JPH09205203A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

Info

Publication number
JPH09205203A
JPH09205203A JP8017836A JP1783696A JPH09205203A JP H09205203 A JPH09205203 A JP H09205203A JP 8017836 A JP8017836 A JP 8017836A JP 1783696 A JP1783696 A JP 1783696A JP H09205203 A JPH09205203 A JP H09205203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
forming
film
ion
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8017836A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kitamura
謙二 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP8017836A priority Critical patent/JPH09205203A/en
Publication of JPH09205203A publication Critical patent/JPH09205203A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a sub-threshold coefficient and the leakage current of a semiconductor device which is operated at a low, voltage. SOLUTION: A gate insulation film 3 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 and a silicon thin film 5 is formed on the gate insulation film 3. Then, a P-type impurity is ion-implanted to the silicon thin film 5 and the substrate 1 is heat-treated at 700-900 deg.C, thus forming the silicon thin film 5 into Ptype. Then, a silicide film 6 is formed on the silicon thin film 5 and a gate electrode is subjected to patterning. Then, 5-1,000Å CVD insulation film 7 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1. Then, an impurity is ion-implanted to the surface of the semiconductor substrate 1 with the gate electrode as a mask, thus forming a source/drain region 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は低電圧動作可能な電界効
果型半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect semiconductor device capable of low voltage operation and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2に従来の製造方法で作成した半導体
装置の最終断面図を示す。半導体基板表面102のN型
半導体領域の上に熱酸化処理を行いゲート絶縁膜103
を形成する。このゲート絶縁膜越しにN型半導体領域へ
チャネルドープ104を行う。ゲート絶縁膜の上にはシ
リコン薄膜105をCVD法により堆積させ、P型の不
純物ボロンをイオン注入した後熱処理を施しシリコン薄
膜をP型化する。さらにポリシリコン薄膜の上にシリサ
イド膜106を堆積させ、フォトレジストをパターニン
グしシリコン薄膜とシリサイド膜を同じタイミングでエ
ッチングしてゲート電極を形成する。次に半導体基板表
面を熱酸化して酸化膜を形成したあと、ゲート電極をマ
スクとして用い不純物をイオン注入してソース/ドレイ
ン領域108を形成する。続いて全面にBPSG層間膜
109を成膜する。この層間膜は例えばCVD法等によ
り形成され引き続き熱処理により平坦化される。この後
層間膜を選択的にエッチングし熱処理してソース/ドレ
イン領域及びゲート電極に連通するコンタクトホールを
形成する。続いて真空蒸着あるいはスパッタリング等に
より金属材料等を全面的に成膜した後フォトリソグラフ
ィ及びエッチングを行いパターニングされたメタル配線
110を形成する。最後に基板の全体を表面保護膜で被
覆する。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a final sectional view of a semiconductor device manufactured by a conventional manufacturing method. A gate insulating film 103 is formed on the N-type semiconductor region on the surface 102 of the semiconductor substrate by thermal oxidation.
To form Channel doping 104 is performed to the N-type semiconductor region through the gate insulating film. A silicon thin film 105 is deposited on the gate insulating film by a CVD method, P-type impurity boron is ion-implanted, and then heat treatment is performed to make the silicon thin film P-type. Further, a silicide film 106 is deposited on the polysilicon thin film, the photoresist is patterned, and the silicon thin film and the silicide film are etched at the same timing to form a gate electrode. Next, after the surface of the semiconductor substrate is thermally oxidized to form an oxide film, impurities are ion-implanted using the gate electrode as a mask to form the source / drain regions 108. Then, a BPSG interlayer film 109 is formed on the entire surface. This interlayer film is formed by, for example, the CVD method or the like, and is subsequently flattened by heat treatment. Then, the interlayer film is selectively etched and heat-treated to form contact holes communicating with the source / drain regions and the gate electrode. Subsequently, a metal material or the like is formed on the entire surface by vacuum evaporation or sputtering, and then photolithography and etching are performed to form a patterned metal wiring 110. Finally, the entire substrate is covered with a surface protective film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】携帯機器や卓上機器は
通常電池を電源として利用している。機器の小型化及び
省電力化の観点から例えば乾電池1個の電源電圧(1.
5V程度)での動作が要求される機器が増えてきてい
る。従って、低電圧動作ICが重要な開発項目に挙げら
れている。
A portable device or a desktop device usually uses a battery as a power source. From the viewpoint of device miniaturization and power saving, for example, the power supply voltage (1.
An increasing number of devices are required to operate at about 5V. Therefore, low-voltage operation ICs are listed as an important development item.

【0004】動作電圧を下げるためにはMOSトランジ
スタのしきい値電圧を低く抑える必要がある。しかしな
がら、MOSトランジスタのしきい値電圧を1.5V動
作に必要な例えば0.5V程度まで下げた場合、MOS
トランジスタのリーク電流が増大するという課題あるい
は問題点がある。リーク電流が増えれば、電池を使用す
る携帯機器等は作動させなくても電池が急激に消耗さ
れ、電池が早くなくなってしまうという問題になる。
In order to lower the operating voltage, it is necessary to keep the threshold voltage of the MOS transistor low. However, if the threshold voltage of the MOS transistor is lowered to about 0.5V required for 1.5V operation,
There is a problem or a problem that the leak current of the transistor increases. If the leak current increases, there is a problem in that the battery is exhausted rapidly even if a portable device using the battery is not operated, and the battery runs out quickly.

【0005】しかしながら、上記のような半導体製造方
法ではソース/ドレインイオン注入前の酸化膜形成が熱
酸化で行われているためプロセス温度が高く、P型化し
たポリシリコン中のボロンがシリサイド膜に拡散してポ
リシリコン中の濃度が薄くなってしまう。このようなゲ
ート電極の電界効果トランジスタは、ゲート電極内で空
乏層ができてしまうためにしきい値電圧が変動したり、
チャネルコンダクタンスが小さくなったり、リーク電流
が多くなったりする。
However, in the above semiconductor manufacturing method, since the oxide film is formed by thermal oxidation before the source / drain ion implantation, the process temperature is high, and boron in the P-type polysilicon becomes a silicide film. The concentration in the polysilicon becomes low due to diffusion. In such a gate electrode field-effect transistor, a depletion layer is formed in the gate electrode, so that the threshold voltage varies,
The channel conductance becomes small and the leak current becomes large.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために以下の製造手段を講じた。即ち、 (1) 半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し、前
記ゲート絶縁膜の上にゲート電極をパターニングして形
成し、前記半導体基板の表面全面に850℃以下の温度
で膜厚5〜1000ÅのCVD絶縁膜を形成し、前記ゲ
ート電極をマスクとして不純物を前記半導体基板の表面
にイオン注入することによりソース・ドレイン領域を形
成した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the following manufacturing means were taken. That is, (1) a gate insulating film is formed on the surface of a semiconductor substrate, a gate electrode is patterned and formed on the gate insulating film, and a film thickness of 5 to 5 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of 850 ° C. or less. A 1000 Å CVD insulating film was formed, and impurities were ion-implanted into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to form source / drain regions.

【0007】(2) 前記ゲート電極のパターニング
は、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン薄膜を形成し、前
記シリコン薄膜にP型の不純物をイオン注入し、前記半
導体基板を700〜900℃の温度で熱処理することに
より、前記シリコン薄膜をP型化し、前記シリコン薄膜
の上にシリサイド膜を形成した。
(2) For patterning the gate electrode, a silicon thin film is formed on the gate insulating film, P-type impurities are ion-implanted into the silicon thin film, and the semiconductor substrate is heated at a temperature of 700 to 900 ° C. By heat-treating, the silicon thin film was made P-type, and a silicide film was formed on the silicon thin film.

【0008】(3) 前記ソース・ドレイン領域が80
0〜1050℃の温度で3分以内の短時間熱処理により
活性化した。 (4) 半導体基板の表面に設けられたN型半導体領域
とP型半導体領域にそれぞれP型絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタとN型絶縁ゲート電界効果トランジスタとを
集積した半導体装置の製造方法であって、前記半導体基
板の表面にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜の
上にシリコン薄膜を形成し、前記N型半導体領域上のシ
リコン薄膜にP型の不純物をイオン注入し、前記P型半
導体領域上のシリコン薄膜にN型の不純物をイオン注入
し、前記半導体基板を700〜900℃の温度で熱処理
することにより、前記シリコン薄膜をP型及びN型化す
る工程と、前記シリコン薄膜の上にシリサイド膜を形成
し、前記シリコン薄膜及び前記シリサイド膜を同時に選
択エッチしてゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成し、
前記半導体基板の表面全面に膜厚5〜1000ÅのCV
D絶縁膜を形成し、前記ゲート電極をマスクとして前記
N型半導体領域表面にP型不純物をイオン注入すること
によりソース・ドレイン領域を形成し、前記ゲート電極
をマスクとして前記P型半導体領域表面にN型不純物燐
をイオン注入することによりソース・ドレイン領域を形
成した。
(3) The source / drain regions are 80
It was activated by a short time heat treatment within 3 minutes at a temperature of 0 to 1050 ° C. (4) A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a P-type insulated gate field effect transistor and an N-type insulated gate field effect transistor are integrated in an N-type semiconductor region and a P-type semiconductor region provided on a surface of a semiconductor substrate, respectively. A gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, a silicon thin film is formed on the gate insulating film, P-type impurities are ion-implanted into the silicon thin film on the N-type semiconductor region, and the P-type semiconductor region is formed. N-type impurities are ion-implanted into the upper silicon thin film, and the semiconductor substrate is heat-treated at a temperature of 700 to 900 ° C. to make the silicon thin film P-type and N-type. Forming a silicide film, selectively etching the silicon thin film and the silicide film at the same time to form a gate electrode on the gate insulating film,
A CV having a film thickness of 5 to 1000Å is formed on the entire surface of the semiconductor substrate.
A D insulating film is formed, P-type impurities are ion-implanted into the surface of the N-type semiconductor region using the gate electrode as a mask to form source / drain regions, and the P-type semiconductor region surface is formed using the gate electrode as a mask. Source / drain regions were formed by ion implantation of N-type impurity phosphorus.

【0009】(5) 前記ソース・ドレイン領域を形成
する工程は、前記ソース・ドレイン領域を800〜10
50℃の温度で3分以内の短時間熱処理により活性化し
て形成した。 (6) 半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、前
記ゲート絶縁膜の上に設けられたP型及びN型ポリシリ
コン薄膜と導体薄膜の複数層から成るゲート電極と、前
記ゲート電極の両側の前記半導体領域の表面に互いに離
間して設けられたソース・ドレイン領域から構成される
とともに、前記P型及びN型ポリシリコン薄膜は、前記
導体薄膜と前記半導体基板との間に電圧を印加したとき
に、前記P型及びN型ポリシリコン薄膜に空乏層が形成
されない充分な量の不純物濃度を有するようにした。
(5) In the step of forming the source / drain regions, the source / drain regions are formed by 800 to 10
It was formed by activation by short-time heat treatment within 3 minutes at a temperature of 50 ° C. (6) A gate insulating film provided on a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the gate insulating film, the gate electrode including a plurality of layers of P-type and N-type polysilicon thin films and conductor thin films, and both sides of the gate electrode. Of the P-type and N-type polysilicon thin films, the source-drain regions being provided on the surface of the semiconductor region so as to be separated from each other, and a voltage is applied between the conductor thin film and the semiconductor substrate. At this time, the P-type and N-type polysilicon thin films have a sufficient amount of impurity concentration that a depletion layer is not formed.

【0010】(7) 前記P型ポリシリコン薄膜にP型
不純物濃度を2E19atom/cm3以上及び前記N
型ポリシリコン薄膜にN型不純物濃度を2E19ato
m/cm3以上含むようにした。 (8) 半導体基板の表面に設けられたN型半導体領域
とP型半導体領域にそれぞれP型絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタとN型絶縁ゲート電界効果トランジスタとを
集積したCMOS半導体装置の製造方法であって、前記
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し、前記N型半
導体領域表面にN型不純物をイオン注入することよりチ
ャネルドープ領域を形成し、前記P型半導体領域表面に
P型不純物をイオン注入することよりチャネルドープ領
域を形成し、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン薄膜を形
成し、前記N型半導体領域上のシリコン薄膜にP型の不
純物をイオン注入し、前記P型半導体領域上のシリコン
薄膜にN型の不純物をイオン注入し、前記半導体基板を
700〜900℃の温度で熱処理することにより、前記
シリコン薄膜をP型及びN型化し、前記シリコン薄膜の
上にシリサイド膜を形成し、前記シリコン薄膜及び前記
シリサイド膜を同時に選択エッチしてゲート絶縁膜の上
にゲート電極を形成し、前記半導体基板の表面全面に膜
厚5〜1000ÅのCVD絶縁膜を形成する工程と、前
記ゲート電極をマスクとして前記N型半導体領域表面に
P型不純物をイオン注入することによりソース・ドレイ
ン領域を形成し、前記ゲート電極をマスクとして前記P
型半導体領域表面にN型不純物燐をイオン注入すること
によりソース・ドレイン領域を形成し、前記ソース・ド
レイン領域を800〜1050℃の温度で3分以内の短
時間熱処理により活性化して形成した。
(7) The P-type polysilicon thin film has a P-type impurity concentration of 2E19 atom / cm 3 or more and the N-type
-Type polysilicon thin film with N-type impurity concentration of 2E19ato
m / cm 3 or more was included. (8) A method of manufacturing a CMOS semiconductor device, wherein a P-type insulated gate field effect transistor and an N-type insulated gate field effect transistor are integrated in an N-type semiconductor region and a P-type semiconductor region provided on a surface of a semiconductor substrate, respectively. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, ion-implanting N-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region to form a channel dope region, and ion-implanting P-type impurities into the surface of the P-type semiconductor region. A channel dope region is formed, a silicon thin film is formed on the gate insulating film, P-type impurities are ion-implanted into the silicon thin film on the N-type semiconductor region, and silicon on the P-type semiconductor region is formed. N-type impurities are ion-implanted into the thin film, and the semiconductor substrate is heat-treated at a temperature of 700 to 900 ° C. And N-type, a silicide film is formed on the silicon thin film, the silicon thin film and the silicide film are selectively etched simultaneously to form a gate electrode on the gate insulating film, and a film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate. Forming a CVD insulating film having a thickness of 5 to 1000Å, forming source / drain regions by ion-implanting P-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region using the gate electrode as a mask, and using the gate electrode as a mask The P
Source / drain regions were formed by ion-implanting N-type impurity phosphorus on the surface of the type semiconductor region, and the source / drain regions were activated by a short-time heat treatment at a temperature of 800 to 1050 ° C. for 3 minutes or less.

