
型トランジスタ(第4図)に比べ、大幅に減少できた。
As in Example 1, a single crystal Si substrate 501 (P type,
-, ), SiOz 502 and a gate electrode 503 are formed. Next, the first gate insulating film 5 is formed by the LPCVD method.
After depositing 30 nm of SiOz to form 04, S was deposited using well-known lithography and dry etching techniques.
i Pattern Oz504. Then, L.P.
SiO to become the second gate insulating film 505 by CVD method
Deposit Z to a thickness of 15 nm. Next, using the method described in Example 1, the channel region 506 and source region 507 (b
), after forming the drain region 507 (a), in an Nx atmosphere. Heat treatment at 900°C for 30 minutes. Next, using a known technique, electrodes are provided in the source 507(b) and drain 507(a) regions, and 450'C, 3
The invention of the semiconductor device of the present invention is completed by performing H2 annealing for 0 minutes. According to this embodiment, only the electric field near the drain region 507 (a) is relaxed, so the on-current is maintained and the O
Leakage current during FF is reduced by normal polycrystalline S
This was significantly reduced compared to the type transistor (Figure 4).

また、第6図に示したように、ゲート電極606とドレ
イン領域607 (a)とをオフセット構造にし、ドレ
イン領域607 (a)近傍の電界を緩和することでも
リーク電流は減少することが知られているが、上記オフ
セット構造の多結晶SiMIS型トランジスタのリーク
電流は、オフセット長氾に大きく依存する。このため、
ソース,ドレイン607形成マスクの合わせずれdによ
りリーク電流が大きく変化するという問題が有る.また
、オフセット分の寸法を確保しなければならないので、
集積度向上の障害となる. しかし、本実施例で作成した多結晶S i M I S
型トランジスタはマスクの合わせずれdがあってもリー
ク電流および、しきい値電圧はほとんど変化しなかった
.また、オフセット長を確保する必要がないので、集積
度も大幅に向上した。
Furthermore, as shown in FIG. 6, it is known that the leakage current can be reduced by creating an offset structure between the gate electrode 606 and the drain region 607 (a) and relaxing the electric field near the drain region 607 (a). However, the leakage current of the polycrystalline Si MIS transistor with the offset structure greatly depends on the offset length. For this reason,
There is a problem in that the leakage current changes greatly due to misalignment d of the mask for forming the source and drain 607. Also, we need to secure the dimensions for the offset, so
This becomes an obstacle to increasing the degree of integration. However, the polycrystalline S i M I S created in this example
In the type transistor, the leakage current and threshold voltage hardly changed even if there was a mask misalignment d. Furthermore, since there is no need to ensure an offset length, the degree of integration has been greatly improved.

実施例5 次に、本発明を完全CMOS型のSRAMのメモリセル
に応用した実施例を第7図,第10図、および第11図
を用いて説明する.本実施例では、メモリセルを構成す
るインバータの負荷素子として、多結晶Si−Pチャネ
ルMOSトランジスタ1001.1002を用いた。
Embodiment 5 Next, an embodiment in which the present invention is applied to a memory cell of a complete CMOS type SRAM will be described with reference to FIGS. 7, 10, and 11. In this embodiment, polycrystalline Si-P channel MOS transistors 1001 and 1002 were used as load elements of inverters constituting memory cells.

