JPS61202467A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔殖東上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、＊にＭＯＳ！’ＩＥ界効果
半導体装置、更に詳しくはゲー）［億として多結晶シリ
コンと高融点金Ｊｓを用いたＭＯＳ型電界効果半導体装
置に関する。

〔従来の技術〕

近年、集積回路は、高集積化゛、高速化、低消賀電力化
、低価格化と変化し、その応用範囲は拡大している。し
かしデバイスは一般に目的をもって設計され、それぞれ
特有の性格を持ちその１史用範囲が限定されている。す
べてに優位金持つ特徴があれば最高であるが一般にはそ
のようにならないのが通例である。

技術的には、エッナノグ技前、リゾグラフィ技術、材料
技術の進歩によって集積回路デバイスはめまぐるしく進
展し精度は著しく向上した。

従来、高速化をめざして対策を打りているのは、ＭＯＳ
型半導体装置においては、電気的容量と抵抗に関してで
ある。そこで、シリコンゲートＭＯＳトランジスタは、
ゲート′框極とソース・ドレインとなる拡散層とのオー
バーラツプ容１１小さく抑えるために考え出され、自己
整合的にソース・ドレインを形成するものであシ、ドレ
インとゲートを極とのオーバーラツプ容１ｔｔ−小さく
することができ高速動作が可能になった。

さらに、多結晶シリコンを用いた電極では、抵抗が高い
ために、この抵抗の小さい材料として、高融点金属が用
いられているが、この高融点金属では閾値電圧が不安定
になったりして品質上問題である。そこで、多結晶シリ
コンと高融点金属のシリサイドを用〜・ることによって
、ゲート電極とゲート絶縁膜の界面側には、従来の多結
晶シリコンを用い、その上層にシリサイドを用いるとい
う金属シリサイド構造のゲート電極を有したデバイスが
考え出され近年製品化されている。

このように、ゲート電極を低抵抗にして、自己整合的に
ソース・ドレインを形成するデバイスは容量が小さく、
抵抗も小さいため、高速動作が可能となる。

従来例として、第３図にシリサイド電極のデバイスの構
造断面図を示す。

第３図に示す構造は一導゛亀型のシリコン半導体基板３
０１に、通常のＬＯＣＵＳ法で形成されたフィールド絶
縁膜３０２に囲まれて、トランジスタ領域があり、この
トランジスタ領域には、ゲート絶縁膜３０３が形成され
、その上に多結晶シリコン３ｏＡ成されている。この多
結晶シリコン３０４は、ある不純物に依って、導電型が
決定しているものである。この多結晶シリコン３０４の
両側にはある棟の絶縁膜３０５があり、この絶縁膜の内
側にシリサイド層３０６がある。この電極をはさんで両
側に高濃度ソース拡散層３０７．高濃度ドレイン拡散層
３０８が形成されている。このような構造を形成するた
めには、多結晶シリコ／に不純物を導入した後、パター
ニングして、この多結晶シリコン３０４ｆ酸化したり、
またＣＶＤ法に依り絶縁膜（シリコン識化膜のような絶
縁膜。

その他シリコン窒化膜等）を成長させて、リアクティブ
・イオン・エツチング（ＲＩＥ）法の異方性エツチング
を用いて、上面だけ多結晶シリコンを露出させｔ、、後
、高融点金属（例えばモリブデン。

チタン、タングステン等）を成長させて、熱処理によっ
て多結晶シリコンと高融点金属と反応させシリサイド層
３０６′？：形成して、残った未反応部分をある棟の溶
液で除去し、その後イオン注入法を用いて高濃度ソース
拡散層３０７、尚濃度ドレイン拡散層３０８を形成する
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した半導体装置は多結晶シリコン３０４の周囲に残
存させる絶縁膜３０５の厚さにも依存し、またその方法
にも依るが、＠面に残存させる膜３０５が厚ければ厚い
ほど後でソース・ドレインを形成するため、このオーバ
ー・ラップがな（なってしまって、オフ・セットになっ
てしまう事があり、また設計した多結晶シリコンより細
くなって、設計の期待をうらぎる結果ともなる。それを
避けるために、高濃度ソースおよびドレイン拡散層３０
７，３０８を形成後絶縁膜３０５ｆｔ残すようにすると
、上述した酸化法では拡散層が深くなってオーバー・ラ
ップ容量が大きくなってしまった夛。

ソース・ドレインの不純物拡散領域の酸化速度が速いた
めに多くの酸化膜が成長し、ゲート・多結晶シリコンに
応力をかける事になって不都合が発生することもある。

ＣＶＤ法を用いて、高濃度ソース・ドレイン拡散層を形
成してから、シリサイド化を行なう拳は可能であるが、
一般に短チヤネル化を行なっていくと、ソース・ドレイ
ン間の電界強度が増大してホットキャリア注入現象が著
しくな）で、特性を不安定Ｉこさせる事が知られておシ
、シリサイド化に依って高速化を図ったにもかかわらず
１品質に於ける信頼性が悪化する可能性がある。

