JP2904081B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲー
ト電極構造の形成方法に関する。
法に関し、特に絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲー
ト電極構造の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のLDD(Lightly Dop
ed Drain)構造のソース・ドレインを有する絶
縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジ
スタと呼称する)において、ゲートがオフの状態(MO
Sトランジスタが非導通の状態)で起こるゲート電極下
のドレイン領域の表面反転層の形成およびそれに起因す
る価電子帯と伝導帯との間での電子のハンド間トンネル
現象によるリーク電流を防止する方法として、ゲート電
極の仕事関数を変化させる手法が特開平1−26426
4号公報で提案されている。この方法では、MOSトラ
ンジスタのチャネル領域をゲート絶縁膜を介して被覆す
るゲート電極とソース・ドレイン領域をゲート絶縁膜を
介して被覆するゲート電極とが異種の導電体材で構成さ
れる。ここで、これらの異種の導電体材の仕事関数が互
いに異るように選択される。
ed Drain)構造のソース・ドレインを有する絶
縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、MOSトランジ
スタと呼称する)において、ゲートがオフの状態(MO
Sトランジスタが非導通の状態)で起こるゲート電極下
のドレイン領域の表面反転層の形成およびそれに起因す
る価電子帯と伝導帯との間での電子のハンド間トンネル
現象によるリーク電流を防止する方法として、ゲート電
極の仕事関数を変化させる手法が特開平1−26426
4号公報で提案されている。この方法では、MOSトラ
ンジスタのチャネル領域をゲート絶縁膜を介して被覆す
るゲート電極とソース・ドレイン領域をゲート絶縁膜を
介して被覆するゲート電極とが異種の導電体材で構成さ
れる。ここで、これらの異種の導電体材の仕事関数が互
いに異るように選択される。
【0003】以下、特開平1−264264号公報に記
載されている技術について、図面を参照して説明する。
図6は、このような従来の技術を適用したnチャネルM
OSトランジスタの断面図である。
載されている技術について、図面を参照して説明する。
図6は、このような従来の技術を適用したnチャネルM
OSトランジスタの断面図である。
【0004】図6に示すように、導電型がP型のシリコ
ン基板101の表面に、熱酸化法で10nm程度のシリ
コン酸化膜でゲート絶縁膜102が形成されている。そ
して、第1のゲート電極103がタングステンあるいは
モリブデン等で形成される。さらに、第2のゲート電極
104が第1のゲート電極103の側壁部に形成される
ている。ここで、この第2のゲート電極104は、リン
不純物を含有する導電型がN型の多結晶シリコンで構成
される。
ン基板101の表面に、熱酸化法で10nm程度のシリ
コン酸化膜でゲート絶縁膜102が形成されている。そ
して、第1のゲート電極103がタングステンあるいは
モリブデン等で形成される。さらに、第2のゲート電極
104が第1のゲート電極103の側壁部に形成される
ている。ここで、この第2のゲート電極104は、リン
不純物を含有する導電型がN型の多結晶シリコンで構成
される。
【0005】そして、ソース・ドレインの一部を形成す
るn- 拡散領域105が、ゲート絶縁膜102を介して
第2のゲート電極104の下部のシリコン基板101表
面に形成される。さらに、n+ 拡散領域106が形成さ
れてMOSトランジスタのソース・ドレイン領域が形成
される。
るn- 拡散領域105が、ゲート絶縁膜102を介して
第2のゲート電極104の下部のシリコン基板101表
面に形成される。さらに、n+ 拡散領域106が形成さ
れてMOSトランジスタのソース・ドレイン領域が形成
される。
【0006】ここで、第2のゲート電極104には、そ
の仕事関数が第1のゲート電極103の仕事関数より小
さくなるような導電体材料が選択される。
の仕事関数が第1のゲート電極103の仕事関数より小
さくなるような導電体材料が選択される。
【0007】上記の場合では、フェルミ準位がシリコン
基板のバンドギャップの中間領域に位置する第1のゲー
ト電極103がMOSトランジスタのチャネル領域上を
被覆し、フェルミ準位が伝導帯に近いレベルとなる第2
のゲート電極104がMOSトランジスタのソース・ド
レイン上を被覆するようになる。すなわち、第2のゲー
ト電極104の仕事関数が第1のゲート電極103のそ
れより小さくなるように設定されている。このようにす
ることで、MOSトランジスタのゲートがオフ状態での
n- 拡散領域105表面のバンドの曲り(以下、バンド
・ベンディングと呼称する)量は緩和され、先述したバ
ンド間のトンネルによるリーク電流が低減される。
基板のバンドギャップの中間領域に位置する第1のゲー
ト電極103がMOSトランジスタのチャネル領域上を
被覆し、フェルミ準位が伝導帯に近いレベルとなる第2
のゲート電極104がMOSトランジスタのソース・ド
レイン上を被覆するようになる。すなわち、第2のゲー
ト電極104の仕事関数が第1のゲート電極103のそ
れより小さくなるように設定されている。このようにす
ることで、MOSトランジスタのゲートがオフ状態での
n- 拡散領域105表面のバンドの曲り(以下、バンド
・ベンディングと呼称する)量は緩和され、先述したバ
ンド間のトンネルによるリーク電流が低減される。
【0008】これに対し、MOSトランジスタがpチャ
ネル型の場合には、ソース・ドレインの拡散領域の導電
型はP型になるので、第1のゲート電極に対し、第2の
ゲート電極は導電型がP型の多結晶シリコンのような仕
事関数の大きな導電体材料が選択されることになる。
ネル型の場合には、ソース・ドレインの拡散領域の導電
型はP型になるので、第1のゲート電極に対し、第2の
ゲート電極は導電型がP型の多結晶シリコンのような仕
