JPS5914902B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し特に、同一半導体
基板内に異なる閾値電圧を有するシリコンゲート型電界
効果トランジスタを同時に形成する半導体装置の製造方
法に関するものである。

導体一絶縁膜−半導体（ＭＩＳ）構造を有した半導体装
置に於て、同一半導体基板内に異なる閾値電圧をもつト
ランジスタを構成した装置は、一様な閾値電圧を有した
トランジスタで構成した装５ 置に較べて機能的効果を
増大させることが可能となる。一般に、ＭＩＳ構造を有
したトランジスタの閾値電圧は、基板半導体の結晶面と
不純物濃度、ゲート絶縁膜の材質とその膜厚、ゲート電
極の材質、ゲート絶縁膜中の電荷、基板−絶縁膜の界面
１０状態等の要因に依つて一義的に決定される。従つて
、同一半導体基板内に異なる閾値電圧をもつトランジス
タを形成するには、上述の要因を選択的に制御しなけれ
ばならない。従来、同一半導体基板内に選択的に閾値電
圧の異なるトランジスタを１５構成するには、複雑な方
法が採られておわ、その為、閾値電圧の制御が難しく、
信頼性や歩留りを低下させていた。特に、同−半導体基
板内で基板−絶縁膜の界面状態を選択的に制御すること
は困難であつた。ク０ 本発明の目的は複雑な方法を用
いることなく、容易に同−半導体基板内に異なる閾値電
圧を有するトランジスタを選択的に構成することが可能
な半導体装置の製造方法を提供することである。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。第ク５１図
ａ−ｅぱ本発明に適した製造方法を工程順に示した図で
、第１図ｅ’、ｅ〃はｅ（７）Ａ−Ａ′、Ｂ−Ｂ’の各
断面図を示す。まず、適当な半導体基板１（例えばＰチ
ャンネルならＮ形不純物の基板をＮチャンネル型ならＰ
■０ 形不純物の基板）を選択し、その上面に絶縁膜２
を１．０μ程度を被着し、通常の写真蝕刻技術で所定の
絶縁膜２を除去するａｏ次に、ゲート絶縁膜３となるべ
き絶縁膜を０．１μ程度設け、その上層に多結晶シリコ
ン４を被着し、ゲート電極となる■５ べき多結晶シリ
コン４を残し、他を除去するｂｏ多結晶シリコン４によ
つて自己整合的に、ゲート絶縁膜３を蝕刻し、次にソー
ス、ドレインとなる拡散領域５を形成する為と多結晶シ
リコン４を導電体にする為に、基板不純物と逆の形の不
純物を拡散するＣ。

その後、例えば気相成長法などを用いて、二酸化シリコ
ン膜などの絶縁膜６を被着するＤ。所定の箇所にこの絶
縁膜６に接続の為のコンタクト穴を設ける。次に、ソー
ス，ドレインとなる拡散領域５とゲート電極の多結晶シ
リコン４に電気的に接続し、絶縁膜６を介して、上層に
配線として使用すべき金属膜７を被着させ、写真蝕刻法
で所定部分を残す。この所までの製造方法は、従来知ら
れているシリコンゲート型電界効果トランジスタを含む
半導体装置の製法と同様であるが、本発明ではここで使
用する金属膜７に、純金属を用いるのではなく、極く微
量の不純物を含んだ金属を、基板−ゲート絶縁膜界面状
態を変化させて閾値電圧を変えたいトランジスタのゲー
ト多結晶シリコン領域の上部に絶縁膜６を介して被覆さ
せる。第１図ｅ′，ｅ〃は平面図ｅの断面図であわ、ｅ
′は金属７を被覆させたもの、ｅ〃は金属を被覆させな
い部分の断面を示している．すなわちｅはこの両者を同
じトランジスタ内に形成したところの平面図を示してい
る。ここで、第１図ｅの状態で金属膜７と拡散領域５及
び多結晶シリコン４との電気的接続を行なう為に、ある
雰囲気中で適当な温度条件で熱処理を行なう。

この際、金属膜７の被覆していない領域の基板一ゲート
絶縁膜界面状態は、雰囲気や温度の熱処理条件に依存し
て決定される。一方、金属膜７の被覆した領域の基板−
ゲート絶縁膜界面状態は金属膜７中に含まれている極く
微量の不純物が、この熱処理条件に於て、作用を及ぼし
、金属膜７の被覆していない領域と異つた状態にする。
したがつて、金属膜７が被覆しているか否かに依つて閾
値電圧の異つたトランジスタを得ることが出来るのであ
る。本発明は、以上の事を特徴とするもので、通常のシ
リコンゲート構造の製造方法を用いる事に依つて、金属
膜を被覆させるか否かで容易に、マスク工程を多くする
ことなく選択的に閾値電圧を決定することが出来る。

