JPH1050862A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH1050862A
JPH1050862A JP8208211A JP20821196A JPH1050862A JP H1050862 A JPH1050862 A JP H1050862A JP 8208211 A JP8208211 A JP 8208211A JP 20821196 A JP20821196 A JP 20821196A JP H1050862 A JPH1050862 A JP H1050862A
Authority
JP
Japan
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gate electrode
layer portion
type
lower layer
type gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP8208211A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Motoshige Igarashi
元繁 五十嵐
Keiichi Higashiya
恵市 東谷
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1050862A publication Critical patent/JPH1050862A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To independently set polysilicon impurity concentration of an upper/ lower layer part, precisely control work function to be a desired value, and realize a dual-gate electrode having no electrode depletions by a method wherein a gate electrode comprises two layers or more containing an upper layer part and a lower layer part, and nitrogen exists in the lower layer part. SOLUTION: An NMOS transistor is formed in a P-well 5 formed in a surface of a semiconductor substrate 1, and a PMOS transistor is formed in an N-well 6. The NMOS transistor contains an N-type gate electrode 9 provided via a thin film gate insulation film 2 on the P-well 5. Further, the PMOS transistor contains a P-type gate electrode 10 provided via a thin film gate insulation film 2 on the N-well 5. The N-type gate electrode 9 and P-type gate electrode 10 are a two-layer structure of an upper layer part PG2 and a lower layer part PG1. Nitrogen is implanted onto the lower layer part PG1 of the N-type gate electrode 9 and the lower layer part PG1 of the P-type gate electrode 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、一般に半導体装
置に関するものであり、より特定的には、デュアルゲー
ト電極構造を有する相補型電界効果トランジスタに関す
る。この発明は、また、ゲート配線構造の改良に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a semiconductor device, and more particularly to a complementary field effect transistor having a dual gate electrode structure. The present invention also relates to an improvement in a gate wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の低電源電圧化に伴い、従来
の回路性能を向上していくためには、トランジスタのし
きい値電圧を下げて電流駆動能力を上げること、そし
て、あらゆる寄生抵抗、寄生容量を、極力軽減していく
ことが重要となる。CMOS構造において低電圧化を実
現するものとして、NMOSトランジスタ/PMOSト
ランジスタのそれぞれのゲート電極と基板間の仕事関数
差を小さくした、いわゆるデュアルゲート構造が提案さ
れている。ゲート電極と基板間の仕事関数差を小さくす
ることにより、しきい値電圧を下げることが可能とな
る。
2. Description of the Related Art As the power supply voltage of a semiconductor device is reduced, in order to improve the conventional circuit performance, it is necessary to lower the threshold voltage of a transistor to increase the current drive capability, and to increase the parasitic resistance and the like. It is important to reduce the parasitic capacitance as much as possible. A so-called dual gate structure in which the work function difference between the gate electrode of each of the NMOS transistor / PMOS transistor and the substrate is reduced has been proposed as a means for realizing a low voltage in the CMOS structure. The threshold voltage can be reduced by reducing the work function difference between the gate electrode and the substrate.

【0003】図16は、従来の、デュアルゲート構造を
用いたCMOSFETの断面図である。図16を参照し
て、半導体基板中にP−ウェル5とN−ウェル6が設け
られている。P−ウェル5とN−ウェル6は分離絶縁膜
3によって分離されている。P−ウェル5の上に、ゲー
ト絶縁膜2を介在させてN型ゲート電極9が設けられて
いる。P−ウェル5の主表面中であって、N型ゲート電
極9の両側にN型ソース/ドレイン領域7が設けられて
いる。N型ゲート電極9の表面およびN型ソース/ドレ
イン領域7の表面にはシリサイド膜1が形成されている
(Self-AlignedSilicide )。N−ウェル6の上に、ゲ
ート絶縁膜2を介在させてP型ゲート電極10が設けら
れている。P−ウェル6の主表面中であって、P型ゲー
ト電極10の両側にP型ソース/ドレイン領域8が設け
られている。P型ゲート電極10の表面およびP型ソー
ス/ドレイン領域8の表面にはシリサイド膜1が形成さ
れている。N型ゲート電極9およびP型ゲート電極10
の側壁には、それぞれ、サイドウォールスペーサ4が設
けられている。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional CMOSFET using a dual gate structure. Referring to FIG. 16, a P-well 5 and an N-well 6 are provided in a semiconductor substrate. The P-well 5 and the N-well 6 are separated by the isolation insulating film 3. An N-type gate electrode 9 is provided on P-well 5 with gate insulating film 2 interposed. N-type source / drain regions 7 are provided in the main surface of P-well 5 on both sides of N-type gate electrode 9. The silicide film 1 is formed on the surface of the N-type gate electrode 9 and the surface of the N-type source / drain region 7 (Self-AlignedSilicide). P-type gate electrode 10 is provided on N-well 6 with gate insulating film 2 interposed. P-type source / drain regions 8 are provided in the main surface of P-well 6 on both sides of P-type gate electrode 10. The silicide film 1 is formed on the surface of the P-type gate electrode 10 and the surface of the P-type source / drain region 8. N-type gate electrode 9 and P-type gate electrode 10
Are provided with side wall spacers 4 respectively.

【0004】具体的に、デュアルゲート構造では、NM
OSトランジスタのゲート電極9には、N型の不純物を
ドーピングした導電材料が使用され、PMOSトランジ
スタのゲート電極10には、P型の不純物をドーピング
した導電材料が使用される。
Specifically, in the dual gate structure, NM
A conductive material doped with an N-type impurity is used for the gate electrode 9 of the OS transistor, and a conductive material doped with a P-type impurity is used for the gate electrode 10 of the PMOS transistor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】デュアルゲート構造で
は、2種類の異なる型の不純物が、それぞれのゲート電
極中において、導電に寄与する状態(つまり活性化した
キャリア)であることが、ゲート電極空乏化を抑制する
上で重要である。ゲート電極空乏化が起こった状態でト
ランジスタを動作させると、電流駆動能力は空乏化率に
応じて低下してしまうため、回路性能は大きく低下す
る。
In the dual gate structure, it is necessary that two different types of impurities contribute to conduction in each gate electrode (that is, activated carriers). It is important in suppressing the conversion. When the transistor is operated in a state where the gate electrode is depleted, the current driving capability is reduced in accordance with the depletion rate, so that the circuit performance is significantly reduced.

【0006】しかしながら、実際の製造プロセスを考え
ると、ゲート電極中の不純物濃度が十分であっても、プ
ロセス中で与えられる熱処理(温度・時間・手段(FA
またはRTA)など)によっては活性化が不十分であっ
たり、逆に熱処理が多すぎると、拡散によって、電極中
の不純物が薄膜のゲート絶縁膜を基板側へ突き抜け、基
板側の不純物濃度に影響を与えるなど、制御上の難しさ
が存在した。
However, considering the actual manufacturing process, even if the impurity concentration in the gate electrode is sufficient, the heat treatment (temperature, time, means (FA)
In some cases, if the activation is insufficient or the heat treatment is too much, the impurities in the electrodes penetrate the thin gate insulating film toward the substrate due to diffusion, and affect the impurity concentration on the substrate. And there were control difficulties.

【0007】また、ゲート電極およびゲート配線抵抗の
方に目を向けると、低抵抗化のためにはシリサイド配線
が有効である。特に、ゲート材料についてポリシリコン
のみを用い、ソース/ドレインを形成した後、ゲートと
ソース/ドレイン領域をセルフアラインで同時にシリサ
イド化させるサリサイドプロセス(Self-Aligned Silic
ide Process )が高速性を重視する品種に対しては、大
変魅力的である。
[0007] Turning to the gate electrode and gate wiring resistance, silicide wiring is effective for lowering the resistance. In particular, a salicide process (Self-Aligned Silic) in which the gate and source / drain regions are simultaneously silicided by self-alignment after forming the source / drain using only polysilicon as the gate material.
It is very attractive for varieties that emphasize high-speed processing (ide Process).