【0011】(9) 前記チャネルドープ領域を形成す
る工程においてチャネルドープ種及びイオン注入加速エ
ネルギーは、N型不純物は燐で30KeV以下または砒
素で70KeV以下、P型不純物はBF2で70KeV
以下とした。 (10) 前記チャネルドープ領域を形成する工程にお
いて半導体基板全面にP型不純物BF2をイオン注入し
た後、前記N型半導体領域表面にN型不純物燐をイオン
注入することよりチャネルドープ領域を形成した。
(9) In the step of forming the channel-doped region, the channel-doping species and the ion-implantation acceleration energy are 30 KeV or less for N-type impurities and 70 KeV or less for arsenic and 70 KeV for BF 2 for P-type impurities.
It was as follows. (10) In the step of forming the channel dope region, a P-type impurity BF 2 is ion-implanted on the entire surface of the semiconductor substrate, and then an N-type impurity phosphorus is ion-implanted on the surface of the N-type semiconductor region to form the channel dope region. .

【0012】(11) 前記CMOS半導体装置の製造
方法において、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン薄膜を
形成し、前記シリコン薄膜にP型の不純物をイオン注入
し、前記半導体基板を700〜900℃の温度で熱処理
することにより、前記シリコン薄膜をP型化し、前記シ
リコン薄膜の上にシリサイド膜を形成し、前記シリコン
薄膜及び前記シリサイド膜を同時に選択エッチしてゲー
ト絶縁膜の上にゲート電極を形成し、前記半導体基板の
表面全面に酸素雰囲気800〜1050℃の温度で3分
以内の短時間熱処理で絶縁膜を形成し、前記ゲート電極
をマスクとして前記P型半導体領域表面にN型不純物を
イオン注入することによりソース・ドレイン領域を形成
すると同時に前記シリサイド膜にイオン注入し、前記ゲ
ート電極をマスクとして前記N型半導体領域表面にP型
不純物をイオン注入することによりソース・ドレイン領
域を形成し、前記ソース・ドレイン領域を800〜10
50℃の温度で3分以内の短時間熱処理により活性化し
て形成すると同時に、前記P型半導体領域表面の前記P
型シリコン薄膜をイオン注入された前記シリサイド膜か
らシリサイド膜下の前記シリコン薄膜へN型不純物を拡
散させN型シリコン薄膜に変えた。
(11) In the method of manufacturing a CMOS semiconductor device, a silicon thin film is formed on the gate insulating film, P-type impurities are ion-implanted into the silicon thin film, and the semiconductor substrate is heated to 700 to 900 ° C. By heat-treating at a temperature, the silicon thin film is made P-type, a silicide film is formed on the silicon thin film, and the silicon thin film and the silicide film are simultaneously selectively etched to form a gate electrode on the gate insulating film. Then, an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of 800 to 1050 ° C. in an oxygen atmosphere for a short time within 3 minutes, and an N-type impurity is ion-deposited on the surface of the P-type semiconductor region using the gate electrode as a mask. By implanting, the source / drain regions are formed and at the same time, ions are implanted into the silicide film, and the gate electrode is used as a mask Then, P-type impurities are ion-implanted into the surface of the N-type semiconductor region to form source / drain regions.
At the same time, it is activated and formed by heat treatment at a temperature of 50.degree.
The N-type silicon thin film was changed into the N-type silicon thin film by diffusing N-type impurities from the ion-implanted silicide film to the silicon thin film below the silicide film.

【0013】(12) 半導体基板の表面に設けられた
前記N型半導体領域と前記P型半導体領域にそれぞれ前
記P型絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記N型絶縁
ゲート電界効果トランジスタとを集積した半導体装置で
あって、半導体基板の表面に30〜200Åのゲート絶
縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲー
ト電極の最少の長さが1.0μmで構成した。
(12) A semiconductor device in which the P-type insulated gate field effect transistor and the N-type insulated gate field effect transistor are integrated in the N-type semiconductor region and the P-type semiconductor region provided on the surface of a semiconductor substrate, respectively. A gate insulating film having a thickness of 30 to 200 Å was formed on the surface of the semiconductor substrate, and the minimum length of the gate electrode formed on the gate insulating film was 1.0 μm.

【0014】(13) 一つのマスクを使用してP型ウ
ェル層とN型ウェル層とを半導体基板に形成する半導体
製造方法において、P型ウェル層を形成した後にN型ウ
ェル層を形成した。 (14) 半導体基板上にシリコン酸化膜とシリコン窒
化膜を順次形成し、フォトマスク処理により前記シリコ
ン窒化膜を選択的に除去して前記Pウェル層の領域を規
定し、P型不純物を前記半導体基板にイオン注入し、前
記シリコン窒化膜が除去されたPウェル領域にシリコン
酸化膜を形成し、前記シリコン窒化膜を除去してNウェ
ル層の領域を規定し、N型不純物を前記半導体基板にイ
オン注入し、前記半導体基板を熱処理して不純物を拡散
及び活性化した。
(13) In a semiconductor manufacturing method in which a P-type well layer and an N-type well layer are formed on a semiconductor substrate using one mask, the N-type well layer is formed after the P-type well layer is formed. (14) A silicon oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed on a semiconductor substrate, the silicon nitride film is selectively removed by a photomask process to define a region of the P well layer, and a P-type impurity is added to the semiconductor. Ion implantation is performed on the substrate to form a silicon oxide film in the P well region where the silicon nitride film is removed, and the silicon nitride film is removed to define an N well layer region, and N type impurities are added to the semiconductor substrate. Ions are implanted, and the semiconductor substrate is heat-treated to diffuse and activate impurities.

【0015】[0015]

【実施例】本発明にかかる半導体製造方法の第一実施例
を詳細に説明する。図1を参照してP+ポリサイドゲー
ト構造のPMOSトランジスタの形成工程を説明する。
工程Aにおいて、P型シリコン基板1の表面にN型の不
純物例えばリンをイオン注入して1150℃で熱処理を
施し、注入された不純物リンの拡散及び活性化を行い図
示するようにNウェル層2を形成する(P型シリコン基
板にNウェル層を形成する代わりに、N型シリコン基板
を用いても良い)。その上にゲート酸化膜3例えば15
0Åを860℃の熱処理で形成した後チャネルドープ4
を行う。このチャネルドープ4はPMOSトランジスタ
のしきいち電圧調整のために行うものであり、N型の不
純物例えばリンや砒素を注入する。
EXAMPLE A first example of a semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail. A process of forming a PMOS transistor having a P + polycide gate structure will be described with reference to FIG.
In step A, N-type impurities such as phosphorus are ion-implanted into the surface of the P-type silicon substrate 1 and heat-treated at 1150 ° C. to diffuse and activate the implanted impurity phosphorus, and the N-well layer 2 is formed as shown in the figure. (N-type silicon substrate may be used instead of forming the N-well layer on the P-type silicon substrate). A gate oxide film 3, for example 15
Channel dope 4 after forming 0Å by heat treatment at 860 ℃
I do. The channel dope 4 is for adjusting the threshold voltage of the PMOS transistor, and N-type impurities such as phosphorus and arsenic are implanted.

【0016】次に工程Bにおいてゲート酸化膜上にポリ
シリコン5をCVD法により堆積させる。本発明品では
2000Åのポリシリコンを形成している。このポリシ
リコンをP型化するためにP型の不純物をイオン注入す
る。本発明品では、P型の不純物としてボロン単体では
なくボロンの化合物BF2をイオン種として用い注入を
行っている。注入濃度はイオン注入/ポリシリコン膜厚
=2E19atom/cm3以上にする。つまりポリシ
リコン膜厚が2000Åのときは4E14atom/c
2以上さらに好ましくは8E15atom/cm2をイ
オン注入する。またはポリシリコン膜厚が3000Åの
ときは6E14atom/cm2以上さらに好ましくは
1.2E16atom/cm2をイオン注入する。イオ
ン注入は濃度が濃い(多い)程注入時間が長くなる。従
ってイオン注入濃度が少ない程短時間で処理できるが、
薄すぎると以下のような問題が生じる。MOSトランジ
スタはドレインに一定電圧を加え、ゲート電極にしきい
値電圧以上の電圧を加えることよりチャネルが反転しソ
ースとドレインとの間に電流が流れ、動作する。濃度が
薄いとポリシリコン中で空乏層ができ印加電圧が空乏層
に取られてしまうので必要以上に電圧が必要となる。そ
して結果的にしきいち電圧が絶対値で上がってしまうこ
ととなる。もっと分かりやすく説明すると、しきい値電
圧は簡単にVTH=VFB+2ΦF−QB/COXと表され
る。ここでVFBはフラットバンド電圧、ΦFはフェルミ
ポテンシャル、QBは基板表面空乏層電荷、COXはゲー
ト酸化膜容量である。ポリシリコン中の空乏層は容量を
もっていてゲート酸化膜容量と直列につながった形にな
るため見かけ上COXが小さくなったのと同じになりVT
Hは負のほうに大きくなり絶対値で上がってしまう。
Next, in step B, polysilicon 5 is deposited on the gate oxide film by the CVD method. In the product of the present invention, 2000 Å polysilicon is formed. P-type impurities are ion-implanted to make this polysilicon P-type. In the product of the present invention, the compound BF 2 of boron is used as an ion species instead of boron alone as a P-type impurity for implantation. The implantation concentration is ion implantation / polysilicon film thickness = 2E19 atom / cm 3 or more. That is, when the polysilicon film thickness is 2000Å, it is 4E14 atom / c.
m 2 or more, more preferably 8E15 atom / cm 2 is ion-implanted. Alternatively, when the polysilicon film thickness is 3000 Å, 6E14 atom / cm 2 or more, more preferably 1.2E16 atom / cm 2 is ion-implanted. The higher the concentration of ion implantation (more), the longer the implantation time. Therefore, the lower the ion implantation concentration is, the shorter the treatment time can be.
If it is too thin, the following problems occur. The MOS transistor operates by applying a constant voltage to the drain and applying a voltage equal to or higher than the threshold voltage to the gate electrode so that the channel is inverted and a current flows between the source and the drain. If the concentration is low, a depletion layer is formed in the polysilicon, and the applied voltage is taken by the depletion layer, so a voltage higher than necessary is required. As a result, the voltage will increase in absolute value. To explain more clearly, the threshold voltage is simply expressed as VTH = V FB + 2Φ F −Q B / C OX . Here, V FB is the flat band voltage, Φ F is the Fermi potential, Q B is the substrate surface depletion layer charge, and C OX is the gate oxide film capacitance. Since the depletion layer in the polysilicon has a capacitance and is connected in series with the capacitance of the gate oxide film, it is apparently the same as C OX becoming smaller and VT
H becomes larger in the negative direction and rises in absolute value.

【0017】またチャネルコンダクタンスgmは、gm
(W/L)*μCOXD(ここでWはトランジスタのゲ
ート電極の幅、Lはトランジスタのゲート電極の長さ、
μは移動度、VDはドレイン電圧)で表され、COXが小
さくなりチャネルコンダクタンスは小さくなる。
The channel conductance g m is g m =
(W / L) * μC OX V D (where W is the width of the gate electrode of the transistor, L is the length of the gate electrode of the transistor,
μ is a mobility and V D is a drain voltage), and C OX is small and channel conductance is small.

【0018】それにしきい値電圧が0.5V程度に低く
なるとゲート電圧を加えなくても、チャネルが弱反転し
てしまい、ソースとドレインとの間に電流が流れてしま
う(リーク電流)。これを理解しやすくするために図3
を用いて説明する。グラフは横軸にゲート電圧VG、縦
軸にドレイン電流IDを対数メモリでとってあり、ドレ
イン電圧VD=0.1Vで測定したデータを示してあ
る。値はすべて絶対値である。これによるとゲート電圧
G=0Vでドレイン電流ID≠0Aとなっている。つま
りMOSトランジスタを動作させなくても電流が流れて
しまっている。ここでこの特性の傾きの逆数VG/lo
g(ID)をサブスレッショルド係数Sといい、MOS
トランジスタのスイッチング性能を決める重要な値で、
D/COX(CDは基板表面空乏層容量)に比例する。従
ってCOXが小さくなると言う事は、Sが大きくなりリー
ク電流が大きくなるということである。イオン注入加速
エネルギーとしては例えば40KeV程度に設定する。
BF2はB単体に比べて分子量が大きいためイオン注入
時の飛程が小さいのでポリシリコンの表面にイオン注入
できる。逆にBは飛程が大きいためBF2と同じ加速エ
ネルギーで行うと、ボロンがシリコン基板にまで入って
しまう。入らないようにするには、かなり加速エネルギ
ーを低くしなければならない。その後イオン注入した不
純物を活性化及び拡散を行うために700〜900℃の
温度例えば850℃で熱処理をしてポリシリコンをP型
化する。熱処理が不十分だとボロンがポリシリコン中で
均一に分布しないで表面に多く存在する形になり空乏層
ができやすくなる。逆に高温熱処理してしまうとボロン
がゲート酸化膜を越えてシリコン基板まで拡散して、し
きい値電圧を変動(絶対値で低くなる)させる。
When the threshold voltage is lowered to about 0.5 V, the channel weakly inverts without applying a gate voltage, and a current flows between the source and the drain (leakage current). To make this easier to understand,
This will be described with reference to FIG. In the graph, the horizontal axis represents the gate voltage V G and the vertical axis represents the drain current I D in a logarithmic memory, and the data measured at the drain voltage V D = 0.1 V is shown. All values are absolute. According to this, the gate voltage V G = 0V and the drain current I D ≠ 0A. That is, the current has flown without operating the MOS transistor. Here, the reciprocal of the slope of this characteristic V G / lo
g (I D ) is called a subthreshold coefficient S, and MOS
An important value that determines the switching performance of a transistor,
It is proportional to C D / C OX (C D is the substrate surface depletion layer capacitance). Therefore, decreasing C OX means increasing S and increasing leakage current. The ion implantation acceleration energy is set to about 40 KeV, for example.
Since BF 2 has a larger molecular weight than B alone and has a small range at the time of ion implantation, it can be ion-implanted on the surface of polysilicon. On the contrary, since B has a large range, if it is carried out with the same acceleration energy as BF 2 , boron will even enter the silicon substrate. To prevent entry, the acceleration energy must be lowered considerably. After that, in order to activate and diffuse the ion-implanted impurities, heat treatment is performed at a temperature of 700 to 900 ° C., for example, 850 ° C., so that the polysilicon becomes P-type. If the heat treatment is insufficient, boron is not evenly distributed in the polysilicon and a large amount of boron is present on the surface, and a depletion layer is easily formed. On the contrary, when the high temperature heat treatment is performed, boron diffuses over the gate oxide film to the silicon substrate and changes the threshold voltage (it becomes lower in absolute value).