まず、n型Si基板701 (10Ω・al1)上にP
ウエル領域702および、素子分離領域703を公知の
技術を用いて形成する。次いで,熱酸化法を用いて20
nmのゲート酸化膜704を形成した後,駆動MOSト
ランジスタl003または1004のゲート電極707
.(a)と転送MOSトランジスタ1005または10
06の拡散層705とを接続するための接続孔706を
形成する.次いで、LPCVD法を用いて、200nm
の低抵抗多結晶Si、707 (a),707(b)お
よび150nmのSi○2708を堆積した後、周知の
ホトリソグラフィーおよび、ドライエッチング技術を用
いて駆動MOSトランジスタ1003.1004のゲー
ト電極707 (a).および転送MOSトランジスタ
1005.1006のゲートの電極707 (b)を構
或する。
First, P on the n-type Si substrate 701 (10Ω・al1)
A well region 702 and an element isolation region 703 are formed using a known technique. Next, using a thermal oxidation method, 20
After forming the gate oxide film 704 with a thickness of 100 nm, the gate electrode 707 of the drive MOS transistor l003 or
.. (a) and transfer MOS transistor 1005 or 10
A connection hole 706 is formed to connect to the diffusion layer 705 of No. 06. Next, using the LPCVD method, a 200 nm
After depositing low resistance polycrystalline Si, 707 (a), 707 (b) and 150 nm of Si○2708, gate electrodes 707 ( a). and constitutes the gate electrode 707 (b) of the transfer MOS transistors 1005 and 1006.

次いで、ソース,ドレインの低濃度領域となる部分にリ
ンをイオン注入した後、LPCVD法を用いて300n
mのSiftを堆積する.次いで、ドライエッチング法
により上記SiO2を異方的にエッチングして側壁絶縁
膜709を形成する.この後、ヒ素( A s )をイ
オン注入し、N2雰囲気中で、900℃,10分の熱処
理を行ない、ソース,ドレインの形成を終了する. 次いで、LPCVD法により,層間絶縁膜となるSi○
2710を150nm堆積した後、多結晶Si−Pチャ
ネルMOSトランジスタ1001.1002のゲート電
極712 (a),712(b),1101’(a),
1101 (b)と駆動n M O Sトランジスタ1
003,1004、のゲート電極707 (a)とを接
続するための接続孔711を形成する。次いで、LPC
VD法により,150nmの多結晶Siおよび、15n
mのSi○2を堆積した後、ボロンをイオン注入し.9
00℃,10分の熱処理を行なう。次いで、SiOzを
除去した後、リソグラフィーおよび、ドライエッチング
技術を用いて、多結晶Siを所定形状に加工して、多結
晶Si−PチャネルMOSトランジスタ1001.10
02のゲート電極7工2(a)または712 (b),
1101 (a)または1101(b)とする。
Next, after ion-implanting phosphorus into the low concentration regions of the source and drain, 300nm was implanted using the LPCVD method.
Deposit m Sift. Next, the SiO2 is anisotropically etched using a dry etching method to form a sidewall insulating film 709. Thereafter, arsenic (As) ions are implanted and heat treatment is performed at 900° C. for 10 minutes in an N2 atmosphere to complete the formation of the source and drain. Next, Si○, which will become an interlayer insulating film, is deposited using the LPCVD method.
After depositing 2710 to a thickness of 150 nm, gate electrodes 712 (a), 712 (b), 1101' (a),
1101 (b) and driving nMOS transistor 1
A connection hole 711 is formed to connect the gate electrodes 707 (a) of 003 and 1004. Then LPC
By VD method, 150nm polycrystalline Si and 15n
After depositing m of Si○2, boron ions were implanted. 9
Heat treatment is performed at 00°C for 10 minutes. Next, after removing SiOz, the polycrystalline Si is processed into a predetermined shape using lithography and dry etching techniques to form a polycrystalline Si-P channel MOS transistor 1001.10.
Gate electrode 7 of 02 (a) or 712 (b),
1101 (a) or 1101 (b).

次いで、ゲート絶縁膜713となるSi○2をLPCV
D法1こより20nm堆積した後、N2雰囲気中で90
0℃,10分の熱処理を行なう。本実施例においては、
上記,SiOz 713の形成に,反応ガスとしてSi
l{4とN z O を用いた。
Next, Si○2, which will become the gate insulating film 713, is processed by LPCV.
After depositing 20 nm from one layer using the D method, 90 nm was deposited in an N2 atmosphere.
Heat treatment is performed at 0° C. for 10 minutes. In this example,
In the above formation of SiOz 713, Si was used as a reaction gas.
l{4 and N z O were used.

