JPH04146627A - Field-effect type semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Field-effect type semiconductor device and manufacture thereof

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JPH04146627A
JPH04146627A JP27115990A JP27115990A JPH04146627A JP H04146627 A JPH04146627 A JP H04146627A JP 27115990 A JP27115990 A JP 27115990A JP 27115990 A JP27115990 A JP 27115990A JP H04146627 A JPH04146627 A JP H04146627A
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film
semiconductor
semiconductor film
conductivity type
etching
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Japanese (ja)
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Atsushi Hori
敦 堀
Shuichi Kameyama
亀山 周一
Mizuki Segawa
瀬川 瑞樹
Hiroshi Shimomura
浩 下村
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily conduct etching on a second semiconductor film without requiring a specific etchant by a method wherein a buffer film is formed after a lower layer of first semiconductor film, which becomes a gate electrode, and an upper layer of second semiconductor film, which becomes a gate electrode, are formed on the buffer layer. CONSTITUTION:A first insulating film 101, an N-type polysilicon film 104 are successively formed on a P-type silicon single crystal semiconductor substrate 100. Then, a polysilicon pattern 104A is formed by etching the polysilicon film 104. Subsequently, the first semiconductor film 102 is exposed by conducting wet etching. Then, an N-type polysilicon film 10 and a silicon film 109 are deposited. Subsequently, spacers 109A and 109B are left by conducting anisotropic dry etching. Polysilicon films 102 and 110 are etched, and polysilicon patterns 102A and 110A are formed. Then, using the polysilicon pattern 104A and the spacers 109A and 109B as a mask, arsenic ions are implanted into the P-type silicon single crystal semiconductor substrate 100, and a high density N-type semiconductor regions 107A and 107B are formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電界効果型半導体装置およびその製造方法
に関し、特に集積回路用の電界効果型トランジスタによ
り構成された半導体装置の高性能化と高信頼化に適した
製造方法に係る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a field-effect semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular to improving the performance and high performance of a semiconductor device constituted by field-effect transistors for integrated circuits. This relates to a manufacturing method suitable for reliability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電界効果型トランジスタにより構成された集積回路では
、構成素子の微細化か大きく進展し、最小加工寸法は1
ミクロン以下のいわゆるサブミクロン領域に達している
。この微細化を妨げる要因の1つとしてホットキャリア
効果等、信頼性に関する問題かあり、デバイス構造や製
造方法について多くの改良がなされてきた。その中でも
ドレイン付近の電界強度を下げ、結果的に電源電圧を大
きくとれるデバイスとその製造方法として、G。
In integrated circuits composed of field-effect transistors, the miniaturization of component elements has progressed significantly, and the minimum processing size has decreased to 1.
It has reached the so-called sub-micron region. One of the factors hindering this miniaturization is problems related to reliability, such as hot carrier effects, and many improvements have been made to device structures and manufacturing methods. Among them, G is a device and its manufacturing method that can reduce the electric field strength near the drain and increase the power supply voltage as a result.

LD(Gate−Drain 0verlapped 
LDD)  [共訳 他、]9987年インターナショ
ナルエレクトロン デバイス ミーティング テクニカ
ルダイジェストオブ ペーパーズ 38頁−41頁(I
ZAWA etal、 International 
Electron Device Meeting T
echnicalDigest of Papers 
I)p、38−41.1987 )の提案がある。この
GOLD構造の電界効果型半導体装置およびその製造方
法を第2図に基づいて説明する。
LD (Gate-Drain 0verlapped
LDD) [Co-translation, et al.] 9987 International Electron Device Meeting Technical Digest of Papers pp. 38-41 (I
ZAWA etal, International
Electron Device Meeting T
mechanical Digest of Papers
I) p, 38-41.1987). This GOLD structure field effect semiconductor device and its manufacturing method will be explained based on FIG. 2.

第2図(a)〜(d)は集積回路装置におけるGOLD
構造の電界効果型トランジスタの部分の製造方法を説明
する断面図である。
Figures 2 (a) to (d) show GOLD in integrated circuit devices.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a field-effect transistor portion of the structure.

まず、第2図fa)に示すように、P型シリコン単結晶
半導体基板200上にゲート酸化膜201.薄い下層の
ポリシリコン膜202.厚い上層のポリシリコン膜20
4およびシリコン酸化膜206を順次形成した多層膜の
ゲート形成予定領域にレジストパターン208をホトリ
ソ工程にて形成する。ここで、薄いポリシリコン膜20
2と厚いポリシリコン膜204の界面には0.5〜1.
0nmの厚さの自然酸化膜(図示せず)か形成されてい
る。
First, as shown in FIG. 2fa), a gate oxide film 201 is formed on a P-type silicon single crystal semiconductor substrate 200. Thin lower polysilicon film 202. Thick upper layer polysilicon film 20
A resist pattern 208 is formed by a photolithography process in a region where a gate is to be formed of a multilayer film in which a silicon oxide film 206 and a silicon oxide film 206 are sequentially formed. Here, a thin polysilicon film 20
2 and the thick polysilicon film 204 have a thickness of 0.5 to 1.
A natural oxide film (not shown) with a thickness of 0 nm is formed.

