JPH07226510A - 半導体ポリシリコン層のドーピング方法とこれを用いたｐｍｏｓｆｅｔ製造方法 - Google Patents
半導体ポリシリコン層のドーピング方法とこれを用いたｐｍｏｓｆｅｔ製造方法Info
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- JPH07226510A JPH07226510A JP6081193A JP8119394A JPH07226510A JP H07226510 A JPH07226510 A JP H07226510A JP 6081193 A JP6081193 A JP 6081193A JP 8119394 A JP8119394 A JP 8119394A JP H07226510 A JPH07226510 A JP H07226510A
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- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3211—Nitridation of silicon-containing layers
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ素子の製造方法
において、単純化した工程で、かつ、しきい電圧を安定
化させるＰ+ゲート用のポリシリコン層のドーピング方
法を実現する。 【構成】 シリコン基板１１の上にゲート酸化膜１２を
成長させ、その上にゲート用のポリシリコン層を蒸着
し、これを窒素化合物ガスの雰囲気中において熱処理
し、上記ポリシリコン層をパターニングとエッチングと
によりゲート電極１３に形成し、さらに、ここにＢＦ2
イオンを打込んでＰ+ゲートとソース／ドレイン領域と
を同時に形成する。
において、単純化した工程で、かつ、しきい電圧を安定
化させるＰ+ゲート用のポリシリコン層のドーピング方
法を実現する。 【構成】 シリコン基板１１の上にゲート酸化膜１２を
成長させ、その上にゲート用のポリシリコン層を蒸着
し、これを窒素化合物ガスの雰囲気中において熱処理
し、上記ポリシリコン層をパターニングとエッチングと
によりゲート電極１３に形成し、さらに、ここにＢＦ2
イオンを打込んでＰ+ゲートとソース／ドレイン領域と
を同時に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造技術
に係り、特に、半導体装置の動作を安定化させるための
ポリシリコン層のドーピング方法と、それを用いたＰＭ
ＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＰＭＯＳＦＥＴと
称する）の製造方法に関するものである。
に係り、特に、半導体装置の動作を安定化させるための
ポリシリコン層のドーピング方法と、それを用いたＰＭ
ＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＰＭＯＳＦＥＴと
称する）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術により、ＣＭＯＳプロセスにお
いてＰＭＯＳＦＥＴを製造する場合に、ソース／ドレイ
ン領域にＢＦ2イオンの打込み工程が必要であった。こ
れに関しては、例えば、アイ トリプル イー、第３７
巻、８号（８月）、１９９０年発行、に記載されてい
る。ここで、硼素イオンよりもＢＦ2イオンが多く用い
られるのは、そのイオンが重いために、極めて薄いソー
ス／ドレイン接合を形成することができ、半導体素子と
しての性能を向上させることができるからである。ま
た、半導体基板の表面に形成されたチャンネルを有し、
かつ、Ｐ+でドーピングされたゲートをもつＰＭＯＳＦ
ＥＴが、チャンネルが埋没しているＰＭＯＳＦＥＴに比
べて優れている点は、素子としての短チャンネル特性に
優れ、また、ＢＦ2イオンの打込みによってソース／ド
レインとＰ+ゲートとを同時に形成することができ、製
造工程を単純化することができる点にある。
いてＰＭＯＳＦＥＴを製造する場合に、ソース／ドレイ
ン領域にＢＦ2イオンの打込み工程が必要であった。こ
れに関しては、例えば、アイ トリプル イー、第３７
巻、８号（８月）、１９９０年発行、に記載されてい
る。ここで、硼素イオンよりもＢＦ2イオンが多く用い
られるのは、そのイオンが重いために、極めて薄いソー
ス／ドレイン接合を形成することができ、半導体素子と
しての性能を向上させることができるからである。ま