本発明は、このような不都合を除去し、高速でホットキ
ャリア注入現象を低減して、信頼性の高半導体装置を提
供することを目的とする〇〔問題点を解決するための手
段〕 本発明の半導体装置は、−導電型の半導体基板に該基板
と反対導電型の不純物で形成されたソース及びドレイン
領域を有する絶縁ゲート電界効果ＭＯＳ型の半導体装置
において、多結晶シリコンと該多結晶シリコンを覆いそ
の界面でシリサイド層を形成し、ドレイン拡散層上の絶
縁膜上に延在する高融点金属とよりなるゲート電極と、
前記高融点金属のドレイン領域への延在部下の基板内に
ドレイン拡散層に接し、ドレイン領域より低濃度の反対
導電型領域を有し、多結晶シリコン電極下のゲート絶縁
膜を介して基板内にチャンネル領域を形成せしむること
により構成される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。

第１図に示す半導体装置は、−導電型の半導体基板１０
１の表面には通常のＬＯＣＯ８法により形成されたフィ
ールド絶縁膜１０２を有し、この絶縁膜１０２で囲まれ
た領域がトランジスタの活性領域を構成し、その領域に
はゲート絶縁膜１０３、ゲート絶縁膜の所定位置には、
ある種の不純物（例えばリンやヒ素やホウ素等）が導入
された多結晶シリコ／１０４があフ、さらにその上層に
は多結晶シリコン１０４を機って高融点金属１０５が形
成されている。多結晶シリコンと高融点金属の界面では
シリサイド化されて結合し一体としてゲート電極を形成
している。多結晶シリコン１０４の上層でなくゲート絶
縁膜上に接している高融点金属部分の下層側の基板内に
は、基板の導を盤と反対４を型の不純物で比較的薄い濃
度になっているソースの一部の低濃度ソース拡散層１０
６、ドレインの一部の低濃度ドレイン拡散層１０７がそ
れぞれ形成され、高融点金属で覆われていない領域のゲ
ート絶縁膜１０３の下の基板には、基板と反対導電型の
高濃度不純物で形成された高濃度ソース拡散層１０８、
高濃度ドレイン拡散層１０９が形成され、前述した低濃
度ソース拡散層１０６及び低濃度ドレイン拡散層１０７
と接して構成されている。

このような構成のＭＯＳｆｆｌトランジスタは、ゲート
電極が多結晶シリコンと高融点金属で形成され低抵抗化
されており、しかもチャ／ネル領域のゲート絶縁膜を介
して上層にあるのは多結晶シリコンである。従ってＭＯ
：３構造として安定な特性を得ることができる。

高融点金属がゲート絶縁膜を介して接する下層の基板内
はソース拡散層、ドレイン拡散層の延長領域であって、
ディプリート領域であフ、高融点金属の不安定が影響し
ない。

ソース番ドレイン拡散層は高ＩＩｋ度に形成されている
ため、低抵抗化している。ドレイン拡散層の延長部分１
０７が低濃度であるために、ホットキャリア注入現象が
抑制されることになる。

なお、高融点金属だけで、ドレインとオーバーラツプし
ている領域のゲート容量を減するためには、この膜を厚
く成長させればよい。

次に本発明の一実施例の製造方法につき説明する。第２
図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例の製造方法を説明
するために工程順に示した断面図である。

先ず、第２図（ａ）に示すように、−導電型のシリコン
半導体基板２０１に通常のＬＯＣＯ８法により比較的厚
い絶縁膜（シリコン酸化膜）２０２のフィールド酸化膜
を形成し、素子形成領域に薄いシリコン酸化膜を形成し
ゲート絶縁膜２０３とする。