事関数の大きな導電体材料が選択されることになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体装置が
高集積化され、例えば256メガビットDRAMのよう
になると、使用されるMOSトランジスタのゲート絶縁
膜の膜厚は6nm程度になる。そして、例えば、nチャ
ネルMOSトランジスタの場合でゲートがオフ状態の場
合すなわちゲート電極に0Vが印加され、ドレインに3
V程度の電圧が印加されると、この電圧3Vは、そのま
まソース・ドレインの拡散領域の表面に印加されること
になる。そして、この電圧で拡散領域表面のバンド・ベ
ンディングが生じ易くなり、バンド間のトンネル電流が
増加する。これは、ゲート絶縁膜による容量とバンド・
ベンディング部の容量との比較でゲート絶縁膜による容
量の方が大きくなると、これらを直列にして印加される
電圧は容量分割によりバンド・ベンディングの方にほと
んど食われるようになるためである。
高集積化され、例えば256メガビットDRAMのよう
になると、使用されるMOSトランジスタのゲート絶縁
膜の膜厚は6nm程度になる。そして、例えば、nチャ
ネルMOSトランジスタの場合でゲートがオフ状態の場
合すなわちゲート電極に0Vが印加され、ドレインに3
V程度の電圧が印加されると、この電圧3Vは、そのま
まソース・ドレインの拡散領域の表面に印加されること
になる。そして、この電圧で拡散領域表面のバンド・ベ
ンディングが生じ易くなり、バンド間のトンネル電流が
増加する。これは、ゲート絶縁膜による容量とバンド・
ベンディング部の容量との比較でゲート絶縁膜による容
量の方が大きくなると、これらを直列にして印加される
電圧は容量分割によりバンド・ベンディングの方にほと
んど食われるようになるためである。
【0010】このように、MOSトランジスタが超微細
化していくと、従来の技術ではこのようなバンド間トン
ネルの防止は困難になる。
化していくと、従来の技術ではこのようなバンド間トン
ネルの防止は困難になる。
【0011】本発明の目的は、このようにMOSトラン
ジスタが超微細化した場合でも、このバンド間トンネル
を抑制できるようにすることにある。
ジスタが超微細化した場合でも、このバンド間トンネル
を抑制できるようにすることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に関する絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極が互い
に導通のとれた第1のゲート電極と第2のゲート電極と
で構成され、前記第1のゲート電極はゲート絶縁膜を介
してチャネル部の上に存在し、前記第2のゲート電極は
絶縁膜を介してソース・ドレイン領域の上に存在し、前
記第2のゲート電極が、前記ソース・ドレイン領域の導
電型とは逆の導電型の多結晶半導体膜で形成される。
ト電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極が互い
に導通のとれた第1のゲート電極と第2のゲート電極と
で構成され、前記第1のゲート電極はゲート絶縁膜を介
してチャネル部の上に存在し、前記第2のゲート電極は
絶縁膜を介してソース・ドレイン領域の上に存在し、前
記第2のゲート電極が、前記ソース・ドレイン領域の導
電型とは逆の導電型の多結晶半導体膜で形成される。
【0013】あるいは、前記第1のゲート電極と前記第
2のゲート電極を被覆しこれらのゲート電極に導通した
第3のゲート電極が存在する。
2のゲート電極を被覆しこれらのゲート電極に導通した
第3のゲート電極が存在する。
【0014】ここで、前記多結晶半導体膜が多結晶シリ
コン膜あるいは多結晶シリコン・ゲルマニウム膜であ
る。また、前記絶縁膜はゲート絶縁膜である。
コン膜あるいは多結晶シリコン・ゲルマニウム膜であ
る。また、前記絶縁膜はゲート絶縁膜である。
【0015】ここで、本発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成において、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶シリコン膜
を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上部に保護絶
縁膜を堆積させゲート電極のパターン形状に加工する工
程と、前記パターニングした保護絶縁膜をマスクにして
逆導電型の不純物を斜めイオン注入し前記パターニング
した保護絶縁膜の端部とオーバラップするように前記多
結晶シリコン膜に逆導電型の領域を形成する工程と、前
記パターニングした保護絶縁膜をエッチング用マスクに
して前記多結晶シリコン膜を前記ゲート電極のパターン
形状に加工する工程と、前記パターニングした保護絶縁
膜および多結晶シリコン膜をマスクにして前記半導体基
板の表面に一導電型の不純物を導入しソース・ドレイン
領域を形成すると共に前記逆導電型の領域と前記ソース
・ドレイン領域とを前記ゲート絶縁膜を介してオーバラ
ップさせる工程と、を含むようになる。
は、絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成において、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶シリコン膜
を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上部に保護絶
縁膜を堆積させゲート電極のパターン形状に加工する工
程と、前記パターニングした保護絶縁膜をマスクにして
逆導電型の不純物を斜めイオン注入し前記パターニング
した保護絶縁膜の端部とオーバラップするように前記多
結晶シリコン膜に逆導電型の領域を形成する工程と、前
記パターニングした保護絶縁膜をエッチング用マスクに
して前記多結晶シリコン膜を前記ゲート電極のパターン
形状に加工する工程と、前記パターニングした保護絶縁
膜および多結晶シリコン膜をマスクにして前記半導体基
板の表面に一導電型の不純物を導入しソース・ドレイン
領域を形成すると共に前記逆導電型の領域と前記ソース
・ドレイン領域とを前記ゲート絶縁膜を介してオーバラ
ップさせる工程と、を含むようになる。