た、半導体基板の表面に形成されたチャンネルを有し、
かつ、Ｐ+でドーピングされたゲートをもつＰＭＯＳＦ
ＥＴが、チャンネルが埋没しているＰＭＯＳＦＥＴに比
べて優れている点は、素子としての短チャンネル特性に
優れ、また、ＢＦ2イオンの打込みによってソース／ド
レインとＰ+ゲートとを同時に形成することができ、製
造工程を単純化することができる点にある。
【０００３】この従来技術によるＰＭＯＳＦＥＴは、次
の製造方法により製造されている。まず、シリコン基板
上に活性領域と素子分離領域とを形成した後に、全面に
ゲート酸化膜を成長させ、その上にゲート形成のための
ポリシリコン層を蒸着した後、これをゲート電極として
パターニングし、さらに、ゲートおよびソース／ドレイ
ン領域にＢＦ2イオンを打込んでＰ+ゲートとソース／ド
レイン領域とを同時に形成し、その後、一般的な工程で
コンタクトホールと金属配線とを形成する。図１に、上
記の従来技術により製造されたＰＭＯＳＦＥＴの断面図
を示す。まず、シリコン基板１１の上にゲート酸化膜１
２が形成され、その上にポリシリコンのゲート１３が蒸
着されパターニングされる。そして、ＢＦ2イオンの打
込みにより、同時に、Ｐ+でドーピングされたソース／
ドレイン領域とゲートとが形成される。ここで、ソース
とドレインとの間には、チャンネル領域Ｃが存在してい
る。
の製造方法により製造されている。まず、シリコン基板
上に活性領域と素子分離領域とを形成した後に、全面に
ゲート酸化膜を成長させ、その上にゲート形成のための
ポリシリコン層を蒸着した後、これをゲート電極として
パターニングし、さらに、ゲートおよびソース／ドレイ
ン領域にＢＦ2イオンを打込んでＰ+ゲートとソース／ド
レイン領域とを同時に形成し、その後、一般的な工程で
コンタクトホールと金属配線とを形成する。図１に、上
記の従来技術により製造されたＰＭＯＳＦＥＴの断面図
を示す。まず、シリコン基板１１の上にゲート酸化膜１
２が形成され、その上にポリシリコンのゲート１３が蒸
着されパターニングされる。そして、ＢＦ2イオンの打
込みにより、同時に、Ｐ+でドーピングされたソース／
ドレイン領域とゲートとが形成される。ここで、ソース
とドレインとの間には、チャンネル領域Ｃが存在してい
る。
【０００４】このようなＰＭＯＳＦＥＴに関して詳細に
説明すると、次の通りである。
説明すると、次の通りである。
【０００５】まず、ｎ+にドーピングされたポリシリコ
ンのゲートを有するＰＭＯＳＦＥＴ素子では、負のしき
い電圧を下げるために、相補的なＰチャンネルを形成す
るための打込みを必要とする。その結果は、埋没型構造
のチャンネルにおいてはホールの移動度を向上させる
が、サブミクロン領域のチャンネル長さをもつ素子で
は、表面のオフ電流伝導による過度の短チャンネル特性
により、好ましくない結果がもたらされる。したがっ
て、ディープサブミクロン領域のスケールを有する表面
チャンネル型ＰＭＯＳ素子の製造のためには、Ｐ+にド
ーピングされたポリシリコンゲートの製造が提案されて
きた。このＰ+ポリシリコンのゲートをもったサブミク
ロンＰＭＯＳ素子は、ＮＭＯＳトランジスタと同様に、
優れた短チャンネル特性を有する。
ンのゲートを有するＰＭＯＳＦＥＴ素子では、負のしき
い電圧を下げるために、相補的なＰチャンネルを形成す
るための打込みを必要とする。その結果は、埋没型構造
のチャンネルにおいてはホールの移動度を向上させる
が、サブミクロン領域のチャンネル長さをもつ素子で
は、表面のオフ電流伝導による過度の短チャンネル特性
により、好ましくない結果がもたらされる。したがっ
て、ディープサブミクロン領域のスケールを有する表面
チャンネル型ＰＭＯＳ素子の製造のためには、Ｐ+にド
ーピングされたポリシリコンゲートの製造が提案されて
きた。このＰ+ポリシリコンのゲートをもったサブミク
ロンＰＭＯＳ素子は、ＮＭＯＳトランジスタと同様に、
優れた短チャンネル特性を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のＰ+ポ
リシリコンゲートを有するＰＭＯＳＦＥＴ素子において
も、下記のように幾つかの短所を有している。その第一
は、Ｐ+にゲートをドーピングさせるためにＢＦ2イオン
などの打込みを行うが、このとき硼素は薄いゲート酸化
膜を浸透し、その下にあるシリコンのチャンネル領域に
拡散して、ＰＭＯＳしきい電圧に不安定さを生じさせ
る。
リシリコンゲートを有するＰＭＯＳＦＥＴ素子において
も、下記のように幾つかの短所を有している。その第一
は、Ｐ+にゲートをドーピングさせるためにＢＦ2イオン
