JPH0341762A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0341762A
JPH0341762A JP1175455A JP17545589A JPH0341762A JP H0341762 A JPH0341762 A JP H0341762A JP 1175455 A JP1175455 A JP 1175455A JP 17545589 A JP17545589 A JP 17545589A JP H0341762 A JPH0341762 A JP H0341762A
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polycrystalline silicon
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silicon film
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Hiroyuki Hayashida
林田 弘之
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置に関するものである。
(従来の技術) 以下第3図および第4図(a)〜(e)を参照して従来
技術による相補型金属絶縁膜半導体装置(以下CMO3
)−ランジスタと称す)について説明する。
第3図は、CMOSトランジスタの平面図である。CM
OSトランジスタはNチャネルMOSトランジスタ(以
下NMO8と称す)とPチャネルMO3)ランジスタ(
以下PMO8と称す)とで構成されており、それら各ト
ランジスタはゲート電極(11)をはさみ、それぞれソ
ース拡散層領域(12) 、 (14)及びドレイン拡
散層領域(13)、 (15)を有している。
第4図(a) 〜(e)は第3図のA−A’断面図であ
り、これらを製造工程に従って説明する。
第4図<a)に示すように、半導体基板(1)にNMO
Sトランジスタ領域となるP型不純物が添加された半導
体基板領域(以下P wellと称す)(2〉と、PM
OS)ランジスタ領域となるN型不純物が添加された半
導体基板領域(以下N Wellと称す)(3)を形成
する。所定の場所に素子分離膜(4)を形成し、素子分
離膜(4)に囲まれた半導体基°板表面にゲート絶縁膜
(5)を形成し、続いてゲート電極材料として実質的に
不純物を含まない多結晶シリコン膜(6)を全面に形成
する。
次に第4図(b)に示すように、PMOS。
NMOSトランジスタそれぞれのゲート電極材料に異な
る不純物を添加する場合、PMOS領域となるN We
ll(3)上の多結晶シリコン膜(8b)上にレジスト
パターン(7a)を形成し、NMO8領域となるP W
all(2)上の多結晶シリコン膜(6a)にN型の不
純物例えばヒ素(As)のイオン注入を行う。
第4図(e)に示すように、レジストパターン(7a)
を剥離した後、NMO8領域なとるP 1(all(2
)上の多結晶シリコン膜(6a〉上にレジストパターン
(7b〉を形成し、PMO5領域となるN%1ell(
3)上の多結晶シリコン膜(6b)にP型不純物例えば
ボロン(B)のイオン注入を行なう。
第4図(d)に示すように、レジストパターン(7b)
を剥離した後、全面に金属珪化膜(8)を形成する。
第4図(e)に示すように、レジストパターン(9)を
形成しそれをマスクにゲート絶縁膜(5)、素子の形成
されない部分の多結晶シリコン膜(6a)。
(eb)及び金属珪化膜(8)のエツチングを行い、P
MOS、NMO3のゲート電極を同時に形成する。これ
により第3図に示すゲート電極(11)が形成される。
その後PMOS領域となるN Well(3)上にゲー
ト電極(11〉をマスクにN型不純物をイオン注入し自
己整合的にソース・ドレイン拡散層領域(12)、(1
3)を形成する。同様にNMO8領域となるP  Wa
ll(2)上をレジストで覆いPMO8領域となるN 
Well(8)上にもP型不純物をイオン注入しP型の
ソース・ドレイン拡散層領域(14) 、 (15)を
形成する。
以上のことより異なる不純物を含むゲート電極を有する
CMO3)ランジスタが形成される。
しかしながら従来技術による半導体装置では異なる不純
物を含む多結晶シリコン膜及び金属珪化膜の積層ゲート
電極となっているため、ゲート電極形成後、酸化や拡散
工程で多結晶シリコン膜中に添加された不純物がそれぞ
れ再分布し、トランジスタ特性が変動する。この再分布
の様子を第5図を用いて説明する。第5図は多結晶シリ
コン膜(Ba) (6b)と金属珪化膜(8)との境界
付近の拡大図である。数字は第4図に対応する。ゲート
電極形成後の酸化、拡散工程での熱処理により、多結晶
シリコン膜中のN型不純物であるヒ素とP型不純物であ
るボロンが金属珪化膜(8〉へ拡散する。この金属珪化
膜(8〉中でこれらの不純物は非常に速く拡散する。例
えば、900℃、30分窒素雰囲気中の熱処理でN型不
純物のヒ素は100μm以上P型以上物のボロンは10
μm以上拡散する。
これら不純物の拡散経路は、主に金属珪化膜の結晶粒と
結晶粒の境界(以下粒界と称す)である。
それぞれの不純物はこの粒界にそって榔←供詩逆タイプ
の添加された領域まで容易に拡散する。
多結晶シリコン膜では金属珪化膜堆積前にイオン注入で
あらかじめ添加された不純物が熱処理により金属珪化膜
中に拡散して、濃度が低下しているため、逆タイプの不
純物が金属珪化膜から拡散してくると、多結晶シリコン