【0019】次に工程Cにおいてポリシリコン5上にタ
ングステンシリサイド6を2000Å以下例えば100
0Åの膜をCVD法により堆積させフォトレジストをパ
ターニングしポリシリコンとシリサイド膜を同じタイミ
ングでエッチングしてポリサイドゲート電極を形成す
る。
Next, in step C, the tungsten silicide 6 is deposited on the polysilicon 5 to 2000 liters or less, for example 100
A 0Å film is deposited by the CVD method, the photoresist is patterned, and the polysilicon and the silicide film are etched at the same timing to form a polycide gate electrode.

【0020】次に工程Dにおいて基板の表面全面に85
0℃以下の温度例えば400℃で5〜1000ÅのCV
D絶縁膜7を形成する。図4にCVD膜厚とソース/ド
レイン領域形成イオン注入エネルギーの関係を示す。ソ
ース/ドレイン領域形成はCVD膜形成工程後行われる
のでイオン注入はこのCVD膜越しに行われることにな
る。つまり図4はソース/ドレイン領域形成のイオン注
入エネルギーに対するCVD最大膜厚を表している。イ
オン注入不純物がボロンの場合は右下向き斜め斜線の領
域内、BF2の場合は左下向き斜め斜線の領域内にする
のが好ましい。本発明品では400Åまたは40ÅのC
VD絶縁膜を形成した。従来は熱酸化で膜を形成してい
たためポリシリコン中のボロンがタングステンシリサイ
ドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上げるような問
題も生じていた。またポリシリコンの表面にボロンが多
く存在している場合、ポリシリコン中に均一に分布して
いるよりも多くのボロンがタングステンシリサイドへ拡
散してしまうし、またシリサイド膜が厚い程多くのボロ
ンが拡散していまう。絶縁膜7を形成後P型の不純物を
高濃度でイオン注入しソース/ドレイン領域を形成す
る。本発明品ではCVD膜厚400Åにはボロンをエネ
ルギー30KeVで行い、40ÅにはBF2を80Ke
Vで行った。
Next, in step D, 85 is formed on the entire surface of the substrate.
CV of 5 to 1000Å at a temperature of 0 ° C or lower, for example, 400 ° C
The D insulating film 7 is formed. FIG. 4 shows the relationship between the CVD film thickness and the source / drain region forming ion implantation energy. Since the source / drain regions are formed after the CVD film forming step, the ion implantation is carried out through this CVD film. That is, FIG. 4 shows the maximum CVD film thickness with respect to the ion implantation energy for forming the source / drain regions. When the ion-implanted impurity is boron, it is preferable to set it in the region of the oblique line obliquely downward to the right and in the case of BF 2 , it is set to the region of the oblique line obliquely downward to the left. In the product of the present invention, C of 400Å or 40Å
A VD insulating film was formed. Conventionally, since the film is formed by thermal oxidation, there is a problem that boron in polysilicon is diffused into tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage. Also, when a large amount of boron is present on the surface of polysilicon, more boron diffuses into the tungsten silicide than is evenly distributed in the polysilicon, and the thicker the silicide film, the more boron. It is spreading. After the insulating film 7 is formed, P-type impurities are ion-implanted at a high concentration to form source / drain regions. In the product of the present invention, the CVD film thickness of 400 Å is subjected to boron with an energy of 30 KeV, and the 40 Å is subjected to BF 2 of 80 Ke.
V.

【0021】最後に工程Eにおいて全面にBPSG層間
膜9を成膜する。この層間膜9は例えばCVD法等によ
り形成され引き続き熱処理により平坦化される。従来熱
処理は920℃で75分程度で平坦化を行っていたため
前でも述べたようにポリシリコン中のボロンがタングス
テンシリサイドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上
げていた。本発明では800〜1050℃の温度で短時
間熱処理(RTA)例えば1025℃程度で45秒程熱
処理し、かつ平坦化しやすいようにBPSG層間膜のリ
ンの割合を5wt%から6wt%に変えた。これにより
ボロンのタングステンシリサイドへ拡散を抑制した。こ
の熱処理でイオン注入したソース/ドレイン領域の不純
物の活性化及び拡散も行っている。続いて層間膜9を選
択的にエッチングしソース/ドレイン領域及びゲート電
極に連通するコンタクトホールを形成する。この後コン
タクトリフロー処理を行うが、これも従来が880℃3
0分程の熱処理に対して850℃で30秒程の熱処理
(RTA)で行いボロンのタングステンシリサイドへ拡
散を抑制した。続いて真空蒸着あるいはスパッタリング
等により金属材料等を全面的に成膜した後フォトリソグ
ラフィ及びエッチングを行いパターニングされたメタル
配線10を形成する。最後に基板1の全体を表面保護膜
11で被覆する。
Finally, in step E, a BPSG interlayer film 9 is formed on the entire surface. This interlayer film 9 is formed by, for example, the CVD method or the like, and is subsequently flattened by heat treatment. Since the conventional heat treatment has been performed at 920 ° C. for about 75 minutes to flatten, boron in the polysilicon diffuses into the tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage, as described above. In the present invention, short-time heat treatment (RTA) is performed at a temperature of 800 to 1050 ° C., for example, at about 1025 ° C. for about 45 seconds, and the proportion of phosphorus in the BPSG interlayer film is changed from 5 wt% to 6 wt% to facilitate flattening. This suppressed the diffusion of boron into tungsten silicide. This heat treatment also activates and diffuses impurities in the source / drain regions ion-implanted. Subsequently, the interlayer film 9 is selectively etched to form contact holes communicating with the source / drain regions and the gate electrode. After that, contact reflow treatment is performed.
A heat treatment (RTA) at 850 ° C. for about 30 seconds was performed for a heat treatment for about 0 minutes to suppress the diffusion of boron into tungsten silicide. Subsequently, a metal material or the like is formed on the entire surface by vacuum vapor deposition or sputtering, and then photolithography and etching are performed to form a patterned metal wiring 10. Finally, the entire substrate 1 is covered with the surface protective film 11.

【0022】図5はゲート電極の容量特性について示す
図である。図5(a)のグラフは横軸にゲート印加電圧
をとってあり、縦軸にはゲート電極の全容量Cをゲート
酸化膜容量COXで割った測定値をとってある。図5
(b)は測定したときの基板断面図と結線の様子を示し
たものである。図5(c)は図5(b)の等価回路を示
す。ここでCPOLYはゲート電極容量である。図5(a)
グラフのゲート印加電圧が負の領域はゲート電極及びゲ
ート酸化膜の容量で、正の領域は基板空乏層容量であ
る。ゲート印加電圧が負の領域での本発明品はほとんど
全領域でC/COX=1であるのに対して、従来品は0.
86となっている。これは以下の通りである。本発明品
のゲート電極内には空乏層が存在しないのでゲート電極
容量CPOLYがなくC/COX=COX/COX=1となるが、
従来品のゲート電極内には空乏層が存在しゲート電極容
量CPOLYによりC/COX=CPOLY/(COX+CPOLY)と
なるため1以下となる。つまりC/COX<1ということ
はゲート電極の濃度が薄いということである。この両者
でのPMOSトランジスタのしきい値電圧は本発明が|
VTHP|=0.05Vに対し従来品は0.71Vと上
がっている。
FIG. 5 is a diagram showing the capacitance characteristics of the gate electrode. In the graph of FIG. 5A, the horizontal axis represents the gate applied voltage, and the vertical axis represents the measured value obtained by dividing the total capacitance C of the gate electrode by the gate oxide film capacitance C OX . FIG.
(B) is a cross-sectional view of the substrate and the state of connection when measured. FIG. 5C shows an equivalent circuit of FIG. 5B. Here, C POLY is the gate electrode capacitance. FIG. 5 (a)
In the graph, the region where the gate applied voltage is negative is the capacitance of the gate electrode and the gate oxide film, and the positive region is the substrate depletion layer capacitance. The product of the present invention in the region where the gate applied voltage is negative has C / C ox = 1 in almost all regions, whereas the conventional product has a value of 0.
It is 86. This is as follows. Since there is no depletion layer in the gate electrode of the present invention, there is no gate electrode capacitance C POLY and C / C OX = C OX / C OX = 1.
Since there is a depletion layer in the gate electrode of the conventional product and C / C OX = C POLY / (C OX + C POLY ) due to the gate electrode capacitance C POLY , it is 1 or less. That is, C / C ox <1 means that the concentration of the gate electrode is low. The threshold voltage of the PMOS transistor in both cases is
Compared to VTH P | = 0.05V, the conventional product has risen to 0.71V.

【0023】図6には各々工程で行ったときのポリシリ
コンへのボロン注入濃度対しきい値電圧の変化量を示
す。横軸にボロン注入濃度をとってあり、縦軸にしきい
値電圧の変化量をとってある。本発明は注入濃度2E1
9atom/cm3以上で|VTH|は変わっていない
が、従来は1E21atom/cm3注入しても|VT
H|が変わっている。濃度1E21atom/cm3
入するには、かなりの時間がかかった。
FIG. 6 shows the change amount of the boron implantation concentration into polysilicon versus the threshold voltage when each step is performed. The horizontal axis shows the boron implantation concentration, and the vertical axis shows the amount of change in the threshold voltage. The present invention has an injection concentration of 2E1.
Although | VTH | has not changed at 9 atom / cm 3 or more, conventionally, even if 1E21 atom / cm 3 is injected, | VT
H | has changed. It took a considerable time to inject a concentration of 1E21 atom / cm 3 .

【0024】本発明にかかる半導体製造方法の第二実施
例を詳細に説明する。図7を参照してP+ポリサイドゲ
ート、LDD構造のPMOSトランジスタの形成工程を
説明する。工程Iにおいて、P型シリコン基板1の表面
にN型の不純物例えばリンをイオン注入して1150℃
で熱処理を施し、注入された不純物リンの拡散及び活性
化を行い図示するようにNウェル層2を形成する。その
上にゲート酸化膜3例えば150Åを860℃の熱処理
で形成した後チャネルドープ4を行う。このチャネルド
ープ4はPMOSトランジスタのしきいち電圧調整のた
めに行うものであり、N型の不純物例えばリンや砒素を
注入する。次にゲート酸化膜3上にポリシリコン5をC
VD法により堆積させる。本発明品では2000Åのポ
リシリコンを形成している。このポリシリコンをP型化
するためにP型の不純物をイオン注入する。本発明品で
は、P型の不純物としてボロン単体ではなくボロンの化
合物BF2をイオン種として用い注入を行っている。注
入濃度はイオン注入/ポリシリコン膜厚=2E19at
om/cm3以上にする。その後イオン注入した不純物
を活性化及び拡散を行うために700〜900℃の温度
例えば850℃で熱処理をしてポリシリコンをP型化す
る。次にポリシリコン5上にタングステンシリサイド6
を2000Å以下例えば1000Åの膜をCVD法によ
り堆積させフォトレジストをパターニングしポリシリコ
ンとシリサイド膜を同じタイミングでエッチングしてポ
リサイドゲート電極を形成する。次に基板の表面全面に
850℃以下の温度例えば400℃で5〜1000Åの
CVD絶縁膜7を形成する。本発明品では400ÅのC
VD絶縁膜を形成した。従来は熱酸化で膜を形成してい
たためポリシリコン中のボロンがタングステンシリサイ
ドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上げるような問
題が生じていた。またポリシリコンの表面にボロンが多
く存在している場合、ポリシリコン中に均一に分布して
いるよりも多くのボロンがタングステンシリサイドへ拡
散してしまう。その後LDD(LightlyDope
dDrain)12領域を形成する。この場合も上記同
様にCVD絶縁膜7越しに半導体基板へイオン注入を行
うのでイオン注入エネルギーに対するCVD最大膜厚が
存在する(図4と同等)。本発明品では不純物BF2
加速エネルギー70KeVで3E13atom/cm2
をイオン注入した。またここのCVD絶縁膜7はLDD
イオン注入による半導体基板ダメージの緩衝材として用
いている。
A second embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail. A process of forming a P + polycide gate and a PMOS transistor having an LDD structure will be described with reference to FIGS. In step I, an N-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into the surface of the P-type silicon substrate 1 at 1150 ° C.
Then, the implanted impurity phosphorus is diffused and activated to form the N well layer 2 as shown in FIG. A gate oxide film 3 such as 150 Å is formed thereon by heat treatment at 860 ° C., and then channel doping 4 is performed. The channel dope 4 is for adjusting the threshold voltage of the PMOS transistor, and N-type impurities such as phosphorus and arsenic are implanted. Next, the polysilicon 5 is deposited on the gate oxide film 3 by C
It is deposited by the VD method. In the product of the present invention, 2000 Å polysilicon is formed. P-type impurities are ion-implanted to make this polysilicon P-type. In the product of the present invention, the compound BF 2 of boron is used as an ion species instead of boron alone as a P-type impurity for implantation. Implantation concentration is ion implantation / polysilicon film thickness = 2E19 at
om / cm 3 or more. After that, in order to activate and diffuse the ion-implanted impurities, heat treatment is performed at a temperature of 700 to 900 ° C., for example, 850 ° C., so that the polysilicon becomes P-type. Next, tungsten silicide 6 is formed on the polysilicon 5.
A film having a thickness of 2000 Å or less, for example, 1000 Å is deposited by the CVD method, the photoresist is patterned, and the polysilicon and the silicide film are etched at the same timing to form a polycide gate electrode. Next, a CVD insulating film 7 of 5 to 1000 Å is formed on the entire surface of the substrate at a temperature of 850 ° C. or lower, for example, 400 ° C. In the product of the present invention, C of 400Å
A VD insulating film was formed. In the past, since the film was formed by thermal oxidation, there was a problem that boron in polysilicon was diffused into tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage. Further, when a large amount of boron is present on the surface of polysilicon, more boron is diffused into the tungsten silicide than is evenly distributed in the polysilicon. Then LDD (LightlyDope)
dDrain) 12 regions are formed. Also in this case, since the ions are implanted into the semiconductor substrate through the CVD insulating film 7 similarly to the above, there is a maximum CVD film thickness with respect to the ion implantation energy (equivalent to FIG. 4). In the product of the present invention, the impurity BF 2 is 3E13 atom / cm 2 at an acceleration energy of 70 KeV.
Was ion-implanted. The CVD insulating film 7 here is LDD
It is used as a cushioning material for semiconductor substrate damage due to ion implantation.