などの打込みを行うが、このとき硼素は薄いゲート酸化
膜を浸透し、その下にあるシリコンのチャンネル領域に
拡散して、ＰＭＯＳしきい電圧に不安定さを生じさせ
る。
【０００７】さらに、最近の研究によると、水素雰囲気
中でのアニーリングにおいて熱処理温度が上昇するとこ
の問題はより深刻なものとなる。また、弗素の存在によ
って硼素の浸透問題はさらに加速され、その結果、しき
い電圧の上昇が生じ、さらに、ゲート酸化膜中での電子
のトラップ率が増し、その下にあるシリコンチャンネル
内に負電荷の集中を招く。一方、弗素はゲートとゲート
酸化膜との界面における状態密度を減少させて界面特性
を向上させる長所があるが、他方において、上記のよう
に硼素の浸透を加速させる欠点がある。結局、弗素は燐
イオンでドーピングされたＮＭＯＳ素子のポリシリコン
ゲートに対しては良好な効果をもつが、Ｐ+ドーピング
されたポリシリコンを有するＰＭＯＳ素子に対してはし
きい電圧を変化させ、不安定になる問題を生じさせる。
中でのアニーリングにおいて熱処理温度が上昇するとこ
の問題はより深刻なものとなる。また、弗素の存在によ
って硼素の浸透問題はさらに加速され、その結果、しき
い電圧の上昇が生じ、さらに、ゲート酸化膜中での電子
のトラップ率が増し、その下にあるシリコンチャンネル
内に負電荷の集中を招く。一方、弗素はゲートとゲート
酸化膜との界面における状態密度を減少させて界面特性
を向上させる長所があるが、他方において、上記のよう
に硼素の浸透を加速させる欠点がある。結局、弗素は燐
イオンでドーピングされたＮＭＯＳ素子のポリシリコン
ゲートに対しては良好な効果をもつが、Ｐ+ドーピング
されたポリシリコンを有するＰＭＯＳ素子に対してはし
きい電圧を変化させ、不安定になる問題を生じさせる。
【０００８】本発明は上述のような課題を解決するため
になされたもので、優れた短チャンネル特性を有すると
共に、しきい電圧の変化を防止して安定に動作させるポ
リシリコン層のドーピング方法と、この方法により硼素
イオンをドーピングしたポリシリコンのゲートを有する
ＰＭＯＳＦＥＴを単純化された工程で製造できる製造方
法を提供することを目的とする。
になされたもので、優れた短チャンネル特性を有すると
共に、しきい電圧の変化を防止して安定に動作させるポ
リシリコン層のドーピング方法と、この方法により硼素
イオンをドーピングしたポリシリコンのゲートを有する
ＰＭＯＳＦＥＴを単純化された工程で製造できる製造方
法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するに、
本発明においては、まず、ポリシリコン層のドーピング
方法として、（ａ）シリコン半導体基板上にゲート絶縁
層を成長させ、（ｂ）その上にゲート電極を形成するた
めにポリシリコン層を蒸着し、そのポリシリコン層を窒
素化合物のガス雰囲気中で熱処理をする。そして、
（ｃ）上記ポリシリコン層をパターニングとエッチング
とによりゲート電極を形成し、（ｄ）この半導体基板上
に硼素イオンの打込みを行う。
本発明においては、まず、ポリシリコン層のドーピング
方法として、（ａ）シリコン半導体基板上にゲート絶縁
層を成長させ、（ｂ）その上にゲート電極を形成するた
めにポリシリコン層を蒸着し、そのポリシリコン層を窒
素化合物のガス雰囲気中で熱処理をする。そして、
（ｃ）上記ポリシリコン層をパターニングとエッチング
とによりゲート電極を形成し、（ｄ）この半導体基板上
に硼素イオンの打込みを行う。
【００１０】ここで、窒素化合物のガスとしてはアンモ
ニア（ＮＨ3）ガスを、また、硼素イオンの代わりにＢ
Ｆ2イオンをそれぞれ用いることもできる。
ニア（ＮＨ3）ガスを、また、硼素イオンの代わりにＢ
Ｆ2イオンをそれぞれ用いることもできる。
【００１１】次に、上記のポリシリコン層のドーピング
方法を用いたＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する方法として
は、（ａ）ｎ型半導体基板上に活性領域と素子分離領域
とを形成した後に、上記基板上にゲート絶縁層を形成
し、（ｄ）その上に、ゲート電極用にポリシリコン層を
蒸着した後、このポリシリコン層を窒素化合物ガス雰囲
気中において熱処理し、（ｃ）該ポリシリコン層をパタ
ーニングとエッチングとによりゲート電極を形成し、
（ｄ）この半導体基板中に不純物イオンの打込み注入す
ることにより、ＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する。
方法を用いたＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する方法として
