JPH0348664B2 - - Google Patents

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JPH0348664B2
JPH0348664B2 JP57225209A JP22520982A JPH0348664B2 JP H0348664 B2 JPH0348664 B2 JP H0348664B2 JP 57225209 A JP57225209 A JP 57225209A JP 22520982 A JP22520982 A JP 22520982A JP H0348664 B2 JPH0348664 B2 JP H0348664B2
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JP
Japan
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film
polysilicon
forming
oxide film
gate electrode
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JPS59115554A (ja
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Isao Baba
Eizo Hokezu
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28114Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor characterised by the sectional shape, e.g. T, inverted-T
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    • 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
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 この発明は動作速度の改善された半導体装置お
よびその製造方法に関するものであり、特に
CMOS(相補型絶縁ゲート電界効果トランジス
タ)メモリ等の半導体集積回路に使用される半導
体装置およびその製造方法に関するものである。 〔発明の技術的背景〕 従来より用いられているCMOS半導体装置で
は、ゲート電極配線としてN型不純物を含んだポ
リシリコン(多結晶シリコン)が広く用いられて
いる。 このポリシリコンをゲートとする半導体装置の
代表的な製造手順は次のようなものである。 (イ) 第1図に示すようにPウエル2の形成された
N型シリコン基板1に素子分離用不純物層3い
わゆるチヤンネルストツパとフイールド酸化膜
4を形成し、素子領域にゲート酸化膜5を形成
する。その後ポリシリコン層6をウエハ全面に
形成する。 (ロ) 次にポリシリコン層6を低抵抗化するため
に、このポリシリコン層6にN型不純物を熱拡
散する。 (ハ) 第2図に示すように、上記ポリシリコン層6
を所定のパターンに写真蝕刻し、ゲート電極6
Gおよび配線と成す。 (ニ) 続いてNチヤネルトランジスタ領域のゲート
酸化膜5を選択的にエツチングする。 (ホ) ウエハ表面にN型不純物を含んだ第2のポリ
シリコン層を形成し、高温、酸化性雰囲気中で
不純物の熱拡散を行い、上記のゲート酸化膜の
エツチングされた部位からN型不純物を基板に
拡散させてNチヤネルのソース・ドレイン領域
7を形成する。この際に上記第2のポリシリコ
ン層が酸化されるが、ゲート電極6Gは酸化さ
れずに残る。 (ヘ) 次いで上記酸化された第2のポリシリコン層
を剥離する。 (ト) ウエハを高温酸化性雰囲気中にさらし、上記
工程で露出したシリコン基板の素子領域に熱酸
化膜を形成する。 (チ) 第3図に示すようにレジスト8を用いた写真
蝕刻法により選択的にPチヤネルソース・ドレ
イン予定領域を露出させる。尚、ウエハ表面上
のレジストパターンはそのまま残しておく。 (リ) 上記レジスト8をマスクとしてP型不純物を
イオン注入し、Pチヤネルのソース・ドレイン
9を形成する。そしてマイクとなつたレジスト
8を剥離する。 (ヌ) 続いて、第4図に示すように保護膜として低
温酸化膜10を全面に形成し高温熱処理により
この低温酸化膜を焼結せしめると共にイオン注
入されたP型不純物を活性化させる。 この後、適宜コンタクトホールを開口し、アル
ミニウム等による金属配線パターンを形成する。 〔背景技術の問題点〕 以上のようにして形成した半導体装置では、ポ
リシリコンによるゲート電極6Gを形成した後、
このゲート電極6GをマスクとしてP型あるいは
N型不純物を導入しソース・ドレインを形成す
る。しかし、このソース・ドレイン形成用に導入