そして、第2図fb)に示すように、レジストパターン
208をマスクにして酸化膜パターン206Aを形成し
た後、さらにこの酸化膜パターン206Aをマスクにし
て酸化膜に対して選択性の高いドライエツチングにて厚
い上層のポリシリコン膜204をエツチングする。この
とき、薄い下層のポリシリコン膜202の表面の自然酸
化膜かエツチングストップの働きをし、厚い上層のポリ
シリコン膜204が等方的にエツチングされ、配線形状
のポリシリコンパターン204Aか形成される。つぎに
、酸化膜パターン206Aおよびポリシリコンパターン
204Aをマスクにしてリンのイオン注入にて、P型シ
リコン単結晶基板200中にソースおよびドレインとな
るN型半導体領域205A、 205Bを形成する。
Then, as shown in FIG. 2 fb), after forming an oxide film pattern 206A using the resist pattern 208 as a mask, dry etching with high selectivity to the oxide film is performed using the oxide film pattern 206A as a mask. Then, the thick upper polysilicon film 204 is etched. At this time, the natural oxide film on the surface of the thin lower polysilicon film 202 acts as an etching stop, and the thick upper polysilicon film 204 is isotropically etched to form a wiring-shaped polysilicon pattern 204A. . Next, using the oxide film pattern 206A and the polysilicon pattern 204A as a mask, phosphorous ions are implanted to form N-type semiconductor regions 205A and 205B that will become a source and a drain in the P-type silicon single crystal substrate 200.

つぎに、第2図(C)に示すように、酸化膜パターン2
06Aおよびポリシリコンパターン204Aの側面に酸
化膜209A、 209Bを残置させる。ここで、これ
らの酸化膜209A、 209Bをマスクにして薄いポ
リシリコン膜202をエツチングして、実質的にゲート
電極となるポリシリコンパターン202Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2(C), the oxide film pattern 2
Oxide films 209A and 209B are left on the side surfaces of 06A and polysilicon pattern 204A. Here, the thin polysilicon film 202 is etched using these oxide films 209A and 209B as a mask to form a polysilicon pattern 202A which will essentially become a gate electrode.

最後に、第2図(dlに示すように、残置させた酸化膜
209A、 209Bをマスクとして、高濃度のヒ素の
イオン注入にてP型シリコン単結晶半導体基板200中
にソースの一部およびドレインの一部となるN型半導体
領域207A、 207Bを形成する。
Finally, as shown in FIG. 2(dl), using the remaining oxide films 209A and 209B as a mask, a part of the source and a drain are implanted into the P-type silicon single crystal semiconductor substrate 200 by ion implantation of highly concentrated arsenic. N-type semiconductor regions 207A and 207B, which will become part of the semiconductor layer, are formed.

このような工程で作られたGOLD構造の電界効果トラ
ンジスタは、ゲート電極用のポリシリコンパターン20
2Aに対して、ドレイン端部のN型半導体領域205A
、 205Bか充分にオーバーラツプしており(0,2
ミクロン以上)しており、このオーバーラツプによりつ
ぎのような特徴がある。
A field effect transistor with a GOLD structure made by such a process has a polysilicon pattern 20 for a gate electrode.
2A, the N-type semiconductor region 205A at the drain end
, 205B or sufficiently overlapped (0,2
(more than microns), and this overlap has the following characteristics.

(1)  ドレイン付近に印加される電界か通常の方法
により形成された電界効果型トランジスタ(単一ドレイ
ン)と比べて小さいので、ホットキャリアの発生か抑え
られ、信頼性か高い。
(1) Since the electric field applied near the drain is smaller than that of a field effect transistor (single drain) formed by a conventional method, generation of hot carriers is suppressed and reliability is high.

(2)オーバーラツプ部分の抵抗が、LDD(Ligh
tly Doped Drain )構造の電界効果型
トランジスタより小さいので駆動力か優れている。
(2) The resistance of the overlap part is LDD (Light
Because it is smaller than a field effect transistor with a doped drain structure, it has superior driving power.

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

第2図に示されたような従来の方法ではつぎのような問
題点かある。
The conventional method shown in FIG. 2 has the following problems.

(1)きわめて薄い自然酸化膜をエツチングのストッパ
ーとして用いているため、ポリシリコン膜204のエツ
チングを行うのに、酸化膜に対して大きな(数百倍)選
択比をもつ特殊なエッチャントか必要である。
(1) Since an extremely thin natural oxide film is used as an etching stopper, a special etchant with a high selectivity (several hundred times) relative to the oxide film is required to etch the polysilicon film 204. be.