は、（ａ）ｎ型半導体基板上に活性領域と素子分離領域
とを形成した後に、上記基板上にゲート絶縁層を形成
し、（ｄ）その上に、ゲート電極用にポリシリコン層を
蒸着した後、このポリシリコン層を窒素化合物ガス雰囲
気中において熱処理し、（ｃ）該ポリシリコン層をパタ
ーニングとエッチングとによりゲート電極を形成し、
（ｄ）この半導体基板中に不純物イオンの打込み注入す
ることにより、ＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する。
【００１２】ここで、ゲート絶縁層としてシリコン酸化
膜を、窒素化合物ガスとしてはＮＨ3ガスを、また、打
込み不純物イオンとしてはＢＦ2イオンを用いることが
できる。また、上記製造方法において、（ｂ）における
ＮＨ3ガス雰囲気中でのポリシリコン層の熱処理を、
（ｃ）におけるパターニングとエッチングとによるゲー
ト電極形成後に行ってもよい。
膜を、窒素化合物ガスとしてはＮＨ3ガスを、また、打
込み不純物イオンとしてはＢＦ2イオンを用いることが
できる。また、上記製造方法において、（ｂ）における
ＮＨ3ガス雰囲気中でのポリシリコン層の熱処理を、
（ｃ）におけるパターニングとエッチングとによるゲー
ト電極形成後に行ってもよい。
【００１３】
【作用】本発明に係るポリシリコン層のドーピング方法
と、これを用いたＰＭＯＳＦＥＴ素子の製造方法とにお
いては、ゲート用のポリシリコン層を蒸着した後、硼素
イオンの打込みを行なう前に、このポリシリコン層をア
ンモニア（ＮＨ3）で代表される窒素化合物のガス雰囲
気中において熱処理している。これにより、アンモニア
からの窒素原子がポリシリコン層を形成する多数の結晶
粒の結晶粒界面に浸透し、そこに窒化シリコン化合物を
形成する。
と、これを用いたＰＭＯＳＦＥＴ素子の製造方法とにお
いては、ゲート用のポリシリコン層を蒸着した後、硼素
イオンの打込みを行なう前に、このポリシリコン層をア
ンモニア（ＮＨ3）で代表される窒素化合物のガス雰囲
気中において熱処理している。これにより、アンモニア
からの窒素原子がポリシリコン層を形成する多数の結晶
粒の結晶粒界面に浸透し、そこに窒化シリコン化合物を
形成する。
【００１４】ところで、従来、ポリシリコン層に打込ま
れた不純物イオンは、主として、多結晶粒の結晶粒界面
に沿って浸透し、ゲート絶縁層を介して下方のシリコン
チャンネル領域にまで、多量に拡散していた。したがっ
て、上記のようにポリシリコン層の多結晶粒の粒界面に
あらかじめ窒素原子が入り込み、シリコン原子と結合し
てＳｉXＮYの化合物が形成されると、後から打込まれた
ドーパントのイオンは浸透が妨げられることになる。
れた不純物イオンは、主として、多結晶粒の結晶粒界面
に沿って浸透し、ゲート絶縁層を介して下方のシリコン
チャンネル領域にまで、多量に拡散していた。したがっ
て、上記のようにポリシリコン層の多結晶粒の粒界面に
あらかじめ窒素原子が入り込み、シリコン原子と結合し
てＳｉXＮYの化合物が形成されると、後から打込まれた
ドーパントのイオンは浸透が妨げられることになる。
【００１５】このように、ポリシリコン層の多結晶粒界
面に形成されたＳｉXＮY化合物の存在が、後から打込ま
れた硼素イオンの拡散通路を塞いだことになり、打込ま
れたイオンは、ポリシリコン層の多結晶粒の内部（バル
ク）に均一に一様に拡散してゆく。これにより、打込ま
れた硼素イオンのシリコンチャンネル層までの多量の拡
散と、そこでの空乏層の形成が防止でき、ＰＭＯＳＦＥ
Ｔ素子の動作の安定化が達成できる。
面に形成されたＳｉXＮY化合物の存在が、後から打込ま
れた硼素イオンの拡散通路を塞いだことになり、打込ま
れたイオンは、ポリシリコン層の多結晶粒の内部（バル
ク）に均一に一様に拡散してゆく。これにより、打込ま
れた硼素イオンのシリコンチャンネル層までの多量の拡
散と、そこでの空乏層の形成が防止でき、ＰＭＯＳＦＥ
Ｔ素子の動作の安定化が達成できる。
【００１６】
【実施例】本発明は、半導体装置の、特に、Ｐ+型ゲー
トを有するＰＭＯＳＦＥＴの製造方法に関するものであ
る。
トを有するＰＭＯＳＦＥＴの製造方法に関するものであ
る。
【００１７】その製造方法は、図には示してないが、ま
ず、ｎ型シリコン基板の上に活性領域と素子分離領域と
を形成し、そのシリコン基板上に、ゲート絶縁層である
シリコン酸化膜を成長させ、その上に、ゲート電極を形
成するためのポリシリコン層を蒸着する。そして、ＮＨ
3ガス雰囲気中において、上記のポリシリコン層を７０