【0016】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成において、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶シリコン膜
を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上に積層して
高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、前記高融点
金属シリサイド膜上部に保護絶縁膜を堆積させ前記保護
絶縁膜と前記高融点金属シリサイド膜とをゲート電極の
パターン形状に加工する工程と、前記パターニングした
保護絶縁膜と高融点金属シリサイド膜とをマスクにして
逆導電型の不純物をイオン注入し前記パターニングした
高融点金属シリサイド膜の端部とオーバラップするよう
に前記多結晶シリコン膜に逆導電型の領域を形成する工
程と、前記パターニングした保護絶縁膜をエッチング用
マスクにして前記多結晶シリコン膜を前記ゲート電極の
パターン形状に加工する工程と、前記パターニングした
保護絶縁膜、高融点金属シリサイド膜および多結晶シリ
コン膜をマスクにして前記半導体基板の表面に一導電型
の不純物を導入しソース・ドレイン領域を形成すると共
に前記逆導電型の領域と前記ソース・ドレイン領域とを
前記ゲート絶縁膜を介してオーバラップさせる工程と、
を含むようになる。
は、絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成において、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前
記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶シリコン膜
を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上に積層して
高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、前記高融点
金属シリサイド膜上部に保護絶縁膜を堆積させ前記保護
絶縁膜と前記高融点金属シリサイド膜とをゲート電極の
パターン形状に加工する工程と、前記パターニングした
保護絶縁膜と高融点金属シリサイド膜とをマスクにして
逆導電型の不純物をイオン注入し前記パターニングした
高融点金属シリサイド膜の端部とオーバラップするよう
に前記多結晶シリコン膜に逆導電型の領域を形成する工
程と、前記パターニングした保護絶縁膜をエッチング用
マスクにして前記多結晶シリコン膜を前記ゲート電極の
パターン形状に加工する工程と、前記パターニングした
保護絶縁膜、高融点金属シリサイド膜および多結晶シリ
コン膜をマスクにして前記半導体基板の表面に一導電型
の不純物を導入しソース・ドレイン領域を形成すると共
に前記逆導電型の領域と前記ソース・ドレイン領域とを
前記ゲート絶縁膜を介してオーバラップさせる工程と、
を含むようになる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施の形
態を説明するためのnチャネルMOSトランジスタの断
面図である。図1に示すように、導電型がP型のシリコ
ン基板1の表面にゲート絶縁膜2が形成されている。そ
して、このゲート絶縁膜2上に第1のゲート電極3と第
2のゲート電極4とが形成されている。ここで、第1の
ゲート電極3はリン不純物を含有する多結晶シリコン膜
で構成されている。また、第2のゲート電極はホウ素不
純物を含有する多結晶シリコン膜で構成されている。そ
して、このリン不純物の含有量は1019原子/cm3 程
度であり、ホウ不純物の含有量は1018原子/cm3 程
度である。なお、ここで、リン不純物の代りにヒ素不純
物が用いられてもよい。
施の形態を説明する。図1は、本発明の第1の実施の形
態を説明するためのnチャネルMOSトランジスタの断
面図である。図1に示すように、導電型がP型のシリコ
ン基板1の表面にゲート絶縁膜2が形成されている。そ
して、このゲート絶縁膜2上に第1のゲート電極3と第
2のゲート電極4とが形成されている。ここで、第1の
ゲート電極3はリン不純物を含有する多結晶シリコン膜
で構成されている。また、第2のゲート電極はホウ素不
純物を含有する多結晶シリコン膜で構成されている。そ
して、このリン不純物の含有量は1019原子/cm3 程
度であり、ホウ不純物の含有量は1018原子/cm3 程
度である。なお、ここで、リン不純物の代りにヒ素不純
物が用いられてもよい。
【0018】そして、MOSトランジスタのソース・ド
レインとなるn+ 拡散領域5および6が、図1に示すよ
うに形成されている。すなわち、n+ 拡散領域5および
6とゲート電極すなわち第2のゲート電極4とが、ゲー
ト絶縁膜2を介して互いにオーバラップする。そして、
このn+ 拡散領域5および6は、第1のゲート電極3と
はオーバラップしないように形成されている。ここで、
n+ 拡散領域のヒ素不純物の含有量は1020原子/cm
3 程度に設定されている。なお、このソース・ドレイン
用の拡散領域はLDD構造でもよい。
レインとなるn+ 拡散領域5および6が、図1に示すよ
うに形成されている。すなわち、n+ 拡散領域5および
6とゲート電極すなわち第2のゲート電極4とが、ゲー
ト絶縁膜2を介して互いにオーバラップする。そして、
このn+ 拡散領域5および6は、第1のゲート電極3と
はオーバラップしないように形成されている。ここで、
n+ 拡散領域のヒ素不純物の含有量は1020原子/cm
3 程度に設定されている。なお、このソース・ドレイン
用の拡散領域はLDD構造でもよい。
【0019】次に、具体的に図2に基づいて本発明の第
1の実施の形態を説明する。ここで、図2は、この第1
の実施の形態のMOSトランジスタの製造工程順の断面
図である。
1の実施の形態を説明する。ここで、図2は、この第1
の実施の形態のMOSトランジスタの製造工程順の断面
図である。
【0020】図2(a)に示すように、導電型がP型の
シリコン基板1の表面に素子間分離領域がフィールド酸
化膜(図示されず)で形成されて、シリコン基板1の活
性領域となる表面にゲート絶縁膜2が設けられる。ここ