【0008】しかし、上記デュアルゲート構造のよう
に、ポリシリコン表面に高濃度で不純物がドーピングさ
れていたり、窒素が存在していると、シリサイド反応に
悪影響を及ぼす。特に、微細化で必要な細線部分のシリ
サイド抵抗が上昇しやすくなり、ときには、シリサイド
膜の剥がれ不良を引起こす原因にもなっていた。
However, if the polysilicon surface is heavily doped with impurities or nitrogen is present as in the dual gate structure, the silicide reaction is adversely affected. In particular, miniaturization tends to increase the silicide resistance of a necessary thin line portion, and sometimes causes a failure in peeling of the silicide film.

【0009】それゆえに、この発明の目的は、デュアル
ゲート構造を有する半導体装置において、それぞれのゲ
ートの型の異なる不純物について、(活性化した)不純
物濃度プロファイルを制御し、電極空乏化を防ぎ、仕事
関数を所望の値にし、結果として高駆動型トランジスタ
を得ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to control (activated) impurity concentration profiles for impurities having different types of gates in a semiconductor device having a dual gate structure, to prevent electrode depletion, and to improve the work efficiency. The purpose of the present invention is to make the function a desired value and obtain a high-drive transistor as a result.

【0010】この発明の他の目的は、サリサイドプロセ
スを行なっても、細線部分の抵抗の上昇のないゲート配
線を形成することにある。
Another object of the present invention is to form a gate wiring which does not increase the resistance of a thin line portion even when a salicide process is performed.

【0011】この発明のさらに他の目的は、ゲート配線
構造について、ゲートと基板間の寄生配線容量を低減さ
せることにある。
Still another object of the present invention is to reduce a parasitic wiring capacitance between a gate and a substrate in a gate wiring structure.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従う半導体装置は、N型不純物を含んだN型ゲート電極
を有するNMOSトランジスタと、P型不純物を含んだ
P型ゲート電極を有するPMOSトランジスタと、を備
える。上記N型ゲート電極は、上層部と下層部とを含む
2層以上の構造になっている。上記P型ゲート電極は、
上層部と下層部とを含む2層以上の構造となっている。
上記N型ゲート電極の上記下層部と上記P型ゲート電極
の上記下層部の、少なくとも一方には、窒素が注入され
ている。
A semiconductor device according to a first aspect of the present invention comprises an NMOS transistor having an N-type gate electrode containing an N-type impurity and a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity. And a transistor. The N-type gate electrode has a structure of two or more layers including an upper layer portion and a lower layer portion. The P-type gate electrode,
It has a structure of two or more layers including an upper layer portion and a lower layer portion.
Nitrogen is implanted into at least one of the lower layer portion of the N-type gate electrode and the lower layer portion of the P-type gate electrode.

【0013】この発明の第2の局面に従う半導体装置
は、N型不純物を含んだN型ゲート電極を有するNMO
Sトランジスタと、P型不純物を含んだP型ゲート電極
を有するPMOSトランジスタとを備える。上記N型ゲ
ート電極および上記P型ゲート電極は、いずれも、上層
部と下層部とを含む2層以上の構造である。それぞれの
ゲート電極中において、上記下層部中の不純物濃度は、
上記上層部中のそれよりも大きくされている。
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is an NMO having an N-type gate electrode containing an N-type impurity.
The transistor includes an S transistor and a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity. Each of the N-type gate electrode and the P-type gate electrode has a structure of two or more layers including an upper layer portion and a lower layer portion. In each gate electrode, the impurity concentration in the lower layer portion is:
It is larger than that in the upper layer.

【0014】この発明の第3の局面に従う半導体装置
は、N型不純物を含んだN型ゲート電極を有するNMO
Sトランジスタと、P型不純物を含んだP型ゲート電極
を有するPMOSトランジスタと、フィールド酸化膜上
に形成された容量体部とを備える。上記容量体部は、上
記N型またはP型のうちの、一方の型の不純物が注入さ
れた下層部と、上記下層部の上に設けられた絶縁膜と、
上記絶縁膜の上に設けられた、上記一方の型の不純物が
注入された上層部とを含む。
A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is an NMO having an N-type gate electrode containing an N-type impurity.
The semiconductor device includes an S transistor, a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity, and a capacitor portion formed on a field oxide film. The capacitor portion includes a lower layer portion into which one of the N-type or P-type impurities is implanted, an insulating film provided on the lower layer portion,
An upper layer portion provided on the insulating film and into which the one type of impurity is implanted.

【0015】この発明の第4の局面に従う半導体装置
は、N型ゲート電極を有するNMOSトランジスタと、
P型ゲート電極を有するPMOSトランジスタと、を備
える。上記N型ゲート電極および上記P型ゲート電極
は、それぞれ、上層部と下層部とを含んでいる。上記下
層部はノンドープである。
A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention includes an NMOS transistor having an N-type gate electrode;
A PMOS transistor having a P-type gate electrode. The N-type gate electrode and the P-type gate electrode each include an upper layer portion and a lower layer portion. The lower layer portion is non-doped.

【0016】この発明の第5の局面に従う半導体装置
は、ゲート電極を有するトランジスタを備える。上記ゲ
ート電極は、上層部と下層部とを含む。少なくとも、上
記上層部をノンドープとし、上記上層部の高さ方向の全
部または一部はシリサイド化されている。
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention includes a transistor having a gate electrode. The gate electrode includes an upper layer and a lower layer. At least the upper layer is non-doped, and all or part of the upper layer in the height direction is silicided.

【0017】この発明の第6の局面に従う半導体装置
は、ゲート配線と、フィールド酸化膜上に形成された容
量体部とを備える。上記容量体部は、不純物が注入され
た下層部と、上記下層部の上に設けられた絶縁膜と、上
記絶縁膜の上に設けられた上層部とを含む。当該装置
は、さらに、上記ゲート酸化膜の上に設けられ、上記絶
縁膜と同じ材料で形成されたシリサイドプロテクション
膜を備える。
A semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention includes a gate wiring and a capacitor portion formed on a field oxide film. The capacitor portion includes a lower layer portion into which impurities are implanted, an insulating film provided on the lower layer portion, and an upper layer portion provided on the insulating film. The device further includes a silicide protection film provided on the gate oxide film and formed of the same material as the insulating film.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】実施の形態1 図1は、この発明の実施の形態1に係る相補型電界効果
トランジスタの断面図である。半導体基板1の表面中に
P−ウェル5とN−ウェル6が形成されている。P−ウ
ェル5とN−ウェル6は分離絶縁膜3によって分離され
ている。P−ウェル5には、NMOSトランジスタが形
成されており、N−ウェル6にはPMOSトランジスタ
が形成されている。NMOSトランジスタは、P−ウェ
ル5の上に薄膜ゲート絶縁膜2を介在させて設けられた
N型ゲート電極9を含む。P−ウェル5の主表面中であ
ってN型ゲート電極9の両側に、N型ソース/ドレイン
領域7が設けられている。N型ゲート電極9の表面とN
型ソース/ドレイン領域7の表面はシリサイド化されて
おり、シリサイド層1が形成されている。N型ゲート電
極9は、上層部NG2と下層部NG1とからなる2層構
造である。なお、ここでは、2層構造を例にして、説明
するが、この発明は、これに限られるものでなく、ゲー
ト電極は、2層以上の構造であってもよい。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view of a complementary field effect transistor according to Embodiment 1 of the present invention. A P-well 5 and an N-well 6 are formed in the surface of the semiconductor substrate 1. The P-well 5 and the N-well 6 are separated by the isolation insulating film 3. An NMOS transistor is formed in the P-well 5, and a PMOS transistor is formed in the N-well 6. The NMOS transistor includes an N-type gate electrode 9 provided on the P-well 5 with the thin gate insulating film 2 interposed. N-type source / drain regions 7 are provided in the main surface of P-well 5 on both sides of N-type gate electrode 9. The surface of the N-type gate electrode 9 and N
The surface of the mold source / drain region 7 is silicided, and the silicide layer 1 is formed. The N-type gate electrode 9 has a two-layer structure including an upper layer portion NG2 and a lower layer portion NG1. Here, a two-layer structure is described as an example, but the present invention is not limited to this, and the gate electrode may have a structure of two or more layers.