された不純物は、その後の工程中に行なわれる何
回かの熱処理中に拡散するため、ソース・ドレイ
ンの拡散層がポリシリコンのゲート電極下に発達
してしまう。このためゲートとなるポリシリコン
とソース・ドレインの拡散層とでかなりの寄生容
量が形成され、トランジスタの動作速度に悪影響
を与えていた。 第5図は、上記のような寄生容量を有する
CMOSインバータの等価回路である。すなわち
ドレインDとゲートGとの間に寄生容量Cが付加
した形となつてミラー効果により出力信号の遅延
時間が大きくなる。 また、従来のポリシリコンによる配線では、N
型不純物をポリシリコンに導入しただけでは配線
抵抗が大きく回路の信号伝搬に悪影響を与え、高
速動作を阻外していた。 〔発明の目的〕 この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、半導体集積回路の
高速化を簡便に実現できる半導体装置およびその
製造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 すなわちこの発明に係る半導体装置およびその
製造方法では、半導体基板上に第1ポリシリコン
と金属シリサイドを積層形成してゲート電極を含
む配線層を形成した後、ポリシリコンを側面より
酸化させ側壁酸化膜を形成してポリシリコン配線
の幅をモリブデン層よりも小さくする。次いで、
面の方向に拘ず略一定膜厚となるように第2ポリ
シリコン層を全面に被着した後、Pチヤネル素子
領域にP型不純物を、Nチヤネル素子領域にN型
不純物をそれぞれゲート電極、側壁酸化膜および
ゲート電極周囲に付着した第2ポリシリコン層を
マスクとして選択イオン注入し、ソース・ドレイ
ン領域を形成する。その後、上記第2のポリシリ
コン層を酸化して保護膜と成すと共に注入不純物
の活性化を行つた後、適宜コンタクトホールを開
口して金属配線等を形成する。 このようにゲート電極等の配線をモリブデンシ
リサイド層との2層構造にすることにより配線抵
抗を下げると共にポリシリコンのゲート電極とゲ
ート酸化膜を挾んだソース・ドレイン領域との重
なりを殆んどなくすようにして素子の高速化を図
るようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下図面を参照してこの発明の一実施例につき
製造過程と共に説明する。尚、以下第1図〜第4
図と同一構成部分には同一符号を付して一部説明
を省略する。 (イ) 第6図において第1図のものと同様のシリコ
ン基板1の素子領域に約700Åの膜厚のゲート
酸化膜5を形成した後、減圧CVD法によつて
4000Å程度の膜厚を有するポリシリコン層6を
形成する。次いで、N型不純物としてリンをこ
のポリシリコン層6に熱拡散させる。この上に
モリブデンシリサイド膜11を1500Åの膜厚で
形成する。 (ロ) 次いで、第7図に示すように写真蝕刻法によ
つてモリブデンシリサイド膜11およびポリシ
リコン層6を所定の配線パターンにエツチング
し、ゲート電極6Gを形成する。 (ハ) 続いて、第8図に示すように高温酸化性雰囲
気中でポリシリコン層とモリブデンシリサイド
層の積層構造から成る配線パターンを表面から
酸化させる。 この際にポリシリコン層は側面より酸化さ
れ、配線パターンに側壁酸化膜12が形成され
る。一方、モリブデンシリサイド層11は表面
がわずかに酸化されるだけで殆んど酸化が進行
しない。 (ニ) 続いて第9図に示すようにウエハ全面に約
1500Åの第2ポリシリコン層13を減圧CVD
法により形成する。この減圧CVD法による第
2ポリシリコン層13は段差の部分にも略一定
の膜厚で被着する。 (ホ) 引き続き図示しないレジストをウエハ上に塗
布し、写真蝕刻法によりPチヤネル素子領域の
レジストを除去してボロンを例えば加速電圧
50KeV、ドーズ量1.5×1014cm-2の条件でイオ
ン注入する。この際にソース・ドレイン領域へ
は第2ポリシリコン層13および薄い熱酸化膜
を通してイオンが注入され、ソース・ドレイン
領域14が形成される。ここで、上記イオン注
入においては第1ポリシリコン層62、側壁酸
化膜12およびモリブデンシリサイド層11が
マスクとなると共に、ゲート電極の側面すなわ
ち側壁酸化膜12に付着した第2ポリシリコン
層13も図の縦方向に見た膜厚が厚いためイオ
ン注入のマスクとなる。従つて、ゲート電極6
G直下の周囲には不純物がイオン注入されな
い。続いて上記イオン注入のレジストを剥離
し、新たにレジストを塗布してPチヤネルのソ
ース・ドレインの形成と同様にPチヤネルトラ
ンジスタの素子領域のレジストを除去する。そ
して、例えばリンを加速電圧120KeV、ドーズ
量5×1014cm-2の条件でイオン注入し、Nチヤ
ネルトランジスタのソース・ドレイン領域15
を形成する。 (ヘ) 続いて、ウエハを高温酸化性雰囲気中にさら