(2)現状では、酸化膜等に数百倍の大きな選択比のあ
るエツチングは、等方性になりやすく、上部のポリシリ
コンパターン204Aの細りが起こる。
(2) Currently, etching with a selectivity several hundred times greater than that of an oxide film tends to become isotropic, causing thinning of the upper polysilicon pattern 204A.

(3)上部のポリシリコンパターン204Aの細りによ
り、酸化膜パターン206Aかオーバーハングになるの
で、ポリシリコンパターン204Aの側面に残置させた
酸化膜209A、 209Bのカバレッジ形状が悪くな
り、この酸化膜209A、 209Bをゲート電極とな
る下部のポリシリコンパターン202Aのエツチングマ
スクとして用いるので、ゲート幅のバラツキの原因とな
りやすい。
(3) The thinning of the upper polysilicon pattern 204A causes an overhang of the oxide film pattern 206A, which deteriorates the coverage shape of the oxide films 209A and 209B left on the side surfaces of the polysilicon pattern 204A. , 209B is used as an etching mask for the lower polysilicon pattern 202A that will become the gate electrode, which tends to cause variations in gate width.

この発明の目的は、このようなゲート・ドレイン・オー
バーラツプ(GOLD)構造の電界効果型半導体装置の
製造において、特殊なエッチャントが不要で、ゲート電
極となる導電膜の細りかなく、ゲート幅のバラツキを抑
制することができる電界効果型半導体装置およびその製
造方法を提供することである。
The purpose of the present invention is to eliminate the need for a special etchant, eliminate thinning of the conductive film serving as the gate electrode, and eliminate variations in gate width in the manufacture of field effect semiconductor devices with such a gate-drain overlap (GOLD) structure. It is an object of the present invention to provide a field-effect semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can suppress the phenomenon.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明の電界効果型半導体装置は、ゲートとドレイン
とがオーバーラツプしたGOLD構造の電界効果型半導
体装置であって、 ソースおよびドレインとなる半導体領域を有する半導体
層と、この半導体層の表面に設けたゲート用の第1の絶
縁膜と、この第1の絶縁膜の表面に所定幅に設けられて
ゲート電極となる平形の第1の半導体膜と、この第1の
半導体膜の中央部の上にバッファー膜を介して前記第1
の半導体膜より狭幅でかつ厚く設けられてゲート電極と
なる矩形断面の第2の半導体膜と、周縁部が前記第1の
半導体膜の周縁部上面に接触し中央部が前記第2の半導
体膜の外面に接触した状態に設けられてゲート電極とな
るハツト形の第3の半導体膜と、前記第3の半導体膜の
周縁部上面に設けたスペーサ用の第2の絶縁膜とを備え
ている。
The field effect semiconductor device of the present invention is a field effect semiconductor device having a GOLD structure in which a gate and a drain overlap. a first insulating film for a gate; a flat first semiconductor film provided with a predetermined width on the surface of the first insulating film to serve as a gate electrode; The first
a second semiconductor film with a rectangular cross section that is narrower and thicker than the semiconductor film of the first semiconductor film and serves as a gate electrode; A hat-shaped third semiconductor film provided in contact with the outer surface of the film and serving as a gate electrode, and a second insulating film for a spacer provided on the upper surface of the peripheral edge of the third semiconductor film. There is.

また、この発明の電界効果型半導体装置の製造方法では
、第1導電型の半導体層の上にゲート用の第1の絶縁膜
を堆積し、ついてこのゲート用の第1の絶縁膜の上にゲ
ート電極となる第1の半導体膜を堆積し、堆積と同時に
第2導電型の不純物を導入する。ついで、第2導電型と
なった第1の半導体膜の上にバッファー膜を形成し、つ
いてバッファー膜の上に不純物を含まない第2の半導体
膜を第1の半導体膜より厚く形成し、ついて不純物を含
まない第2の半導体膜に第2導電型不純物を導入する。
Further, in the method for manufacturing a field effect semiconductor device of the present invention, a first insulating film for a gate is deposited on the semiconductor layer of the first conductivity type, and then a first insulating film for the gate is deposited on the semiconductor layer of the first conductivity type. A first semiconductor film that will become a gate electrode is deposited, and impurities of a second conductivity type are introduced simultaneously with the deposition. Next, a buffer film is formed on the first semiconductor film that has become the second conductivity type, and then a second semiconductor film that does not contain impurities is formed thicker than the first semiconductor film on the buffer film. A second conductivity type impurity is introduced into a second semiconductor film that does not contain impurities.

ツイテ、バッファー膜をエツチングのストッパーとして
用い、第2の半導体膜を配線形状にエツチングしてゲー
ト電極を形成し、ついて配線形状の第2の半導体膜をマ
スクとして用いバッファー膜をエツチングして第1の半
導体膜を露出させる。
Using the buffer film as an etching stopper, the second semiconductor film is etched in the shape of a wiring to form a gate electrode, and then the buffer film is etched using the second semiconductor film in the shape of a wiring as a mask to form the first. expose the semiconductor film.