【0019】PMOSトランジスタは、N−ウェル6の
上に薄膜ゲート絶縁膜2を介在させて設けられたP型ゲ
ート電極10を含む。N−ウェル6の主表面中であっ
て、P型ゲート電極10の両側にP型ソース/ドレイン
領域8が設けられている。P型ゲート電極10の表面と
P型ソース/ドレイン領域8の表面はシリサイド化さ
れ、シリサイド膜1が形成されている。P型ゲート電極
10は上層部PG2と下層部PG1との2層構造であ
る。具体的な実施例1−3を表1に示す。
The PMOS transistor includes a P-type gate electrode 10 provided on N-well 6 with thin gate insulating film 2 interposed. P-type source / drain regions 8 are provided in the main surface of N-well 6 on both sides of P-type gate electrode 10. The surface of the P-type gate electrode 10 and the surface of the P-type source / drain region 8 are silicided, and the silicide film 1 is formed. The P-type gate electrode 10 has a two-layer structure of an upper part PG2 and a lower part PG1. Table 1 shows specific examples 1-3.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】実施例1では、N型ゲート電極9の下層部
NG1とP型ゲート電極10の下層部PG1に窒素が注
入されている。N型ゲート電極9の上層部NG2とP型
ゲート電極10の上層部PG2は窒素を含まない。
In the first embodiment, nitrogen is implanted into the lower layer portion NG1 of the N-type gate electrode 9 and the lower layer portion PG1 of the P-type gate electrode 10. The upper layer portion NG2 of the N-type gate electrode 9 and the upper layer portion PG2 of the P-type gate electrode 10 do not contain nitrogen.

【0022】実施例2では、P型ゲート電極10の下層
部PG1にのみ窒素が注入され、その他の部分NG1、
NG2、PG2には窒素が注入されていない。
In the second embodiment, nitrogen is injected only into the lower layer portion PG1 of the P-type gate electrode 10, and the other portions NG1,
No nitrogen is injected into NG2 and PG2.

【0023】実施例3では、N型ゲート電極9の下層部
NG1にのみ窒素が注入され、その他部分NG2、PG
2、PG1中には窒素が注入されていない。
In the third embodiment, nitrogen is injected only into the lower layer portion NG1 of the N-type gate electrode 9, and the other portions NG2 and PG
2. No nitrogen is injected into PG1.

【0024】次に、実施の形態1に係るCMOSFET
の製造方法について説明する。図1を参照して、半導体
基板の主表面に分離絶縁膜3、P−ウェル5、N−ウェ
ル6および薄膜ゲート絶縁膜2を形成する。ゲート電極
の下層部分に当るノンドープのポリシリコンを半導体基
板の上に堆積し、マスクをかけて、NMOS、PMOS
領域のそれぞれに、必要なイオン注入を行なう。このイ
オン注入により、NG1およびPG1部分が形成され
る。使用する不純物種としては、NMOS領域にはリン
や砒素、PMOS領域にはボロンやBF2 などが挙げら
れる。さらに、その後、電極上層部分に当るノンドープ
のポリシリコンを再び堆積し、もう一度、マスクをそれ
ぞれかけて、NMOS、PMOS領域のそれぞれにイオ
ン注入を行なう。2回目のイオン注入については、ソー
ス/ドレイン注入を兼ねて行なうことも可能である。
Next, the CMOSFET according to the first embodiment
A method of manufacturing the device will be described. Referring to FIG. 1, isolation insulating film 3, P-well 5, N-well 6, and thin-film gate insulating film 2 are formed on the main surface of a semiconductor substrate. Non-doped polysilicon corresponding to the lower layer of the gate electrode is deposited on a semiconductor substrate, and masked to form an NMOS, a PMOS.
The necessary ion implantation is performed in each of the regions. NG1 and PG1 portions are formed by this ion implantation. Examples of the impurity species used include phosphorus and arsenic in the NMOS region, and boron and BF 2 in the PMOS region. Further, thereafter, non-doped polysilicon corresponding to the upper layer portion of the electrode is deposited again, and masks are again applied, and ions are implanted into each of the NMOS and PMOS regions. For the second ion implantation, it is also possible to perform the source / drain implantation simultaneously.

【0025】窒素のドーピング方法については、イオン
注入法によって行なう場合では、下層部のポリシリコ
ンを堆積した後に行なう1回目のイオン注入でドーピン
グする方法と、上層部のポリシリコンをデポした後に
行なう2回目のイオン注入で、下層部分のポリシリコン
に飛程(Rp)をあわせて行なう方法がある。実施例1
の構造では、NMOS/PMOS双方に窒素が存在する
ので、マスクをかけない全面注入により行なう。実施例
2や3の構造は、NMOS、PMOS領域のそれぞれに
マスクをかけて必要な領域のみに、窒素のイオン注入を
行なうことによって実現できる。この方法によるとNM
OS/PMOSに最適量を注入することができる。
[0025] Regarding the doping method of nitrogen, in the case of performing the doping by the ion implantation method, the doping is performed in the first ion implantation performed after depositing the polysilicon in the lower layer, and the method is performed after the polysilicon in the upper layer is deposited. In the second ion implantation, there is a method in which the range (Rp) is adjusted to the polysilicon of the lower layer portion. Example 1
In the structure (2), since nitrogen exists in both the NMOS and the PMOS, the entire surface is implanted without masking. The structures of the second and third embodiments can be realized by masking each of the NMOS and PMOS regions and implanting nitrogen ions only in necessary regions. According to this method, NM
An optimal amount can be injected into OS / PMOS.

【0026】また、イオン注入法ではなく、in−si
tuのドープトポリシリコンとして、N型やP型の不純
物、さらには窒素を含んだものを堆積し、必要となる不
純物のドーピングのみをイオン注入で行なうという方法
もある。
In addition, instead of the ion implantation method, in-si
There is also a method in which an N-type or P-type impurity and further a nitrogen-containing impurity are deposited as tu-doped polysilicon, and only necessary impurity doping is performed by ion implantation.

【0027】本実施の形態1によれば、次のような効果
が得られる。第1に、上層部と下層部のポリシリコン不
純物濃度を独立に設定することが可能となる。従来と同
じ電極膜厚でも、2層に分けることで、ゲート絶縁膜近
傍の不純物濃度をより正確に制御することが可能とな
る。その結果、仕事関数を所望の値に精度よく制御で
き、電極空乏化のないデュアルゲート電極が実現でき
る。また、NMOS、PMOS部の最適化が可能とな
り、CMOS回路としての性能バランスが向上する。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. First, the polysilicon impurity concentration in the upper layer portion and the lower layer portion can be set independently. Even if the electrode thickness is the same as that of the related art, it is possible to more accurately control the impurity concentration in the vicinity of the gate insulating film by dividing into two layers. As a result, the work function can be accurately controlled to a desired value, and a dual gate electrode without electrode depletion can be realized. In addition, optimization of the NMOS and PMOS sections is possible, and the performance balance as a CMOS circuit is improved.

【0028】なお、従来構造のポリシリコンの1層構造
では、イオン注入で高濃度のドーピングを行ない、かつ
プロセス上許容できる熱処理を行なっても、空乏化の抑
制上重要な、ゲート絶縁膜近傍の伝導に寄与する不純
物、つまりキャリア濃度は(特にPMOSで)不足する
場合が多かった。つまり、ある程度の膜厚(たとえば3
000〜2000Å)を要する電極層構造では、いくら
高濃度ドーピングを行なって、熱処理を加えても、空乏
化は起きていた。本実施の形態1によれば、このような
問題点が解決され得る。
In the single-layer structure of polysilicon having the conventional structure, even if high concentration doping is performed by ion implantation and heat treatment acceptable in the process is performed, the vicinity of the gate insulating film, which is important for suppressing depletion, is important. Impurities that contribute to conduction, that is, carrier concentrations are often insufficient (especially in PMOS). That is, a certain thickness (for example, 3
In the electrode layer structure that requires 2,000 to 2,000 ° C.), depletion has occurred even if high-concentration doping is performed and heat treatment is applied. According to the first embodiment, such a problem can be solved.