で、このゲート絶縁膜2は、公知の熱酸化法で形成され
る膜厚が6nm程度のシリコン酸化膜を熱窒化して形成
されるSiON絶縁膜である。あるいは、このゲート絶
縁膜2は、亜酸化窒素のような窒素を含む雰囲気ガス中
で熱酸化されることで形成されるSiON絶縁膜であ
る。
シリコン基板1の表面に素子間分離領域がフィールド酸
化膜(図示されず)で形成されて、シリコン基板1の活
性領域となる表面にゲート絶縁膜2が設けられる。ここ
で、このゲート絶縁膜2は、公知の熱酸化法で形成され
る膜厚が6nm程度のシリコン酸化膜を熱窒化して形成
されるSiON絶縁膜である。あるいは、このゲート絶
縁膜2は、亜酸化窒素のような窒素を含む雰囲気ガス中
で熱酸化されることで形成されるSiON絶縁膜であ
る。
【0021】次に、ゲート絶縁膜2を被覆するN型多結
晶シリコン膜3’が公知の化学気相成長(CVD)法で
堆積される。ここで、このN型多結晶シリコン膜3’の
膜厚は200nm程度に設定される。また、このN型多
結晶シリコン膜3’中には、リン不純物が1×1019原
子/cm3 程度の濃度で含有される。
晶シリコン膜3’が公知の化学気相成長(CVD)法で
堆積される。ここで、このN型多結晶シリコン膜3’の
膜厚は200nm程度に設定される。また、このN型多
結晶シリコン膜3’中には、リン不純物が1×1019原
子/cm3 程度の濃度で含有される。
【0022】次に、このN型多結晶シリコン膜3’の表
面に、MOSトランジスタのゲート電極のパターン形状
になった保護絶縁膜7が設けられる。ここで、この保護
絶縁膜7はCVD法で形成されるシリコン酸化膜であ
り、その膜厚は300nm程度に設定されている。ま
た、このパターン寸法はゲート電極の寸法であり0.3
μm程度に設定される。
面に、MOSトランジスタのゲート電極のパターン形状
になった保護絶縁膜7が設けられる。ここで、この保護
絶縁膜7はCVD法で形成されるシリコン酸化膜であ
り、その膜厚は300nm程度に設定されている。ま
た、このパターン寸法はゲート電極の寸法であり0.3
μm程度に設定される。
【0023】次に、図2(b)に示すように、保護絶縁
膜7の側壁にサイドウォール絶縁膜8が形成される。こ
こで、このサイドウォール絶縁膜8は膜厚が100nm
程度のシリコン窒化膜で構成される。このサイドウォー
ル絶縁膜8の形成は、初めにCVD法で膜厚が120n
m程度のシリコン窒化膜が堆積され、引続いて異方性の
ある反応性イオンエッチング(RIE)法でシリコン窒
化膜が全面エッチングされて行われる。
膜7の側壁にサイドウォール絶縁膜8が形成される。こ
こで、このサイドウォール絶縁膜8は膜厚が100nm
程度のシリコン窒化膜で構成される。このサイドウォー
ル絶縁膜8の形成は、初めにCVD法で膜厚が120n
m程度のシリコン窒化膜が堆積され、引続いて異方性の
ある反応性イオンエッチング(RIE)法でシリコン窒
化膜が全面エッチングされて行われる。
【0024】次に、図2(c)に示すように、ボロンイ
オン9がイオン注入される。ここで、このボロンイオン
9は斜めイオン注入でありその傾斜角度は45度程度に
設定される。また、このイオン注入の注入エネルギーは
50〜100keVに、ドーズ量は3×1014イオン/
cm2 程度にそれぞれ設定される。なお、このイオン注
入でのボロンイオンの飛程は200nm程度であり、こ
のイオンはゲート絶縁膜2の近傍まで達する。そして、
さらに熱処理が加えられる。このようにして、P型多結
晶シリコン膜4’が形成される。
オン9がイオン注入される。ここで、このボロンイオン
9は斜めイオン注入でありその傾斜角度は45度程度に
設定される。また、このイオン注入の注入エネルギーは
50〜100keVに、ドーズ量は3×1014イオン/
cm2 程度にそれぞれ設定される。なお、このイオン注
入でのボロンイオンの飛程は200nm程度であり、こ
のイオンはゲート絶縁膜2の近傍まで達する。そして、
さらに熱処理が加えられる。このようにして、P型多結
晶シリコン膜4’が形成される。
【0025】このP型多結晶シリコン膜4’には、先述
した1×1019原子/cm3 のリン不純物と1.5×1
019原子/cm3 のホウ素不純物とが混入し、見掛け上
5×1018原子/cm3 のP型不純物が含有されること
になる。
した1×1019原子/cm3 のリン不純物と1.5×1
019原子/cm3 のホウ素不純物とが混入し、見掛け上
5×1018原子/cm3 のP型不純物が含有されること
になる。
【0026】次に、サイドウォール絶縁膜8が選択的に
エッチング除去される。このエッチングはホット燐酸等
の化学薬液で行われる。そして、保護絶縁膜7をエッチ
ングマスクにして、先述したN型多結晶シリコン膜3’
およびP型多結晶シリコン膜4’がRIEでドライエッ
チングされる。
エッチング除去される。このエッチングはホット燐酸等
の化学薬液で行われる。そして、保護絶縁膜7をエッチ
ングマスクにして、先述したN型多結晶シリコン膜3’
およびP型多結晶シリコン膜4’がRIEでドライエッ
チングされる。
【0027】このようにして、図2(d)に示すよう
に、先述したN型多結晶シリコン膜3’の領域に第1の
ゲート電極3が形成され、P型多結晶シリコン膜4’の
領域に第2のゲート電極4が形成されるようになる。
に、先述したN型多結晶シリコン膜3’の領域に第1の
ゲート電極3が形成され、P型多結晶シリコン膜4’の
領域に第2のゲート電極4が形成されるようになる。
【0028】次に、全面にヒ素不純物のイオン注入がな
され熱処理が施されて、n+ 拡散領域5および6が形成
される。ここで、n+ 拡散領域5および6はゲート絶縁
膜2を介して第2のゲート電極4とオーバラップする。
され熱処理が施されて、n+ 拡散領域5および6が形成
される。ここで、n+ 拡散領域5および6はゲート絶縁
膜2を介して第2のゲート電極4とオーバラップする。
【0029】最後に保護絶縁膜7が除去されて、図1で
説明したMOSトランジスタが完成する。
説明したMOSトランジスタが完成する。
【0030】次に、図3と図4を参照して本発明の第2
の実施の形態について説明する。図3は、第1の実施の
形態で説明したのと同様のnチャネルMOSトランジス