０〜１０００℃の温度で、数秒から数分間、熱処理す
る。
ず、ｎ型シリコン基板の上に活性領域と素子分離領域と
を形成し、そのシリコン基板上に、ゲート絶縁層である
シリコン酸化膜を成長させ、その上に、ゲート電極を形
成するためのポリシリコン層を蒸着する。そして、ＮＨ
3ガス雰囲気中において、上記のポリシリコン層を７０
０〜１０００℃の温度で、数秒から数分間、熱処理す
る。
【００１８】ところで、一般に、蒸着されたポリシリコ
ン層は多数の結晶粒から構成されており、その結晶粒は
相互に接触して結晶粒界面を形成しているが、この結晶
粒界面は打込まれたドーパントの拡散通路となってい
る。したがって、上記の熱処理により、ＮＨ3ガスから
分離した窒素原子は、主としてこの結晶粒界面を通って
内部に浸透してゆく。そして、この窒素原子は結晶粒の
シリコン原子と反応して、そこに窒化シリコンを形成す
る。このように窒化シリコンは結晶粒界面に析出して拡
散通路を防ぐので、後から打込まれた硼素イオンは結晶
粒界面を通ることができず、ポリシリコン結晶粒の内部
（バルク）に均一に拡散してゆくことになる。
ン層は多数の結晶粒から構成されており、その結晶粒は
相互に接触して結晶粒界面を形成しているが、この結晶
粒界面は打込まれたドーパントの拡散通路となってい
る。したがって、上記の熱処理により、ＮＨ3ガスから
分離した窒素原子は、主としてこの結晶粒界面を通って
内部に浸透してゆく。そして、この窒素原子は結晶粒の
シリコン原子と反応して、そこに窒化シリコンを形成す
る。このように窒化シリコンは結晶粒界面に析出して拡
散通路を防ぐので、後から打込まれた硼素イオンは結晶
粒界面を通ることができず、ポリシリコン結晶粒の内部
（バルク）に均一に拡散してゆくことになる。
【００１９】このようにポリシリコン層の結晶粒界面に
窒化シリコンが形成された後で、そのポリシリコン層に
パターニングとエッチングとを行ない、ゲート電極を形
成する。しかし、この場合、蒸着されたポリシリコン層
を、まず、パターニングとエッチングとによりゲート電
極に形成した後に、これをＮＨ3ガス雰囲気中で熱処理
して、ゲート電極のポリシリコン層の結晶粒界面に窒化
シリコンを形成させてもよい。そして、その後、このゲ
ート電極の近傍にＢＦ2をイオン打込みし、この不純物
イオンが十分に拡散するように熱処理をして、Ｐ+型ゲ
ートとソース／ドレイン領域とを同時に形成する。
窒化シリコンが形成された後で、そのポリシリコン層に
パターニングとエッチングとを行ない、ゲート電極を形
成する。しかし、この場合、蒸着されたポリシリコン層
を、まず、パターニングとエッチングとによりゲート電
極に形成した後に、これをＮＨ3ガス雰囲気中で熱処理
して、ゲート電極のポリシリコン層の結晶粒界面に窒化
シリコンを形成させてもよい。そして、その後、このゲ
ート電極の近傍にＢＦ2をイオン打込みし、この不純物
イオンが十分に拡散するように熱処理をして、Ｐ+型ゲ
ートとソース／ドレイン領域とを同時に形成する。
【００２０】ところで、従来の製造方法では、打込まれ
た硼素イオンは急速に多結晶粒界面を通って拡散してゆ
くため、硼素イオンは下方にあるシリコンチャンネル領
域にまで浸透してゆき、その結果、しきい電圧の不安定
を引き起こしていた。これに対して、本発明の方法で
は、硼素イオンはポリシリコンの結晶粒内（バルク）に
均一に拡散してゆくので、安定したしきい電圧が得られ
る。
た硼素イオンは急速に多結晶粒界面を通って拡散してゆ
くため、硼素イオンは下方にあるシリコンチャンネル領
域にまで浸透してゆき、その結果、しきい電圧の不安定
を引き起こしていた。これに対して、本発明の方法で
は、硼素イオンはポリシリコンの結晶粒内（バルク）に
均一に拡散してゆくので、安定したしきい電圧が得られ
る。
【００２１】ここで、図２は、従来の技術と本発明に係
る技術とによる半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法に
おける、ドーピングされた硼素イオンの拡散経路を示し
たものである。まず、図２（ａ）は、従来の技術におけ
る硼素イオンの拡散経路を示す。まず、ｎ型シリコン基
板２１の上にゲート酸化膜２２が形成され、その上にゲ
ート用の多結晶シリコン膜２３が蒸着されている。この
ポリシリコン膜２３は多数の結晶粒Ｇよりなり、その結
晶粒界面が拡散してゆくイオンの通路Ｐとなる。こうし
て、硼素イオンは拡散通路Ｐを通ってゲート酸化膜２２
を通過し、シリコン基板２１にまで拡散していく。一
方、図２（ｂ）は、本発明における硼素イオンの拡散経
路を示したもので、ｎ型シリコン基板２１′の上にゲー