【0029】実施の形態1によって得られる第2の効果
は、上層部と下層部のポリシリコン膜厚とその膜厚比を
自由に設定できることである。たとえば、下層部のポリ
シリコン膜厚を薄くして、上述した第1の効果をより高
めることができる。また、上層部のポリシリコン膜厚だ
けを厚くして、サリサイドプロセスでしばしば問題とな
る、ソース/ドレイン領域とゲート間のショート不良に
対して、マージンを持たせることができるという効果を
奏する。
The second effect obtained by the first embodiment is that the polysilicon film thickness of the upper layer portion and the lower layer portion and the film thickness ratio can be freely set. For example, the first effect described above can be further enhanced by reducing the thickness of the polysilicon layer in the lower layer. Further, by increasing only the thickness of the polysilicon layer in the upper layer, there is an effect that a margin can be provided for short-circuit failure between the source / drain region and the gate, which is often a problem in the salicide process.

【0030】第3の効果として、下層部に窒素が存在す
ることにより、薄膜ゲート絶縁膜への不純物拡散による
バリア性が向上し、基板側への突き抜けが防止される。
従来の構造では、熱処理が多いと、不純物がゲート絶縁
膜を通して基板側へ突き抜けてしまい、しきい値電圧が
変動するなどの問題が生じていた。実施の形態1に係る
構造によれば、下層部のポリシリコン膜中には窒素が注
入されているため、薄膜ゲート絶縁膜への不純物拡散に
よるバリア性が向上し、また、下層部のみに窒素を注入
するため、ゲート電極構造が1層のときよりも、窒素プ
ロファイル、濃度の制御性が向上する。また、Nチャネ
ルトランジスタ、Pチャネルトランジスタに対して、最
適量を注入することも可能となる。
As a third effect, the presence of nitrogen in the lower layer improves the barrier property due to the diffusion of impurities into the thin gate insulating film, and prevents penetration into the substrate.
In the conventional structure, if heat treatment is performed frequently, impurities penetrate to the substrate side through the gate insulating film, causing a problem that the threshold voltage fluctuates. According to the structure of the first embodiment, since nitrogen is implanted in the lower portion of the polysilicon film, the barrier property due to impurity diffusion into the thin film gate insulating film is improved. , The controllability of the nitrogen profile and the concentration is improved as compared with the case where the gate electrode structure is a single layer. Further, it becomes possible to inject an optimum amount into the N-channel transistor and the P-channel transistor.

【0031】第4の効果として、下層部に窒素が存在す
ることにより、窒素原子が一部ゲート絶縁膜中に取込ま
れて、窒化絶縁膜となるという効果を生ずる。また、窒
素原子がゲート絶縁膜/電極界面あるいはゲート絶縁膜
/基板界面に偏析するという効果も奏する。これらの効
果により、薄膜ゲート絶縁膜の信頼性の向上やホットキ
ャリア耐性に対して強い電極構造となる。
As a fourth effect, the presence of nitrogen in the lower layer portion has an effect that nitrogen atoms are partially taken into the gate insulating film to form a nitride insulating film. Also, there is an effect that nitrogen atoms segregate at the gate insulating film / electrode interface or the gate insulating film / substrate interface. Due to these effects, an electrode structure which is improved in reliability of the thin gate insulating film and resistant to hot carriers can be obtained.

【0032】第5の効果は、上層部のポリシリコンには
窒素が存在しないため、低抵抗のシリサイドが形成で
き、シリサイド膜の剥がれ不良に対するマージンが向上
することである。実施の形態1に係る構造では、上層部
のポリシリコンには窒素が存在しないため、シリサイド
プロセスとの整合性がよい。実施例1〜3のいずれの構
造でも、細線の抵抗の上昇のない、低抵抗のサリサイド
配線が実現できる。また、シリサイド膜の剥がれ不良に
対してもマージンが増える。
A fifth effect is that since nitrogen does not exist in the upper polysilicon layer, low-resistance silicide can be formed, and the margin for the peeling failure of the silicide film is improved. In the structure according to the first embodiment, since nitrogen does not exist in the upper polysilicon layer, the compatibility with the silicide process is good. In any of the structures of the first to third embodiments, a low-resistance salicide wiring with no increase in the resistance of the thin wire can be realized. In addition, the margin is increased even for the peeling failure of the silicide film.

【0033】実施の形態2 図2および図3は、この発明の実施の形態2に係るCM
OSFETの、デュアルゲート電極構造の不純物濃度プ
ロファイルを示す図である。図2および図3を参照し
て、2層構造のゲート電極中の下層部の不純物濃度は、
上層部中の不純物濃度よりも大きくされている。図2
は、濃度プロファイルがステップ関数上のものであり、
図3は、2つのピークを持ったプロファイル構造のもの
である。このような半導体装置の製造方法は、実施の形
態1に準じて行なわれる。
Second Embodiment FIGS. 2 and 3 show a CM according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an impurity concentration profile of a dual gate electrode structure of an OSFET. Referring to FIG. 2 and FIG. 3, the impurity concentration of the lower layer portion in the gate electrode having the two-layer structure is
It is set higher than the impurity concentration in the upper layer portion. FIG.
Indicates that the concentration profile is on a step function,
FIG. 3 shows a profile structure having two peaks. The method for manufacturing such a semiconductor device is performed according to the first embodiment.

【0034】実施の形態2によって得られる効果は次の
とおりである。すなわち、下層部の電極とゲート絶縁膜
界面の活性化した不純物濃度を4E20/cm3 以上に
設定することにより、電極の空乏化を防ぐことができ
る。よって、他の部分の濃度を、電気的に問題とならな
いレベルまで下げることができる。
The effects obtained by the second embodiment are as follows. That is, the depletion of the electrode can be prevented by setting the activated impurity concentration at the interface between the lower layer electrode and the gate insulating film to 4E20 / cm 3 or more. Therefore, the concentration of the other portions can be reduced to a level that does not cause an electrical problem.

【0035】また、実施の形態2に係る構造では、上層
部のポリシリコン中の不純物濃度が必要最小限に低く抑
えられているため、シリサイド形成において、細線抵抗
の上昇のない、低抵抗のシリサイドゲート配線の形成が
可能となる。特に、上層部のポリシリコン膜厚が薄い場
合は、この部分にはドーピングせず、シリサイド化で上
層部のポリシリコンをすべて、もしくはほとんどの部分
を金属化合物として、下層のドープトポリシリコンと電
気的につなげた電極構造とすることも可能である。
Further, in the structure according to the second embodiment, since the impurity concentration in the polysilicon in the upper layer portion is kept to a necessary minimum, a low-resistance silicide having no increase in fine line resistance is formed in the silicide formation. Gate wiring can be formed. In particular, when the polysilicon layer in the upper layer is thin, this portion is not doped, and all or most of the upper layer polysilicon is converted into a metal compound by silicidation to be electrically connected to the lower layer doped polysilicon. It is also possible to have an electrically connected electrode structure.

【0036】さらに、低濃度化、ノンドープ化すること
は、ポリシリコン中の不純物濃度が高濃度のとき発生し
ていたシリサイド膜の剥がれに対しても有効となる。
Further, the low concentration and non-doping are effective also for the peeling of the silicide film which occurs when the impurity concentration in the polysilicon is high.

【0037】実施の形態3 図4は、実施の形態3に係るCMOSFETの、デュア
ルゲート電極構造の断面図である。図5は、そのゲート
電極中の濃度プロファイルである。本実施の形態は、以
下の点を除いて、実施の形態1および2と同一であるの
で、同一または相当する部分には同一の参照番号を付
し、その説明を繰返さない。実施の形態3に係るゲート
電極の構造が、実施の形態1および2と異なる点は、N
型ゲート電極9およびP型ゲート電極10のそれぞれの
上層部と下層部との間に、トンネル絶縁膜11が設けら
れている点である。このような構造を有するゲート電極
は、実施の形態1において、上層部のポリシリコンを堆
積させる前に、薄いトンネル絶縁膜11を堆積させるこ
とによって得られる。実施の形態3によれば、上層部の
ポリシリコンを堆積させるとき、あるいはその前に熱処
理を加える場合に、不純物のアウトディフュージョンを
防止することができる。さらに、後の工程におけるプロ
セス中のあらゆる熱処理に対し、トンネル絶縁膜が不純
物拡散のバリア層として働くので、不純物濃度制御が正
確に行なわれやすいという効果を奏する。
Third Embodiment FIG. 4 is a sectional view of a dual gate electrode structure of a CMOSFET according to a third embodiment. FIG. 5 shows a concentration profile in the gate electrode. This embodiment is the same as Embodiments 1 and 2 except for the following, and therefore, the same or corresponding portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated. The difference between the structure of the gate electrode according to the third embodiment and the first and second embodiments is that
The point is that a tunnel insulating film 11 is provided between the upper layer portion and the lower layer portion of each of the mold gate electrode 9 and the P-type gate electrode 10. The gate electrode having such a structure is obtained by depositing a thin tunnel insulating film 11 before depositing the upper polysilicon layer in the first embodiment. According to the third embodiment, out-diffusion of impurities can be prevented when depositing the polysilicon in the upper layer or when performing heat treatment before that. Further, since the tunnel insulating film functions as a barrier layer for impurity diffusion with respect to any heat treatment during the process in a later step, there is an effect that the impurity concentration can be easily controlled accurately.