タの断面図である。
の実施の形態について説明する。図3は、第1の実施の
形態で説明したのと同様のnチャネルMOSトランジス
タの断面図である。
【0031】図3に示すように、導電型がP型のシリコ
ン基板1の表面にゲート絶縁膜2が形成されている。そ
して、このゲート絶縁膜2上に第1のゲート電極3と第
2のゲート電極4とが形成されている。ここで、第1の
ゲート電極3はリン不純物を含有する多結晶シリコン膜
で構成されている。また、第2のゲート電極はホウ素不
純物を含有する多結晶シリコン膜で構成されている。そ
して、この場合には、第2のゲート電極4は第1のゲー
ト電極3の側壁に沿って形成される。ここで、リン不純
物の含有量は1020原子/cm3 程度であり、ホウ不純
物の含有量は1018原子/cm3 程度である。
ン基板1の表面にゲート絶縁膜2が形成されている。そ
して、このゲート絶縁膜2上に第1のゲート電極3と第
2のゲート電極4とが形成されている。ここで、第1の
ゲート電極3はリン不純物を含有する多結晶シリコン膜
で構成されている。また、第2のゲート電極はホウ素不
純物を含有する多結晶シリコン膜で構成されている。そ
して、この場合には、第2のゲート電極4は第1のゲー
ト電極3の側壁に沿って形成される。ここで、リン不純
物の含有量は1020原子/cm3 程度であり、ホウ不純
物の含有量は1018原子/cm3 程度である。
【0032】そして、この第1のゲート電極3および第
2のゲート電極4に電気的に接続する第3のゲート電極
10が形成されている。ここで、この第3のゲート電極
10はタングステンシリサイドあるいはチタンシリサイ
ドのような高融点金属シリサイド膜で形成される。
2のゲート電極4に電気的に接続する第3のゲート電極
10が形成されている。ここで、この第3のゲート電極
10はタングステンシリサイドあるいはチタンシリサイ
ドのような高融点金属シリサイド膜で形成される。
【0033】そして、MOSトランジスタのソース・ド
レインとなるn+ 拡散領域5および6が、第1の実施の
形態で説明したように形成されている。すなわち、n+
拡散領域5および6とゲート電極すなわち第2のゲート
電極4とが、ゲート絶縁膜2を介して互いにオーバラッ
プする。そして、このn+ 拡散領域5および6は、第1
のゲート電極3とはオーバラップしないように形成され
ている。ここで、n+拡散領域のヒ素不純物の含有量は
1020原子/cm3 程度に設定されている。
レインとなるn+ 拡散領域5および6が、第1の実施の
形態で説明したように形成されている。すなわち、n+
拡散領域5および6とゲート電極すなわち第2のゲート
電極4とが、ゲート絶縁膜2を介して互いにオーバラッ
プする。そして、このn+ 拡散領域5および6は、第1
のゲート電極3とはオーバラップしないように形成され
ている。ここで、n+拡散領域のヒ素不純物の含有量は
1020原子/cm3 程度に設定されている。
【0034】次に、具体的に図4に基づいて本発明の第
2の実施の形態を説明する。ここで、図4は、この第2
の実施の形態のMOSトランジスタの製造工程順の断面
図である。
2の実施の形態を説明する。ここで、図4は、この第2
の実施の形態のMOSトランジスタの製造工程順の断面
図である。
【0035】図4(a)に示すように、第1の実施の形
態で説明したのと同様にして、P型のシリコン基板1の
表面に素子間分離領域がフィールド酸化膜で形成され
て、シリコン基板1の活性領域となる表面にゲート絶縁
膜2が設けられる。ここで、このゲート絶縁膜2は、膜
厚が6nm程度のSiON絶縁膜である。
態で説明したのと同様にして、P型のシリコン基板1の
表面に素子間分離領域がフィールド酸化膜で形成され
て、シリコン基板1の活性領域となる表面にゲート絶縁
膜2が設けられる。ここで、このゲート絶縁膜2は、膜
厚が6nm程度のSiON絶縁膜である。
【0036】次に、ゲート絶縁膜2を被覆するN型多結
晶シリコン膜3’がCVD法で堆積される。ここで、こ
のN型多結晶シリコン膜3’の膜厚は150nm程度に
設定される。また、このN型多結晶シリコン膜3’中に
は、リン不純物が1×1020原子/cm3 程度の濃度で
含有される。
晶シリコン膜3’がCVD法で堆積される。ここで、こ
のN型多結晶シリコン膜3’の膜厚は150nm程度に
設定される。また、このN型多結晶シリコン膜3’中に
は、リン不純物が1×1020原子/cm3 程度の濃度で
含有される。
【0037】次に、このN型多結晶シリコン膜3’の表
面に、MOSトランジスタのゲート電極のパターン形状
になった第3のゲート電極10と保護絶縁膜7とが積層
して設けられる。ここで、この第3のゲート電極10は
チタンシリサイド層であり、保護絶縁膜7はCVD法で
形成されるシリコン酸化膜である。そして、この第3の
ゲート電極10の膜厚は150nmに、保護絶縁膜の膜
厚は300nm程度にそれぞれ設定されている。また、
このパターン寸法は0.3μm程度に設定される。
面に、MOSトランジスタのゲート電極のパターン形状
になった第3のゲート電極10と保護絶縁膜7とが積層
して設けられる。ここで、この第3のゲート電極10は
チタンシリサイド層であり、保護絶縁膜7はCVD法で
形成されるシリコン酸化膜である。そして、この第3の
ゲート電極10の膜厚は150nmに、保護絶縁膜の膜
厚は300nm程度にそれぞれ設定されている。また、
このパターン寸法は0.3μm程度に設定される。
【0038】次に、二弗化ボロンイオン11がイオン注
入され、ホウ素不純物注入層12が形成される。ここ
で、このイオン注入の注入エネルギーは50keVであ
り、そのドーズ量は2×1015イオン/cm2 である。
そして、温度が800℃程度の熱処理が施され、図4
(b)に示すようなP型多結晶シリコン膜4’が形成さ
れる。この場合に、このP型多結晶シリコン膜4’と第
3のゲート電極10とのオーバラップする領域の寸法は
0.1μmである。また、リン不純物とホウ素不純物と
が混合した後の見掛け上のホウ素不純物の量は5×10
18原子/cm3 になるように設定される。
入され、ホウ素不純物注入層12が形成される。ここ
で、このイオン注入の注入エネルギーは50keVであ
り、そのドーズ量は2×1015イオン/cm2 である。