【0025】工程IIにおいて、基板の表面全面にCVD
絶縁膜例えば2500Åを堆積させエッチングすること
よりサイドスペーサ13を形成する。工程IIIにおい
て、酸素雰囲気で800〜1050℃の温度で短時間熱
処理で例えば960℃程度で45秒程熱処理し、酸化膜
14を形成するとともに前工程のエッチングによるダメ
ージを回復させる。従来は950℃45分の熱酸化で膜
を形成していたためポリシリコン中のボロンがタングス
テンシリサイドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上
げるような問題が生じていた。次に酸化膜14を介して
P型の不純物を高濃度でイオン注入しソース/ドレイン
領域を形成する。本発明品では不純物BF2を80Ke
Vで5E15atom/cm2をイオン注入した。
In step II, CVD is performed on the entire surface of the substrate.
Side spacers 13 are formed by depositing and etching an insulating film, for example, 2500 Å. In step III, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 800 to 1050 ° C. for a short time, for example, at 960 ° C. for about 45 seconds to form the oxide film 14 and recover damage caused by etching in the previous step. Conventionally, since a film was formed by thermal oxidation at 950 ° C. for 45 minutes, there was a problem that boron in polysilicon was diffused into tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage. Then, P-type impurities are ion-implanted at a high concentration through the oxide film 14 to form source / drain regions. In the product of the present invention, the impurity BF 2 is 80 Ke.
5E15 atom / cm 2 was ion-implanted at V.

【0026】最後に工程IVにおいて全面にBPSG層間
膜9を成膜する。この層間膜9は例えばCVD法等によ
り形成され引き続き熱処理により平坦化される。従来熱
処理は920℃で75分程度で平坦化を行っていたため
前でも述べたようにポリシリコン中のボロンがタングス
テンシリサイドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上
げていた。本発明では800〜1050℃の温度で短時
間熱処理(RTA)例えば980℃程度で45秒程熱処
理し、かつ平坦化しやすいようにBPSG層間膜のリン
の割合を5wt%から6wt%に変えた。これによりボ
ロンのタングステンシリサイドへ拡散を抑制した。この
熱処理でイオン注入したソース/ドレイン領域の不純物
の活性化及び拡散も行っている。続いて層間膜9を選択
的にエッチングしソース/ドレイン領域及びゲート電極
に連通するコンタクトホールを形成する。この後コンタ
クトリフロー処理を行うが、これも従来が880℃30
分程の熱処理に対して850℃で30秒程の熱処理(R
TA)で行いボロンのタングステンシリサイドへ拡散を
抑制した。続いて真空蒸着あるいはスパッタリング等に
より金属材料等を全面的に成膜した後フォトリソグラフ
ィ及びエッチングを行いパターニングされたメタル配線
10を形成する。最後に基板1の全体を表面保護膜11
で被覆する。
Finally, in step IV, a BPSG interlayer film 9 is formed on the entire surface. This interlayer film 9 is formed by, for example, the CVD method or the like, and is subsequently flattened by heat treatment. Since the conventional heat treatment has been performed at 920 ° C. for about 75 minutes to flatten, boron in the polysilicon diffuses into the tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage, as described above. In the present invention, short-time heat treatment (RTA) is performed at a temperature of 800 to 1050 ° C., for example, at 980 ° C. for about 45 seconds, and the proportion of phosphorus in the BPSG interlayer film is changed from 5 wt% to 6 wt% to facilitate flattening. This suppressed the diffusion of boron into tungsten silicide. This heat treatment also activates and diffuses impurities in the source / drain regions ion-implanted. Subsequently, the interlayer film 9 is selectively etched to form contact holes communicating with the source / drain regions and the gate electrode. After this, contact reflow processing is performed, which is also 880 ° C 30
Heat treatment for about 30 seconds at 850 ° C (R
TA) to suppress the diffusion of boron into tungsten silicide. Subsequently, a metal material or the like is formed on the entire surface by vacuum vapor deposition or sputtering, and then photolithography and etching are performed to form a patterned metal wiring 10. Finally, the entire substrate 1 is covered with the surface protection film 11
Cover with.

【0027】本発明にかかる半導体製造方法の第三実施
例を詳細に説明する。まず図8を参照して両極ポリサイ
ドゲート構造のCMOSトランジスタのゲート酸化膜形
成工程までを説明する。工程aにおいて、P型シリコン
基板1の表面にNウェル層2を形成する。基板表面にマ
スクとして所定の形状にパターニングされた酸化膜14
を形成した後、N型の不純物例えば燐を2E12ato
m/cm2のドーズ量でイオン注入する。この後、11
50℃で6時間加熱処理を施し、注入された不純物燐の
拡散及び活性化を行い図示するようにNウェル層2を形
成する。このNウェル層2にPチャネルMOSトランジ
スタが形成され、隣接部分にNチャネルMOSトランジ
スタが形成される事になる。
A third embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail. First, the steps up to the step of forming a gate oxide film of a CMOS transistor having a bipolar polycide gate structure will be described with reference to FIG. In step a, the N well layer 2 is formed on the surface of the P type silicon substrate 1. Oxide film 14 patterned into a predetermined shape as a mask on the substrate surface
After the formation of N, an N-type impurity such as phosphorus is added to 2E12ato.
Ion implantation is performed with a dose amount of m / cm 2 . After this, 11
A heat treatment is performed at 50 ° C. for 6 hours to diffuse and activate the implanted impurity phosphorus to form the N well layer 2 as shown in the figure. A P channel MOS transistor is formed in the N well layer 2 and an N channel MOS transistor is formed in the adjacent portion.

【0028】工程bにおいてフィールドドープを行う。
この為に、まずトランジスタ素子の形成される活性領域
を被覆するようにシリコン窒化膜15をパターニング形
成する。特に、Nウェル2の上にはシリコン窒化膜15
に重ねてフォトレジスト16も形成する。この状態で不
純物ボロンを30KeVの加速エネルギー及び2E13
atom/cm2のドーズ量でイオン注入しフィールド
ドープを行う。図示するように、素子領域を囲む部分に
フィールドドープ領域が形成される。
Field doping is performed in step b.
For this purpose, first, the silicon nitride film 15 is patterned so as to cover the active region where the transistor element is formed. Particularly, a silicon nitride film 15 is formed on the N well 2.
A photoresist 16 is also formed by overlapping. In this state, the impurity boron is accelerated with an acceleration energy of 30 KeV and 2E13.
Ion implantation is performed at a dose amount of atom / cm 2 to perform field doping. As shown, a field dope region is formed in the portion surrounding the device region.

【0029】続いて工程cにおいて所謂LOCOS処理
を行い素子領域を囲むようにフィールド酸化膜17を形
成する。この後、犠牲酸化及びその除去処理を行い、基
板1の表面に残された異物を除去し清浄化する。最後に
工程dにおいて基板1表面の熱酸化処理を行い素子領域
を覆うようにゲート酸化膜3を形成する。この熱酸化処
理はH2O雰囲気中で860℃の温度で行い約150Å
程度に酸化膜を成膜する。
Then, in step c, so-called LOCOS treatment is performed to form a field oxide film 17 so as to surround the element region. After that, sacrificial oxidation and its removal treatment are performed to remove foreign matters left on the surface of the substrate 1 for cleaning. Finally, in step d, the surface of the substrate 1 is thermally oxidized to form a gate oxide film 3 so as to cover the element region. This thermal oxidation treatment is performed at a temperature of 860 ° C. in an H 2 O atmosphere and the temperature is about 150 Å
An oxide film is formed to some extent.

【0030】続いて図9を参照して後続工程を説明す
る。まず工程eにおいてPチャネルMOSトランジスタ
のしきい値電圧調整のためのチャネルドープを行う。P
チャネルMOSトランジスタが形成されるNウェル層2
の上以外にフォトレジスト16をパターニングして形成
する。そしてN型の不純物例えば燐や砒素を注入する。
NチャネルMOSトランジスタが形成される予定の隣接
領域にはフォトレジスト16がマスクとなり不純物はさ
れない。注入加速エネルギーはイオン注入する際に介在
する酸化膜厚に対して不純物ごとに最小と最大があり、
その関係を図12に示す。図12の縦軸にゲート酸化膜
厚、横軸にチャネルドープエネルギーをとってある。可
能な加速エネルギー領域は各種不純物のMIN線の右側
よりMAX線の左側の範囲である。例えば酸化膜厚が1
50Åの場合、砒素は16KeVから61KeVで、燐
は12KeVから26KeVとなり、120Åの場合、
砒素は13KeVから58KeVで、燐は10KeVか
ら25KeVとなり、100Åの場合、砒素は11Ke
Vから56KeVで、燐は8KeVから24KeVとな
る。図13にPチャネルMOSトランジスタのしきい値
電圧に対する単位ゲート電極幅当たりのリーク電流を示
す。図13の縦軸にリーク電流、横軸にしきい値電圧を
とってある。ここでチャネルドープはN型の不純物燐を
25KeVの加速エネルギーでイオン注入した。またP
チャネルMOSトランジスタのゲート電極長が1.4μ
mで、ドレイン電圧(Vd)が−1.5Vのときのリー
ク電流を測定した。ゲート酸化膜厚(Gate)が12
0Åに対して100Åのリーク電流は約4倍増加してい
ることがわかる。これはゲート酸化膜100Åに対し2
5KeVの加速エネルギーでイオン注入したためであ
る。次に図14にチャネルドープエネルギーに対するサ
ブスレッショルド係数Sを示す。図14の縦軸にサブス
レッショルド係数S、横軸にチャネルドープエネルギー
をとってあり、ゲート酸化膜厚150Åでしきい値(絶
対値)0.4Vのとき測定したものである。これよりエ
ネルギーが小さいほどSは小さくなることがわかる。砒
素は加速エネルギーが60KeVでSが71.8mV/
decade以下であるのに対し、燐は40KeVで7
4.7mV/decadeになっている。これは砒素の
方が同じエネルギーでも燐よりSを小さくすることがで
きるということである。前にも述べたようにSは小さい
ほどトランジスタが高速に動作し、且つしきい値電圧が
低いときのリーク電流を抑制することができる。図15
にPチャネルMOSトランジスタのサブスレッショルド
係数vs単位ゲート電極幅当たりのリーク電流を示す。
図15の縦軸にリーク電流、横軸にサブスレッショルド
係数Sをとってあり、ゲート酸化膜厚が150Åのと
き、リーク電流はドレイン電圧(Vd)が−.5Vで、
しきい値電圧としては−0.4Vのとき測定した。Sが
74mV/decadeを越えるとリーク電流は約2倍
以上に増えることがわかる。
Next, the subsequent process will be described with reference to FIG. First, in step e, channel doping is performed to adjust the threshold voltage of the P-channel MOS transistor. P
N well layer 2 in which a channel MOS transistor is formed
A photoresist 16 is formed by patterning other than the above. Then, N type impurities such as phosphorus and arsenic are implanted.
The photoresist 16 serves as a mask in the adjacent region where the N-channel MOS transistor is to be formed, and is not doped with impurities. The implantation acceleration energy has a minimum and maximum for each impurity with respect to the oxide film thickness that intervenes during ion implantation.
The relationship is shown in FIG. In FIG. 12, the vertical axis represents the gate oxide film thickness, and the horizontal axis represents the channel doping energy. The possible acceleration energy region is the range from the right side of the MIN line of various impurities to the left side of the MAX line. For example, oxide film thickness is 1
In the case of 50Å, arsenic is changed from 16 KeV to 61 KeV and phosphorus is changed from 12 KeV to 26 KeV, and in the case of 120Å,
Arsenic is 13 KeV to 58 KeV, phosphorus is 10 KeV to 25 KeV, and at 100 Å, arsenic is 11 KeV.
From V to 56 KeV, phosphorus is from 8 KeV to 24 KeV. FIG. 13 shows the leak current per unit gate electrode width with respect to the threshold voltage of the P-channel MOS transistor. In FIG. 13, the vertical axis represents the leak current and the horizontal axis represents the threshold voltage. Here, for channel doping, N-type impurity phosphorus was ion-implanted at an acceleration energy of 25 KeV. Also P
Channel MOS transistor gate electrode length is 1.4μ
In m, the leak current was measured when the drain voltage (Vd) was −1.5V. Gate oxide film thickness (Gate) is 12
It can be seen that the leakage current of 100Å is about 4 times as large as that of 0Å. This is 2 for 100Å of gate oxide film
This is because the ions are implanted with the acceleration energy of 5 KeV. Next, FIG. 14 shows the subthreshold coefficient S with respect to the channel doping energy. The sub-threshold coefficient S is plotted on the vertical axis and the channel doping energy is plotted on the horizontal axis in FIG. It can be seen that the smaller the energy is, the smaller S is. Arsenic has an acceleration energy of 60 KeV and S of 71.8 mV /
Phosphorus is 7 at 40 KeV, while less than decade
It is 4.7 mV / decade. This means that arsenic can make S smaller than phosphorus even with the same energy. As described above, the smaller S is, the faster the transistor operates, and the more the leak current when the threshold voltage is low can be suppressed. FIG.
Shows the sub-threshold coefficient vs. leakage current per unit gate electrode width of the P-channel MOS transistor.
In FIG. 15, the ordinate represents the leak current and the abscissa represents the subthreshold coefficient S. When the gate oxide film thickness is 150 Å, the leak current has a drain voltage (Vd) of −. At 5V,
The threshold voltage was measured at -0.4V. It can be seen that when S exceeds 74 mV / decade, the leak current increases about twice or more.