次に、多結晶S i − PチャネルMOS}−ランジ
スタ1001.1002のドレイン部拡散層714,1
103 (a),1103 (a)と対向するインバー
タのゲート電極712 (a),712 (b),11
01 (a),1工Of (b)とを接続するための接
続孔716.1102 (a),1102(b)を形成
した後、第1の実施例に記載した方法で、第1多結晶(
10nm)/Si○z(2nm)/第2多結晶(100
nm)の三層膜を形成する。
Next, the drain part diffusion layers 714, 1 of the polycrystalline Si-P channel MOS}-transistors 1001 and 1002 are
Gate electrodes 712 (a), 712 (b), 11 of the inverter facing 103 (a), 1103 (a)
After forming the connection holes 716 and 1102 (a) and 1102 (b) for connecting 01 (a) and 1 of (b), the first polycrystalline (
10 nm) / Si○z (2 nm) / 2nd polycrystal (100
Form a three-layer film of nanometers (nm).

次にLPCVD法によりSingを15nm堆積した後
、多結晶Si−PチャネルMOSトランジスタ1001
.1002のチャネル領域717,1105 (a),
1105 (b)となる部分をホトレジストパターンで
覆い、ボロンをイオン注入する.次に、ヒドラジンエッ
チング液により第2多結晶Siのノンドープ領域を,選
択的にエッチングする。次いで、周知のリソグラフィー
およびドライエッチング技術を用いて、上記三層膜(第
1多結晶(10nm)/SiOz(2nm)/第2多結
晶(100nm))を所定形状に加工しソース715.
1104 (a),1104 (b) 、ドレイン71
4.1103 (a),1103 (b)領域、および
共通電源配線1106 (a) , 1106(b)を
形成する. 本実施例に示したように、多結晶Si−PチャネルMO
Sトランジスタ1001.1002のソース715.1
104 (a),1104 (b)、ドレイン714.
1103 (a),1103(b)領域、および共通電
源配線1106 (a) , 1106(b)を同層に
形成すれば、製造工程数を増やすことなく集積度を大幅
に向上できる. 次いで.LPCVD法によりSiOz718を100n
m堆積した後、常圧CVD法により、13PSG膜71
9を300nm堆積し、N2雰囲気中で900℃,30
分の熱処理を行なう.続いて、転送MOSトランジスタ
1005.1006の拡散層70゜5と第1層配線72
0とを接続するための接続孔721を形成した後、チタ
ンナイトライド(TiN),タングステン(W)を蒸着
し、リソグラフィーおよびドライエッチング技術により
所定形状に加工する. 次いで,常圧CVD法によりPSG膜722を400n
m堆積し、第1層配線720と接続させるための接続孔
723を形成する。この後、TiN724,Aα725
を蒸着して所定形状に加工し、これを第2層配線とする
.次いで、Hz雰囲気中で450℃,30分の熱処理を
行なった後、最終保護膜としてプラズマCVD法により
SigNa膜を1μm堆積し、所定形状に加工する.最
後に、Nx雰囲気中で400℃,30分の熱処理を行な
い、本発明の半導体装置の形成を終了する. 本実施例により形成したメモリセルの待機時消費電流は
、1ビット当り0.02PAと極めて小さな値が得られ
た.また、多結晶S i M I S型電界効果トラン
ジスタのチャネル部717.1105(a),1105
 (b)の薄膜効果、およびソース715,1104 
(a),1104 (b) 、ドレイン714,110
3 (a),1103 (b)、共通電源配線部110
6 (a),1106 (b)の厚膜効果により、(1
)オン電流の増加、(2)メモリセル内のハイノード電
位の安定性の向上、(3)ソフトエラ一率の減少、等の
改善効果が得られた。さらに,多結晶S i M I 
S型電界効果トランジスタのゲート電極712 (a)
,712(b),1101  (a),1101  (
b)を、チャネル領域717,1105 (a),11
05(b)より先に形成する構造を適用できるので,メ
モリセルの製造プロセスが簡単化でき,歩留まりが向上
した。
Next, after depositing 15 nm of Sing by the LPCVD method, a polycrystalline Si-P channel MOS transistor 1001
.. 1002 channel region 717, 1105 (a),
1105 Cover the part (b) with a photoresist pattern, and implant boron ions. Next, the non-doped region of the second polycrystalline Si is selectively etched using a hydrazine etching solution. Next, using well-known lithography and dry etching techniques, the three-layer film (first polycrystalline (10nm)/SiOz (2nm)/second polycrystalline (100nm)) is processed into a predetermined shape, and the source 715.