ついで、配線形状の第2の半導体膜をマスクとして用い
るイオン注入により、第2導電型の不純物を第1の半導
体膜を透過させて、第1導電型の半導体層中に注入して
、ソースおよびドレインとなる第2導電型の第1の半導
体領域を形成する。
Next, by ion implantation using the wiring-shaped second semiconductor film as a mask, impurities of the second conductivity type are transmitted through the first semiconductor film and implanted into the semiconductor layer of the first conductivity type to form the source and A first semiconductor region of a second conductivity type is formed to serve as a drain.

ついて、配線形状の第2の半導体膜と第1の半導体膜上
に一様に第3の半導体膜を第2の半導体膜より薄く堆積
し、堆積と同時に第2導電型の不純物を導入し、第1の
半導体膜の上部表面と第2の半導体膜の側面とを第3の
半導体膜を介して接続する。
Then, a third semiconductor film is uniformly deposited on the wiring-shaped second semiconductor film and the first semiconductor film to be thinner than the second semiconductor film, and at the same time as the deposition, a second conductivity type impurity is introduced. The upper surface of the first semiconductor film and the side surface of the second semiconductor film are connected via a third semiconductor film.

ついで、第2および第3の半導体膜により形成されたゲ
ート電極の側面に第2の絶縁膜を残置させ、残置させた
第2の絶縁膜と配線形状の第2の半導体膜をエツチング
マスクとして用い、第1および第3の半導体膜を配線形
状にエツチングする。
Next, a second insulating film is left on the side surface of the gate electrode formed by the second and third semiconductor films, and the remaining second insulating film and the wiring-shaped second semiconductor film are used as an etching mask. , etching the first and third semiconductor films into a wiring shape.

ついで、残置させた第2の絶縁膜と配線形状の第2の半
導体膜をマスクとして用いるイオン注入により、第2導
電型の不純物を第1導電型の半導体層中に注入してソー
スの一部およびドルインの一部となる第2導電型の、第
2の半導体領域を形成する。
Then, by ion implantation using the remaining second insulating film and the wiring-shaped second semiconductor film as a mask, impurities of the second conductivity type are implanted into the semiconductor layer of the first conductivity type to partially form the source. and a second semiconductor region of the second conductivity type that becomes a part of the dowel.

〔作   用〕[For production]

この発明によれば、つぎのような作用か得られた。 According to this invention, the following effects were obtained.

(1)  バッファー膜の厚みを充分に大きくとること
かできるので、上層の第2の半導体膜のエツチングを特
殊なエッチャントを必要とせずに容易に行うことができ
、エツチング後の第2の半導体膜の断面形状を精度良く
規定てきる。
(1) Since the thickness of the buffer film can be made sufficiently large, the upper second semiconductor film can be easily etched without the need for a special etchant, and the second semiconductor film after etching can be easily etched. The cross-sectional shape of can be defined with high precision.

(2)上層の第2の半導体膜と下層の第1の半導体膜と
の間に厚いバッファー層か介在していて両者の間に直接
の電気的接続か得られなくても、上層の第2の半導体膜
と下層の第1の半導体膜との電気的接続を第3の半導体
膜を介して簡単に得ることができる。
(2) Even if a thick buffer layer is interposed between the second semiconductor film in the upper layer and the first semiconductor film in the lower layer, and direct electrical connection cannot be obtained between the two, the second semiconductor film in the upper layer Electrical connection between the semiconductor film and the underlying first semiconductor film can be easily obtained via the third semiconductor film.

(3)バッファー膜の厚みを充分に大きくとることかで
きるので、エツチング選択比の悪い異方性のドライエツ
チングでも、上層の第2の半導体膜のエツチングが可能
となる。したかって、カバレッジ形状が良好で、ゲート
電極となる半導体膜のパターンの細りのない電気抵抗の
小さいゲート電極か得られる。
(3) Since the thickness of the buffer film can be made sufficiently large, the upper second semiconductor film can be etched even by anisotropic dry etching with poor etching selectivity. Therefore, it is possible to obtain a gate electrode with a good coverage shape and a low electrical resistance without narrowing of the pattern of the semiconductor film serving as the gate electrode.