【0031】次に工程fにおいてNチャネルMOSトラ
ンジスタのしきい値電圧調整のためのチャネルドープを
行う。前工程で形成されたフォトレジスト16を除去し
た後NチャネルMOSトランジスタが形成される領域以
外はフォトレジスト16でマスクしておき、P型の不純
物例えばBF2を注入する。加速エネルギーはPチャネ
ルMOSトランジスタのときと同様にイオン注入する際
に介在する酸化膜厚に対して不純物ごとに最小と最大が
ある(図12)。例えば酸化膜厚が150Åの場合、2
0KeVから60KeVで、120Åの場合、16Ke
Vから58KeVで、100Åの場合、14KeVから
56KeVとなる。図16にNチャネルMOSトランジ
スタのしきい値電圧に対する単位ゲート電極幅当たりの
リーク電流を示す。図16の縦軸にリーク電流、横軸に
しきい値電圧をとってある。ここでチャネルドープはP
型の不純物BF2を25KeVの加速エネルギーでイオ
ン注入した。またPチャネルMOSトランジスタのゲー
ト電極長が1.0と1.4と10μmで、ドレイン電圧
(Vd)が−1.5Vのときのリーク電流を測定した。
それぞれのゲート電極長でゲート酸化膜厚(Gate)
が100及び120Åのリーク電流はほぼ同じ。
Then, in step f, channel doping for adjusting the threshold voltage of the N-channel MOS transistor is performed. After removing the photoresist 16 formed in the previous step, the photoresist 16 is masked except for the region where the N-channel MOS transistor is formed, and a P-type impurity such as BF 2 is implanted. As in the case of the P-channel MOS transistor, the acceleration energy has a minimum value and a maximum value for each impurity with respect to the oxide film thickness that intervenes during ion implantation (FIG. 12). For example, if the oxide film thickness is 150Å, 2
From 0 KeV to 60 KeV, in case of 120Å, 16 Ke
When V is 58 KeV and 100 Å, it is 14 KeV to 56 KeV. FIG. 16 shows the leak current per unit gate electrode width with respect to the threshold voltage of the N-channel MOS transistor. In FIG. 16, the vertical axis represents the leak current and the horizontal axis represents the threshold voltage. Here, the channel dope is P
Type impurity BF 2 was ion-implanted at an acceleration energy of 25 KeV. In addition, the leak current was measured when the gate electrode length of the P-channel MOS transistor was 1.0, 1.4 and 10 μm and the drain voltage (Vd) was −1.5V.
Gate oxide film thickness (Gate) for each gate electrode length
The leakage currents of 100 and 120Å are almost the same.

【0032】次に工程gにおいて前工程で形成されたフ
ォトレジスト16を除去した後ゲート酸化膜上にポリシ
リコン5をCVD法により堆積させる。本発明品では2
000Åのポリシリコンを形成している。NチャネルM
OSトランジスタ用のゲート電極を形成するため、まず
NチャネルMOSトランジスタが形成される領域以外は
フォトレジスト16でマスクしておく。続いてこのポリ
シリコンをN型化するためにN型の不純物をイオン注入
する。本発明品では、N型の不純物として燐または砒素
をイオン種として用い注入を行っている。注入濃度はイ
オン注入/ポリシリコン膜厚=2E19atom/cm
3以上にする。つまりポリシリコン膜厚が2000Åの
ときは4E14atom/cm2以上さらに好ましくは
5E15atom/cm2をイオン注入する。またはポ
リシリコン膜厚が3000Åのときは6E14atom
/cm2以上さらに好ましくは8E15atom/cm2
をイオン注入する。イオン注入は濃度が濃い(多い)程
注入時間が長くなる。イオン注入加速エネルギーは、ポ
リシリコン膜厚が2000Åのときは例えば燐は40K
eV程度に、砒素は90KeV程度に、または3000
Åのときは例えば燐は60KeV程度に、砒素は110
KeV程度に設定する。
Next, in step g, the photoresist 16 formed in the previous step is removed, and then polysilicon 5 is deposited on the gate oxide film by the CVD method. 2 in the product of the present invention
It forms 000Å polysilicon. N channel M
In order to form the gate electrode for the OS transistor, first, the region other than the region where the N-channel MOS transistor is formed is masked with the photoresist 16. Then, N-type impurities are ion-implanted in order to make this polysilicon N-type. In the product of the present invention, implantation is performed using phosphorus or arsenic as an ion species as an N-type impurity. Implantation concentration is ion implantation / polysilicon film thickness = 2E19 atom / cm
Set to 3 or more. That is, when the polysilicon film thickness is 2000 Å, 4E14 atom / cm 2 or more, more preferably 5E15 atom / cm 2 is ion-implanted. Or 6E14 atom when the polysilicon film thickness is 3000Å
/ Cm 2 or more, more preferably 8E15 atom / cm 2
Is ion-implanted. The higher the concentration of ion implantation (more), the longer the implantation time. When the polysilicon film thickness is 2000 Å, the ion implantation acceleration energy is, for example, 40 K for phosphorus.
eV, arsenic to about 90 KeV, or 3000
When Å, for example, phosphorus is about 60 KeV and arsenic is 110
Set to about KeV.

【0033】次に工程hにおいて前工程で形成されたフ
ォトレジスト16を除去した後PチャネルMOSトラン
ジスタ用のゲート電極を形成するため、まず先にN型不
純物をイオン注入した領域はフォトレジスト16でマス
クしておく。続いてこのポリシリコンをP型化するため
にP型の不純物をイオン注入する。本発明品では、P型
の不純物としてボロン単体ではなくボロンの化合物BF
2をイオン種として用い注入を行っている。注入濃度は
イオン注入/ポリシリコン膜厚=2E19atom/c
3以上にする。イオン注入加速エネルギーとしては例
えば40KeV程度に設定する。BF2はB単体に比べ
て分子量が大きいためイオン注入時の飛程が小さいので
ポリシリコンの表面にイオン注入できる。逆にBは飛程
が大きいためBF2と同じ加速エネルギーで行うと、ボ
ロンがシリコン基板にまで入ってしまう。入らないよう
にするには、かなり加速エネルギーを低くしなければな
らない。その後イオン注入した不純物を活性化及び拡散
を行うために700〜900℃の温度例えば850℃で
熱処理をしてポリシリコンをN/P型化する。
Next, in step h, the photoresist 16 formed in the previous step is removed, and then the gate electrode for the P-channel MOS transistor is formed. Therefore, the region where the N-type impurity is ion-implanted is the photoresist 16 first. Keep a mask. Subsequently, P-type impurities are ion-implanted in order to make the polysilicon P-type. In the product of the present invention, as a P-type impurity, a boron compound BF is used instead of boron alone.
Implantation is performed using 2 as the ion species. Implantation concentration is ion implantation / polysilicon film thickness = 2E19 atom / c
m 3 or more. The ion implantation acceleration energy is set to about 40 KeV, for example. Since BF 2 has a larger molecular weight than B alone and has a small range at the time of ion implantation, it can be ion-implanted on the surface of polysilicon. On the contrary, since B has a large range, if it is carried out with the same acceleration energy as BF 2 , boron will even enter the silicon substrate. To prevent entry, the acceleration energy must be lowered considerably. After that, in order to activate and diffuse the ion-implanted impurities, heat treatment is performed at a temperature of 700 to 900 ° C., for example, 850 ° C. to change the polysilicon into N / P type.

【0034】続いて図10を参照して後続工程を説明す
る。工程iにおいてポリシリコン5上にタングステンシ
リサイド6を2000Å以下例えば1000Åの膜をC
VD法により堆積させフォトレジストをパターニングし
ポリシリコンとシリサイド膜を同じタイミングでエッチ
ングしてP型ポリサイドゲート電極18及びN型ポリサ
イドゲート電極19を形成する。シリサイド膜が厚い程
ポリシリコン中のボロンがシリサイドへ多く拡散する。
Next, the subsequent process will be described with reference to FIG. In step i, a tungsten silicide 6 of 2000 Å or less, for example, a film of 1000 Å C is formed on the polysilicon 5.
The photoresist is patterned by the VD method, the photoresist is patterned, and the polysilicon and the silicide film are etched at the same timing to form the P-type polycide gate electrode 18 and the N-type polycide gate electrode 19. The thicker the silicide film, the more boron in the polysilicon diffuses into the silicide.

【0035】次に工程jにおいて基板の表面全面に85
0℃以下の温度例えば400℃で5〜1000ÅのCV
D絶縁膜7を形成する。前にも述べたようにCVD絶縁
膜厚は、後工程のソース/ドレイン領域形成のイオン注
入エネルギーに依存する。本発明品では400Åまたは
40ÅのCVD絶縁膜を形成した。従来は熱酸化で膜を
形成していたためポリシリコン中のボロンがタングステ
ンシリサイドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧を上げ
るような問題が生じていた。またポリシリコンの表面に
ボロンが多く存在している場合、ポリシリコン中に均一
に分布しているよりも多くのボロンがタングステンシリ
サイドへ拡散してしまう。
Next, in step j, 85 is formed on the entire surface of the substrate.
CV of 5 to 1000Å at a temperature of 0 ° C or lower, for example, 400 ° C
The D insulating film 7 is formed. As described above, the CVD insulating film thickness depends on the ion implantation energy for forming the source / drain regions in the subsequent process. In the product of the present invention, a 400 Å or 40 Å CVD insulating film was formed. In the past, since the film was formed by thermal oxidation, there was a problem that boron in polysilicon was diffused into tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage. Further, when a large amount of boron is present on the surface of polysilicon, more boron is diffused into the tungsten silicide than is evenly distributed in the polysilicon.

【0036】次に工程kにおいてNチャネルMOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域を形成する。この際、
PチャネルMOSトランジスタの形成されるNウェル層
2の上はフォトレジスト16でマスクしておく。この状
態でゲート電極19をマスクに利用したセルファアライ
メントによりN型不純物燐をイオン注入する。イオン注
入の条件はCVD膜厚400Åには燐を70KeVのエ
ネルギーで5E15atom/cm2のドーズにし、4
0Åには40KeVのエネルギーで3.5E15ato
m/cm2のドーズで行った。従来と異なりN型の不純
物として燐を用いているのでこの後熱処理を行わなくて
も所定のソース/ドレイン領域の導電率を得ることがで
きる。従来はN型の不純物として拡散係数が小さな砒素
を用いていたので、950℃で30分程度の高温熱拡散
処理が必要であったためポリシリコン中のボロンがタン
グステンシリサイドへ拡散し濃度を下げてしきい値電圧
を上げるような問題が生じていた。
Next, in step k, the source / drain regions of the N-channel MOS transistor are formed. On this occasion,
The upper surface of the N well layer 2 where the P channel MOS transistor is formed is masked with a photoresist 16. In this state, N-type impurity phosphorus is ion-implanted by self alignment using the gate electrode 19 as a mask. The ion implantation conditions are as follows: For CVD film thickness of 400 Å, phosphorus is made to have an energy of 70 KeV and a dose of 5E15 atom / cm 2.
3.5E15ato with 40 KeV energy for 0Å
The dose was m / cm 2 . Since phosphorus is used as the N-type impurity unlike the prior art, it is possible to obtain a predetermined conductivity of the source / drain regions without subsequent heat treatment. Conventionally, arsenic having a small diffusion coefficient was used as an N-type impurity, so that high temperature thermal diffusion treatment at 950 ° C. for about 30 minutes was required, so that boron in polysilicon was diffused into tungsten silicide to lower the concentration. There was a problem of raising the threshold voltage.

【0037】最後に工程lにおいて残されたPチャネル
MOSトランジスタのソース/ドレイン領域を形成す
る。この際には先に形成されたNチャネルMOSトラン
ジスタの部分をフォトレジスト16でマスクしておく。
この状態でゲート電極18をマスクに利用したセルファ
アライメントによりP型不純物を高濃度でイオン注入す
る。本発明品ではCVD膜厚400Åにはボロンを30
KeVのエネルギーで5E15atom/cm2または
BF2を80KeVのエネルギーで6E15atom/
cm2のドーズで行い、40ÅにはBF2を80KeVの
エネルギーで5E15atom/cm2または3.5E
15atom/cm2のドーズで行った。
Finally, the source / drain regions of the P-channel MOS transistor left in step 1 are formed. At this time, the portion of the N-channel MOS transistor previously formed is masked with the photoresist 16.
In this state, P-type impurities are ion-implanted at high concentration by self alignment using the gate electrode 18 as a mask. In the product of the present invention, boron is added to the CVD film thickness of 400 Å.
With energy of KeV to 5E15atom / cm 2 or BF 2 at an energy of 80KeV 6E15atom /
The dose is cm 2 and BF 2 is 5E15 atom / cm 2 or 3.5E at an energy of 80 KeV for 40 Å.
The dose was 15 atom / cm 2 .

