JPH0730109A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0730109A
JPH0730109A JP17349293A JP17349293A JPH0730109A JP H0730109 A JPH0730109 A JP H0730109A JP 17349293 A JP17349293 A JP 17349293A JP 17349293 A JP17349293 A JP 17349293A JP H0730109 A JPH0730109 A JP H0730109A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
silicon film
film
gate oxide
oxide film
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JP17349293A
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English (en)
Inventor
省吉 ▲吉▼留
Shokichi Yoshitome
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Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ULSIに要求される極薄膜の多結晶シリコ
ンゲート電極を採用しても、粒界拡散が支配的である多
結晶シリコン膜中の不純物(リン)拡散で、単位面積あ
たりの不純物(リン)原子の濃度が高くなるのを防ぎ、
ゲート酸化膜の耐圧劣化を回避することができる高品質
の半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 半導体装置の製造方法において、P型シリコ
ン基板23のアクティブ領域22にゲート酸化膜24を
形成する工程と、ゲート酸化膜24上に厚めの多結晶シ
リコン膜25を形成する工程と、厚めの多結晶シリコン
膜25の上層を全面エッチングし、極薄多結晶シリコン
膜26を形成する工程と、極薄多結晶シリコン膜26に
不純物を拡散する工程と、この不純物が拡散された極薄
多結晶シリコン膜27を加工して、ゲート電極28を形
成する工程とを施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコンゲート
電極を有する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、以下に示すようなものがあった。図3は従来の
半導体装置の製造工程断面図であり、特に、多結晶シリ
コンゲートMOS型トランジスタのゲート電極及びソー
ス・ドレイン領域を形成する工程の断面図である。
【0003】(1)まず、図3(a)に示すように、フ
ィールド領域11とアクティブ領域12を有するシリコ
ン基板13上のアクティブ領域12に、ゲート酸化膜1
4を形成する。 (2)次に、図3(b)に示すように、フィールド領域
11及びゲート酸化膜14上に、多結晶シリコン膜15
を形成する。
【0004】(3)次に、図3(c)に示すように、多
結晶シリコン膜15にリンを熱拡散を行い、不純物をド
ープし、不純物がドープされた多結晶シリコン膜16を
形成する。 (4)次に、図3(d)に示すように、多結晶シリコン
膜16をパターニングし、ゲート電極17を形成する。
【0005】(5)次に、図3(e)に示すように、ゲ
ート電極17をマスクにしてイオン注入により、セルフ
アライン的に不純物を注入し、その後、拡散することに
より、ソース・ドレイン領域18を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた方法により、多結晶シリコンゲートMOSトランジ
スタを形成すると、多結晶シリコンが薄膜化(500Å
〜1000Å)した場合、多結晶シリコンの粒径が小さ
くなり、多結晶シリコン中にリンをドープした時、単位
面積あたりのリン濃度は高くなってくる。
【0007】このリン濃度の上昇が、ゲート酸化膜の耐
圧劣化を引きおこしていることが報告されている。この
ことは、例えば文献(第18回応用物理学会予稿集:N
O.2,P672,30p−T−5「極薄膜ポリSi膜
のリン処理におけるリン拡散機構」)に開示されてい
る。したがって、ULSI(Ultralarge s
cale Integrated circuit)デ
バイスでは、極薄膜の多結晶シリコンが要求されるが、
薄膜化により多結晶シリコンは粒径が小さくなり、これ
に比して多結晶シリコン中のリン拡散は粒界拡散が支配
的であり、単位面積あたりのリン濃度が高くなるため、
リン濃度の上昇がゲート酸化膜の耐圧劣化を引きおこ
し、ULSIへの極薄膜の多結晶シリコン膜の適用につ