ト酸化膜２２′が形成され、その上にゲート用の多結晶
シリコン膜２３′が蒸着されている。このポリシリコン
膜２３′は多数の結晶粒Ｇ′よりなり、その結晶粒界面
は、窒化シリコン形成のための通路Ｐ′となる。ポリシ
リコン膜２３′は、イオン打込み前に、ＮＨ3ガス雰囲
気中で熱処理され、窒化シリコンを形成して拡散通路
Ｐ′を塞ぐので、硼素イオンは、もはや、その通路Ｐ′
を拡散のための通路として用いることができなくなる。
その結果、硼素イオンはポリシリコン膜２３′の結晶粒
内（バルク）を均一に拡散してゆくことになる。
る技術とによる半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法に
おける、ドーピングされた硼素イオンの拡散経路を示し
たものである。まず、図２（ａ）は、従来の技術におけ
る硼素イオンの拡散経路を示す。まず、ｎ型シリコン基
板２１の上にゲート酸化膜２２が形成され、その上にゲ
ート用の多結晶シリコン膜２３が蒸着されている。この
ポリシリコン膜２３は多数の結晶粒Ｇよりなり、その結
晶粒界面が拡散してゆくイオンの通路Ｐとなる。こうし
て、硼素イオンは拡散通路Ｐを通ってゲート酸化膜２２
を通過し、シリコン基板２１にまで拡散していく。一
方、図２（ｂ）は、本発明における硼素イオンの拡散経
路を示したもので、ｎ型シリコン基板２１′の上にゲー
ト酸化膜２２′が形成され、その上にゲート用の多結晶
シリコン膜２３′が蒸着されている。このポリシリコン
膜２３′は多数の結晶粒Ｇ′よりなり、その結晶粒界面
は、窒化シリコン形成のための通路Ｐ′となる。ポリシ
リコン膜２３′は、イオン打込み前に、ＮＨ3ガス雰囲
気中で熱処理され、窒化シリコンを形成して拡散通路
Ｐ′を塞ぐので、硼素イオンは、もはや、その通路Ｐ′
を拡散のための通路として用いることができなくなる。
その結果、硼素イオンはポリシリコン膜２３′の結晶粒
内（バルク）を均一に拡散してゆくことになる。
【００２２】こうして、不純物イオンのチャンネル層へ
の浸透を防止することができ、結果として、しきい電圧
の安定化を図ることができた。
の浸透を防止することができ、結果として、しきい電圧
の安定化を図ることができた。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体ポリシリコン層のドーピング方法とこれを用いたＰＭ
ＯＳＦＥＴ製造方法とにおいては、チャンネルがシリコ
ン基板表面にあり、かつ、Ｐ+ドーピングされたゲート
を有するＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する際に、ゲートと
して用いるポリシリコン層に、あらかじめ、窒素化合物
ガス雰囲気中で熱処理して多結晶粒界面に窒化シリコン
を形成するドーピング方法により、ドーパントのチャン
ネル領域までの拡散を防止することができ、優れた短チ
ャンネル特性を有すると共に、特に、安定したしきい電
圧が確保でき、さらに、イオン打込みによってＰ+ゲー
トとソース／ドレイン領域とを同時に形成することので
きる単純化された製造工程が実現できる。
体ポリシリコン層のドーピング方法とこれを用いたＰＭ
ＯＳＦＥＴ製造方法とにおいては、チャンネルがシリコ
ン基板表面にあり、かつ、Ｐ+ドーピングされたゲート
を有するＰＭＯＳＦＥＴ素子を製造する際に、ゲートと
して用いるポリシリコン層に、あらかじめ、窒素化合物
ガス雰囲気中で熱処理して多結晶粒界面に窒化シリコン
を形成するドーピング方法により、ドーパントのチャン
ネル領域までの拡散を防止することができ、優れた短チ
ャンネル特性を有すると共に、特に、安定したしきい電
圧が確保でき、さらに、イオン打込みによってＰ+ゲー
トとソース／ドレイン領域とを同時に形成することので
きる単純化された製造工程が実現できる。
【図１】従来の技術により形成されたＰＭＯＳＦＥＴ素
子の断面図である。
子の断面図である。
【図２】従来技術（ａ）と本発明に係る技術（ｂ）とに
より形成されたポリシリコン膜におけるドーパントの拡
散経路を示す図である。
より形成されたポリシリコン膜におけるドーパントの拡
散経路を示す図である。
１１…シリコン基板 １２…ゲート酸化膜 １３…ゲート電極 ２１、２１′…シリコ
ン基板 ２２、２２′…ゲート酸化膜 ２３、２３′…ポリシ
リコン膜 Ｃ…チャンネル領域 Ｇ、Ｇ′…結晶粒 Ｐ、Ｐ′…ドーパントの拡散通路
ン基板 ２２、２２′…ゲート酸化膜 ２３、２３′…ポリシ