【0038】続いて図11を参照してメタル配線等の工
程を説明する。なお図11は両極ポリサイドゲート構造
のCMOSトランジスタの完成状態を示している。図示
するように、PチャネルMOSトランジスタのソース/
ドレイン領域を形成した後フォトレジスト16を除去し
全面にBPSG層間膜9を成膜する。この層間膜9は例
えばCVD法等により形成され引き続き熱処理により平
坦化される。従来熱処理は920℃で75分程度で平坦
化を行っていたため前でも述べたようにポリシリコン中
のボロンがタングステンシリサイドへ拡散し濃度を下げ
てしきい値電圧を上げていた。本発明では800〜10
50℃の温度で短時間熱処理(RTA)例えば1000
℃程度で45秒程熱処理し、かつ平坦化しやすいように
BPSG層間膜のリンの割合を5wt%から6wt%に
変えた。これによりボロンのタングステンシリサイドへ
拡散を抑制した。この熱処理でイオン注入したソース/
ドレイン領域の不純物の活性化及び拡散も行っている。
続いて層間膜9を選択的にエッチングしソース/ドレイ
ン領域及びゲート電極に連通するコンタクトホールを形
成する。この後コンタクトリフロー処理を行うが、これ
も従来が880℃30分程の熱処理に対して850℃で
30秒程の熱処理(RTA)で行いボロンのタングステ
ンシリサイドへ拡散を抑制した。続いて真空蒸着あるい
はスパッタリング等により金属材料等を全面的に成膜し
た後フォトリソグラフィ及びエッチングを行いパターニ
ングされたメタル配線10を形成する。最後に基板1の
全体を表面保護膜11で被覆する。
Next, with reference to FIG. 11, a step of forming metal wiring will be described. Note that FIG. 11 shows a completed state of a CMOS transistor having a bipolar polycide gate structure. As shown, the source / source of the P-channel MOS transistor
After forming the drain region, the photoresist 16 is removed and the BPSG interlayer film 9 is formed on the entire surface. This interlayer film 9 is formed by, for example, the CVD method or the like, and is subsequently flattened by heat treatment. Since the conventional heat treatment has been performed at 920 ° C. for about 75 minutes to flatten, boron in the polysilicon diffuses into the tungsten silicide to lower the concentration and raise the threshold voltage, as described above. In the present invention, 800 to 10
Short time heat treatment (RTA) at a temperature of 50 ° C., for example 1000
The heat treatment was carried out at about ° C for about 45 seconds, and the proportion of phosphorus in the BPSG interlayer film was changed from 5 wt% to 6 wt% so as to facilitate flattening. This suppressed the diffusion of boron into tungsten silicide. Ion-implanted source by this heat treatment /
The impurities in the drain region are also activated and diffused.
Subsequently, the interlayer film 9 is selectively etched to form contact holes communicating with the source / drain regions and the gate electrode. After that, contact reflow treatment is performed, which was also performed by heat treatment (RTA) at 850 ° C. for about 30 seconds in comparison with the conventional heat treatment at 880 ° C. for about 30 minutes to suppress the diffusion of boron into tungsten silicide. Subsequently, a metal material or the like is formed on the entire surface by vacuum vapor deposition or sputtering, and then photolithography and etching are performed to form a patterned metal wiring 10. Finally, the entire substrate 1 is covered with the surface protective film 11.

【0039】本発明にかかる半導体製造方法の第四実施
例を詳細に説明する。図17を参照して両極ポリサイド
ゲート構造のCMOSトランジスタのチャネルドープ層
の形成工程を説明する。工程αまでに至る工程は図8と
同じである。工程αにおいてNチャネルMOSトランジ
スタのチャネルドープを行う。半導体基板全面にP型の
不純物BF2を注入する。
A fourth embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail. A process of forming a channel dope layer of a CMOS transistor having a bipolar polycide gate structure will be described with reference to FIG. The steps up to the step α are the same as in FIG. In step α, the N-channel MOS transistor is channel-doped. P-type impurity BF2 is implanted into the entire surface of the semiconductor substrate.

【0040】次に工程βにおいて、先にBF2がドープ
されたNチャネルMOSトランジスタ形成領域をフォト
レジスト16でマスクし、PチャネルMOSトランジス
タのチャネルドープつまりN型の不純物燐を注入する。
この時、先に形成されたP型の領域を打ちかえしてN型
のチャネル層を形成することになる。これによれば図9
のfのようにNチャネルMOSトランジスタのチャネル
ドープを行う際、PチャネルMOSトランジスタ形成領
域をフォトレジスト16でマスクする必要がなく、工程
が短くなる。しかし燐の変わりに飛程の小さい砒素を用
いると、先に形成されたP型の領域を完全に打ちかえす
ことができず、リーク電流が増えてしまう。図18にP
チャネルMOSトランジスタのチャネルドープ層の不純
物プロファイルを示す。図18の縦軸に不純物濃度、横
軸に距離をとってある。図18(a)にイオン注入する
不純物として燐を用いたときのプロファイルを示す。こ
れよりチャネルドープ層は完全にN型になっているのに
対し、不純物として砒素を用いたときは(図18
(b))、P型領域が残っていることがわかる。また逆
に最初にN型の不純物燐を半導体基板全面にイオン注入
して、PチャネルMOSトランジスタ領域をフォトレジ
スト16でマスクし、NチャネルMOSトランジスタの
チャネルドープつまりP型の不純物BF2またはボロン
をイオン注入した場合でもできる。
Next, in step β, the N-channel MOS transistor formation region previously doped with BF 2 is masked with the photoresist 16 and the channel doping of the P-channel MOS transistor, that is, N-type impurity phosphorus is implanted.
At this time, the previously formed P-type region is overridden to form an N-type channel layer. According to this,
When the channel doping of the N-channel MOS transistor is performed as in (f), it is not necessary to mask the P-channel MOS transistor formation region with the photoresist 16, which shortens the process. However, if arsenic with a small range is used instead of phosphorus, the P-type region previously formed cannot be completely overridden and the leak current increases. 18 P
The impurity profile of the channel dope layer of a channel MOS transistor is shown. In FIG. 18, the vertical axis represents the impurity concentration and the horizontal axis represents the distance. FIG. 18A shows a profile when phosphorus is used as an impurity for ion implantation. From this, the channel dope layer is completely N-type, whereas when arsenic is used as an impurity (see FIG. 18).
(B)) It can be seen that the P-type region remains. Conversely, first, N-type impurity phosphorus is ion-implanted over the entire surface of the semiconductor substrate, the P-channel MOS transistor region is masked with the photoresist 16, and the channel doping of the N-channel MOS transistor, that is, P-type impurity BF 2 or boron is performed. It is possible even when ion implantation is performed.

【0041】本発明にかかる半導体製造方法の第五実施
例を詳細に説明する。図19を参照して両極ポリサイド
ゲート構造のCMOSトランジスタのゲート電極の形成
工程を説明する。工程Aまでに至る工程は図9のfまで
同じである。工程Aにおいて前工程で形成されたフォト
レジスト16を除去した後ゲート酸化膜上にポリシリコ
ン5をCVD法により堆積させる。ポリシリコン5全面
にP型の不純物BF2をイオン注入し、700〜900
℃の温度例えば850℃で熱処理をして注入した不純物
の活性化及び拡散を行いポリシリコンをP型化する。
A fifth embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail. A process of forming a gate electrode of a CMOS transistor having a bipolar polycide gate structure will be described with reference to FIG. The steps up to the step A are the same up to f in FIG. In step A, after removing the photoresist 16 formed in the previous step, polysilicon 5 is deposited on the gate oxide film by the CVD method. P-type impurity BF 2 is ion-implanted on the entire surface of the polysilicon 5, and 700 to 900
A heat treatment is carried out at a temperature of 850 ° C., for example, to activate and diffuse the implanted impurities so that the polysilicon becomes P-type.

【0042】工程Bにおいてポリシリコン5上にタング
ステンシリサイドを2000Å以下例えば1000Åの
膜をCVD法により堆積させフォトレジストをパターニ
ングしポリシリコンとシリサイド膜を同じタイミングで
エッチングしてゲート電極を形成する。このときゲート
電極はPチャネルMOSトランジスタが形成されるNウ
ェル層2上のゲート電極及びNチャネルMOSトランジ
スタが形成される領域上のゲート電極は共にP型のポリ
サイドゲート電極18になっている。その後酸素雰囲気
で800〜1050℃の温度で短時間熱処理で例えば9
60℃程度で45秒程熱処理し酸化膜14を形成する。
In step B, a tungsten silicide film having a thickness of 2000 Å or less, for example 1000 Å, is deposited on the polysilicon 5 by the CVD method, the photoresist is patterned, and the polysilicon and the silicide film are etched at the same timing to form a gate electrode. At this time, both the gate electrode on the N well layer 2 where the P channel MOS transistor is formed and the gate electrode on the region where the N channel MOS transistor is formed are P-type polycide gate electrodes 18. After that, a short time heat treatment is performed at a temperature of 800 to 1050 ° C. in an oxygen atmosphere, for example, 9
Heat treatment is performed at about 60 ° C. for about 45 seconds to form the oxide film 14.

【0043】次に工程CにおいてNチャネルMOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域を形成する。この際、
PチャネルMOSトランジスタの形成されるNウェル層
2の上はフォトレジスト16でマスクしておく。この状
態でゲート電極18をマスクに利用したセルファアライ
メントによりN型不純物燐を例えば70KeVのエネル
ギーで5E15atom/cm2のドーズをイオン注入
する。この際にタングステンシリサイド中にも燐が入
る。
Next, in step C, the source / drain regions of the N-channel MOS transistor are formed. On this occasion,
The upper surface of the N well layer 2 where the P channel MOS transistor is formed is masked with a photoresist 16. In this state, N-type impurity phosphorus is ion-implanted at a dose of 5E15 atom / cm 2 with energy of 70 KeV, for example, by self alignment using the gate electrode 18 as a mask. At this time, phosphorus also enters the tungsten silicide.

【0044】工程DにおいてPチャネルMOSトランジ
スタのソース/ドレイン領域を形成する。この際には先
に形成されたNチャネルMOSトランジスタの部分をフ
ォトレジスト16でマスクしておく。この状態でゲート
電極18をマスクに利用したセルファアライメントによ
りP型不純物BF2またはボロンをイオン注入する。本
発明ではボロンを30KeVのエネルギーで5E15a
tom/cm2またはBF2を80KeVのエネルギーで
5E15atom/cm2の濃度で行った。その後フォ
トレジスト16を除去し全面にBPSG層間膜9を成膜
する。この層間膜9は例えばCVD法等により形成され
引き続き熱処理により平坦化される。本発明では800
〜1050℃の温度で短時間熱処理(RTA)例えば1
000℃程度で45秒程熱処理する。この時にNチャネ
ルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域形成時ゲ
ート電極のタングステンシリサイドに入った燐を下のポ
リシリコンに拡散させてP型ポリサイドゲート電極をN
型ポリサイドゲート電極にする。またこの熱処理でイオ
ン注入したソース/ドレイン領域の不純物の活性化及び
拡散も行っている。続いて層間膜9を選択的にエッチン
グしソース/ドレイン領域及びゲート電極に連通するコ
ンタクトホールを形成する。この後コンタクトリフロー
処理を行うが、これも従来が880℃30分程の熱処理
に対して850℃で30秒程の熱処理(RTA)で行い
ボロンのタングステンシリサイドへ拡散を抑制した。続
いて真空蒸着あるいはスパッタリング等により金属材料
等を全面的に成膜した後フォトリソグラフィ及びエッチ
ングを行いパターニングされたメタル配線10を形成す
る。最後に基板1の全体を表面保護膜11で被覆して図
11と同じ構造を製造する。
In step D, the source / drain regions of the P channel MOS transistor are formed. At this time, the portion of the N-channel MOS transistor previously formed is masked with the photoresist 16. In this state, P-type impurity BF 2 or boron is ion-implanted by self alignment using the gate electrode 18 as a mask. In the present invention, boron is used for 5E15a at an energy of 30 KeV.
Tom / cm 2 or BF 2 was performed at an energy of 80 KeV and a concentration of 5E15 atom / cm 2 . Then, the photoresist 16 is removed and the BPSG interlayer film 9 is formed on the entire surface. This interlayer film 9 is formed by, for example, the CVD method or the like, and is subsequently flattened by heat treatment. 800 in the present invention
Short time heat treatment (RTA) at a temperature of 1050 ° C., for example 1
Heat treatment is performed at about 000 ° C. for about 45 seconds. At this time, when the source / drain regions of the N-channel MOS transistor are formed, phosphorus that has entered tungsten silicide of the gate electrode is diffused into the polysilicon below to form the P-type polycide gate electrode as N
Type polycide gate electrode. The heat treatment also activates and diffuses the impurities in the ion-implanted source / drain regions. Subsequently, the interlayer film 9 is selectively etched to form contact holes communicating with the source / drain regions and the gate electrode. After that, contact reflow treatment is performed, which was also performed by heat treatment (RTA) at 850 ° C. for about 30 seconds in comparison with the conventional heat treatment at 880 ° C. for about 30 minutes to suppress the diffusion of boron into tungsten silicide. Subsequently, a metal material or the like is formed on the entire surface by vacuum vapor deposition or sputtering, and then photolithography and etching are performed to form a patterned metal wiring 10. Finally, the entire substrate 1 is covered with the surface protection film 11 to manufacture the same structure as that shown in FIG.