膜の仕事関数が変化し、トランジスタのしきい値の絶対
値が変化する。この変化の様子を第6図に示す。第6図
は横軸にゲート電圧V  [V]を、縦軸にドレイン電
流ID[A]をとったものであIPMOSトランジス夕
の特性を示したものである。■は、ゲート電極がP型不
純物のみの添加された多結晶シリコン膜及び金属珪化膜
から威る積層構造である場合のPMOSトランジスタの
特性である。■は■と同じ構造のPMOSトランジスタ
のゲート電極にN型不純物の添加された多結晶シリコン
膜及び金属珪化膜から成る積層構造配線がつながってい
る場合のPMO]トランジスタ特性である。第6図から
、■よりも■のPMOSトランジスタのしきい値電圧の
絶対値が大きくなっていることがわかる。
(発明が解決しようとする課題) 上記のような従来の半導体装置において、同一の多結晶
シリコン膜にP型不純物とN型不純物を添加し、それぞ
れをPMOS、NMO8トランジスタのゲート電極とし
て用いると電極形成後の熱処理による不純物の再分布が
起こりそのためトランジスタが正常動作せず半導体装置
の信頼性が低下するという問題があった。
本発明は上述した問題を考慮してなされたものでゲート
電極形成後の熱処理による不純物の再分布を抑制し、f
3頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
[発明の構成〕 (課題を解決するための手段) 上記目的を解決するために本発明においては第1導電型
の半導体基板と、 この半導体基板内に形成された第1導電型領域及び第2
導電型領域と、 前記半導体基板の所定部分に形成された素子分離膜と、 前記第1導電型領域及び第2導電型領域上にゲート絶縁
膜を介して形成され、且つ前記第1導電型領域上には第
2導電型不純物が含まれ、前記第2導電型領域上には第
1導電型不純物が含まれた多結晶シリコン膜と、 この多結晶シリコン膜上に形成された不純物拡散阻止導
電層とを有する半導体装置である。
(作 用) この様な半導体装置およびその製造方法によれば異なる
不純物の添加された多結晶シリコン膜上に不純物拡散阻
止膜が形成されているためゲ−ト電極形成後の酸化、拡
散工程等の熱処理による不純物の再分布を抑制する。
(実施例) 以下本発明の実施例を従来例と同一部には同一符号を付
して図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例による半導体装置の構造
を示す断面図であり、従来技術同様第3図のA−A’ 
における断面図である。
第1図に示すように半導体基板(1)にNMOSトラン
ジスタ領域となるP Wall(2)とPMOS)ラン
ジスタ領域となるN Well(3)が形成され、さら
に素子の形成されない部分に素子分離膜(4)が形成さ
れている。半導体基板表面に100λ程度のゲート絶縁
膜(5)を介して多結晶シリコン膜が例えば1000λ
程度形威されており、PMO5領域となるNνell(
3)上の多結晶シリコン膜(81))にはP型不純物(
例えばボロン)がイオン注入され、NMO5領域となる
P Wall(2)上の多結晶シリコン膜(6a)には
N型不純物(例えばヒ素)がイオン注入されている。こ
の多結晶シリコン膜(8a)(ab)上に金属珪化膜で
あるタングステンシリサイド膜(8a)が例えば100
0λ程度形成され、ゲート電極を形成している。このタ
ングステンシリサイド膜(8a)はシリコン(Si)が
イオン注入されており完全に非晶質化されている。
この第1の実施例の半導体装置によれば、多結晶シリコ
ン膜(6a) (6b)上に形成されている非晶質化さ
れたタングステンシリサイド膜には粒界が存在しないた
め、不純物拡散は通常のバルク中拡散と同様であり、従
来技術で述べたような粒界を経路とする非常に速い拡散
は生じない。よって、多結晶シリコン膜(Ba) (6
b)に含まれるP型、N型の不純物の再分布を抑制し、
トランジスタのしきい値電圧変動を防ぐことができ、そ
れにより信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
また、上記第1の実施例において、タングステンシリサ
イド膜(8a〉を非晶質化させるためのStイオン注入
をゲート電極バターニング後に行なった場合シリコン基
板表面も同時に非晶質化できるためその後のソース、ド
レイン拡散層形成のイオン注入工程におけるチャネリン
グ現象を抑制することができるため浅い拡散層形成が実
現でき、高速化、高集積化に大きな効果をもたらすこと
ができる。
尚、上記第1の実施例において金属珪化膜としてタング
ステンシリサイド膜を用いたがこの膜はP型の多結晶シ
リコン膜(6b)とN型の多結晶シリコン膜(8a)を
電気的に接続させるものてであるので例えばモリブデン
シリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、
タンタルシリサイド等を用いても同様の効果を得ること
は言うまでもない。また、タングステンシリサイド膜を
非晶質化させるためにSLイオンを用いたが他のイオン
(例えばGe、Ne、Ar等)を用いてもかまわない。
また第2図は本発明節2の実施例による半導体装置の構
造を示す断面図である。
第2図に示すように半導体基板(1)にNMOSトラン
ジスタ領域となるP Well(2)とPMOSトラン
ジスタ領域となるN Well(3)が形成され、さら
に素子の形成されない部分に素子分離膜(4)が形成さ
れている。半導体基板表面に100λ程度のゲート絶縁