リコン膜 Ｃ…チャンネル領域 Ｇ、Ｇ′…結晶粒 Ｐ、Ｐ′…ドーパントの拡散通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｗ 7514−4Ｍ 29/78 ３０１ Ｇ
Claims (18)
- 【請求項１】（ａ）半導体基板上にポリシリコン層を形
成する工程と、（ｂ）上記ポリシリコン層を窒素化合物
のガス雰囲気中において熱処理する工程と、（ｃ）上記
熱処理されたポリシリコン層にイオン打込みにより硼素
イオンをドーピングする工程とよりなることを特徴とす
る半導体ポリシリコン層のドーピング方法。 - 【請求項２】上記（ｂ）工程において、窒素化合物のガ
ス雰囲気中において熱処理した後に、上記ポリシリコン
層を所定の形状にパターニングしエッチングすることを
特徴とする請求項１に記載の半導体ポリシリコン層のド
ーピング方法。 - 【請求項３】上記（ｃ）工程において、上記硼素イオン
をドーピングした後に、上記ポリシリコン層を熱処理す
る工程を加えたことを特徴とする請求項１または２に記
載の半導体ポリシリコン層のドーピング方法。 - 【請求項４】上記（ｃ）工程において、上記硼素イオン
の代りにＢＦ2イオンを打込むことを特徴とする請求項
１、２または３に記載の半導体ポリシリコン層のドーピ
ング方法。 - 【請求項５】上記（ｂ）工程において、使用する窒素化
合物ガスがＮＨ3ガスであることを特徴とする請求項
１、２、３または４に記載の半導体ポリシリコン層のド
ーピング方法。 - 【請求項６】半導体素子に用いられるポリシリコン層に
おいて、該ポリシリコン層が多数の結晶粒よりなり、該
結晶粒のそれぞれの結晶粒界面にＳｉXＮYのシリコン窒
化物が形成されていることを特徴とする半導体ポリシリ
コン層。 - 【請求項７】上記半導体ポリシリコン層の各結晶粒内
に、上記硼素イオンが均一にドーピングされていること
を特徴とする請求項６に記載の半導体ポリシリコン層。 - 【請求項８】半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法にお
いて、（ａ）ｎ型半導体基板上に活性領域と素子分離領
域とを形成した後に、上記基板上にゲート絶縁層を成長
させる工程と、（ｂ）該ゲート絶縁層の上にゲート電極
を形成するためのポリシリコン層を蒸着し、かつ、該ポ
リシリコン層をＮＨ3ガス雰囲気中において熱処理する
工程と、（ｃ）上記ポリシリコン層をパターニングしエ
ッチングしてゲート電極を形成する工程と、（ｄ）上記
半導体基板上にＢＦ2イオンを打込む工程とよりなるこ
とを特徴とする半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項９】上記（ｄ）工程において、イオン打込み後
に、上記打込みイオンを十分に拡散させるために熱処理
工程を追加したことを特徴とする請求項８に記載の半導
体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項１０】上記（ｄ）工程においてＢＦ2イオンを
打込む領域が、上記ゲートの領域と上記活性領域とであ
ることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置のＰＭ
ＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項１１】上記ゲート絶縁層として、シリコン酸化
膜を用いたことを特徴とする請求項８、９または１０に
記載の半導体のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項１２】ｎ型半導体基板に形成されたｐ型のソー
ス、ドレイン領域、および該ソースとドレインとの間に
あるチャンネル領域とは薄い絶縁層で隔離されたｐ型ゲ
ート電極が多結晶粒よりなり、該多結晶の結晶粒界面に
ＳｉXＮYのシリコン窒化物が存在するポリシリコンで形
成されたことを特徴とするＰＭＯＳ電界効果トランジス
タ。 - 【請求項１３】上記薄い絶縁層がシリコン酸化膜である
ことを特徴とする請求項１２に記載のＰＭＯＳ電界効果
トランジスタ。 - 【請求項１４】半導体装置におけるＰＭＯＳＦＥＴ製造
方法において、（ａ）ｎ型半導体基板上に活性領域と素
子分離領域とを形成した後、全面にゲート絶縁層を成長
させる工程と、（ｂ）上記ゲート絶縁層上にポリシリコ
ン層を蒸着した後、該ポリシリコン層をパターニングし
てエッチングすることによりゲート電極を形成する工程
と、（ｃ）上記ポリシリコン層をＮＨ3ガス雰囲気中に
おいて熱処理する工程と、（ｄ）上記半導体基板上にＢ
Ｆ2イオンを打込む工程とよりなることを特徴とする半