し、ウエハ表面の第2ポリシリコン層13を酸
化して第10図に示すように保護膜13′とす
る。この際に上記(ホ)工程で注入されたソース・
ドレイン領域14,15の不純物が活性化さ
れ、上記領域14,15は図の深さ方向および
横方向に拡散して広がる。 この後、コンタクトホールの開口を行いアル
ミ等による金属配線パターンを形成する。 以上のようにして形成したトランジスタではソ
ース・ドレイン領域となるイオン注入層の横方向
拡散を予め見込んで、まずポリシリコンのゲート
電極6Gの側壁を酸化させてポリシリコンのゲー
ト電極6Gの幅を挾くした後、第2ポリシリコン
層13の膜厚分だけ側方よりソース・ドレインの
イオン注入を行う。 すなわち、側壁酸化膜12と第2ポリシリコン
層13との膜厚がイオン注入のオフセツト幅とな
つて、後に行なわれる注入不純物の活性化工程に
おいてソース・ドレイン領域がポリシリコンのゲ
ート電極6G下に大きく伸びることが防止され
る。このため、従来のMOSトランジスタではゲ
ート電極とソース・ドレイン領域との重なりが
0.4μm〜0.8μm程度であつたところを本実施例の
ものでは0.1μm〜0.2μm以下にすることができ、
ゲートとソース・ドレイン間の寄生容量によるミ
ラー効果の影響を無視できる程度に小さくでき
た。 第11図には同一条件で形成したCMOSイン
バータのゲートに矩形状信号VINを供給したと
きの出力信号波形をミラー効果がない場合
(VOUT1)と従来のミラー効果がある場合(VOUT2
とにつき示し、次の表1にはミラー効果がある場
合とない場合の上記インバータの立ち上り時間、
立ち下り時間および遅延時間を示す。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明による半導体装置および
その製造方法によれば、ソース・ドレイン領域と
ゲート電極間の寄生容量を極めて小さくすること
ができると共に、ゲート電極を含む配線層の配線
抵抗を小さくすることができるため、半導体集積
回路の動作速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は従来の半導体装置を製造過
程と共に示す断面図、第5図はCMOSインバー
タの回路図、第6図乃至第10図はこの発明の一
実施例に係る半導体装置を製造過程と共に示す
図、第11図はミラー効果のあるインバータとミ
ラー効果のないインバータの入出力信号波形を示
す図である。 1……半導体基板、2……Pウエル、5……ゲ
ート酸化膜、6……第1ポリシリコン層、6G…
…ゲート電極、11……モリブデンシリサイド
層、12……側壁酸化膜、13……第2ポリシリ
コン層、14,15……ソース・ドレイン領域、
13′……保護膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する工程
    と、前記ゲート酸化膜上に不純物を含む第1のポ
    リシリコン膜を形成する工程と、前記第1のポリ
    シリコン膜上に金属シリサイド膜を形成する工程
    と、前記金属シリサイド膜および第1のポリシリ
    コン膜を順次エツチングし、第1のポリシリコン
    および金属シリサイドの積層からなるゲート電極
    を形成する工程と、熱酸化を行い、前記第1のポ
    リシリコン膜の側壁に側壁酸化膜を形成する工程
    と、全面に第2のポリシリコン膜を形成する工程
    と、前記ゲート電極およびこのゲート電極の側壁
    に形成された前記第2のポリシリコン膜をマスク
    として不純物を選択的にイオン注入する工程と、
    熱処理を行い、前記イオンを注入された不純物を
    活性化させ、ソース・ドレイン領域を形成する工
    程とを具備することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 2 前記金属シリサイド膜は、モリブデンシリサ
    イド膜またはタングステンシリサイド膜またはタ
    ンタルシリサイド膜であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方
    法。 3 前記熱酸化を行い、前記第1のポリシリコン
    膜の側壁に側壁酸化膜を形成する工程により、前
    記第1のポリシリコン膜の幅は金属シリサイド膜
    の幅よりも狭くなることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。 4 前記熱処理は、第2のポリシリコン膜の酸化
    と同時に行うことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の半導体装置の製造方法。
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