1104 (a), 1104 (b), drain 71
4. Form regions 1103(a) and 1103(b) and common power supply wirings 1106(a) and 1106(b). As shown in this example, polycrystalline Si-P channel MO
Source 715.1 of S transistor 1001.1002
104 (a), 1104 (b), drain 714.
By forming the regions 1103 (a) and 1103 (b) and the common power supply lines 1106 (a) and 1106 (b) in the same layer, the degree of integration can be greatly improved without increasing the number of manufacturing steps. Next. 100n SiOz718 by LPCVD method
After the 13PSG film 71 is deposited, a 13PSG film 71 is deposited by atmospheric pressure CVD.
9 was deposited to a thickness of 300 nm and heated at 900°C for 30 minutes in a N2 atmosphere.
Perform heat treatment for 1 minute. Next, the diffusion layer 70°5 of the transfer MOS transistors 1005 and 1006 and the first layer wiring 72
After forming a connection hole 721 for connection with 0, titanium nitride (TiN) and tungsten (W) are deposited and processed into a predetermined shape using lithography and dry etching techniques. Next, the PSG film 722 was deposited at 400 nm by atmospheric pressure CVD.
m is deposited to form a connection hole 723 for connection to the first layer wiring 720. After this, TiN724, Aα725
is vapor-deposited and processed into a predetermined shape, and this is used as the second layer wiring. After heat treatment at 450° C. for 30 minutes in an Hz atmosphere, a 1 μm thick SigNa film is deposited as a final protective film by plasma CVD and processed into a predetermined shape. Finally, heat treatment is performed at 400° C. for 30 minutes in an Nx atmosphere to complete the formation of the semiconductor device of the present invention. The standby current consumption of the memory cell formed according to this example was as low as 0.02 PA per bit. In addition, channel portions 717.1105(a), 1105 of polycrystalline SiM I S type field effect transistors
(b) Thin film effect and sources 715, 1104
(a), 1104 (b), drain 714, 110
3 (a), 1103 (b), common power supply wiring section 110
Due to the thick film effect of 6 (a) and 1106 (b), (1
) Improvement effects such as an increase in on-current, (2) an improvement in the stability of the high node potential in the memory cell, and (3) a decrease in the soft error rate were obtained. Furthermore, polycrystalline S i M I
Gate electrode 712 of S-type field effect transistor (a)
, 712(b), 1101(a), 1101 (
b), channel regions 717, 1105 (a), 11
Since the structure formed before 05(b) can be applied, the manufacturing process of the memory cell can be simplified and the yield can be improved.

また、本実施例においては、実施例1に記載した多結晶
S i M I S型電界効果トランジスタをSRAM
のメモリセルに適用し、0.02PA/ビットという極
めて小さな待機時消費電流を実現したが、実施例4に記
載した多結晶S i M I S型電界効果トランジス
タを適用したSRAMメモリセルの待機時消費電流は0
.OIPA/ビット以下であった. 〔発明の効果〕 本発明によれば、ゲート電極をチャネル領域より先に形
成しても、素子およびメモリ動作の信頼性を維持したま
ま、チャネル領域のみを薄膜化することが可能となるの
で,多結晶S i M I S型電界効果トランジスタ
の応用範囲が大幅に拡張された.また、多結晶S i 
M I S型電界効果トランジスタのドレイン近傍のみ
のゲート絶縁膜を厚膜化することにより,オン電流を維
持したまま、リーク電流を大幅に減少することができた
In addition, in this example, the polycrystalline SiM I S type field effect transistor described in Example 1 is used as an SRAM.
was applied to the memory cell of 2000, and realized an extremely small standby current consumption of 0.02 PA/bit. Current consumption is 0
.. It was below OIPA/bit. [Effects of the Invention] According to the present invention, even if the gate electrode is formed before the channel region, it is possible to reduce the thickness of only the channel region while maintaining reliability of device and memory operation. The range of applications for polycrystalline SiM I S field effect transistors has been greatly expanded. In addition, polycrystalline Si
By thickening the gate insulating film only near the drain of an MIS field effect transistor, we were able to significantly reduce leakage current while maintaining on-current.