導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項１５】半導体装置におけるＰＭＯＳＦＥＴ製造
方法において、（ａ）ｎ型半導体基板上にゲート絶縁層
を形成する工程と、（ｂ）該ゲート絶縁層上にゲート電
極用にポリシリコン層を蒸着した後、該ポリシリコン層
を窒素化合物雰囲気中において熱処理する工程と、
（ｃ）上記ポリシリコン層をパターニングしてエッチン
グすることによりゲート電極を形成する工程と、（ｄ）
上記半導体基板上に不純物イオンを打込み注入する工程
とよりなることを特徴とする半導体装置のＰＭＯＳＦＥ
Ｔ製造方法。 - 【請求項１６】上記（ｄ）工程において、打込まれたイ
オンを十分に拡散させるために熱処理を加えることを特
徴とする請求項１５に記載の半導体装置のＰＭＯＳＦＥ
Ｔ製造方法。 - 【請求項１７】上記（ｄ）工程において、ＢＦ2イオン
を打込むことを特徴とする請求項１５または１６に記載
の半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。 - 【請求項１８】上記（ｂ）工程において、用いられる窒
素化合物ガスがＮＨ3ガスであることを特徴とする請求
項１５に記載の半導体装置のＰＭＯＳＦＥＴ製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR93-22628 | 1993-10-28 | ||
| KR1019930022628A KR970009276B1 (ko) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 반도체장치의 mosfet 및 그의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226510A true JPH07226510A (ja) | 1995-08-22 |
| JP2850974B2 JP2850974B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=19366835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6081193A Expired - Lifetime JP2850974B2 (ja) | 1993-10-28 | 1994-04-20 | 半導体ポリシリコン層のドーピング方法とこれを用いたｐｍｏｓｆｅｔ製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5843812A (ja) |
| JP (1) | JP2850974B2 (ja) |
| KR (1) | KR970009276B1 (ja) |
| DE (1) | DE4407250B4 (ja) |
Cited By (1)
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| JPH11163345A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-06-18 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置の製造方法 |
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| US6559470B2 (en) | 2000-06-22 | 2003-05-06 | Progressed Technologies, Inc. | Negative differential resistance field effect transistor (NDR-FET) and circuits using the same |
| US6724655B2 (en) | 2000-06-22 | 2004-04-20 | Progressant Technologies, Inc. | Memory cell using negative differential resistance field effect transistors |
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- 1997-10-08 US US08/946,774 patent/US5843812A/en not_active Expired - Lifetime
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