【0045】この手段をとれば第三実施例で説明した製
造方法よりポリサイドゲート電極を形成するためのマス
ク工程を省くことができるので、製造工程が短くなる。
図20を参照して本発明にかかる半導体製造方法の第六
実施例を詳細に説明する。p-型である半導体基板1の
表面に900℃で熱処理を施し熱酸化膜14を形成し、
その上にシリコン窒化膜15を成膜させる。P型ウェル
領域マスクを使用してパターニングしたフォトレジスト
を用いてシリコン窒化膜15を選択エッチングした後、
P型の不純物ボロンを1E12/cm2から5E12/
cm2のドーズ量の範囲でイオン注入する。より好適に
は3E12/cm2のドーズ量でイオン注入する。シリ
コン窒化膜15がある領域は、これがインプラマスクと
なりボロンが注入されない。この後、950℃の熱処理
を施しシリコン窒化膜15がない領域に熱酸化膜14を
更に成長させる。他の領域はシリコン窒化膜15が存在
するため熱酸化膜14が成長しない。このとき注入され
た不純物ボロンは拡散及び活性化が行われPウェル層2
0が形成される。次に残りのシリコン窒化膜15のみを
除去し、N型の不純物燐を例えば2E12/cm2のド
ーズ量でイオン注入する。このとき先に形成されたPウ
ェル層20の上には、厚い熱酸化膜14が形成されてい
るためにこれがマスクとなり、燐はPウェル層内には入
らないですむ。この後、1150℃で6時間加熱処理を
施し注入された不純物燐の拡散及び活性化を行い図示す
るようにNウェル層2を形成する。このとき先に形成さ
れたPウェル層20が熱処理を受け、更に拡散する。後
の工程でこのPウェル層20にNチャネルMOSトラン
ジスタ、Nウェル層2にPチャネルMOSトランジスタ
が形成されることになる。
By adopting this measure, the masking step for forming the polycide gate electrode can be omitted as compared with the manufacturing method described in the third embodiment, so that the manufacturing step is shortened.
A sixth embodiment of the semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. The surface of the p type semiconductor substrate 1 is heat treated at 900 ° C. to form a thermal oxide film 14,
A silicon nitride film 15 is formed thereon. After selectively etching the silicon nitride film 15 using a photoresist patterned using a P-type well region mask,
The P-type impurity boron is added from 1E12 / cm 2 to 5E12 /
Ion implantation is performed within a dose range of cm 2 . More preferably, ion implantation is performed with a dose amount of 3E12 / cm 2 . In the region where the silicon nitride film 15 is present, this serves as an implantation mask and boron is not implanted. Then, heat treatment at 950 ° C. is performed to further grow the thermal oxide film 14 in the region where the silicon nitride film 15 is not present. Since the silicon nitride film 15 exists in the other regions, the thermal oxide film 14 does not grow. The impurity boron implanted at this time is diffused and activated, and the P well layer 2
0 is formed. Then, only the remaining silicon nitride film 15 is removed, and N-type impurity phosphorus is ion-implanted at a dose of 2E12 / cm 2 , for example. At this time, since the thick thermal oxide film 14 is formed on the P well layer 20 previously formed, this serves as a mask, and phosphorus does not enter the P well layer. After that, heat treatment is performed at 1150 ° C. for 6 hours to diffuse and activate the implanted impurity phosphorus to form the N well layer 2 as illustrated. At this time, the P well layer 20 previously formed is subjected to heat treatment and further diffused. In a later step, an N channel MOS transistor will be formed in the P well layer 20 and a P channel MOS transistor will be formed in the N well layer 2.

【0046】図21はp-型シリコン基板1に形成した
Nウェル層の不純物燐濃度の深さ方向プロファイルを示
すグラフである。グラフの縦軸には不純物濃度をとって
あり横軸には深さをとってある。ここでイオン注入の加
速エネルギーは150KeVで行った。発明品の場合濃
度プロファイルカーブは基板表面近傍で立ち上がり表面
濃度も少なくなっている。一方、従来品の場合プロファ
イルカーブはなだらかに立ち上がりっており、表面濃度
も多くなっている。その結果基板表面の不純物濃度とし
ては発明品の方が薄くなっていることになる。濃度が薄
いと図3で説明したサブスッレショルド係数Sが小さく
なるので、発明品の特性は図のように傾きが小さく、ゲ
ート電圧VG=0Vのときのドレイン電流IDが小さく
なりリーク電流が少なくなるので高速駆動が可能になる
とともに低電圧駆動化が図れる。
FIG. 21 is a graph showing the depth profile of the impurity phosphorus concentration of the N well layer formed on the p type silicon substrate 1. The vertical axis of the graph shows the impurity concentration and the horizontal axis shows the depth. Here, the acceleration energy of ion implantation was 150 KeV. In the case of the invention product, the concentration profile curve rises near the substrate surface, and the surface concentration is small. On the other hand, in the case of the conventional product, the profile curve rises gently and the surface concentration is high. As a result, the invention product has a lower impurity concentration on the substrate surface. If the concentration is low, the subthreshold coefficient S described in FIG. 3 becomes small, so the characteristics of the invention product have a small slope as shown in the figure, and the drain current ID becomes small when the gate voltage VG = 0V, and the leakage current becomes small. Since the number is reduced, high speed driving becomes possible and low voltage driving can be achieved.

【0047】以上シリコン薄膜としてポリシリコン薄膜
を用いた実施例について説明してきたが、シリコン単結
晶シリコン薄膜やアモルファスシリコン薄膜を用いるこ
とができ、ポリシリコン薄膜に限定されるものではな
い。更に基板としてP型シリコン基板を用いているがN
型シリコン基板を用いることもできる。
Although the embodiment in which the polysilicon thin film is used as the silicon thin film has been described above, a silicon single crystal silicon thin film or an amorphous silicon thin film can be used and is not limited to the polysilicon thin film. Furthermore, although a P-type silicon substrate is used as the substrate,
A type silicon substrate can also be used.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明は以上説明したようにゲート電極
内に空乏層が存在しないので、サブスレッショルド係数
Sを小さくすることができる。その結果MOSトランジ
スタのスイッチング性能を向上させることができる。ま
たさらにしきい値電圧を低くすることによるリーク電流
増加を抑制することが可能となり、高速動作化及び低電
圧化が図れる。
As described above, according to the present invention, since the depletion layer does not exist in the gate electrode, the subthreshold coefficient S can be reduced. As a result, the switching performance of the MOS transistor can be improved. Further, it is possible to suppress an increase in leak current due to the lowering of the threshold voltage, and it is possible to achieve high-speed operation and low voltage.

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

【図1】本発明の第一実施例の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 1 is a process drawing showing a manufacturing method of a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の製造方法での最終断面図である。FIG. 2 is a final sectional view in a conventional manufacturing method.

【図3】MOSトランジスタのサブスレッショルド特性
である。
FIG. 3 is a subthreshold characteristic of a MOS transistor.

【図4】ソース/ドレイン領域形成のイオン注入エネル
ギーに対するCVD最大膜厚である。
FIG. 4 is a CVD maximum film thickness with respect to ion implantation energy for forming source / drain regions.

【図5】ゲート電極の容量特性である。FIG. 5 is a capacitance characteristic of a gate electrode.

【図6】ポリシリコンへのボロン注入濃度対しきい値電
圧の変化量である。
FIG. 6 is a change amount of a boron implantation concentration in polysilicon versus a threshold voltage.

【図7】本発明の第二実施例の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 7 is a process drawing showing the manufacturing method of the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第三実施例の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 8 is a process drawing showing the manufacturing method of the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第三実施例の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 9 is a process drawing showing the manufacturing method of the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第三実施例の製造方法を示す工程図
である。
FIG. 10 is a process drawing showing the manufacturing method of the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第三実施例の完成品状態を示すを工
程図である。
FIG. 11 is a process diagram showing a completed product state of a third embodiment of the present invention.

【図12】ゲート酸化膜厚に対するチャネルドープエネ
ルギー範囲である。
FIG. 12 is a channel doping energy range with respect to a gate oxide film thickness.

【図13】PチャネルMOSトランジスタのしきい値電
圧に対するリーク電流である。
FIG. 13 is a leak current with respect to a threshold voltage of a P-channel MOS transistor.

【図14】チャネルドープエネルギーに対するサブスレ
ッショルド特性である。
FIG. 14 is a subthreshold characteristic with respect to channel doping energy.

【図15】PチャネルMOSトランジスタのサブスレッ
ショルド係数に対するリーク電流である。
FIG. 15 is a leak current with respect to a subthreshold coefficient of a P-channel MOS transistor.

【図16】NチャネルMOSトランジスタのしきい値電
圧に対するリーク電流である。
FIG. 16 is a leak current with respect to a threshold voltage of an N-channel MOS transistor.

【図17】本発明の第四実施例の製造方法を示す工程図
である。
FIG. 17 is a process drawing showing the manufacturing method of the fourth example of the present invention.

【図18】PチャネルMOSトランジスタのチャネルド
ープ層の不純物プロファイルである。
FIG. 18 is an impurity profile of a channel dope layer of a P channel MOS transistor.

【図19】本発明の第五実施例の製造方法を示すを工程
図である。
FIG. 19 is a process drawing showing the manufacturing method of the fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第六実施例の製造方法を示すを工程
図である。
FIG. 20 is a process drawing showing the manufacturing method of the sixth embodiment of the present invention.

【図21】Nウェル層の不純物プロファイルFIG. 21: Impurity profile of N well layer

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p-型Si基板 2 Nウェル層 3 ゲート酸化膜 4 チャネルドープ層 5 ポリシリコン 6 タングステンシリサイド 7 酸化膜 8 ソース/ドレイン 9 BPSG層間膜 10 メタル配線 11 表面保護膜 12 LDD 13 サイドスペーサ 14 酸化膜 15 シリコン窒化膜 16 フォトレジスト 17 フィールド酸化膜 18 P型ポリサイドゲート電極 19 N型ポリサイドゲート電極 20 Pウェル層1 p - type Si substrate 2 N well layer 3 Gate oxide film 4 Channel dope layer 5 Polysilicon 6 Tungsten silicide 7 Oxide film 8 Source / drain 9 BPSG interlayer film 10 Metal wiring 11 Surface protection film 12 LDD 13 Side spacer 14 Oxide film 15 silicon nitride film 16 photoresist 17 field oxide film 18 P type polycide gate electrode 19 N type polycide gate electrode 20 P well layer