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

第1図は、本発明の実施例1の製造工程の断面図.第2
図は、本発明の実施例2の製造工程の断面図。第3図は
,本発明の実施例3の製造工程の断面図。第4図は、従
来構造の断面図.第5図は、本発明の実施例4の製造工
程の断面図。第6図は、従来構造の断面図.第7図は、
本発明の実施例5の製造工程の断面図.第8図は、従来
構造の断面図.第9図は、従来構造の断面図.第10図
は、本発明の実施例4に記載したメモリセルの等価回路
図.第11図は、本発明の実施例4に記載した多結晶S
 i M I S型電界効果トランジスタのレイアウト
図。 101,201,301,401,501,601,7
01,801,901・・・P型Si基板、102,2
02,302,311,402,502,602,70
3,802,902・・・熱酸化膜、103,203,
303,403,503,603,707(a),70
7 (b),712 (a),712(b),803,
903.1101 (a),1101(b)・・・ゲー
ト電極,104,204,304,405,504,5
05,605,704.7’13,805,905・・
・ゲート絶縁膜、708,709,710,718,7
19,722・・・層間絶縁膜、105,207,30
5・・・第1多結晶Si.106,306・・・極薄絶
縁膜、107,205,307・・・第2多結晶Si、
108,208,308,407,507,607,7
14,715,807,907,ILO3  (’a)
,1103(b),1104(a),1104 (b)
・・・ソース,ドレイン領域,105(a),205 
 (a),305  (a),406,506,606
,  717,806,  906.1105(a),
1105 (b)−・・チャネル領域、702・・・P
ウエル領域,703・・・素子分離領域、721・・・
第1層配線、724,725・・・第2層配線、第 図 ¥,z  躬 (b) 葛 4 図 ¥y5 (^冫 図 冨 −6 図 図 3θ1 31基状 5・05  ケ5ト未と3和駅万檗 8/6  ++−ネ)L禰成 3θ7  ンーズ ドLイ冫傾域 (L)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the manufacturing process of Example 1 of the present invention. Second
The figure is a sectional view of the manufacturing process of Example 2 of the present invention. FIG. 3 is a sectional view of the manufacturing process of Example 3 of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view of the conventional structure. FIG. 5 is a cross-sectional view of the manufacturing process of Example 4 of the present invention. Figure 6 is a cross-sectional view of the conventional structure. Figure 7 shows
Cross-sectional view of the manufacturing process of Example 5 of the present invention. Figure 8 is a cross-sectional view of the conventional structure. Figure 9 is a sectional view of the conventional structure. FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the memory cell described in Example 4 of the present invention. FIG. 11 shows the polycrystalline S described in Example 4 of the present invention.
A layout diagram of an i M I S type field effect transistor. 101, 201, 301, 401, 501, 601, 7
01,801,901...P-type Si substrate, 102,2
02,302,311,402,502,602,70
3,802,902...thermal oxide film, 103,203,
303,403,503,603,707(a),70
7 (b), 712 (a), 712 (b), 803,
903.1101 (a), 1101 (b)... Gate electrode, 104, 204, 304, 405, 504, 5
05,605,704.7'13,805,905...
・Gate insulating film, 708, 709, 710, 718, 7
19,722... interlayer insulating film, 105,207,30
5...first polycrystalline Si. 106,306...Ultra-thin insulating film, 107,205,307...Second polycrystalline Si,
108,208,308,407,507,607,7
14,715,807,907,ILO3 ('a)
, 1103(b), 1104(a), 1104(b)
...source, drain region, 105(a), 205
(a), 305 (a), 406, 506, 606
, 717,806, 906.1105(a),
1105 (b)--channel region, 702...P
Well region, 703... Element isolation region, 721...