(4)通常]00nm以下の薄い半導体膜にイオン注入
で不純物を導入すると打ち込まれた不純物かゲート絶縁
膜に達し、ゲート破壊の原因となったり、チャネル領域
に達しリーク電流か増大することかある。また、POC
Il3などのガスを用いて高温て不純物を導入する方法
でも、半導体膜か薄いとグレインが大きく成長しエツチ
ングか均一に行なわれず不良の原因となる。また、イオ
ン注入の場合と同様に過剰なリンかチャネル領域に達し
リーク電流か増大する。この発明による方法では薄い第
1および第3の半導体膜を堆積するときは、堆積と同時
に不純物を導入するので、不純物によるゲート破壊やリ
ーク電流の増大か起らず、過大なグレイン成長も起りに
くい。
(4) Normally] When impurities are introduced into a thin semiconductor film of 00 nm or less by ion implantation, the implanted impurities may reach the gate insulating film and cause gate breakdown, or reach the channel region and increase leakage current. . Also, POC
Even with a method of introducing impurities at high temperature using a gas such as Il3, if the semiconductor film is thin, grains will grow large and the etching will not be uniform, causing defects. Also, as in the case of ion implantation, excess phosphorus reaches the channel region and increases leakage current. In the method according to the present invention, when depositing the thin first and third semiconductor films, impurities are introduced at the same time as the deposition, so gate destruction and leakage current increase due to impurities do not occur, and excessive grain growth is less likely to occur. .

(5)バッファー膜として導電体膜を用いれば、ゲート
電極を低抵抗化することかできる。
(5) If a conductor film is used as a buffer film, the resistance of the gate electrode can be reduced.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図(al〜(dlはこの発明の一実施例における電
界効果型半導体装置の製造方法を示す一連の工程断面図
である。
FIGS. 1A to 1D are a series of process cross-sectional views showing a method for manufacturing a field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

まず、第1図(a)に示すように、P型シリコン単結晶
半導体基板(特許請求の範囲における第1導電型の半導
体層に相当する)100上にlO〜20nmの厚さのゲ
ート酸化膜(特許請求の範囲における第1の絶縁膜に相
当する) 101 、第1の半導体膜となる50〜11
00nの厚さのN型ポリシリコン膜102.バッファー
膜となるlO〜20nmの厚さのシリコン酸化膜103
.第2の半導体膜となる300〜350nmの厚さのポ
リシリコン膜104を順次形成する。特に、N型ポリシ
リコン膜102の堆積は、例えばS s H4ガスを用
いたCVD法にPH3ガスを添加して堆積と同時にN型
とする。
First, as shown in FIG. 1(a), a gate oxide film with a thickness of 10 to 20 nm is formed on a P-type silicon single crystal semiconductor substrate 100 (corresponding to a semiconductor layer of the first conductivity type in the claims). (corresponds to the first insulating film in the claims) 101, 50 to 11 which becomes the first semiconductor film
N-type polysilicon film 102 with a thickness of 00n. Silicon oxide film 103 with a thickness of lO~20 nm serving as a buffer film
.. A polysilicon film 104 having a thickness of 300 to 350 nm, which will become a second semiconductor film, is successively formed. In particular, the N-type polysilicon film 102 is deposited by, for example, a CVD method using S s H4 gas, and PH3 gas is added thereto to make it N-type at the same time as the deposition.

この後、ポリシリコン膜104に高温てPOCIl。After this, the polysilicon film 104 is exposed to POCIl at a high temperature.

ガスよりリンを導入しN型とする。Phosphorus is introduced from the gas to make it N-type.

つぎに、第1図(b)に示すように、通常のホトリソ工
程にて、ゲート電極形成予定部にレジストパターン(図
示せず)を形成し、ポリシリコン膜104をエツチング
し、上層のゲート電極となるポリシリコンパターン10
4Aを形成する。ここで、工ッチングガスとしてはフッ
素系の例えばSF、を用い、シリコン酸化膜103がエ
ツチングストッパーの働きをする。ついで、ウェットエ
ツチングによりシリコン酸化膜103を選択的にエツチ
ングして酸化膜パターンを形成し、第1の半導体膜10
2を露出させる。
Next, as shown in FIG. 1(b), a resist pattern (not shown) is formed in the area where the gate electrode is to be formed by a normal photolithography process, the polysilicon film 104 is etched, and the upper layer of the gate electrode is etched. Polysilicon pattern 10
Form 4A. Here, a fluorine-based gas such as SF is used as the etching gas, and the silicon oxide film 103 functions as an etching stopper. Next, the silicon oxide film 103 is selectively etched by wet etching to form an oxide film pattern, and the first semiconductor film 10
Expose 2.

ついで、ゲート電極となるポリシリコンパターン104
Aをマスクとするイオン注入にてリンイオンをP型シリ
コン単結晶半導体基板100中に注入し、ソースおよび
ドレインとなる低濃度のN型半導体領域105A、 1
05Bを形成する。
Next, a polysilicon pattern 104 that will become a gate electrode is formed.
Phosphorus ions are implanted into the P-type silicon single crystal semiconductor substrate 100 by ion implantation using A as a mask to form low concentration N-type semiconductor regions 105A and 1 that will become the source and drain.
Form 05B.