膜(5)を介して多結晶シリコン膜が例えば1000入
程度形成されており、PMO8領域となるN Well
(3)上の多結晶シリコン膜(6b)にはP型不純物(
例えばボロン)がイオン注入され、NMO8領域となる
P Wall(2)上の多結晶シリコン膜〈6a〉には
N型不純物(例えばヒ素)がイオン注入されている。こ
の多結晶シリコン膜(8a) (8b)上に、チタンナ
イトライド膜00)が例えば1000入程度形成されて
いる。さらにその上に金属珪化膜(8)が1000入程
度形威され、ゲート電極を形成している。
この第2の実施例の半導体装置の構造によれば多結晶シ
リコン膜(8a) (8b)上に形成°されているチタ
ンナイトライド膜が緻密な膜であり、不純物に対してブ
ロック効果を有するため多結晶シリコン膜(6a) (
8b)中に含まれるP型、N型の不純物の再分布を抑制
することができる。また、チタンナイトライド膜(10
〉上にこのチタンナイトライド膜より抵抗値の低い金属
珪化膜(8〉を形成することによりゲート電極の抵抗を
下げている。よって信頼性の高い半導体装置を得ること
がきる。
尚、上記第2の実施例においてチタンナイトライド膜を
用いたが他の導電性のある金属窒化膜または金属酸化膜
を用いても本実施例同様の効果を得ることができる。
[発明の効果] 以上、詳述したように本発明の半導体装置によればトラ
ンジスタのしきい値電圧の変動を防止でき、信頼性の高
い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例における半導体装置の構
造を示す断面図、 第2図は本発明の第2の実施例における半導体装置の構
造を示す断面図、 第3図はCMO3)ランジスタを示す平面図、第4図(
a)〜(e)は従来技術における半導体装置の製造工程
を示す断面図、 第5図は従来技術における半導体装置の構造を示す断面
図、 第6図はPMOSトランジスタの特性を示すグラフであ
る。 1・・・半導体基板、 2−P Wall 。 3−N Well 。 4・・・素子分離膜、 5・・・ゲート絶縁膜、 6・・・多結晶シリコン膜、 6a・・・Asを含む多結晶シリコン膜、6b・・・B
を含む多結晶シリコン膜、7a、7b、9・・・レジス
ト膜、 8.8a・・・金属珪化膜、 10・・・金属窒化膜(チタンナイトライド膜)、11
・・・ゲート電極、 12.14・・・ソース拡散層領域、 13.15・・・ドレイン拡散層領域。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板と、 この半導体基板内に形成された第1導電型領域及び第2
    導電型領域と、 前記半導体基板の所定部分に形成された素子分離膜と、 前記第1導電型領域及び第2導電型領域上にゲート絶縁
    膜を介して形成され、且つ前記第1導電型領域上には第
    2導電型不純物が含まれ、前記第2導電型領域上には第
    1導電型不純物が含まれた多結晶シリコン膜と、 この多結晶シリコン膜上に形成された不純物拡散阻止導
    電層と、を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. (2)前記不純物拡散阻止導電膜に非晶質化された金属
    珪化膜を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  3. (3)前記不純物拡散阻止導電膜に金属窒化膜を用いる
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. (4)前記不純物拡散阻止導電膜に金属酸化膜を用いる
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. (5)前記金属窒化膜上に金属膜または金属珪化膜を形
    成することを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5459101A (en) * 1991-06-21 1995-10-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device comprising a polycide structure
US5536684A (en) * 1994-06-30 1996-07-16 Intel Corporation Process for formation of epitaxial cobalt silicide and shallow junction of silicon
US5652183A (en) * 1994-01-18 1997-07-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor device containing excessive silicon in metal silicide film

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US5536684A (en) * 1994-06-30 1996-07-16 Intel Corporation Process for formation of epitaxial cobalt silicide and shallow junction of silicon

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