次に、実施例として、Ｐチヤンネルシリコンゲート型電
界効果トランジスタの作成例を述べる。

まず不純物濃度１０１５ｃＴｎ−３のＮ型く１００〉シ
リコン基板に、ゲート絶縁膜として、熱酸化に依つて二
酸化シリコン膜を約１０００′Ａ形成し、さらにシリコ
ン窒化膜を形成しゲート電極として用いる多結晶シリコ
ン膜を約５０００′Ａ気相成長させ、ゲート電極領域を
形成し、自已整合的にゲート絶縁膜を決定し、不純物と
してホウ素を１０１９？−３拡散し、ソースドレイン領
域を形成する。その後、気相成長法に依つて、二酸化シ
リコン膜を形成し、所定の箇所に穴を穿つ。次に、水素
を微量に含む金属アルミニウムを蒸着し、第１図ｅの平
面図に示したような形状に、アルミニウムを選択した。
その後、４５０℃窒素ガス雰囲気中で熱処理を行なつた
。ここで、金属アルミニウム中に含まれた水素が、この
熱処理条件に於て、窒素雰囲気中でありながら水素雰囲
気中で処理されたのと同様に、基板−ゲート絶縁膜界面
状態を変化させる作用をする。その結果、アルミニウム
がゲート領域に被覆したトランジスタの閾値電圧は１．
２Ｖになり、アルミニウムの被覆していないゲート領域
のトランジスタの閾値電圧は−１．８Ｖを得た。第１図
ｅに示した平面図に於てアルミニウムの被覆したトラン
ジスタをＴ，ｌとし、被覆していないトランジスタをＴ
ｒ２とした時の、ゲートとドレインを結線し、基板とソ
ースを結線した回路を第２図ａに示してある。

そして、その電流一電圧特性は、第２図ｂの点線に示す
Ｔｒｌ＋Ｔｒ２の特性になる。この複合トランジスタは
、アルミニウムを全く被覆させないものに較べて相互コ
ンダクタンスが改善されている。この構造のトランジス
タはＴｒｌとＴｒ２の重ね合わせの電流一電圧特性を示
している。そこで、ＴｒｌやＴｒ２のチヤンネル長や幅
をそれぞれ変化させることに依つて、閾値電圧の差異で
任意の特性を持つたトランジスタが得られた。さらに他
の実施例を第３図に示す。

第３図ａはインバータ回路であジ、ｂはその回路を実現
した平面図である。図中Ｔｒ３は負荷トランジスタで、
Ｔｒ４は閾値電圧を低くしてある駆動トランジスタであ
る。ｂに示す様に駆動トランジスタＴｒ４にアルミニウ
ム７を被覆させてある。このアルミーウムの被覆方法は
、インバータ回路に於ける電源配線として用いるアルミ
ニウムの一部がゲート領域の上部に被覆させてある。一
方、負荷トランジスタＴｒ３のゲート領域にはアルミニ
ウムを被覆させていない。結局、このインバータは負荷
トランジスタの閾値電圧が−１．８Ｖに、駆動トランジ
スタの閾値電圧が−１．２Ｖになり、異つた閾値電圧を
持つている。そこで、このインバータの入出力特性を第
３図ｃに示す。駆動トランジスタＴｒ４にアルミニウム
７が被覆していない場合はイのような特性を示すが、こ
のｂのような構造のインバータは口の様な特性になる。
本発明に依つて、入出力特性が向上し、出力の高レベル
（Ｐチヤンネルに於て）に余裕のある動作が得られた。
本発明の他の実施例として、アルミニウムを閾値電圧を
低下させようと思うトランジスタのゲート領域に被覆さ
せる方法として、第４図ａのようにアルミニウムを独立
して被覆させるとか、ｂの様に出力アルミニウム配線の
一部を用いるとか、ｃのように他の配線を被覆に使用す
る事は、全て本発明の言及するところである。また、ゲ
ート絶縁膜を適当に選択し、本発明と併用して閾値電圧
を調整することは可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図ａ−ｅは本発明の一実施例を工程順に示す図で、
Ｅ７及びｅ〃はｅ＜７）Ａ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面図、
第２図ａは第１図ｅの等価回路図、第２図ｂは同じくそ
の特性曲線を示す図、第３図は本発明の他の実施例を示
す図でａは等価回路図、ｂは平面図、Ｃは特性曲線を示
す図、第４図ａ〜。 は本発明の他の実施例を示す図である。図に訃いて、１
は基板、２，６は絶縁膜、３はゲート膜、４は多結晶シ
リコン、５はソース及びドレイン拡散領域、７は金属膜
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板内に同じ導電型のチャンネルを有する第
   １および第２の電界効果トランジスタを含む半導体装置
   の製造方法において、ゲート絶縁膜を介してシリコンゲ
   ート電極を形成した後、水素を含んだ金属膜を前記第１
   および第２のトランジスタのうち第２のトランジスタを
   除く第１のトランジスタのシリコンゲート電極上に絶縁
   膜を介して設ける工程と、しかる後、熱処理を行う工程
   とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。