次に、第２図（ｂ）に示すように、ある不純物（例えば
リンやホウ２等）を含んだ多結晶シリコンを表面に成長
させ、所定の形状に加工して、多結晶シリコン電極２０
４ｔ−形成する。次いでイオン注入法により基板と反射
溝ｔａの不純物を、後で形成するソース・ドレイン拡散
層の濃度に比べ低濃度に注入する。この時低濃度ソース
・ドレイン拡散層２０５，２０６　　は多結晶シリコン
２０４に対して自己整合的に形成される。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、高融点金属（例えば
モリブデ／、タングステン、チタン、白金等）２０７金
成長させ、そしてホト・レジスト２０８’ｋｆｆｉい、
多結晶シリコｙ２０４ｅ覆って、ソース−ドレイ７２０
５．２０６　　に延びた領域に高融点金属２０７をパタ
ーニング（ＲＩＢでエツチング）して、高融点金属の電
極２０７を形成する。このエツチングが終って後、ホト
・レジスト２０８をそのまま残存させて、これ金マスク
にして、高濃度の基板と逆導電型不純物をイオン注入法
で注入し、ソース・ドレイン拡散層２０９，２１０　　
’ｉｅ形成する。この方法を用いる事に依って、比較的
薄い高融点金属膜でも、ソース・ドレインの濃度を分離
する事が出来る。また、ホト・レジストを除去してから
、高濃度のイオン注入を行なう事に依って、高融点金属
が薄い場合、多結晶シリコンと重なった所では厚いため
止まり、薄い高融点金属だけのところは、注入が通過し
て、基板にまで達し濃度の低い層を形成出来、結果とし
て第２図（Ｃ）と同じになってＪ！２図（ｂ）の不純物
注入工８を省略する事が可能である。

次に、第２図（ｄ）に示すように、適当な熱処理を行な
い、多結晶シリコンと高融点金属の接触界面でシリサイ
ド化を行なう。次いで、眉間絶縁膜（例えばシリコン酸
化膜、ＰＳＧ、シリコン窒化膜等）２１１ｔ−ＣＶＤ法
で成長し、所定の位置にコンタクトを開孔し、アルミニ
ウムのような金属配線で電極２１２．２１３を形成する
と半導体装置は完成する。

以上説明したように１本実施例の半導体装置は、ゲート
電極が低抵抗化されていて、チャンネル領域のゲート電
極は多結晶シリコンであるから安定な特性が得られ、制
融点金属の延在する所の基板内はドレイン拡散層が低濃
度で延びていることになるので、特性の不安定性を解消
し、ホトキャリア注入現ｗｋヲ抑制しながら短チヤンネ
ル化出来、酸化などの製造条件による変動を受けないの
で短チャンネル化した時の多結晶シリコンの幅で、ｆＦ
性を設計できる非常に安定した半導体装置になるのであ
る。

なお本実施例では、高融点金属は多結晶シリコン酸化膜
いソース及びドレインの双方に延びている例について説
明したが、高融点金属は双方に延びる必要はなく、高融
点金属は少なくとも多結晶シリコンを榎いドレイｙｉ１
４１１に延びて、その延びた高融点金属だけのゲート電
極部の下の基板内領域に低濃度ドレイン拡散層があれば
本発明の効果を得ることができる。

また１本発明の半導体装置は、ひとつの基板にウェル（
反対導電型）１−形成したＰチャンネル盤Ｎチャンネル
型の両チャンネルを共存させた相補凰トランジスタにも
応用できることは説明するまでもなく、この場合、低消
費電力になり、高速デバイスが得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、高速でホトキャ
リア注入現象を低減でき、信頼性の優れた半導体装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）〜（
ｄ）は本発明の一５！施例の製造方法を説明するために
工程順に示した断面図、第３図は従来の半導体装置の一
例の断面図である。 １０１．２０１，３０１・・・・−半導体基板、　　１
０２，２０２゜３０２・・・・・・フィールド絶縁膜、
１０３，２０３，３０３・・・・・・ゲート絶縁膜、１
０４，２０４，３０４・・・・・・多結晶シリコ／、１
０５，２０７，３０６・・・・・・高融点金属及びその
シリサイド層、１０６，１０７，２０５，２０６・・・
・・・低濃度ソース・ドレイン領域、１０８，１０９，
２０９゜２１０．３０７，３０８・・−・・・高濃度ソ
ース・ドレイン拡散層、２０８・・−・・−ホト・レジ
スト、２１１・・・・・・層間絶縁膜、２１２，２１３
・・−・・・アルミニウム電極、３０５・・・・・・絶
縁膜。 −゛− 、ｉ＃／　　辺 享　２　圓 １２１ｍ ＄　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一導電型の半導体基板に該基板と反対導電型の不純物の
   導入で形成されたソース及びドレイン領域を有する絶縁
   ゲート電界効果ＭＯＳ型の半導体装置において、多結晶
   シリコンと該多結晶シリコンを覆いその界面でシリサイ
   ド層を形成し少なくともドレイン拡散層上の絶縁膜上に
   延在する高融点金属とよりなるゲート電極と、前記高融
   点金属のドレイン領域への延在部下の基板内にドレイン
   拡散層に接し、ドレイン領域より低濃度の反対導電型領
   域を有し、多結晶シリコン電極下のゲート絶縁膜を介し
   て基板内にチャンネル領域を形成せしむることを特徴と
   する半導体装置。