そして、温度が800℃程度の熱処理が施され、図4
(b)に示すようなP型多結晶シリコン膜4’が形成さ
れる。この場合に、このP型多結晶シリコン膜4’と第
3のゲート電極10とのオーバラップする領域の寸法は
0.1μmである。また、リン不純物とホウ素不純物と
が混合した後の見掛け上のホウ素不純物の量は5×10
18原子/cm3 になるように設定される。
【0039】次に、図4(c)に示すように、保護絶縁
膜7および第3のゲート電極10をエッチングのマスク
にして、P型多結晶シリコン膜4’がRIEでドライエ
ッチングされる。このようにして、先述したN型多結晶
シリコン膜3’の領域に第1のゲート電極3が形成さ
れ、P型多結晶シリコン膜4’の領域に第2のゲート電
極4が形成されるようになる。
膜7および第3のゲート電極10をエッチングのマスク
にして、P型多結晶シリコン膜4’がRIEでドライエ
ッチングされる。このようにして、先述したN型多結晶
シリコン膜3’の領域に第1のゲート電極3が形成さ
れ、P型多結晶シリコン膜4’の領域に第2のゲート電
極4が形成されるようになる。
【0040】次に、全面にヒ素不純物のイオン注入がな
され熱処理が施されて、n+ 拡散領域5および6が形成
される。最後に保護絶縁膜7が除去されて、図3で説明
した構造を有するMOSトランジスタが完成する。
され熱処理が施されて、n+ 拡散領域5および6が形成
される。最後に保護絶縁膜7が除去されて、図3で説明
した構造を有するMOSトランジスタが完成する。
【0041】次に、図5を参照して本発明の効果につい
て詳細に説明する。図5(a)は、本発明の方法で形成
したMOSトランジスタを拡大したところの模式的断面
図であり、図5(b)は、図5(a)に記したA−B間
のエネルギーバンド構造を示す。なお、図5(c)は、
従来のMOSトランジスタの場合の同様のエネルギーバ
ンド構造である。
て詳細に説明する。図5(a)は、本発明の方法で形成
したMOSトランジスタを拡大したところの模式的断面
図であり、図5(b)は、図5(a)に記したA−B間
のエネルギーバンド構造を示す。なお、図5(c)は、
従来のMOSトランジスタの場合の同様のエネルギーバ
ンド構造である。
【0042】図5(a)に示すように、導電型がP型の
シリコン基板1の表面にnチャネルMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜2、第1のゲート電極3、第2のゲート
電極4、n+ 拡散領域5および6が形成されている。こ
こで、n+ 拡散領域5はソース領域となり、n+ 拡散領
域6はドレイン領域となる。
シリコン基板1の表面にnチャネルMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜2、第1のゲート電極3、第2のゲート
電極4、n+ 拡散領域5および6が形成されている。こ
こで、n+ 拡散領域5はソース領域となり、n+ 拡散領
域6はドレイン領域となる。
【0043】ここで、このようなMOSトランジスタの
第1のゲート電極3および第2のゲート電極4、n+ 拡
散領域5、シリコン基板1が接地電位にされ、n+ 拡散
領域6に3V程度の正電圧が印加されている場合につい
て説明する。この場合が先述したMOSトランジスタの
オフ状態である。
第1のゲート電極3および第2のゲート電極4、n+ 拡
散領域5、シリコン基板1が接地電位にされ、n+ 拡散
領域6に3V程度の正電圧が印加されている場合につい
て説明する。この場合が先述したMOSトランジスタの
オフ状態である。
【0044】上記のようにMOSトランジスタに電圧が
印加されると、第1のゲート電極3および第2のゲート
電極4とドレイン領域であるn+ 拡散領域6との間に3
V程度の電圧が印加されることになる。このため、P型
多結晶シリコンで構成される第2のゲート電極4には空
乏領域4aが形成されるようになる。また、N型多結晶
シリコンで形成される第1のゲート電極3と上記第2の
ゲート電極4間に形成されるPN接合は順方向に印加さ
れる。このようにして、第1のゲート電極3とn+ 拡散
領域6間の電圧は、そのほとんどが空乏領域4aに印加
されることになる。
印加されると、第1のゲート電極3および第2のゲート
電極4とドレイン領域であるn+ 拡散領域6との間に3
V程度の電圧が印加されることになる。このため、P型
多結晶シリコンで構成される第2のゲート電極4には空
乏領域4aが形成されるようになる。また、N型多結晶
シリコンで形成される第1のゲート電極3と上記第2の
ゲート電極4間に形成されるPN接合は順方向に印加さ
れる。このようにして、第1のゲート電極3とn+ 拡散
領域6間の電圧は、そのほとんどが空乏領域4aに印加
されることになる。
【0045】この様子を図5(b)で説明する。図5
(b)に示すように、第2のゲート電極4のエネルギー
バンド24は、空乏領域4aで電子エネルギーが下がり
エネルギーバンド24aとなる。そして、ゲート絶縁膜
2のエネルギーバンド22は僅かに右下がりになる。そ
して、n+ 拡散領域6の表面のバンド・ベンディングに
よる僅かな右下がりのn+ 拡散領域6表面のエネルギー
バンド26aが形成される。そして、n+ 拡散領域6の
エネルギーバンド26と電子エネルギーの高いシリコン
基板1のエネルギーバンド21が形成される。
(b)に示すように、第2のゲート電極4のエネルギー
バンド24は、空乏領域4aで電子エネルギーが下がり
エネルギーバンド24aとなる。そして、ゲート絶縁膜
2のエネルギーバンド22は僅かに右下がりになる。そ
して、n+ 拡散領域6の表面のバンド・ベンディングに
よる僅かな右下がりのn+ 拡散領域6表面のエネルギー
バンド26aが形成される。そして、n+ 拡散領域6の
エネルギーバンド26と電子エネルギーの高いシリコン
基板1のエネルギーバンド21が形成される。
【0046】先述したように、MOSトランジスタの微
細化と共にゲート絶縁膜2は薄膜化され、n+ 拡散領域
6の不純物は高濃度化される。そして、ゲート絶縁膜2
で形成される容量およびバンド・ベンディングした領域
に形成される容量は増大する。このため、空乏領域4a
に形成される容量は相対的に小さくなるので、これらが