【0038】実施の形態4 実施の形態4は、NMOSトランジスタおよびPMOS
トランジスタをそれぞれ複数個備えたCMOSFETに
かかる。そして、デュアルゲート電極構造として、下層
部のポリシリコンに対する不純物ドーピング量を部分的
に変えて、基本特性の異なるトランジスタを形成する。
このような、部分的にしきい値電圧の異なるトランジス
タの形成は、仕事関数を決定する上で大きな影響を及ぼ
す、下層部のポリシリコン中の不純物濃度を変えること
によって実現できる。
Fourth Embodiment A fourth embodiment is directed to an NMOS transistor and a PMOS transistor.
The present invention relates to a CMOSFET including a plurality of transistors. Then, as a dual gate electrode structure, transistors having different basic characteristics are formed by partially changing the impurity doping amount with respect to polysilicon in a lower layer portion.
Such formation of a transistor having a partially different threshold voltage can be realized by changing the impurity concentration in the polysilicon in the lower layer, which has a great effect on determining the work function.

【0039】次に、実施の形態4に係る装置の製造方法
について説明する。実施の形態1の製造方法のうち、イ
オン注入法を用いて形成する場合について説明する。電
極下層部分に当るノンドープのポリシリコンを堆積し、
NMOS、PMOS領域のそれぞれに、たとえば1枚ず
つマスクを増やして、必要な濃度のイオン注入を行な
う。
Next, a method of manufacturing the device according to the fourth embodiment will be described. The case of forming using the ion implantation method in the manufacturing method of the first embodiment will be described. Deposit non-doped polysilicon corresponding to the electrode lower layer part,
In each of the NMOS and PMOS regions, for example, a mask is increased one by one, and ion implantation of a required concentration is performed.

【0040】実施の形態4によれば、マスク工程は増え
るが、回路によって、しきい値や駆動能力を選択できる
ことで、低消費電力対応用などに応用できる。下層電極
の濃度を下げて、電極下部を空乏化させた状態で用いれ
ば、低ゲート容量型トランジスタを作り込める。2層構
造にすることで、イオン注入による電極中の濃度制御が
向上する。
According to the fourth embodiment, although the number of mask steps increases, the threshold value and the driving capability can be selected depending on the circuit, so that the present invention can be applied to low power consumption. If the lower electrode is used in a state where the concentration of the lower electrode is lowered and the lower part of the electrode is depleted, a low gate capacitance transistor can be manufactured. With the two-layer structure, the concentration control in the electrode by ion implantation is improved.

【0041】実施の形態5 実施の形態5は、デュアルゲート電極構造の製造方法に
係る。デュアルゲート電極構造の製造方法として、ノ
ンドープのポリシリコンにイオン注入のみを用いて形成
する方法と、in−situのドープトポリシリコン
のみを用いて形成する方法と、in−situのドー
プトポリシリコンに対して、必要に応じてイオン注入を
行なって形成する方法が可能である。形成される電極構
造はいずれも同じである。
Fifth Embodiment A fifth embodiment relates to a method for manufacturing a dual gate electrode structure. As a method of manufacturing a dual gate electrode structure, a method of forming only non-doped polysilicon using ion implantation, a method of forming only using in-situ doped polysilicon, and a method of forming in-situ doped polysilicon In this case, a method of forming by performing ion implantation as necessary is possible. The formed electrode structures are all the same.

【0042】の方法、すなわち、in−situのド
ープトポリシリコンを用いる形成方法は工程的に複雑で
ある。つまり、1)片方の型の不純物を含むドープトポ
リシリコンを堆積した後、2)不必要な部分を取除き、
3)必要なところにはポリシリコンとはエッチング選択
比のあるたとえば酸化膜などをマスクとしてかけてお
き、4)再びもう一方の型の不純物を含んだドープトポ
リシリコンを堆積し、5)その膜についても不必要な部
分を取除き、6)その下にマスクとしてかけてあった酸
化膜を取除く。7)その後、ゲートのリソグラフィを行
なう。以上のようなフローが基本となる。効果として
は、不純物の濃度プロファイルは均一となり、ゲート絶
縁膜近傍の濃度制御性は、ノンドープのポリシリコンに
イオン注入のみを用いて形成する、の方法に比べてよ
い。バッチ間の均一性も向上する。
The method described above, that is, the formation method using in-situ doped polysilicon is complicated in process. That is, 1) after depositing doped polysilicon containing one type of impurity, 2) removing unnecessary portions,
3) Where necessary, an oxide film or the like having an etching selectivity with polysilicon is used as a mask. 4) Doped polysilicon containing another type of impurity is deposited again. Unnecessary portions are also removed from the film, and 6) the oxide film used as a mask thereunder is removed. 7) Then, lithography of the gate is performed. The above flow is fundamental. As an effect, the concentration profile of the impurity becomes uniform, and the controllability of the concentration in the vicinity of the gate insulating film is better than the method of forming the non-doped polysilicon using only ion implantation. Batch to batch uniformity is also improved.

【0043】のin−situのドープトポリシリコ
ンにイオン注入を行なう形成法は、たとえば薄いN型の
ポリシリコンに、逆の型に当るP型をそれ以上にドーピ
ングしてP型電極を形成する方法である。これによる
と、プロセス的には、選択自由度が上がる。イオン注入
では制御が困難な部分のみ、in−situのドープト
ポリシリコンを用いるということもできる。
In the method of performing ion implantation into in-situ doped polysilicon, a P-type electrode is formed by doping a thin N-type polysilicon with a P-type, which is the opposite type, more than that. Is the way. According to this, the degree of freedom in selection increases in terms of process. It can be said that in-situ doped polysilicon is used only in a portion that is difficult to control by ion implantation.

【0044】実施の形態6 本実施の形態は上記デュアルゲート電極構造のうち、上
層部と下層部のポリシリコンの間に絶縁膜を挿入して容
量体を同時に形成した構造に係るものである。図6は、
実施の形態6に係る半導体装置の、トランジスタと容量
体の部分の断面図である。半導体基板の主表面中に、P
−ウェル5が設けられている。半導体基板の主表面中に
は、分離絶縁膜3が設けられている。P−ウェル5の上
には、ゲート絶縁膜2を介在させてN型ゲート電極9が
設けられている。P−ウェル5の主表面中であってN型
ゲート電極9の両側にN型ソース/ドレイン領域7が形
成されている。N型ソース/ドレイン領域7の表面とN
型ゲート電極9の表面に、シリサイド層1が設けられて
いる。分離絶縁膜3の上には容量体が形成されている。
容量体は、N型の下層部NG1と、下層部NG1の上に
設けられた絶縁膜12と、絶縁膜12の上に設けられた
上層部NG2を含む。上層部NG2の上にシリサイド層
1が形成されている。トランジスタ部と容量体部とを覆
うように層間絶縁膜20が設けられている。層間絶縁膜
20中には、N型ソース/ドレイン領域7の表面の一部
を露出させるためのコンタクトホール13aと容量体部
の上層部の表面を露出させるためのコンタクトホール1
3bと、絶縁膜12の表面の一部を露出させるためのコ
ンタクトホール13cが設けられている。
Embodiment 6 This embodiment relates to the dual gate electrode structure in which an insulating film is inserted between upper and lower polysilicon layers to form capacitors simultaneously. FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a transistor and a capacitor in a semiconductor device according to a sixth embodiment. P in the main surface of the semiconductor substrate
A well 5 is provided; An isolation insulating film 3 is provided on the main surface of the semiconductor substrate. An N-type gate electrode 9 is provided on the P-well 5 with the gate insulating film 2 interposed. N-type source / drain regions 7 are formed in the main surface of P-well 5 on both sides of N-type gate electrode 9. Surface of N-type source / drain region 7 and N
The silicide layer 1 is provided on the surface of the mold gate electrode 9. A capacitor is formed on the isolation insulating film 3.
The capacitor includes an N-type lower layer portion NG1, an insulating film 12 provided on the lower layer portion NG1, and an upper layer portion NG2 provided on the insulating film 12. The silicide layer 1 is formed on the upper layer portion NG2. An interlayer insulating film 20 is provided so as to cover the transistor section and the capacitor section. In the interlayer insulating film 20, a contact hole 13a for exposing a part of the surface of the N-type source / drain region 7 and a contact hole 1 for exposing a surface of an upper layer portion of the capacitor portion are provided.
3b and a contact hole 13c for exposing a part of the surface of the insulating film 12 are provided.