つぎに、第1図(C)に示すように、−様に第3の導電
膜であるN型ポリシリコン膜110をN型のポリシリコ
ン膜102と同様の方法て50〜1100nの厚さに堆
積し、さらに第2の絶縁膜であるシリコン酸化膜109
を200〜300nmの厚さに堆積する。つぎに、異方
性ドライエツチングによりシリコン酸化膜109をエツ
チングしてゲート電極の側壁にシリコン酸化膜からなる
スペーサー109A、  109Bを残置させる。
Next, as shown in FIG. 1(C), an N-type polysilicon film 110, which is a third conductive film, is made to have a thickness of 50 to 1100 nm using the same method as the N-type polysilicon film 102. A silicon oxide film 109, which is a second insulating film, is deposited.
is deposited to a thickness of 200-300 nm. Next, the silicon oxide film 109 is etched by anisotropic dry etching to leave spacers 109A and 109B made of silicon oxide films on the side walls of the gate electrode.

つぎに、第1図(d)に示すように、スペーサー109
Aからスペーサー109Bに至るレジストパターン(図
示せず)を形成し、このレジストパターンとスペーサー
109A、 109Bとをマスクとしてポリシリコン膜
102 、110をエツチングし下層のゲート電極とな
るポリシリコンパターンl02A、 ll0Aを形成す
る。つぎに、ゲート電極となるポリシリコンパターン1
04Aとその側壁のスペーサー109A、 109Bを
マスクとして不純物イオンの注入にて、P型シリコン単
結晶半導体基板100中にヒ素イオンを注入してソース
の一部およびドレインの一部となる高濃度のN型半導体
領域107A、 107Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1(d), the spacer 109
A resist pattern (not shown) is formed from A to the spacer 109B, and the polysilicon films 102 and 110 are etched using this resist pattern and the spacers 109A and 109B as masks to form polysilicon patterns 102A and 110 that will become the lower layer gate electrodes. form. Next, polysilicon pattern 1 that will become the gate electrode
Arsenic ions are implanted into the P-type silicon single crystal semiconductor substrate 100 using impurity ions using the spacers 109A and 109B on its side walls as masks to form a high concentration of N that will become part of the source and part of the drain. Type semiconductor regions 107A and 107B are formed.

この製造方法により得られたLDD構造の電界効果型ト
ランジスタは、ゲートとドレインがオーバーラツプして
おり、高信頼性と高駆動力をもったデバイスが得られる
In the field effect transistor having the LDD structure obtained by this manufacturing method, the gate and drain overlap, and a device with high reliability and high driving power can be obtained.

この方法によって製造された電界効果型半導体装置の構
造上の特徴としては、つぎのようなものがある。
The structural features of the field effect semiconductor device manufactured by this method are as follows.

(1)厚いバッファー膜103をエツチングストッパー
として用いるので、上層のポリシリコン膜104のエツ
チングによるゲート電極の形成か容易であり、またトラ
ンジスタ特性に影響を与える下層のゲート電極の幅は、
第3の絶縁膜の膜厚て決まるのでバラツキが小さい。
(1) Since the thick buffer film 103 is used as an etching stopper, it is easy to form the gate electrode by etching the upper layer polysilicon film 104, and the width of the lower layer gate electrode, which affects transistor characteristics, is
Since the thickness of the third insulating film is determined, the variation is small.

(2)通常1100n以下の厚さの薄い半導体膜にイオ
ン注入で不純物を導入すると打ち込まれた不純物がゲー
ト絶縁膜に達し、ゲート破壊の原因となったり、チャネ
ル領域に達しリーク電流か増大することがある。また、
POCl、などのガスを用いて高温で不純物を導入する
方法でも、半導体膜が薄いとグレインが成長しエツチン
グが均一に行なわれず不良の原因となる。また、イオン
注入の場合と同様に過剰なリンがチャネル領域に達しリ
ーク電流が増大する。しかし、この発明による方法では
、薄い半導体膜を堆積するときは堆積と同時に不純物を
導入するので、不純物によるゲート破壊やリーク電流の
増大が起らず、過大なグレイン成長も起りにくい。
(2) When impurities are introduced by ion implantation into a thin semiconductor film, which is usually less than 1100 nm thick, the implanted impurities may reach the gate insulating film and cause gate breakdown, or reach the channel region and increase leakage current. There is. Also,
Even with a method of introducing impurities at high temperature using a gas such as POCl, if the semiconductor film is thin, grains will grow and etching will not be uniform, resulting in defects. Further, as in the case of ion implantation, excessive phosphorus reaches the channel region, increasing leakage current. However, in the method according to the present invention, when a thin semiconductor film is deposited, impurities are introduced at the same time as the deposition, so gate destruction and leakage current increase due to impurities do not occur, and excessive grain growth is less likely to occur.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明の電界効果型半導体装置およびその製造方法に
よれば、ゲート電極となる下層の第1の半導体膜を形成
後バッファー膜を形成し、バッファー膜の上にゲート電
極となる上層の第2の半導体膜を形成するので、第2の
半導体膜をエツチングする際にバッファー膜がエツチン
グストッパとして機能を十分に有することになり、半導
体膜のエツチングを特殊なエッチャントを必要とせずに
容易に行うことができる。また、第2の半導体膜を細り
なくエツチングすることか可能であり、エツチングした
第2の半導体膜の両側にスペーサとして設ける第2の絶
縁膜のカバレッジを良好にすることかでき、このエツチ
ングした第2の半導体膜およびその両側に残置した第2
の絶縁膜をマスクとして下層のゲート電極となる第1の
導電体をエツチングするので、ゲート輻のバラツキを少
なくてきる。
According to the field effect semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, a buffer film is formed after forming a lower first semiconductor film which becomes a gate electrode, and a second upper semiconductor film which becomes a gate electrode is formed on the buffer film. Since a semiconductor film is formed, the buffer film has a sufficient function as an etching stopper when etching the second semiconductor film, and the semiconductor film can be easily etched without the need for a special etchant. can. Furthermore, it is possible to etch the second semiconductor film without thinning, and it is possible to improve the coverage of the second insulating film provided as a spacer on both sides of the etched second semiconductor film. 2 semiconductor film and the second semiconductor film left on both sides thereof.
Since the first conductor, which will become the underlying gate electrode, is etched using the insulating film as a mask, variations in gate radius can be reduced.