直列接続されると、電圧の降下は空乏領域4aで生じる
ようになる。そして、先述した空乏領域のエネルギーバ
ンド24aの曲りが大きくなり、バンド・ベンディング
量が小さくなる。
細化と共にゲート絶縁膜2は薄膜化され、n+ 拡散領域
6の不純物は高濃度化される。そして、ゲート絶縁膜2
で形成される容量およびバンド・ベンディングした領域
に形成される容量は増大する。このため、空乏領域4a
に形成される容量は相対的に小さくなるので、これらが
直列接続されると、電圧の降下は空乏領域4aで生じる
ようになる。そして、先述した空乏領域のエネルギーバ
ンド24aの曲りが大きくなり、バンド・ベンディング
量が小さくなる。
【0047】このようにして、本発明の方法で形成した
MOSトランジスタでは、上記バンド・ベンディング量
が低減されて、電子のバンド間トンネル現象が防止され
るようになる。
MOSトランジスタでは、上記バンド・ベンディング量
が低減されて、電子のバンド間トンネル現象が防止され
るようになる。
【0048】これに対し比較のため、従来の技術の場合
を図5(c)で説明する。この場合には、ゲート電極に
本発明のような空乏領域が形成されないため、ゲート電
極のエネルギーバンド24に曲りはない。このために、
図5(c)に示すようにn+ 拡散領域6表面のエネルギ
ーバンド26aの変化が大きくなる。すなわち、バンド
・ベンディング量が増大するようになる。そして、この
バンド・ベンディング部の電子の伝導帯から価電子帯へ
のバンド間トンネル現象が顕著になる。
を図5(c)で説明する。この場合には、ゲート電極に
本発明のような空乏領域が形成されないため、ゲート電
極のエネルギーバンド24に曲りはない。このために、
図5(c)に示すようにn+ 拡散領域6表面のエネルギ
ーバンド26aの変化が大きくなる。すなわち、バンド
・ベンディング量が増大するようになる。そして、この
バンド・ベンディング部の電子の伝導帯から価電子帯へ
のバンド間トンネル現象が顕著になる。
【0049】以上の実施の形態では、nチャネルMOS
トランジスタの場合について説明されているが、pチャ
ネルMOSトランジスタでもその導電型を逆にするだけ
で同様に形成されることに言及しておく。
トランジスタの場合について説明されているが、pチャ
ネルMOSトランジスタでもその導電型を逆にするだけ
で同様に形成されることに言及しておく。
【0050】また、MOSトランジスタの第1のゲート
電極材料として多結晶シリコン膜が用いられているが、
この他、高融点金属あるいはそのシリサイド膜でも同様
に形成できる。さらに、第2のゲート電極材料として多
結晶のシリコン・ゲルマニウム膜でもよい。
電極材料として多結晶シリコン膜が用いられているが、
この他、高融点金属あるいはそのシリサイド膜でも同様
に形成できる。さらに、第2のゲート電極材料として多
結晶のシリコン・ゲルマニウム膜でもよい。
【0051】本発明によって形成するMOSトランジス
タにおいては、第2のゲート電極とソース・ドレイン領
域とはゲート絶縁膜を介してオーバラップしてもよい
し、その他のゲート絶縁膜より膜厚の厚い絶縁膜を介し
てオーバラップしてもよい。
タにおいては、第2のゲート電極とソース・ドレイン領
域とはゲート絶縁膜を介してオーバラップしてもよい
し、その他のゲート絶縁膜より膜厚の厚い絶縁膜を介し
てオーバラップしてもよい。
【0052】ここで、第2のゲート電極とチャネル領域
とはオーバラップしないように形成される。このような
オーバラップがあると、MOSトランジスタのしきい値
電圧が高くなり、設定値からはずれるようになるためで
ある。
とはオーバラップしないように形成される。このような
オーバラップがあると、MOSトランジスタのしきい値
電圧が高くなり、設定値からはずれるようになるためで
ある。
【0053】
【発明の効果】本発明の方法で形成される絶縁ゲート電
界効果トランジスタにおいては、ゲート電極が互いに導
通のとれた第1のゲート電極と第2のゲート電極とで構
成され、前記第1のゲート電極はゲート絶縁膜を介して
チャネル部の上に存在し、前記第2のゲート電極は絶縁
膜を介してソース・ドレイン領域の上に存在し、前記第
2のゲート電極が、前記ソース・ドレイン領域の導電型
とは逆の導電型の多結晶半導体膜で形成される。
界効果トランジスタにおいては、ゲート電極が互いに導
通のとれた第1のゲート電極と第2のゲート電極とで構
成され、前記第1のゲート電極はゲート絶縁膜を介して
チャネル部の上に存在し、前記第2のゲート電極は絶縁
膜を介してソース・ドレイン領域の上に存在し、前記第
2のゲート電極が、前記ソース・ドレイン領域の導電型
とは逆の導電型の多結晶半導体膜で形成される。
【0054】ここで、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
がオフ状態になるように、ゲート電極とドレイン領域間
に電圧が印加される場合、第2のゲート電極に空乏領域
が形成され、この空乏領域に上記電圧のほとんどが印加
されるようになる。
がオフ状態になるように、ゲート電極とドレイン領域間
に電圧が印加される場合、第2のゲート電極に空乏領域
が形成され、この空乏領域に上記電圧のほとんどが印加
されるようになる。
【0055】このために、前述したように、ドレイン領
域でのバンド・ベンディングによるバンド間トンネル現
象は解消される。そして、ドレイン領域でのリーク電流
は大幅に低減されるようになる。
域でのバンド・ベンディングによるバンド間トンネル現
象は解消される。そして、ドレイン領域でのリーク電流
は大幅に低減されるようになる。
【0056】このようにして、絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタの微細化および半導体装置の高密度化あるいは
高集積化を容易にする。
ンジスタの微細化および半導体装置の高密度化あるいは
高集積化を容易にする。
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するためのM
OSFETの断面図である。
OSFETの断面図である。
【図2】上記MOSFETの製造工程順の断面図であ
る。
る。
【図3】本発明の第2の実施の形態を説明するためのM