1st layer wiring, 724, 725... 2nd layer wiring, Figure ¥, z 躬(b) Kuzu 4 Figure y5 (^冫Fig. To Sanwa Station Manbun 8/6 ++-ne) L Nesei 3θ7 Nezu de L I declination area (L)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、多結晶SiMIS型電界効果トランジスタにおいて
、ソース部に接したゲート絶縁膜の膜厚に比べ、ドレイ
ン近傍のゲート絶縁膜の膜厚が厚いことを特徴とする半
導体装置。 2、導体あるいは半導体表面に第1の絶縁膜を形成する
工程と、該第1の絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成す
る工程と、該第1のシリコン膜上に第2の絶縁膜を形成
する工程と、該第2の絶縁膜上に第2のシリコン膜を形
成する工程と、上記第2のシリコン膜の所望の領域より
不純物をドーピングする工程と、該第2のシリコン膜の
ドーピングされていない領域を選択的にエッチングする
工程とを少なくとも含んでなることを特徴とする半導体
装置の製造方法。 3、導体あるいは半導体表面に第1の絶縁膜を形成する
工程と、該第1の絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成す
る工程と、該第1のシリコン膜の所望の領域より不純物
をドーピングする工程と、該第1のシリコン膜のドーピ
ングされていない領域を選択的にエッチングする工程と
、上記第1のシリコン膜上に第2のシリコン膜を形成す
る工程とを少なくとも含んでなることを特徴とする半導
体装置の製造方法。 4、導体あるいは半導体表面に第1の絶縁膜を形成する
工程と、該第1の絶縁膜上に第1のシリコン膜を形成す
る工程と、該第1のシリコン膜上に第2の絶縁膜を形成
する工程と、該第2の絶縁膜上に第2のシリコン膜を形
成する工程と、上記第2のシリコン膜の所望の領域より
不純物をドーピングする工程と、該第2のシリコン膜の
表面を熱酸化して酸化膜を形成する工程と、該酸化膜を
ウェットエッチングして上記第2のシリコン膜のドーピ
ングされていない領域の表面部のみを選択的に露出させ
る工程と、上記第2のシリコン膜の露出した部分をドラ
イエッチングする工程とを少なくとも含んでなることを
特徴とする半導体装置の製造方法。 5、上記第2の絶縁膜の膜厚が1〜3nmであることを
特徴とする特許請求の範囲第2項もしくは第4項記載の
半導体装置の製造方法。 6、特許請求の範囲第2項に記載した第2のシリコン膜
、および特許請求の範囲第3項に記載した第1のシリコ
ン膜にドーピングする不純物がボロン(B)元素を含ん
でおり、かつ、上記シリコン膜の選択エッチングをヒド
ラジンを含んだ水溶液で行ない、下地の絶縁膜をエッチ
ングのストッパとすることを特徴とする特許請求の範囲
第2項もしくは第3項記載の半導体装置の製造方法。 7、Si膜へのドーピングをイオン打ち込み法で行い、
かつシリコン膜中のボロン(B)の不純物濃度が5×1
0^1^5個/cm^3以上であることを特徴とする特
許請求の範囲第6項記載の半導体装置の製造方法。 8、特許請求の範囲第2項に記載した第2のシリコン膜
、および請求の範囲第3項に記載した第1のシリコン膜
の選択エッチングを熱処理前に行うこと特徴とする特許
請求の範囲第6項記載の半導体装置の製造方法。 9、第2のシリコン膜のドライエッチングを、基板温度
を常温以下に維持し、反応ガスにSF_6を用いて行な
い、第2の絶縁膜をエッチングのストッパとすることを
特徴とする特許請求の範囲第4項記載の半導体装置の製
造方法。 10、特許請求の範囲第2項、第4項に記載した第1の
シリコン膜、および特許請求の範囲第3項に記載した第
2のシリコン膜の膜厚が、50nm以下であることを特
徴とする特許請求の範囲第2項、第3項、もしくは第4
項記載の半導体装置の製造方法。 11、特許請求の範囲第2項、第3項および第4項に記
載した半導体装置の製造方法を含む多結晶SiMIS型
電界効果トランジスタの製造方法。 12、特許請求の範囲第1項に記載した多結晶SiMI
S型電界効果トランジスタを負荷素子に用いたスタティ
ック型ランダムアクセスメモリ。 13、ソース領域およびドレイン領域の厚さが、チャネ
ル領域の厚さよりも大きい多結晶SiMIS型電界効果
トランジスタを負荷素子に用いたスタティック型ランダ
ムアクセスメモリ。 14、特許請求の範囲第2項、第3項および第4項に記
載した半導体装置の製造方法を用いて作成した、上記ス
タティック型ランダムアクセスメモリのセル内アレーの
共通電源配線。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor device in a polycrystalline Si MIS field effect transistor, characterized in that a gate insulating film near the drain is thicker than a gate insulating film in contact with the source. 2. A step of forming a first insulating film on the surface of the conductor or semiconductor, a step of forming a first silicon film on the first insulating film, and a step of forming a second insulating film on the first silicon film. a step of forming a second silicon film on the second insulating film; a step of doping impurities from a desired region of the second silicon film; 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of selectively etching an undoped region. 3. Forming a first insulating film on the surface of the conductor or semiconductor, forming a first silicon film on the first insulating film, and removing impurities from a desired region of the first silicon film. comprising at least the steps of doping, selectively etching undoped regions of the first silicon film, and forming a second silicon film on the first silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by: 4. Forming a first insulating film on the surface of the conductor or semiconductor, forming a