特に、製造方法によると、薄い第1および第3の半導体
膜を堆積する際に同時に不純物を導入するので、リーク
電流の少ない電界効果型トランジスタが得られる。この
電界効果型トランジスタはホットキャリアの発生か抑え
られているので、最小線幅0.5ミクロン以下の集積回
路においても電源電圧を下げる必要がなく、高い駆動電
流が得られ、微細化にも大きく貢献するものである。
In particular, according to the manufacturing method, since impurities are simultaneously introduced when depositing the thin first and third semiconductor films, a field effect transistor with low leakage current can be obtained. Since this field-effect transistor suppresses the generation of hot carriers, there is no need to lower the power supply voltage even in integrated circuits with a minimum line width of 0.5 microns or less, and a high drive current can be obtained, making it highly suitable for miniaturization. It is something that contributes.

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

第1図はこの発明による一実施例となる電界効果型半導
体装置の製造方法を示す一連の工程断面図、第2図は従
来例における電界効果型半導体装置の製造方法を示す工
程断面図である。 100・・・P型シリコン単結晶半導体基板、101゜
103 、106・・・シリコン酸化膜、106A、 
109A、 109B・・・酸化膜パターン、102 
、104 、110・・・ポリシリコン膜、102A、
 104A、 104B、 ll0A・・・ポリシリコ
ンパターン、105A、 105B、 107A、 1
07B・・・N型半導体領域 特許出願人  松下電器産業株式会社 101.103,106・・・シリフ/東ヒ職106A
  109A  109B・・」姫仙曖パターン102
.104,110・−ポリシリフン膜102A、l04
A、104B、+ IOA″・−ポリシリコンパターン
105A、 + 058. + 07A、 107B−
・・N型1飛晩図 (a 門 番 (b (C (d 05B +05A
FIG. 1 is a series of process cross-sectional views showing a method for manufacturing a field-effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a field-effect semiconductor device. . 100...P-type silicon single crystal semiconductor substrate, 101°103, 106...Silicon oxide film, 106A,
109A, 109B... Oxide film pattern, 102
, 104, 110... polysilicon film, 102A,
104A, 104B, ll0A...Polysilicon pattern, 105A, 105B, 107A, 1
07B...N-type semiconductor area patent applicant Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 101.103,106...Shirifu/Tohi job 106A
109A 109B...” Princess Senfu pattern 102
.. 104, 110 - polysilicon film 102A, l04
A, 104B, + IOA''・-Polysilicon pattern 105A, + 058. + 07A, 107B-
・N type 1 flight diagram (a Gatekeeper (b (C (d 05B +05A