【0045】次に、実施の形態6に係る半導体装置の製
造方法について説明する。図7を参照して、半導体基板
の主表面中にP−ウェル5と分離絶縁膜3を形成する。
半導体基板の上に薄膜ゲート絶縁膜2を形成する。薄膜
ゲート絶縁膜2を介在させて半導体基板の上に下層のポ
リシリコン(NG1)を堆積し、イオン注入法により不
純物をドーピングする。不純物が注入された部分は、ト
ランジスタの電極となるとともに、容量体の下部電極に
もなる。ここで、容量体は、分離絶縁膜3の上に形成さ
れる。また、容量体の電極となる部分に含まれる不純物
の型は、NとP型のどちらかを選択することができる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. Referring to FIG. 7, P-well 5 and isolation insulating film 3 are formed in the main surface of the semiconductor substrate.
A thin gate insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate. Lower polysilicon (NG1) is deposited on the semiconductor substrate with the thin gate insulating film 2 interposed therebetween, and impurities are doped by ion implantation. The portion into which the impurities are implanted serves as an electrode of the transistor and also serves as a lower electrode of the capacitor. Here, the capacitor is formed on the isolation insulating film 3. In addition, the type of the impurities contained in the portion of the capacitor which will be the electrode can be selected from N-type and P-type.

【0046】図8を参照して、容量体を作るのに必要な
絶縁膜12を形成する。材料としては、たとえば酸化膜
や窒化膜、またはこれらを組合せたものなどか挙げられ
る。膜厚は、所望の容量を得るのに必要な分とする。次
に、容量体部分の写真製版を行ない、RIEドライエッ
チング等によりパターニングする。このときのパターン
は、容量体として必要とされる面積に加えて、容量体の
下部電極をとるための領域も確保しておく(図中の丸印
の部分)。
Referring to FIG. 8, an insulating film 12 necessary for forming a capacitor is formed. Examples of the material include an oxide film, a nitride film, and a combination thereof. The film thickness is an amount necessary to obtain a desired capacity. Next, photolithography of the capacitor portion is performed, and patterning is performed by RIE dry etching or the like. In this case, in addition to the area required for the capacitor, a region for taking the lower electrode of the capacitor is also secured (a circle in the figure).

【0047】次に、図9を参照して、上層のポリシリコ
ンNG2を堆積し、イオン注入法により不純物をドーピ
ングする。不純物を注入された部分は、トランジスタの
電極となるとともに、容量体の上部電極にもなる。ここ
で行なうイオン注入は、ソース/ドレイン注入と兼ね
て、後から行なってもよい。
Next, referring to FIG. 9, an upper layer of polysilicon NG2 is deposited and is doped with impurities by an ion implantation method. The portion into which the impurities are implanted serves as an electrode of the transistor and also serves as an upper electrode of the capacitor. The ion implantation performed here may be performed later, concurrently with the source / drain implantation.

【0048】図10を参照して、ゲートのパターニング
を行なう。このとき、容量体部分については、容量形成
に必要な領域のみにレジストをかける。そして、ポリシ
リコンのエッチングを行ない、図11に示す、容量体部
分を形成する。通常、ポリシリコンと絶縁膜とのエッチ
ング選択比は十分あるので、丸印部分の絶縁膜12が突
き抜けて、ポリシリコンがなくなるようなことはない。
Referring to FIG. 10, gate patterning is performed. At this time, with respect to the capacitor portion, a resist is applied only to a region necessary for forming a capacitor. Then, the polysilicon is etched to form a capacitor portion shown in FIG. Normally, since the etching selectivity between polysilicon and the insulating film is sufficient, the insulating film 12 in the circled portion does not penetrate and the polysilicon does not disappear.

【0049】その後、LDD注入、サイドウォール形成
後、ソース/ドレイン注入とを行なう。サリサイドプロ
セスを行なう場合は、トランジスタの電極部分および容
量体の上部電極のみがシリサイド化される。層間膜を堆
積した後、コンタクトをとりにいく。容量体の下部電極
については、絶縁膜12がエッチングで掘られるため、
直接下層部のポリシリコンと接続されることになる。
Then, after LDD implantation and sidewall formation, source / drain implantation is performed. When the salicide process is performed, only the electrode portion of the transistor and the upper electrode of the capacitor are silicided. After depositing the interlayer film, go to contact. As for the lower electrode of the capacitor, the insulating film 12 is dug by etching.
It will be connected directly to the underlying polysilicon.

【0050】本発明の実施の形態によれば、写真製版は
1回増えるものの、ポリシリコン2層構造を有するデュ
アルゲート電極と容量体が同時に形成できる。容量体の
電極をN型とP型に分けることで容量値が変わるので、
これらを適宜選択するのが好ましい。
According to the embodiment of the present invention, although photolithography is performed once, a dual gate electrode having a polysilicon two-layer structure and a capacitor can be simultaneously formed. Since the capacitance value changes by dividing the electrode of the capacitor into N type and P type,
It is preferable to select these as appropriate.

【0051】実施の形態7 図12は、実施の形態7に係るゲート配線の断面図であ
る。図示したゲート電極は、N型ゲート電極を有するN
MOSトランジスタとP型ゲート電極を有するPMOS
トランジスタを有するCMOSFETの、N型ゲート電
極またはP型ゲート電極の断面図である。ゲート電極は
上層部と下層部とを含み、下層部はノンドープである。
このような構造を有するゲート電極は、下層部のポリシ
リコンに対するイオン注入の際に、ゲート配線部にマス
クをかけて形成される。本実施の形態によれば、実際の
電流が流れるゲート配線部分を基板から離すことができ
るため、対基板配線容量が減少する。ゲート電極の高さ
が従来と同じものが必要である場合に、効果がある。た
とえば、サリサイドプロセスにおけるゲート−ソース/
ドレイン間のショート防止のためや、ソース/ドレイン
注入のゲート電極突き抜け防止のために、ゲート電極の
高さと従来の同じものが必要である場合においても、効
果がある。
Seventh Embodiment FIG. 12 is a sectional view of a gate wiring according to a seventh embodiment. The illustrated gate electrode is an N-type gate electrode having an N-type gate electrode.
PMOS having MOS transistor and P-type gate electrode
FIG. 3 is a cross-sectional view of an N-type gate electrode or a P-type gate electrode of a CMOSFET having a transistor. The gate electrode includes an upper layer and a lower layer, and the lower layer is non-doped.
The gate electrode having such a structure is formed by masking the gate wiring portion at the time of ion implantation into the underlying polysilicon. According to the present embodiment, the gate wiring portion where the actual current flows can be separated from the substrate, so that the wiring capacitance to the substrate is reduced. This is effective when the height of the gate electrode needs to be the same as the conventional one. For example, a gate-source /
In order to prevent a short circuit between the drains and to prevent the gate electrode from penetrating the source / drain, the present invention is effective even when the same height as the conventional gate electrode is required.