OSFETの断面図である。
OSFETの断面図である。
【図4】上記MOSFETの製造工程順の断面図であ
る。
る。
【図5】本発明の効果を説明するための断面図及びバン
ドダイヤグラムである。
ドダイヤグラムである。
【図6】従来を技術を説明するためのMOSFETの断
面図である。
面図である。
1,101 シリコン基板 2,102 ゲート絶縁膜 3,103 第1のゲート電極 3’ N型多結晶シリコン膜 4,104 第2のゲート電極 4a 空乏領域 4’ P型多結晶シリコン膜 5,6,106 n+ 拡散領域 7 保護絶縁膜 8 サイドウォール絶縁膜 9 ボロンイオン 10 第3のゲート電極 11 二弗化ボロンイオン 12 ホウ素不純物注入層 21,22,24,24a,26,26a エネルギ
ーバンド 105 n- 拡散領域
ーバンド 105 n- 拡散領域
Claims (2)
- 【請求項1】 絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成
において、半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶
シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上
部に保護絶縁膜を堆積させゲート電極のパターン形状に
加工する工程と、前記パターニングした保護絶縁膜をマ
スクにして前記多結晶シリコン膜に逆導電型の不純物を
斜めイオン注入し前記パターニングした保護絶縁膜の端
部とオーバラップする多結晶シリコン膜の逆導電型の領
域を形成する工程と、前記パターニングした保護絶縁膜
をエッチング用マスクにして前記多結晶シリコン膜を前
記ゲート電極のパターン形状に加工する工程と、前記パ
ターニングした保護絶縁膜および多結晶シリコン膜をマ
スクにして前記半導体基板の表面に一導電型の不純物を
導入しソース・ドレイン領域を形成すると共に前記逆導
電型の領域と前記ソース・ドレイン領域とを前記ゲート
絶縁膜を介してオーバラップさせる工程と、を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 絶縁ゲート電界効果トランジスタの形成
において、半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記ゲート絶縁膜を被覆する一導電型の多結晶
シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜上
に積層して高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記高融点金属シリサイド膜上部に保護絶縁膜を堆積さ
せ前記保護絶縁膜と前記高融点金属シリサイド膜とをゲ
ート電極のパターン形状に加工する工程と、前記パター
ニングした保護絶縁膜と高融点金属シリサイド膜とをマ
スクにして前記多結晶シリコン膜に逆導電型の不純物を
イオン注入し前記パターニングした高融点金属シリサイ
ド膜の端部とオーバラップする多結晶シリコン膜の逆導
電型の領域を形成する工程と、前記パターニングした保
護絶縁膜をエッチング用マスクにして前記多結晶シリコ
ン膜を前記ゲート電極のパターン形状に加工する工程
と、前記パターニングした保護絶縁膜、高融点金属シリ
サイド膜および多結晶シリコン膜をマスクにして前記半
導体基板の表面に一導電型の不純物を導入しソース・ド
レイン領域を形成すると共に前記逆導電型の領域と前記
ソース・ドレイン領域とを前記ゲート絶縁膜を介してオ
ーバラップさせる工程と、を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7305343A JP2904081B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7305343A JP2904081B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09148564A JPH09148564A (ja) | 1997-06-06 |
JP2904081B2 true JP2904081B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=17943977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7305343A Expired - Fee Related JP2904081B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2904081B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2003235175A1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and its manufacturing method |
KR101413651B1 (ko) * | 2008-05-28 | 2014-07-01 | 삼성전자주식회사 | 트랜지스터를 구비한 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5286084A (en) * | 1976-01-12 | 1977-07-16 | Hitachi Ltd | Field effect transistor |
JPS57148375A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-13 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor device |
-
1995
- 1995-11-24 JP JP7305343A patent/JP2904081B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09148564A (ja) | 1997-06-06 |
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