いては、従来の技術では満足できるものではなかった。
【0008】本発明は、上記問題点を除去し、ULSI
に要求される極薄膜の多結晶シリコンゲート電極を採用
しても、粒界拡散が支配的である多結晶シリコン膜中の
不純物(リン)拡散で、単位面積あたりの不純物(リ
ン)原子の濃度が高くなるのを防ぎ、ゲート酸化膜の耐
圧劣化を回避することができる高品質の半導体装置の製
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】本発明は、上記の目的を
達成するために、半導体装置の製造方法において、シリ
コン基板のアクティブ領域にゲート酸化膜を形成する工
程と、該ゲート酸化膜上に厚めの多結晶シリコン膜を形
成する工程と、該厚めの多結晶シリコン膜の上層を全面
エッチングし、極薄多結晶シリコン膜を形成する工程
と、該極薄多結晶シリコン膜に不純物を拡散する工程
と、該不純物が拡散された極薄多結晶シリコン膜を加工
して、ゲート電極を形成する工程とを施す。
【0010】また、半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板のアクティブ領域にゲート酸化膜を形成する
工程と、該ゲート酸化膜上に厚めの多結晶シリコン膜を
形成する工程と、該厚めの多結晶シリコン膜に不純物を
拡散する工程と、該不純物が拡散された厚めの多結晶シ
リコン膜の上層を全面エッチングし、極薄多結晶シリコ
ン膜を形成する工程と、該極薄多結晶シリコン膜を加工
して、ゲート電極を形成する工程とを施す。
【0011】
【作用】本発明によれば、上記のように、半導体装置の
製造方法において、シリコン基板のアクティブ領域にゲ
ート酸化膜を形成し、該ゲート酸化膜上に厚めの多結晶
シリコン膜を形成し、該厚めの多結晶シリコン膜の上層
を全面エッチングし、極薄多結晶シリコン膜を形成し、
該極薄多結晶シリコン膜に不純物を拡散し、該不純物が
拡散された極薄多結晶シリコン膜を加工して、ゲート電
極を形成する。
【0012】また、半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板のアクティブ領域にゲート酸化膜を形成し、
該ゲート酸化膜上に厚めの多結晶シリコン膜を形成し、
該厚めの多結晶シリコン膜に不純物を拡散し、該不純物
が拡散された厚めの多結晶シリコン膜の上層を全面エッ
チングし、極薄多結晶シリコン膜を形成し、該極薄多結
晶シリコン膜を加工して、ゲート電極を形成する。
【0013】したがって、最初に厚めの多結晶シリコン
膜を形成するので、多結晶シリコン粒径は小さくならな
い。この粒径が大きい状態でエッチングにより、厚めの
多結晶シリコン膜の上層を除去し、極薄多結晶シリコン
膜を形成するため、ULSIに要求されている極薄膜の
結晶粒の大きい多結晶シリコン膜が得られる。このた
め、粒界拡散が支配的である多結晶シリコン膜中のリン
拡散で、単位面積あたりのリン原子の濃度が高くなるの
を防ぎ、ゲート酸化膜の耐圧劣化を回避することができ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図1は本発明の第1実施例を示す
半導体装置の製造工程断面図である。 (1)まず、図1(a)に示すように、フィールド領域
21とアクティブ領域22を有するP型シリコン基板2
3上のアクティブ領域22上に、例えば、100Åのゲ
ート酸化膜24を形成する。
【0015】(2)次に、図1(b)に示すように、フ
ィールド領域21及びゲート酸化膜24上に、例えば、
1500〜2500Åの厚めの多結晶シリコン膜25を
形成する。 (3)次いで、図1(c)に示すように、多結晶シリコ
ンエッチャーを用い、厚めの多結晶シリコン膜25の上
層1000Åを全面エッチングし、例えば、500〜1
500Åの極薄多結晶シリコン膜26を残す。
【0016】ここで、多結晶シリコンのエッチング条件
の一例を挙げると、装置は枚葉式で、エッチング時の圧
力は425mmTorr、使用ガスと流量はCl2 /H
e(200SCCM/400SCCM)、RF電力は2
50W、電極温度40℃、エッチングレート3600Å
/mimである。 (4)次いで、図1(d)に示すように、極薄多結晶シ
リコン膜26上に、例えば、リンを熱拡散(875℃〜
1000℃、拡散ソースPOCl3 )を行い、極薄多結
晶シリコン膜26にリンをドープし、不純物がドープさ
れた極薄多結晶シリコン膜27を形成する。
【0017】ここで、リン拡散の条件の一例を示すと、
図2に示すように、炉の温度は800℃で処理を開始し
て、N2 ガスを流し、約50分で、徐々に昇温(5℃/
mim)して、880°まで昇温させ、約15分、O2
中において、拡散ソースとしてN2 +POCl3 を用い
てリンを拡散させ、徐々に降温(2.5℃/mim)
し、800℃で処理を終える。
【0018】この場合、拡散後の多結晶シリコン中の濃