【0052】実施の形態8 図13を参照してゲート配線構造として、上層部のポリ
シリコンと下層部のポリシリコンの間に、容量体を形成
するために用いた絶縁膜が存在している。このようなゲ
ート電極の製造方法は、容量体の作り方(実施の形態
6)と基本的に同じである。容量体形成用の絶縁膜をエ
ッチングするとき、このゲート配線をエッチングし、さ
らに上層のポリシリコンも、その上にパターニングす
る。実施の形態8の効果は次のとおりである。すなわ
ち、実際に電流が流れるゲート配線部分を基板から離す
ことができるため、対基板発生容量が減少する。また、
実施の形態7のように、下層部のポリシリコンをノンド
ープとすることによって、さらに、上記効果が高まる。
また、下層部のポリシリコンで、かつ実施の形態3で用
いた薄いトンネル絶縁膜が存在する場合でも、上層部の
ポリシリコン中の不純物が下層部へ拡散しにくくなるた
め、対基板配線容量は減少する。
Eighth Embodiment Referring to FIG. 13, as a gate wiring structure, an insulating film used for forming a capacitor is present between polysilicon in an upper layer and polysilicon in a lower layer. The method of manufacturing such a gate electrode is basically the same as the method of manufacturing the capacitor (Embodiment 6). When the insulating film for forming the capacitor is etched, the gate wiring is etched, and the polysilicon in the upper layer is also patterned thereon. The effects of the eighth embodiment are as follows. That is, since the gate wiring portion where the current actually flows can be separated from the substrate, the capacity generated with respect to the substrate is reduced. Also,
As described in the seventh embodiment, the above effect is further enhanced by making the lower polysilicon layer non-doped.
Further, even when the lower layer polysilicon and the thin tunnel insulating film used in the third embodiment are present, the impurity in the upper layer polysilicon is less likely to diffuse into the lower layer, so that the wiring capacitance to the substrate is reduced. Decrease.

【0053】実施の形態9 図14は、実施の形態9に係るゲート配線の断面図であ
る。ゲート電極は、上層部と下層部とを含む。上層部は
ノンドープのポリシリコンである。上層部の高さ方向の
全部または一部はシリサイド化されている。実施の形態
9によれば、低抵抗なシリサイド膜が形成できる。一
方、ゲート配線としての機能には全く問題はない。実施
の形態7のように下層部をノンドープ化することで、対
基板配線容量はさらに減少する。
Ninth Embodiment FIG. 14 is a sectional view of a gate wiring according to a ninth embodiment. The gate electrode includes an upper layer and a lower layer. The upper layer is non-doped polysilicon. All or part of the upper layer in the height direction is silicided. According to the ninth embodiment, a low-resistance silicide film can be formed. On the other hand, there is no problem with the function as the gate wiring. By making the lower layer non-doped as in the seventh embodiment, the wiring capacitance to the substrate is further reduced.

【0054】実施の形態10 図15は、実施の形態10に係るゲート配線の断面図で
ある。実施の形態6の容量体用に形成した絶縁膜をゲー
ト配線のシリサイドプロテクション膜として利用したも
のである。ゲート絶縁膜の上に、容量体用の絶縁膜をパ
ターニングする。その上に堆積されるポリシリコンはゲ
ートエッチングで取除く。絶縁膜はシリサイド形成時の
マスクとなるため、下層部のポリシリコンのみの配線が
形成される。コンタクトについては、下層部のポリシリ
コンに直接とりにいく方法と、シリサイドが形成された
ゲートの上にとりにいく方法のいずれも可能である。実
施の形態6の容量体を用いるプロセスであれば、工程や
マスクの追加なしで、ゲート配線のシリサイドプロテク
ションが可能となる、という効果を奏する。
Tenth Embodiment FIG. 15 is a sectional view of a gate wiring according to a tenth embodiment. The insulating film formed for the capacitor of the sixth embodiment is used as a silicide protection film for a gate wiring. An insulating film for a capacitor is patterned on the gate insulating film. The polysilicon deposited thereon is removed by gate etching. Since the insulating film serves as a mask when silicide is formed, an interconnect made of only polysilicon in the lower layer is formed. Regarding the contact, either a method of directly contacting the polysilicon in the lower layer or a method of contacting the contact on the gate on which the silicide is formed is possible. The process using the capacitor according to the sixth embodiment has an effect that silicide protection of a gate wiring can be performed without adding a step or a mask.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の第1の
局面に従う半導体装置によれば、ゲート電極が上層部と
下層部とを含む2層以上の構造であるので、上層部と下
層部のポリシリコン不純物濃度を独立に設定することが
可能となる。その結果、仕事関数を所望の値に精度よく
制御でき、電極空乏化のないデュアルゲート電極が実現
できるという効果を奏する。また、下層部に窒素が存在
することにより、薄膜ゲート絶縁膜への不純物拡散によ
るバリア性が向上し、基板側への突き抜けが防止される
という効果を奏する。
As described above, according to the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, since the gate electrode has a structure of two or more layers including the upper layer and the lower layer, the gate electrode has the upper layer and the lower layer. The polysilicon impurity concentration can be set independently. As a result, it is possible to control the work function to a desired value with high accuracy, and to achieve a dual gate electrode without electrode depletion. In addition, the presence of nitrogen in the lower layer improves the barrier properties due to the diffusion of impurities into the thin gate insulating film, and has the effect of preventing penetration into the substrate.

【0056】この発明の第2の局面に従う半導体装置に
よれば、ゲート電極が上層部と下層部とを含む2層以上
の構造であり、下層部中の不純物濃度が上層部中のそれ
よりも大きくされている。すなわち、上層部のポリシリ
コン中の不純物濃度が必要最小限に低く抑えられている
ため、シリサイド形成において、細線抵抗の上昇のな
い、低抵抗のシリサイドゲート配線の形成が可能となる
という効果を奏する。
According to the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the gate electrode has a structure of two or more layers including an upper layer and a lower layer, and the impurity concentration in the lower layer is higher than that in the upper layer. Has been enlarged. That is, since the impurity concentration in the polysilicon in the upper layer portion is kept to a necessary minimum, there is an effect that it is possible to form a low-resistance silicide gate wiring without increasing the fine line resistance in forming silicide. .

【0057】この発明の第3の局面に従う半導体装置に
よれば、ポリシリコン2層構造を有するデュアルゲート
電極と容量体が同時に形成されるという効果を奏する。
According to the semiconductor device according to the third aspect of the present invention, there is an effect that a dual gate electrode having a polysilicon two-layer structure and a capacitor are simultaneously formed.

【0058】この発明の第4の局面に従う半導体装置に
よれば、ゲート電極が上層部と下層部とを含み、下層部
をノンドープとしているため、実際の電流が流れるゲー
ト配線部分を基板から離すことができる、ひいては、対
基板配線容量を減少するという効果を奏する。
According to the semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, the gate electrode includes the upper layer and the lower layer, and the lower layer is non-doped. This has the effect of reducing the wiring capacitance to the substrate.

【0059】この発明の第5の局面に従う半導体装置に
よれば、ゲート電極が上層部と下層部とを含み、少なく
とも上記上層部をノンドープとし、上記上層部の高さ方
向の全部または一部をシリサイド化しているので、低抵
抗のシリサイド膜を形成できる。一方、ゲート配線とし
ての機能に全く問題はないという効果を奏する。
According to the semiconductor device according to the fifth aspect of the present invention, the gate electrode includes an upper layer portion and a lower layer portion, at least the upper layer portion is non-doped, and all or part of the upper layer portion in the height direction is formed. Because of silicidation, a low-resistance silicide film can be formed. On the other hand, there is an effect that there is no problem in the function as the gate wiring.

【0060】この発明の第6の局面に従う半導体装置に
よれば、絶縁膜と同じ材料で形成されたシリサイドプロ
テクション膜を備えているので、ゲート配線のシリサイ
ドプロテクションが可能となるという効果を奏する。
According to the semiconductor device according to the sixth aspect of the present invention, since the semiconductor device includes the silicide protection film formed of the same material as the insulating film, the effect that the silicide protection of the gate wiring becomes possible is achieved.

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

【図1】 この発明の実施の形態1に係る相補型電界効
果トランジスタの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a complementary field effect transistor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態2に係る相補型電界効
果トランジスタの、デュアルゲート電極の不純物濃度プ
ロファイルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration profile of a dual gate electrode of a complementary field effect transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態2に係る相補型電界効
果トランジスタの、デュアルゲート電極構造の他の不純
物濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another impurity concentration profile of the dual gate electrode structure of the complementary field effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態3に係る相補型電界効果
トランジスタの、デュアルゲート電極構造の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of a dual gate electrode structure of a complementary field effect transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 実施の形態3に係る相補型電界効果トランジ
スタの、ゲート電極中の濃度プロファイルである。
FIG. 5 is a concentration profile in a gate electrode of the complementary field effect transistor according to the third embodiment.