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ゲートとドレインとがオーバーラップしたGOL
D構造の電界効果型半導体装置であって、ソースおよび
ドレインとなる半導体領域を有する半導体層と、この半
導体層の表面に設けたゲート用の第1の絶縁膜と、この
第1の絶縁膜の表面に所定幅に設けられてゲート電極と
なる平形の第1の半導体膜と、前記第1の半導体膜の中
央部の上にバッファー膜を介して前記第1の半導体膜よ
り狭幅でかつ厚く設けられてゲート電極となる矩形断面
の第2の半導体膜と、周縁部が前記第1の半導体膜の周
縁部上面に接触し中央部が前記第2の半導体膜の外面に
接触した状態に設けられてゲート電極となるハット形の
第3の半導体膜と、前記第3の半導体膜の周縁部上面に
設けたスペーサ用の第2の絶縁膜とを備えた電界効果型
半導体装置。
(1) GOL with overlapping gate and drain
A field-effect semiconductor device having a D structure, comprising: a semiconductor layer having a semiconductor region serving as a source and a drain; a first insulating film for a gate provided on a surface of the semiconductor layer; a flat first semiconductor film that is provided with a predetermined width on the surface and serves as a gate electrode; and a buffer film that is narrower and thicker than the first semiconductor film with a buffer film disposed above the center of the first semiconductor film. a second semiconductor film with a rectangular cross section that serves as a gate electrode; A field-effect semiconductor device comprising: a third semiconductor film having a hat shape and serving as a gate electrode; and a second insulating film for a spacer provided on the upper surface of a peripheral portion of the third semiconductor film.
(2)第1導電型の半導体層の上にゲート用の第1の絶
縁膜を形成する工程と、 前記ゲート用の第1の絶縁膜の上にゲート電極となる第
1の半導体膜を堆積し、堆積と同時に第2導電型の不純
物を導入する工程と、 第2導電型となった前記第1の半導体膜の上にバッファ
ー膜を形成する工程と、 前記バッファー膜の上に不純物を含まない第2の半導体
膜を前記第1の半導体膜より厚く形成する工程と、 前記不純物を含まない第2の半導体膜に第2導電型不純
物を導入する工程と、 前記バッファー膜をエッチングのストッパーとして用い
、前記第2の半導体膜を配線形状にエッチングしてゲー
ト電極を形成する工程と、 前記配線形状の第2の半導体膜をマスクとして用い前記
バッファー膜をエッチングして前記第1の半導体膜を露
出させる工程と、 前記配線形状の第2の半導体膜をマスクとして用いるイ
オン注入により、第2導電型の不純物を前記第1の半導
体膜を透過させて、前記第1導電型の半導体層中に注入
して、ソースおよびドレインとなる第2導電型の第1の
半導体領域を形成する工程と、 前記配線形状の第2の半導体膜と前記第1の半導体膜上
に一様に第3の半導体膜を前記第2の半導体膜より薄く
堆積し、堆積と同時に第2導電型の不純物を導入し、前
記第1の半導体膜の上部表面と前記第2の半導体膜の側
面とを第3の半導体膜を介して接続する工程と、 前記第2および第3の半導体膜により形成されたゲート
電極の側面に第2の絶縁膜を残置させる工程と、 前記残置させた第2の絶縁膜と前記配線形状の第2の半
導体膜をエッチングマスクとして用い、前記第1および
第3の半導体膜を配線形状にエッチングする工程と、 前記残置させた第2の絶縁膜と前記配線形状の第2の半
導体膜をマスクとして用いるイオン注入により、第2導
電型の不純物を前記第1導電型の半導体層中に注入して
ソースの一部およびドレインの一部となる第2導電型の
第2の半導体領域を形成する工程とを含む電界効果型半
導体装置の製造方法。
(2) forming a first insulating film for a gate on a semiconductor layer of a first conductivity type; depositing a first semiconductor film to become a gate electrode on the first insulating film for a gate; a step of introducing an impurity of a second conductivity type at the same time as the deposition; a step of forming a buffer film on the first semiconductor film which has become a second conductivity type; and a step of introducing an impurity onto the buffer film. forming a second semiconductor film that does not contain the impurity to be thicker than the first semiconductor film; introducing a second conductivity type impurity into the second semiconductor film that does not contain the impurity; and using the buffer film as an etching stopper. etching the second semiconductor film in the shape of a wiring to form a gate electrode; and etching the buffer film using the second semiconductor film in the shape of the wiring as a mask to form the first semiconductor film. and ion implantation using the wiring-shaped second semiconductor film as a mask, allowing impurities of the second conductivity type to pass through the first semiconductor film and into the semiconductor layer of the first conductivity type. a step of implanting a first semiconductor region of a second conductivity type to become a source and a drain; and a step of implanting a third semiconductor uniformly over the second semiconductor film having the wiring shape and the first semiconductor film. A film is deposited thinner than the second semiconductor film, a second conductivity type impurity is introduced at the same time as the deposition, and the upper surface of the first semiconductor film and the side surface of the second semiconductor film are formed into a third semiconductor film. a step of connecting via a film; a step of leaving a second insulating film on a side surface of the gate electrode formed by the second and third semiconductor films; and connecting the left second insulating film and the wiring. etching the first and third semiconductor films into a wiring shape using the shaped second semiconductor film as an etching mask; etching the remaining second insulating film and the wiring shaped second semiconductor film; A second conductivity type impurity is implanted into the first conductivity type semiconductor layer by ion implantation using a mask as a mask to form a second conductivity type second semiconductor region which becomes a part of the source and a part of the drain. A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising a step of forming a field effect semiconductor device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0778988A (en) * 1993-09-09 1995-03-20 Nec Corp Fabrication of semiconductor device
US5568418A (en) * 1992-09-30 1996-10-22 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Non-volatile memory in an integrated circuit
US5798279A (en) * 1992-09-30 1998-08-25 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Method of fabricating non-volatile memories with overlapping layers

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