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極をパタ
ーニングして形成する工程と、前記半導体基板の表面全
面に膜厚5〜1000ÅのCVD絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート電極をマスクとして不純物を前記半導体
基板の表面にイオン注入することによりソース・ドレイ
ン領域を形成する工程とからなる半導体装置の製造方
法。
1. A step of forming a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate, a step of patterning a gate electrode on the gate insulating film, and a step of forming a gate electrode on the entire surface of the semiconductor substrate with a film thickness of 5 to 1000 Å. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a CVD insulating film; and forming source / drain regions by ion-implanting impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask.
【請求項2】 前記ゲート電極をパターニングして形成
する工程は、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン薄膜を形
成する工程と、前記シリコン薄膜にP型の不純物をイオ
ン注入する工程と、前記半導体基板を700〜900℃
の温度で熱処理することにより、前記シリコン薄膜をP
型化する工程と、前記シリコン薄膜の上にシリサイド膜
を形成する工程とからなる請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
2. The step of patterning and forming the gate electrode includes a step of forming a silicon thin film on the gate insulating film, a step of ion-implanting a P-type impurity into the silicon thin film, and the semiconductor substrate. 700-900 ℃
The silicon thin film is heated at a temperature of
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of forming a mold and a step of forming a silicide film on the silicon thin film.
【請求項3】 前記ソース・ドレイン領域が800〜1
050℃の温度で3分以内の短時間熱処理により活性化
して形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装
置の製造方法。
3. The source / drain regions are 800 to 1
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed by activation by a short-time heat treatment within 3 minutes at a temperature of 050 [deg.] C.
【請求項4】 半導体基板の表面に設けられたN型半導
体領域とP型半導体領域にそれぞれP型絶縁ゲート電界
効果トランジスタとN型絶縁ゲート電界効果トランジス
タとを集積した半導体装置の製造方法において、前記半
導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜の上にシリコン薄膜を形成する工程と、前
記N型半導体領域上のシリコン薄膜にP型の不純物をイ
オン注入する工程と、前記P型半導体領域上のシリコン
薄膜にN型の不純物をイオン注入する工程と、前記半導
体基板を700〜900℃の温度で熱処理することによ
り、前記シリコン薄膜をP型及びN型化する工程と、前
記シリコン薄膜の上にシリサイド膜を形成する工程と、
前記シリコン薄膜及び前記シリサイド膜を同時に選択エ
ッチしてゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程
と、前記半導体基板の表面全面に膜厚5〜1000Åの
CVD絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極をマス
クとして前記N型半導体領域表面にP型不純物をイオン
注入することによりソース・ドレイン領域を形成する工
程と、前記ゲート電極をマスクとして前記P型半導体領
域表面にN型不純物燐をイオン注入することによりソー
ス・ドレイン領域を形成する工程とからなる半導体装置
の製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a P-type insulated gate field effect transistor and an N-type insulated gate field effect transistor are integrated in an N-type semiconductor region and a P-type semiconductor region provided on a surface of a semiconductor substrate, respectively. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate; forming a silicon thin film on the gate insulating film; and ion-implanting P-type impurities into the silicon thin film on the N-type semiconductor region. A step of ion-implanting an N-type impurity into the silicon thin film on the P-type semiconductor region, and a step of heat-treating the semiconductor substrate at a temperature of 700 to 900 ° C. to make the silicon thin film P-type and N-type. And a step of forming a silicide film on the silicon thin film,
A step of selectively etching the silicon thin film and the silicide film to form a gate electrode on the gate insulating film; a step of forming a CVD insulating film having a film thickness of 5 to 1000Å on the entire surface of the semiconductor substrate; Forming a source / drain region by ion-implanting P-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region using the gate electrode as a mask; and ion-implanting N-type impurity phosphorus in the surface of the P-type semiconductor region using the gate electrode as a mask. And a step of forming source / drain regions by implanting.
【請求項5】 前記ソース・ドレイン領域を形成する工
程は、前記ソース・ドレイン領域を800〜1050℃
の温度で3分以内の短時間熱処理により活性化して形成
することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造
方法。
5. The step of forming the source / drain regions includes forming the source / drain regions at 800 to 1050 ° C.
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is formed by being activated by a short-time heat treatment within 3 minutes at the temperature.
【請求項6】 半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜
と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたP型及びN型ポ
リシリコン薄膜と導体薄膜の複数層から成るゲート電極
と、前記ゲート電極の両側の前記半導体領域の表面に互
いに離間して設けられたソース・ドレイン領域から構成
されるとともに、前記P型及びN型ポリシリコン薄膜
は、前記導体薄膜と前記半導体基板との間に電圧を印加
したときに、前記P型及びN型ポリシリコン薄膜に空乏
層が形成されない充分な量の不純物濃度を有することを
特徴とする半導体装置。
6. A gate insulating film provided on a semiconductor substrate, a gate electrode provided on the gate insulating film, comprising a plurality of layers of P-type and N-type polysilicon thin films and conductor thin films, and the gate electrode. Of the source / drain regions provided on the surface of the semiconductor region on both sides of the semiconductor substrate so as to be separated from each other, and the P-type and N-type polysilicon thin films apply a voltage between the conductor thin film and the semiconductor substrate. A semiconductor device having a sufficient amount of impurity concentration that a depletion layer is not formed in the P-type and N-type polysilicon thin films when applied.
【請求項7】 前記P型ポリシリコン薄膜にP型不純物
濃度を2E19atom/cm3以上及び前記N型ポリ
シリコン薄膜にN型不純物濃度を2E19atom/c
3以上含むことを特徴とする請求項6記載の半導体装
置。
7. The P-type polysilicon thin film having a P-type impurity concentration of 2E19 atom / cm 3 or more and the N-type polysilicon thin film having an N-type impurity concentration of 2E19 atom / cm 3 or more.
7. The semiconductor device according to claim 6, which contains m 3 or more.
【請求項8】 半導体基板の表面に設けられたN型半導
体領域とP型半導体領域にそれぞれP型絶縁ゲート電界
効果トランジスタとN型絶縁ゲート電界効果トランジス
タとを集積したCMOS半導体装置の製造方法におい
て、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工
程と、前記N型半導体領域表面にN型不純物をイオン注
入することよりチャネルドープ領域を形成する工程と、
前記P型半導体領域表面にP型不純物をイオン注入する
ことよりチャネルドープ領域を形成する工程と、前記ゲ
ート絶縁膜の上にシリコン薄膜を形成する工程と、前記
N型半導体領域上のシリコン薄膜にP型の不純物をイオ
ン注入する工程と、前記P型半導体領域上のシリコン薄
膜にN型の不純物をイオン注入する工程と、前記半導体
基板を700〜900℃の温度で熱処理することによ
り、前記シリコン薄膜をP型及びN型化する工程と、前
記シリコン薄膜の上にシリサイド膜を形成する工程と、
前記シリコン薄膜及び前記シリサイド膜を同時に選択エ
ッチしてゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程
と、前記半導体基板の表面全面に膜厚5〜1000Åの
CVD絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極をマス
クとして前記N型半導体領域表面にP型不純物をイオン
注入することによりソース・ドレイン領域を形成する工
程と、前記ゲート電極をマスクとして前記P型半導体領
域表面にN型不純物燐をイオン注入することによりソー
ス・ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース・ドレ
イン領域を800〜1050℃の温度で3分以内の短時
間熱処理により活性化して形成する工程とからなる半導
体装置の製造方法。
8. A method of manufacturing a CMOS semiconductor device, wherein a P-type insulated gate field effect transistor and an N-type insulated gate field effect transistor are integrated in an N-type semiconductor region and a P-type semiconductor region provided on a surface of a semiconductor substrate, respectively. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, and forming a channel dope region by ion-implanting N-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region,
Forming a channel dope region by implanting P-type impurities into the surface of the P-type semiconductor region; forming a silicon thin film on the gate insulating film; and forming a silicon thin film on the N-type semiconductor region. The step of ion-implanting P-type impurities, the step of ion-implanting N-type impurities into the silicon thin film on the P-type semiconductor region, and the heat treatment of the semiconductor substrate at a temperature of 700 to 900 ° C. Converting the thin film into P-type and N-type, forming a silicide film on the silicon thin film,
A step of selectively etching the silicon thin film and the silicide film to form a gate electrode on the gate insulating film; a step of forming a CVD insulating film having a film thickness of 5 to 1000Å on the entire surface of the semiconductor substrate; Forming a source / drain region by ion-implanting P-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region using the gate electrode as a mask; and ion-implanting N-type impurity phosphorus in the surface of the P-type semiconductor region using the gate electrode as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming source / drain regions by implantation; and a step of activating and forming the source / drain regions by heat treatment at a temperature of 800 to 1050 ° C. for a short time within 3 minutes.
【請求項9】 前記チャネルドープ領域を形成する工程
においてチャネルドープ種及びイオン注入加速エネルギ
ーは、N型不純物は燐で30KeV以下または砒素で7
0KeV以下、P型不純物はBF2で70KeV以下と
することを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造
方法。
9. A channel dope seed and an ion implantation acceleration energy in the step of forming the channel dope region are 30 KeV or less for phosphorus as an N-type impurity or 7 for arsenic.
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein 0 KeV or less and P-type impurities of BF 2 are 70 KeV or less.
【請求項10】 前記チャネルドープ領域を形成する工
程において半導体基板全面にP型不純物BF2をイオン
注入した後、前記N型半導体領域表面にN型不純物燐を
イオン注入することよりチャネルドープ領域を形成する
ことを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方
法。
10. A channel dope region is formed by ion-implanting a P-type impurity BF 2 on the entire surface of a semiconductor substrate in the step of forming the channel-doped region, and then ion-implanting an N-type impurity phosphorus on the surface of the N-type semiconductor region. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the method is formed.
【請求項11】 前記チャネルドープ領域を形成する工
程において半導体基板全面にN型不純物燐をイオン注入
した後、前記P型半導体領域表面にP型不純物をイオン
注入することによりチャネルドープ領域を形成すること
を特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
11. A channel dope region is formed by ion-implanting N-type impurity phosphorus over the entire surface of a semiconductor substrate in the step of forming the channel dope region, and then ion-implanting P-type impurity at the surface of the P-type semiconductor region. 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein.
【請求項12】 半導体基板の表面に設けられたN型半
導体領域とP型半導体領域にそれぞれP型絶縁ゲート電
界効果トランジスタとN型絶縁ゲート電界効果トランジ
スタとを集積した半導体装置の製造方法において、前記
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記N型およびP型半導体領域の表面にP型およびN型不
純物をそれぞれイオン注入する工程と、前記ゲート絶縁
膜の上にシリコン薄膜を形成する工程と、前記シリコン
薄膜にP型の不純物をイオン注入する工程と、前記半導
体基板を700〜900℃の温度で熱処理することによ
り、前記シリコン薄膜をP型化する工程と、前記シリコ
ン薄膜の上にシリサイド膜を形成する工程と、前記シリ
コン薄膜及び前記シリサイド膜を同時に選択エッチして
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の表面全面に酸素雰囲気800〜105
0℃の温度で3分以内の短時間熱処理で絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記P型半導
体領域の表面にN型不純物をイオン注入することにより
ソース・ドレイン領域を形成すると同時に前記シリサイ
ド膜にイオン注入する工程と、前記ゲート電極をマスク
として前記N型半導体領域の表面にP型不純物をイオン
注入することによりソース・ドレイン領域を形成する工
程と、前記ソース・ドレイン領域を800〜1050℃
の温度で3分以内の短時間熱処理により活性化して形成
すると同時に、前記P型半導体領域表面の前記P型シリ
コン薄膜をイオン注入された前記シリサイド膜からシリ
サイド膜下の前記シリコン薄膜へN型不純物を拡散させ
N型シリコン薄膜に変える工程とからなる半導体装置の
製造方法。
12. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a P-type insulated gate field effect transistor and an N-type insulated gate field effect transistor are integrated in an N-type semiconductor region and a P-type semiconductor region provided on a surface of a semiconductor substrate, respectively. Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate; implanting P-type and N-type impurities into the surfaces of the N-type and P-type semiconductor regions, respectively; and forming a silicon thin film on the gate insulating film. A step of forming, a step of ion-implanting a P-type impurity into the silicon thin film, a step of converting the silicon thin film into a P-type by heat-treating the semiconductor substrate at a temperature of 700 to 900 ° C., and the silicon thin film. Forming a silicide film on the gate insulating film, and selectively etching the silicon thin film and the silicide film simultaneously to form a gate insulating film. Forming a gate electrode on top,
An oxygen atmosphere of 800 to 105 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate.
Source / drain regions are formed by forming an insulating film by heat treatment at a temperature of 0 ° C. for a short time within 3 minutes, and by ion-implanting N-type impurities into the surface of the P-type semiconductor region using the gate electrode as a mask. At the same time, ion-implanting into the silicide film, forming source / drain regions by ion-implanting P-type impurities into the surface of the N-type semiconductor region using the gate electrode as a mask, and the source / drain regions. 800 ~ 1050 ℃
At the same time, the P-type silicon thin film on the surface of the P-type semiconductor region is activated and formed by short-time heat treatment for 3 minutes or less at the same time from the ion-implanted silicide film to the silicon thin film below the silicide film to form an N-type impurity. And a step of diffusing into a N-type silicon thin film to produce a semiconductor device.
【請求項13】 半導体基板の表面に設けられた前記N
型半導体領域と前記P型半導体領域にそれぞれ前記P型
絶縁ゲート電界効果トランジスタと前記N型絶縁ゲート
電界効果トランジスタとを集積した半導体装置におい
て、半導体基板の表面に30〜200Åのゲート絶縁膜
を形成し、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電
極の最少の長さが1.0μmで構成していることを特徴
とする請求項8乃至12記載の半導体装置の製造方法。
13. The N provided on the surface of a semiconductor substrate
In a semiconductor device in which the P-type insulated gate field effect transistor and the N-type insulated gate field effect transistor are integrated in a P-type semiconductor region and a P-type semiconductor region, respectively, a gate insulating film of 30 to 200 Å is formed on a surface of a semiconductor substrate. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the minimum length of the gate electrode formed on the gate insulating film is 1.0 μm.
【請求項14】 一つのマスクを使用してP型ウェル層
とN型ウェル層とを半導体基板に形成する半導体製造方
法において、P型ウェル層を形成した後にN型ウェル層
を形成することを特徴とする半導体製造方法。
14. A semiconductor manufacturing method for forming a P-type well layer and an N-type well layer on a semiconductor substrate using one mask, wherein the N-type well layer is formed after the P-type well layer is formed. A characteristic semiconductor manufacturing method.
【請求項15】 半導体基板上にシリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜を順次形成する工程と、フォトマスク処理に
より前記シリコン窒化膜を選択的に除去して前記Pウェ
ル層の領域を規定する工程と、P型不純物を前記半導体
基板にイオン注入する工程と、前記シリコン窒化膜が除
去されたPウェル領域にシリコン酸化膜を形成する工程
と、前記シリコン窒化膜を除去してNウェル層の領域を
規定する工程と、N型不純物を前記半導体基板にイオン
注入する工程と、前記半導体基板を熱処理して不純物を
拡散及び活性化する工程とを含むことを特徴とする請求
項14記載の半導体製造方法。
15. A step of sequentially forming a silicon oxide film and a silicon nitride film on a semiconductor substrate, and a step of selectively removing the silicon nitride film by a photomask process to define a region of the P well layer. Ion-implanting P-type impurities into the semiconductor substrate, forming a silicon oxide film in the P well region where the silicon nitride film is removed, and removing the silicon nitride film to define an N well layer region. 15. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 14, further comprising: a step of implanting N-type impurities into the semiconductor substrate, a step of heat treating the semiconductor substrate to diffuse and activate the impurities.
JP8017836A 1995-03-24 1996-02-02 Semiconductor device and its manufacture Pending JPH09205203A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8017836A JPH09205203A (en) 1995-03-24 1996-02-02 Semiconductor device and its manufacture

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6640395 1995-03-24
JP7-136963 1995-06-02
JP13696395 1995-06-02
JP7-66403 1995-11-22
JP30478195 1995-11-22
JP7-304781 1995-11-22
JP8017836A JPH09205203A (en) 1995-03-24 1996-02-02 Semiconductor device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09205203A true JPH09205203A (en) 1997-08-05

Family

ID=27456843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8017836A Pending JPH09205203A (en) 1995-03-24 1996-02-02 Semiconductor device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09205203A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6963100B2 (en) 1997-08-26 2005-11-08 Renesas Technology Corp. Semiconductor device having gate electrode in which depletion layer can be generated
JP2010267991A (en) * 2010-07-20 2010-11-25 Toshiba Corp Semiconductor device and wiring
US8497205B2 (en) 2004-12-28 2013-07-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device manufacturing method, wiring and semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6963100B2 (en) 1997-08-26 2005-11-08 Renesas Technology Corp. Semiconductor device having gate electrode in which depletion layer can be generated
US8497205B2 (en) 2004-12-28 2013-07-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device manufacturing method, wiring and semiconductor device
JP2010267991A (en) * 2010-07-20 2010-11-25 Toshiba Corp Semiconductor device and wiring

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3095564B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US6163053A (en) Semiconductor device having opposite-polarity region under channel
US6274439B1 (en) Process for fabricating semiconductor device with field effect transistor changeable in threshold voltage with hydrogen ion after formation of wirings
KR100354438B1 (en) Method of forming germanium doped polycrystaline silicon gate of mos transistor and method of forming cmos transistor using the same
KR100190144B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device including bipolar transistor and mos transistors
EP0465045B1 (en) Method of field effect transistor fabrication for integrated circuits
US5932919A (en) MOSFETs with improved short channel effects
US6261885B1 (en) Method for forming integrated circuit gate conductors from dual layers of polysilicon
US6465295B1 (en) Method of fabricating a semiconductor device
US6051471A (en) Method for making asymmetrical N-channel and symmetrical P-channel devices
US6166398A (en) Thin film transistors
JPH09205203A (en) Semiconductor device and its manufacture
JPH09135029A (en) Mis semiconductor device and manufacturing method therefor
JPH05206454A (en) Manufacture of mis-type semiconductor device
JP4186247B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device and method for forming conductive silicon film
JP2897555B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2004221301A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100333031B1 (en) P-channel mos transistor and manufacturing method of a semiconductor device
KR100351251B1 (en) Method of manufacturing a transistor in a semiconductor device
KR940004415B1 (en) Making method and structure of mosfet
KR100313783B1 (en) Method for fabricating metal oxide semiconductor transistor
JPH1056171A (en) Mis semiconductor device and its manufacture
KR100791713B1 (en) Method for manufacturing semiconductor device with low threshold voltage type mos transistor
KR100243282B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JPH0221648A (en) Semiconductor device and manufacture thereof