【図6】 実施の形態6に係る半導体装置の、トランジ
スタと容量体の部分の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a transistor and a capacitor in a semiconductor device according to a sixth embodiment;

【図7】 実施の形態6に係る半導体装置の製造方法の
順序の第1の工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device in a first step in a sequence of a method of manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment.

【図8】 実施の形態6に係る半導体装置の製造方法の
順序の第2の工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a second step in the sequence of the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment.

【図9】 実施の形態6に係る半導体装置の製造方法の
順序の第3の工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a third step in the order of the method of manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment.

【図10】 実施の形態6に係る半導体装置の製造方法
の順序の第4の工程における半導体装置の断面図であ
る。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a fourth step in the order of the method of manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment.

【図11】 実施の形態6に係る半導体装置の製造方法
の順序の第5の工程における半導体装置の断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a fifth step in the order of the method of manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment.

【図12】 実施の形態7に係るゲート配線の断面図で
ある。
FIG. 12 is a sectional view of a gate wiring according to a seventh embodiment.

【図13】 実施の形態8に係るゲート配線構造の断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of a gate wiring structure according to an eighth embodiment.

【図14】 実施の形態9に係るゲート配線の断面図で
ある。
FIG. 14 is a sectional view of a gate wiring according to a ninth embodiment;

【図15】 実施の形態10に係るゲート配線の断面図
である。
FIG. 15 is a sectional view of a gate wiring according to a tenth embodiment;

【図16】 従来の相補型電界効果トランジスタの断面
図である。
FIG. 16 is a sectional view of a conventional complementary field effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリサイド膜、2 薄膜ゲート絶縁膜、3 分離絶
縁膜、4 サイドウォールスペーサ、5 P−ウェル、
6 N−ウェル、7 N型ソース/ドレイン領域、8
P型ソース/ドレイン領域、9 N型ゲート電極、10
P型ゲート電極
1 silicide film, 2 thin film gate insulating film, 3 isolation insulating film, 4 sidewall spacer, 5 P-well,
6 N-well, 7 N-type source / drain regions, 8
P-type source / drain region, 9 N-type gate electrode, 10
P-type gate electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N型不純物を含んだN型ゲート電極を有
するNMOSトランジスタと、 P型不純物を含んだP型ゲート電極を有するPMOSト
ランジスタと、を備え、 前記N型ゲート電極は、上層部と下層部とを含む2層以
上の構造であり、 前記P型ゲート電極は、上層部と下層部とを含む2層以
上の構造であり、 前記N型ゲート電極の前記下層部と前記P型ゲート電極
の前記下層部の、少なくとも一方には窒素が含まれてい
る、半導体装置。
1. An NMOS transistor having an N-type gate electrode containing an N-type impurity, and a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity, wherein the N-type gate electrode has an upper layer portion. A P-type gate electrode having a structure of two or more layers including an upper layer portion and a lower layer portion; and a P-type gate having a lower layer portion of the N-type gate electrode. A semiconductor device, wherein at least one of the lower layer portions of the electrode contains nitrogen.
【請求項2】 N型不純物を含んだN型ゲート電極を有
するNMOSトランジスタと、 P型不純物を含んだP型ゲート電極を有するPMOSト
ランジスタと、を備え、 前記N型ゲート電極および前記P型ゲート電極は、いず
れも、上層部と下層部とを含む2層以上の構造であり、 それぞれのゲート電極中において、前記下層部中の不純
物濃度は、前記上層部中のそれよりも大きくされてい
る、半導体装置。
2. An NMOS transistor having an N-type gate electrode containing an N-type impurity, and a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity, wherein the N-type gate electrode and the P-type gate are provided. Each of the electrodes has a structure of two or more layers including an upper layer portion and a lower layer portion, and in each gate electrode, the impurity concentration in the lower layer portion is set higher than that in the upper layer portion. , Semiconductor devices.
【請求項3】 前記N型ゲート電極および前記P型ゲー
ト電極は、それぞれ、前記上層部と前記下層部との間に
設けられたトンネル絶縁膜を含む、請求項1または2に
記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the N-type gate electrode and the P-type gate electrode each include a tunnel insulating film provided between the upper layer and the lower layer. .
【請求項4】 前記NMOSトランジスタおよび前記P
MOSトランジスタをそれぞれ複数個備え、 一部のNMOSトランジスタのN型ゲート電極の前記下
層部中の不純物濃度は、他のNMOSトランジスタのそ
れとは異なっており、 一部のPMOSトランジスタのP型ゲート電極の前記下
層部中の不純物濃度は、他のPMOSトランジスタのそ
れとは異なっている、請求項1から3までに記載の半導
体装置。
4. The NMOS transistor and the P transistor
A plurality of MOS transistors are provided, and the impurity concentration in the lower layer portion of the N-type gate electrode of some NMOS transistors is different from that of other NMOS transistors. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration in said lower layer portion is different from that of another PMOS transistor.
【請求項5】 N型不純物を含んだN型ゲート電極を有
するNMOSトランジスタと、 P型不純物を含んだP型ゲート電極を有するPMOSト
ランジスタと、 フィールド酸化膜上に形成された容量体部とを備え、 前記容量体部は、 前記N型またはP型のうちの、一方の型の不純物が注入
された下層部と、 前記下層部の上に設けられた絶縁膜と、 前記絶縁膜の上に設けられ、前記一方の型の不純物が注
入された上層部とを含む、半導体装置。
5. An NMOS transistor having an N-type gate electrode containing an N-type impurity, a PMOS transistor having a P-type gate electrode containing a P-type impurity, and a capacitor portion formed on a field oxide film. The capacitor portion includes: a lower layer portion into which one of the N-type or P-type impurities is implanted; an insulating film provided on the lower layer portion; And an upper layer portion provided with the one type of impurity.
【請求項6】 N型ゲート電極を有するNMOSトラン
ジスタと、 P型ゲート電極を有するPMOSトランジスタと、を備
え、 前記N型ゲート電極および前記P型ゲート電極は、それ
ぞれ、上層部と下層部とを含み、 前記下層部はノンドープである、半導体装置。
6. An NMOS transistor having an N-type gate electrode, and a PMOS transistor having a P-type gate electrode, wherein the N-type gate electrode and the P-type gate electrode have an upper layer portion and a lower layer portion, respectively. The semiconductor device, wherein the lower layer portion is non-doped.
【請求項7】 前記上層部と前記下層部との間に絶縁膜
が設けられている、請求項6に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein an insulating film is provided between said upper layer portion and said lower layer portion.
【請求項8】 ゲート電極を有するトランジスタを備
え、 前記ゲート電極は、それぞれ、上層部と下層部とを含
み、 少なくとも、前記上層部をノンドープとし、前記上層部
の高さ方向の全部または一部をシリサイド化している、
半導体装置。
8. A transistor having a gate electrode, wherein each of the gate electrodes includes an upper layer portion and a lower layer portion, and at least the upper layer portion is non-doped, and all or part of the upper layer portion in a height direction is provided. Has been silicided,
Semiconductor device.
【請求項9】 ゲート配線と、 フィールド酸化膜上に形成された容量体部と、を備え、 前記容量体部は、不純物が注入された下層部と、前記下
層部の上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に設け
られた上層部とを含み、 当該装置は、さらに、前記ゲート配線の上に設けられ、
前記絶縁膜と同じ材料で形成されたシリサイドプロテク
ション膜を備える、半導体装置。
9. A semiconductor device comprising: a gate line; and a capacitor portion formed on a field oxide film, wherein the capacitor portion includes a lower portion into which an impurity is implanted and an insulating portion provided on the lower portion. A film, and an upper layer portion provided on the insulating film, the device is further provided on the gate wiring,
A semiconductor device comprising a silicide protection film formed of the same material as the insulating film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010267991A (en) * 2010-07-20 2010-11-25 Toshiba Corp Semiconductor device and wiring
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