first silicon film on the first insulating film, and forming a second insulating film on the first silicon film. a step of forming a second silicon film on the second insulating film; a step of doping impurities from a desired region of the second silicon film; a step of thermally oxidizing the surface to form an oxide film; a step of wet-etching the oxide film to selectively expose only the surface portion of the undoped region of the second silicon film; 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least the step of dry etching an exposed portion of a silicon film. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2 or 4, wherein the second insulating film has a thickness of 1 to 3 nm. 6. The impurity doped into the second silicon film described in claim 2 and the first silicon film described in claim 3 contains a boron (B) element, and The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2 or 3, wherein the selective etching of the silicon film is performed with an aqueous solution containing hydrazine, and the underlying insulating film is used as an etching stopper. 7. Doping the Si film by ion implantation method,
and the impurity concentration of boron (B) in the silicon film is 5×1
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the number of semiconductor devices is 0^1^5 pieces/cm^3 or more. 8. Claim 1, characterized in that the second silicon film described in Claim 2 and the first silicon film described in Claim 3 are selectively etched before heat treatment. 6. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 6. 9. Claims characterized in that dry etching of the second silicon film is performed by maintaining the substrate temperature below room temperature, using SF_6 as a reaction gas, and using the second insulating film as an etching stopper. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 4. 10. The first silicon film described in claims 2 and 4 and the second silicon film described in claim 3 have a film thickness of 50 nm or less. Claim 2, 3, or 4
A method for manufacturing a semiconductor device according to section 1. 11. A method for manufacturing a polycrystalline Si MIS field effect transistor, including the method for manufacturing a semiconductor device according to claims 2, 3, and 4. 12. Polycrystalline SiMI described in claim 1
Static random access memory using S-type field effect transistors as load elements. 13. A static random access memory using a polycrystalline Si MIS field effect transistor in which the thickness of the source region and drain region is larger than the thickness of the channel region as a load element. 14. A common power supply wiring for an intra-cell array of the above-mentioned static random access memory, produced using the method for manufacturing a semiconductor device according to claims 2, 3, and 4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006287238A (en) * 1993-11-22 2006-10-19 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Flip-flop circuit and static ram employing it
JP2011003790A (en) * 2009-06-19 2011-01-06 Fuji Xerox Co Ltd Method of manufacturing transistor, transistor, and circuit board
JP2012204592A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Toshiba Corp Semiconductor device manufacturing method

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