度は、5±0.5×1020/cm3を得ることができ
る。 (5)次に、図1(e)に示すように、リンがドープさ
れた極薄多結晶シリコン膜27をパターニングし、ゲー
ト電極28を形成し、従来と同様に、イオン注入を用い
ソース・ドレイン領域29を形成する。
【0019】図3は本発明の第2実施例を示す半導体装
置の製造工程断面図である。 (1)まず、図4(a)に示すように、フィールド領域
31とアクティブ領域32を有するP型シリコン基板3
3上のアクティブ領域32上に、例えば、100Åのゲ
ート酸化膜34を形成する。 (2)次に、図4(b)に示すように、フィールド領域
31及びゲート酸化膜34上に、例えば、1500〜2
500Åの厚めの多結晶シリコン膜35を形成する。
【0020】(3)次いで、図4(c)に示すように、
厚めの多結晶シリコン膜35に、例えば、リンを熱拡散
を行い、厚めの多結晶シリコン膜35にリンをドープ
し、不純物がドープされた多結晶シリコン膜36を形成
する。ここで、リン拡散の条件としては、上記第1実施
例と同様である。 (4)次いで、図4(d)に示すように、多結晶シリコ
ンエッチャーを用い、不純物がドープされた多結晶シリ
コン膜36の上層1000Åを全面エッチングし、50
0〜1500Åの極薄多結晶シリコン膜37を残す。
【0021】ここで、多結晶シリコンのエッチング条件
は、上記第1実施例と同様である。 (5)次いで、図4(e)に示すように、極薄多結晶シ
リコン膜37をパターニングし、ゲート電極38を形成
し、従来と同様に、イオン注入を用いソース・ドレイン
領域39を形成する。上記実施例では、不純物としてリ
ンを示したが、ヒ素(As)等の他の不純物についても
適用することができる。
【0022】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、最初に厚めの多結晶シリコン膜を形成するた
め、多結晶シリコン粒径は小さくならない。この粒径が
大きい状態でエッチングにより、厚い多結晶シリコン膜
の上層を除去することにより、極薄多結晶シリコン膜を
形成するため、ULSIに要求されている結晶粒の大き
い極薄膜の多結晶シリコン膜が得られる。
【0024】このため粒界拡散が支配的である多結晶シ
リコン膜中のリン拡散で、単位面積あたりのリン原子の
濃度が高くなるのを防ぎ、ゲート酸化膜の耐圧劣化を回
避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す半導体装置の製造工
程断面図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す半導体装置の製造工
程におけるリン拡散の条件を示す図である。
【図3】従来の半導体装置の製造工程断面図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す半導体装置の製造工
程断面図である。
【符号の説明】 21,31 フィールド領域 22,32 アクティブ領域 23,33 P型シリコン基板 24,34 ゲート酸化膜 25,35 厚めの多結晶シリコン膜(1500〜2
500Å) 26 極薄多結晶シリコン膜(500〜1500Å) 27,36 極薄多結晶シリコン膜(不純物ドープ) 28,38 ゲート電極 29,39 ソース・ドレイン領域 37 極薄多結晶シリコン膜(500〜1500Å;
不純物ドープ)
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/302 F

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)シリコン基板のアクティブ領域にゲ
    ート酸化膜を形成する工程と、(b)該ゲート酸化膜上
    に厚めの多結晶シリコン膜を形成する工程と、(c)該
    厚めの多結晶シリコン膜の上層を全面エッチングし、極
    薄多結晶シリコン膜を形成する工程と、(d)該極薄多
    結晶シリコン膜に不純物を拡散する工程と、(e)該不
    純物が拡散された極薄多結晶シリコン膜を加工して、ゲ
    ート電極を形成する工程とを施すことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】(a)シリコン基板のアクティブ領域にゲ
    ート酸化膜を形成する工程と、(b)該ゲート酸化膜上
    に厚めの多結晶シリコン膜を形成する工程と、(c)該
    厚めの多結晶シリコン膜に不純物を拡散する工程と、
    (d)該不純物が拡散された厚めの多結晶シリコン膜の
    上層を全面エッチングし、極薄多結晶シリコン膜を形成
    する工程と、(e)該極薄多結晶シリコン膜を加工し
    て、ゲート電極を形成する工程を施すことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010605